CN102978272A - 一种新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，属于食品、医药、化工和化妆品等技术领域。目前关于植物甾醇或/和植物甾烷醇的改性研究仅仅局限在改善脂溶性，应用范围受到限制。本发明旨在改善植物甾醇或/和植物甾烷醇的水溶性，包括以下步骤：a)将一定量的植物甾醇或/和植物甾烷醇与多元有机酸或酸酐在催化剂的作用下反应生成中间产物植物甾醇或/和植物甾烷醇多元酸单酯；b)中间产物与多羟基化合物在生物催化剂的催化作用下反应生成水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物，将制得的水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物经柱层析分离纯化后得新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，特别涉及一种有机相中酶催化合成水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的方法。本产品的应用开发涉及到食品、医药、化工和化妆品等技术领域。
背景技术
植物甾醇是一类以环戊烷全氢菲为主体骨架的甾体化合物，主要存在于坚果，种子，谷物等。植物甾醇一般从植物油精炼时的脱臭馏出物中提取，目前国内已有大规模工业化生产。植物甾醇主要包括β-谷甾醇、豆甾醇、菜籽甾醇、菜油甾醇四种，其中以β-谷甾醇为主；植物甾醇中的双键被氢化饱和后称为植物甾烷醇，主要包括谷甾烷醇和菜籽甾烷醇两种；天然存在的植物甾烷醇甚微，主要通过植物甾醇氢化制得。
植物甾醇和甾烷醇主要通过抑制胆固醇在小肠内的吸收，可以有效降低血液总胆固醇及低密度脂蛋白胆固醇含量，而对人体有益的高密度脂蛋白胆固醇含量却没有影响。在动物和人体内已经应用半个多世纪，其安全性已毋庸置疑。近年来还发现植物甾醇在防治前列腺疾病、抗癌、抗炎、抗病毒、提高免疫力等方面具有重要作用；在化妆品工业中作为乳化剂，目前受到了越来越多的重视。
植物甾醇或/和植物甾烷醇与胆固醇的结构类似，与胆固醇相比，前者仅在侧链上多了一个甲基或乙基。后者在C-5位少了一个双键，除此之外，谷甾烷醇在侧链多了一个乙基；菜籽甾烷醇在侧链多了一个甲基。由于植物甾醇或/和植物甾烷醇独特的结构和晶体形式，其溶解性(包括水溶性和脂溶性)和生物可利用性非常低，极大地限制了它的应用。
近几年来国内报道了一些利用包埋、微乳化等方法改善植物甾醇或/和植物甾烷醇溶解性的研究，主要有以下一些专利：
CN 101103813A公开了一种植物甾醇-环糊精包合物的制备方法。该法以β-环糊精、β-环糊精的修饰物、β-羟丙基环糊精与β-环糊精任意比例的混合物为增溶剂制备植物甾醇-环糊精包合物。
CN 101991160A公开了一种包含植物甾醇的水性饮料及其制备方法。该法利用水包油乳化技术将植物甾醇直接添加到水性饮料中，得到具有较稳定的包含植物甾醇的水性饮料。
CN 1599560公开了一种含有植物甾醇的水包油型乳液的制备方法。该发明涉及一种水包油型乳液，该乳液中包含占油相1.5-50％的酯型植物甾醇和0.01-1.0％的游离型植物甾醇。
尽管利用包埋、微乳化等方法可以在一定程度上改善植物甾醇类化合物的溶解性，但通过这些方法制备的植物甾醇类食品，由于其稳定性很差，很难用于工业化生产。
植物甾醇或/和植物甾烷醇结构上带有羟基，因而可通过对其结构进行不同的改性来改善植物甾醇或/和植物甾烷醇的溶解性，进而拓宽应用范围。到目前为止，大部分专利都是通过化学法，酶催化法将植物甾醇或/和植物甾烷醇转换成相应的脂肪酸植物甾醇或/和植物甾烷醇酯，以改善脂溶性。近年来以制备植物甾醇或/和植物甾烷醇脂肪酸酯为目的的合成工艺主要有以下一些专利：
CN 1982326公开了一种多不饱和脂肪酸植物甾醇酯的制备方法。该法使用常见的对甲苯磺酸，浓硫酸、碳酸氢钠，二乙胺、三乙胺、甲醇钠、乙醇钠等作为催化剂合成了多不饱和脂肪酸植物甾醇酯。
CN 101235067公开了一种植物甾醇酯的制备方法。该法使用一些金属氧化物如氧化钙，氧化镁等作为催化剂在无溶剂体系合成植物甾醇酯。
CN 1458918公开了一种制备脂肪族酯的方法。该法所用的醇为甾醇，甾烷醇，4-甲基甾醇以及它们的氢化同系物，选用镧系元素氧化物以及这些氧化物的混合物作为固体催化剂合成脂肪酸甾醇酯。
CN 101434639公开了一种制备甾醇脂肪酸酯的绿色工艺方法。该法以植物甾醇，脂肪酸或脂肪酸酯，抗氧化剂为原料，利用微波辐射和真空加热方式合成甾醇脂肪酸酯。
US 6413571公开了一种共轭亚油酸甾醇酯的制备方法。该法以共轭亚油酸甲酯和甾醇或甾烷醇为原料，以甲醇钠为催化剂；或以共轭亚油酸和甾醇或甾烷醇为原料，以硫酸或氯化锡为催化剂，在真空加热条件下制备甾醇酯。
US 6855837公开了一种植物甾烷醇酯的制备方法。该法将植物甾醇在氢化催化剂的作用下合成植物甾烷醇，然后过滤除去催化剂，再将脂肪酸酯和酯交换所用催化剂加入反应混合物并加热，制备植物甾烷醇脂肪酸酯。
US 5892068公开了一种无溶剂体系里植物甾(烷)醇脂肪酸酯的制备方法。该法首先将脂肪酸熔融，熔化后的脂肪酸既是反应物又充当溶剂，与植物甾(烷)醇在加热的条件下直接酯化制备植物甾(烷)醇脂肪酸酯。
US 2005027179公开了一种不饱和脂肪酸植物甾醇酯的制备方法。该法以植物甾醇和富含ω-3不饱和脂肪酸的物质如鱼油为原料，在碱性催化剂的作用下，真空加热制备不饱和脂肪酸植物甾醇酯。
总的来说，目前关于植物甾醇或/和植物甾烷醇的研究主要集中将脂肪酸与植物甾醇或/和植物甾烷醇结合生成脂肪酸植物甾醇或/和植物甾烷醇酯，以增强脂溶性，从而拓宽在脂肪基质食品中的应用；而通过对植物甾醇或/和植物甾烷醇的结构改性以改善水溶性的研究尚未报道，因此开发一种新型的水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，有助于拓宽在水溶性食品中的应用，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对目前植物甾醇或/和植物甾烷醇的改性研究不够全面、应用范围小等缺点而开发的一种新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法。本方法工艺简单，成本较低，收率高，合成途径简便、绿色，适合用于食品等工业生产。
本发明采用以下技术方案：
一种新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：a)将一定量的植物甾醇或/和植物甾烷醇与多元有机酸或酸酐在催化剂的作用下反应生成中间产物植物甾醇或/和植物甾烷醇多元酸单酯；b)中间产物与多羟基化合物在生物催化剂的催化作用下反应生成水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物，将制得的水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物经柱层析分离纯化后得到新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物。
本发明的制备方法分为两步，分别是：a)中间产物植物甾醇或/和植物甾烷醇多元酸单酯的制备；b)水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备及精制。下面对各步进行详细的描述：
步骤a)：将一定量的植物甾醇或/和植物甾烷醇、多元有机酸或酸酐、催化剂加入到预先加有一定溶剂且配有搅拌、油浴控温的回流反应装置，控制反应温度，实时监测反应进程，反应一段时间后停止，取出样品经旋转蒸发除去溶剂得中间产物-植物甾醇或/和植物甾烷醇多元酸单酯。
步骤a所述的植物甾醇为豆甾醇、β-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇中的一种或一种以上任意比例的混合植物甾醇；步骤a所述的植物甾烷醇为豆甾烷醇、谷甾烷醇、菜油甾烷醇和菜籽甾烷醇中的一种或一种以上任意比例的混合植物甾烷醇；步骤a所述的植物甾醇或/和植物甾烷醇为植物甾醇、植物甾烷醇中的一种或一种以上任意比例的混合物。
步骤a所述的多元有机酸或酸酐为柠檬酸、苹果酸、酒石酸、丁烯二酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸及其对应酸酐中的一种。
步骤a所述的催化剂为对二甲氨基吡啶、吡啶、二乙胺、十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铜中的一种或几种。
步骤a所述的溶剂为二氯甲烷、正庚烷、苯、甲苯、吡啶中的一种或一种以上任意比例的混合物。
步骤a所述的催化剂用量为底物用量的0.5％～4％(w/w)，优选1％～2.5％(w/w)。
步骤a所述的植物甾醇或/和植物甾烷醇与多元有机酸或酸酐的摩尔比为0.5∶1～5∶1，优选1∶1～3∶1。
步骤a所述的反应温度为40℃～160℃，优选70℃～130℃。
步骤a所述的反应时间为6～72小时，优选12～60小时。
步骤b)：将一定量的中间产物、多羟基化合物、生物催化剂分别加入到预先加有一定脱水剂和溶剂的反应瓶中，密闭，将该反应瓶置入水浴振荡器中振荡并控制反应温度，定期取样监测反应进程，反应一段时间，得水溶性植物甾烷醇衍生物溶液；经柱层析分离纯化得新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物。
步骤b所述的多羟基化合物为葡萄糖、果糖、甘露糖、蔗糖、山梨糖、木糖、山梨糖醇、甘露糖醇或木糖醇。
步骤b所述的生物催化剂为脂肪酶类催化剂，脂肪酶类催化剂包括游离脂肪酶及固定化脂肪酶；所述游离脂肪酶为来源于假丝酵母、嗜热真菌、根霉、黑曲霉中的一种或几种；上述固定化脂肪酶为上述来源脂肪酶的固定化形式。
步骤b所述的脱水剂为分子筛、无水硫酸钠、十水硫酸钠、N，N′-二环己基碳二亚胺中的一种或几种。
步骤b所述的溶剂为正己烷、正庚烷、异辛烷、乙腈、丙酮、叔丁醇、叔戊醇中的一种或一种以上任意比例的混合物。
步骤b所述的催化剂用量为中间产物用量的0.5％～20％(w/w)，优选1％～15％(w/w)。
步骤b所述的中间产物与多羟基化合物的摩尔比为1∶0.5～1∶6，优选1∶1～1∶4。
步骤b所述的反应温度为25℃～85℃，优选35℃～75℃。
步骤b所述的反应时间为12～192小时，优选24～168小时。
步骤b所述的振荡速度为50rpm～600rpm，优选100rpm～300rpm。
步骤b所述的柱层析为硅胶柱层析，洗脱剂为石油醚、乙酸乙酯、环己烷、无水乙醚中的一种或几种溶剂的混合物。
本发明的有益效果：
1.本发明合成了一种新型的植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物，即水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物，极大地拓宽了植物甾醇或/和植物甾烷醇的应用范围。
2.本发明采用化学-酶法反应，产品安全性高；通过添加脱水剂，控制了反应体系的水分活度，有助于提高转化率。
3.工艺简单，对反应条件要求较低，易实现工业化生产；本发明采用两步反应，一次分离即可得到高纯度目标产物，降低了成本。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明所保护的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
称取β-谷甾醇12.4g，戊二酸7.9g，催化剂吡啶0.4mL加入到预先加有200mL苯且配有搅拌、油浴控温的回流反应装置，控制反应温度80℃，每隔2小时取样检测反应进程，反应14小时，取出样品旋转蒸发除去溶剂得中间产物β-谷甾醇戊二酸单酯。
实施例2：
称取β-谷甾醇戊二酸单酯1.0g，葡萄糖0.7g于50mL反应瓶中，添加β-谷甾醇戊二酸单酯和葡萄糖总质量10％的来源于嗜热真菌的固定化脂肪酶，添加25mL丙酮作为溶剂，1.0g分子筛，密闭，置于水浴振荡器，控制转速150rpm，反应温度45℃，每隔12小时取样检测反应进程，反应72小时；经高效液相色谱分析，反应液中β-谷甾醇葡萄糖戊二酸二酯的纯度为65％；经柱层析分离纯化得纯度大于95％的水溶性β-谷甾醇衍生物-谷甾醇葡萄糖戊二酸二酯。
实施例3：
称取谷甾烷醇12.5g，辛二酸10.4g，催化剂十二烷基硫酸铜0.5g加入到预先加有200mL甲苯且配有搅拌、油浴控温的回流反应装置，控制反应温度110℃，每隔2小时取样检测反应进程，反应12小时，取出样品旋转蒸发除去溶剂得中间产物谷甾烷醇辛二酸单酯。
实施例4：
称取谷甾烷醇辛二酸单酯1.1g，木糖醇0.6g于50mL反应瓶中，添加谷甾烷醇辛二酸单酯和木糖醇总质量5％的来源于根霉的游离脂肪酶，添加25mL叔戊醇作为溶剂，0.8g无水硫酸钠和十水硫酸钠(1∶1，w/w)，密闭，置于水浴振荡器，控制转速150rpm，反应温度50℃，每隔12小时取样检测反应进程，反应84小时；经高效液相色谱分析，反应液中谷甾烷醇木糖醇辛二酸二酯的纯度为68％；经过柱层析分离纯化得纯度大于97％的水溶性谷甾烷醇衍生物-谷甾烷醇木糖醇辛二酸二酯。
Claims (10)
1.一种新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：a)将一定量的植物甾醇或/和植物甾烷醇与多元有机酸或酸酐在催化剂的作用下反应生成中间产物植物甾醇或/和植物甾烷醇多元酸单酯；b)中间产物与多羟基化合物在生物催化剂和脱水剂的作用下反应生成水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物，将制得的水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物经柱层析分离纯化得新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物。
2.根据权利要求1所述的新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于所述的植物甾醇为豆甾醇、β-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇中的一种或一种以上任意比例的混合植物甾醇；所述的植物甾烷醇为豆甾烷醇、谷甾烷醇、菜油甾烷醇和菜籽甾烷醇中的一种或一种以上任意比例的混合植物甾烷醇；所述的植物甾醇或/和植物甾烷醇为植物甾醇、植物甾烷醇中的一种或一种以上任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于所述的多元有机酸或酸酐为柠檬酸、苹果酸、酒石酸、丁烯二酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸及其对应酸酐中的一种。
4.根据权利要求1所述的新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于所述中间产物植物甾醇或/和植物甾烷醇多元酸单酯的制备反应中所用催化剂为对二甲氨基吡啶、吡啶、二乙胺、十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铜中的一种或几种。
5.根据权利要求1、2或4所述的新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于所述的催化剂用量为底物用量的0.5％～4％(w/w)，植物甾醇或/和植物甾烷醇与多元有机酸或酸酐的摩尔比为0.5∶1～5∶1，反应温度为40℃～160℃，反应时间为6～72小时。
6.根据权利要求1所述的新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于所述的多羟基化合物为葡萄糖、果糖、甘露糖、蔗糖、山梨糖、木糖、山梨糖醇、甘露糖醇或木糖醇。
7.根据权利要求1所述的新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于所述的生物催化剂为脂肪酶类催化剂，脂肪酶类催化剂包括游离脂肪酶及固定化脂肪酶；所述游离脂肪酶为来源于假丝酵母、嗜热真菌、根霉、黑曲霉中的一种或几种；上述固定化脂肪酶为上述来源脂肪酶的固定化形式。
8.根据权利要求1所述的新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于所述的脱水剂为分子筛、无水硫酸钠、十水硫酸钠、N，N′-二环己基碳二亚胺中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于所述水溶性植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备反应中所用溶剂为正己烷、正庚烷、异辛烷、乙腈、丙酮、叔丁醇、叔戊醇中的一种或一种以上任意比例的混合物。
10.根据权利要求1、6或7所述的新型植物甾醇或/和植物甾烷醇衍生物的制备方法，其特征在于所述的生物催化剂用量为中间产物植物甾醇或/和植物甾烷醇多元酸单酯用量的0.5％～20％(w/w)，中间产物植物甾醇或/和植物甾烷醇多元酸单酯与多羟基化合物的摩尔比为1∶0.5～1∶6，反应温度为25℃～85℃，振荡速度为50rpm～600rpm，反应时间为12～192小时。
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