CN105399653B - 一种由万寿菊油树脂一步法制备玉米黄素的工业化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由万寿菊油树脂一步法制备玉米黄素的工业化方法。本发明所要解决的技术问题是现有方法先将万寿菊油树脂转化为高纯度的叶黄素或叶黄素酯、再异构化为玉米黄素步骤繁琐，或直接转化为玉米黄素但转化率和收率较低。本发明以万寿菊油树脂为原料，采用一次投料、两种反应同时进行制备玉米黄素，其特征在于，反应采用梯度降温反应，即反应先在较高温度下反应一段时间后，再降低反应温度，直至反应完成。本工艺流程简单，非常适合工业化生产。终产品中总类胡萝卜素含量达80％以上，玉米黄素相对含量高达90％以上，收率可达80％，产品纯度高无需再经纯化处理，即可作为食品添加剂或药物使用。

Description

一种由万寿菊油树脂一步法制备玉米黄素的工业化方法

技术领域

本发明涉及一种由万寿菊油树脂通过一步法制备玉米黄素的工业化方法。

背景技术

类胡萝卜素是一类在自然界广泛存在的物质，它包括不含氧的胡萝卜素类如α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、隐黄素、番茄红素等和含氧类的叶黄素类如叶黄素、玉米黄素、虾青素、斑蝥黄等，其中α-胡萝卜素，β-胡萝卜素是VA的前体物质，由于他们在人体内可以转化为VA，因此很早就受到人们的广泛关注。随着对类胡萝卜素研究的深入，研究者发现不能在体内转化为VA的叶黄素和玉米黄素对人体有着重要的生理功能。

流行病学显示，叶黄素和玉米黄素具有区别于其他类胡萝卜素的特殊作用，如可以预防心血管疾病、冠心病癌症等慢性疾病，尤其是在保护视力和预防老年黄斑变性(AMD)方面具有独特的生理功能。而人类自身不能合成叶黄素和玉米黄素，只能从外界摄取。许多研究表明，自然界大多数植物中，叶黄素和玉米黄素同时以酯的形式存在，且叶黄素酯的含量均大于玉米黄素酯的含量。在万寿菊提取物中，大约82％～88％为叶黄素酯，只有3％～6％为玉米黄素酯，但是由于玉米黄素分子较叶黄素分子具有较长的共轭体系使得玉米黄素的生物活性和生理功能比叶黄素更高。

目前获得玉米黄素的途径主要有三个：微生物发酵、全化学合成和叶黄素异构化。发酵法获得的发酵液中玉米黄素含量低，后提取困难，尚处于实验室阶段，不适合工业化生产；全化学合成法所用的原料难以得到，所用有毒有害溶剂较多且量大，中间步骤不易控制，副产物多；而通过叶黄素制备玉米黄素，原料廉价易得，不仅避免了大量有机溶剂的使用，且副产物少，产品纯度高，因此成为一种获得玉米黄素的有效途径。

在公开的大部分专利中，一般都是由两步法生产玉米黄素，即先将万寿菊浸膏皂化生产高纯度的叶黄素晶体，再异构化生产玉米黄素或由纯化的叶黄素酯生产玉米黄素，该工业步骤繁琐，收率较低。也存在一步法生产玉米黄素，但是其反应温度较高，反应时间较长，转化率低，不适合工业化生产食品级玉米黄素。

中国专利号为200610053642.3公开了一种利用叶黄素晶体或叶黄素酯通过化学转位法制备食用级玉米黄素的方法，该方法以纯化的叶黄素晶体或高含量叶黄素酯为原料，在醇溶剂环境下经碱催化异构化为玉米黄素。该工艺步骤繁琐，异构化步骤收率仅60％以上。

中国专利CN201010039569.0公开了一种以植物油树脂为原料制备较高含量玉米黄质含量的叶黄素晶体的方法，该方法以植物油树脂为原料，以食用级醇类为溶剂，先碱性环境下皂解，再添加有机溶剂和乳化剂进行异构化。该方法仅有少量叶黄素转化为玉米黄素，所得产物主要是以叶黄素为主，并含有一定数量的玉米黄素和其他类胡萝卜素。

中国专利CN101830841A将叶黄素浸膏与醇类溶剂混合，加碱皂化，继续升温后，控制高温继续进行转位反应，停止反应，经结晶、离心、洗涤，真空干燥得玉米黄素。此工艺虽反应时间相对较短，但转位反应温度较高在110℃～140℃，且玉米黄素含量仅70％，转化率不足90％，收率约60％。

中国专利公开号为CN101182302A的申请公开了一种含玉米黄质的组合物的制备方法，其主要是在密闭反应釜内，将经过或未经过预处理的含叶黄素的天然产物或叶黄素溶解于有机溶剂中，并加入2～20M的碱催化剂及原料质量0.01～5％的助剂，在温度90～130℃条件下反应12～36hr。此工艺中异构化时间长，反应温度高，且需抽真空，未经精制的产品含量只能达70％左右，玉米黄素的质量百分含量60％左右，转化率和收率较低。

中国专利公开号为CN102399178A的申请公开了一种由叶黄素酯一锅法转化为玉米黄素的方法，该过程碱和溶剂的用量较大，在氮气保护下于100℃～130℃反应24～48hr，该工艺条件下有部分叶黄素和玉米黄素发生了破坏，使得总产品中两种类胡萝卜素的相对含量有所下降。

中国专利公开号为CN19159970A的申请报道了一种转化黄体素为玉米黄素的方法，该方法以叶黄素树脂为原料，在丙二醇和碱性条件下进行异构化反应，该工艺转化率仅30％左右，要想提高转化率，需升温至120℃～150℃长时反应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种以万寿菊油树脂为原料无需经过提取高含量叶黄素酯或叶黄素晶体，工艺简单，产品含量和收率较高，且含量和转化率较高的适用于工业化生产食用级玉米黄素的制备方法。

为此，本发明通过以下技术方案来实现：本发明以万寿菊油树脂为原料，采用一次投料、两种反应同时进行制备玉米黄素，反应采用梯度降温反应，即反应先在较高温度下反应一段时间后，再降低反应温度，直至反应完成。叶黄素和玉米黄素由于其独特的分子结果使其对热存在一定的敏感性。具体地说，所述方法包括如下步骤：a)将万寿菊油树脂与混合试剂和抗氧化剂混合，在70℃下加热搅拌，并缓慢滴加有机强碱；其中，所述混合溶剂为C1～C6低级醇和C1～C6低级酮，所述抗氧化剂为VC、VC钠、抗坏血酸或棕榈酸酯，所述有机强碱为甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠或乙醇钾；b)进行升温至90～100℃温度反应1～3hr，再降温至60～80℃反应4～7hr的梯度降温反应；c)降温至60℃温度，加入去离子水和/或乙醇搅拌；d)采用常规分离方法分离以得到结晶，然后真空干燥得到玉米黄素晶体。

优选地，在本发明的工业化方法中，所述混合溶剂中C1～C6低级醇与C1～C6低级酮的体积比为0.25～4:1。其中，所述C1～C6低级醇为乙醇或乙二醇。所述C1～C6低级酮类为丙酮、丁酮或环己酮。

优选地，在本发明的工业化方法中，所述抗氧化剂的重量为万寿菊油树脂的重量的0.05％～5％。

优选地，在本发明的工业化方法中，所述有机强碱的体积为万寿菊油树脂的重量的0.5～2倍。

本发明的大量实验证明，低温条件下反应速度慢，不利于叶黄素酯的皂化和叶黄素的异构化；高温环境又容易引起叶黄素和玉米黄素的热降解。因此本发明选择当反应过程中有部分叶黄素和玉米黄素生成时，降低反应体系温度继续反应，以减少活性物质的热降解。实验结果证明，本发明的方法不仅可以有效保护反应过程中生成的活性物质，防止其热降解，而且对于提高叶黄素的转化率和反应收率起到了积极的效果。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

实施例1

称取60g万寿菊油树脂(含量为165.36g/kg)(厂家：青岛赛特香料有限公司；食品级；200kg/桶)，加入混合溶剂240mL(乙醇:丙酮＝4:1)、抗坏血酸3g，70℃搅拌至完全溶解，并缓慢滴加甲醇钠40mL。升温至90℃，反应2hr后，再降低温度至80℃继续反应4.5hr。降温至60℃，加入乙醇120mL，去离子水80mL，搅拌30min，静置10min后真空抽滤；用乙醇水溶液淋洗滤饼，直至洗出液接近无色，最后用少量乙醇淋洗滤饼一次，滤饼经真空干燥得9.76g橘红色晶体，紫外检测总类胡萝卜素含量为83.92％，HPLC检测玉米黄素占总类胡萝卜素94.54％，收率为82.55％。

该发明操作步骤简单，无有毒有害溶剂，所生产的玉米黄素产品纯度高，可直接作为食品添加剂和药物使用。

实施例2

称取60g万寿菊油树脂(含量为165.36g/kg)(厂家：青岛赛特香料有限公司；食品级；200kg/桶)，加入混合溶剂120mL(乙二醇:丁酮＝0.25:1)、抗坏血酸钠0.6g，70℃搅拌至完全溶解，并缓慢滴加乙醇钠120mL。升温至95℃反应1.5hr后，再降低温度至75℃继续反应5.5hr。降温至60℃，加入乙醇120mL，去离子水80mL，搅拌30min，静置10min后真空抽滤，用乙醇水溶液淋洗滤饼，直至洗出液接近无色，最后用少量乙醇淋洗滤饼一次，滤饼经真空干燥得9.81g橘红色晶体，紫外检测总类胡萝卜素含量为82.39％，HPLC检测玉米黄素占总类胡萝卜素93.27％，收率为81.46％。

在本发明条件下，采用梯度降温反应，总类胡萝卜素含量和玉米黄素含量均较高，产品收率亦较高。该方法采用一次投料、两种反应同时进行得到最终产品，操作步骤简单，产品中无有毒有害溶剂，产品纯度高，无需经纯化处理即可应用于食品和药物。

实施例3-7

实施例3-7的实施过程与实施例1和实施例2相类似，其主要技术参数和产品部分性质分析结果列于表1中。其中，原料：万寿菊油树脂(含量为165.36g/kg)(厂家：青岛赛特香料有限公司；食品级；200kg/桶)。

叶黄素和玉米黄素容易被氧化，多烯链失去电子，生成阳离子自由基。叶黄素和玉米黄素“优先”被氧化生成阳离子自由基，反过来阳离子自由基被抗坏血酸等还原剂还原为原来的类胡萝卜素。本发明为了保护原料和产物不被氧化，在反应过程中添加了抗坏血酸等还原剂。该方法所生产产品采用紫外分光光度计法分析其总类胡萝卜素含量w(％)，采用HPLC分析叶黄素和玉米黄素在总类胡萝卜素中的比例，收率采用以下公式计算得出：

其中：m：产品重量(g)；w：产品中总类胡萝卜素含量(％)；

M：油树脂重量(g)；W：油树脂含量(g/kg)。

表1实施例3-7中主要技术参数及部分产品性质分析

本发明的实验表明，叶黄素40℃以下很稳定，但是当温度升至80℃以上时，降解速度迅速升高。从40℃到100℃，随着温度的升高，每隔20℃，叶黄素热降解反应的活化能迅速降低。同时大量实验证明，低温条件下反应速度慢，不利于叶黄素酯的皂化和叶黄素的异构化；高温环境又容易引起叶黄素和玉米黄素的热降解。因此本发明选择当反应过程中有部分叶黄素和玉米黄素生成时，降低反应体系温度继续反应，以减少活性物质的热降解。实验结果证明，本发明的方法不仅可以有效保护反应过程中生成的活性物质，防止其热降解，而且对于提高叶黄素的转化率和反应收率起到了积极的效果。

本发明通过上面的实施例进行举例说明，但是，应当理解，本发明并不限于这里所描述的特殊实例和实施方案。在这里包含这些特殊实例和实施方案的目的在于帮助本领域中的技术人员实践本发明。任何本领域中的技术人员很容易在不脱离本发明精神和范围的情况下进行进一步的改进和完善，因此本发明只受到本发明权利要求的内容和范围的限制，其意图涵盖所有包括在由附录权利要求所限定的本发明精神和范围内的备选方案和等同方案。

Claims (7)

1.一种由万寿菊油树脂一步法制备玉米黄素的工业化方法，所述方法包括如下步骤：

a)将万寿菊油树脂与混合试剂和抗氧化剂混合，在70℃下加热搅拌，并缓慢滴加有机强碱；其中，所述混合溶剂为C1～C6低级醇和C1～C6低级酮，所述抗氧化剂为VC、VC钠、抗坏血酸或棕榈酸酯，所述有机强碱为甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠或乙醇钾；

b)进行升温至90～100℃温度反应1～3hr，再降温至60～80℃反应4～7hr的梯度降温反应；

c)降温至60℃温度，加入去离子水和/或乙醇搅拌；

d)采用常规分离方法分离以得到结晶，然后真空干燥得到玉米黄素晶体。

2.根据权利要求1所述的工业化方法，其特征在于，所述混合溶剂中C1～C6低级醇与C1～C6低级酮的体积比为0.25～4:1。

3.根据权利要求1或2所述的工业化方法，其特征在于，所述混合溶剂的体积为万寿菊油树脂的重量的1～4倍。

4.根据权利要求1或2所述的工业化方法，其特征在于，所述C1～C6低级醇为乙醇或乙二醇。

5.根据权利要求1或2所述的工业化方法，其特征在于，所述C1～C6低级酮类为丙酮、丁酮或环己酮。

6.根据权利要求1所述的工业化方法，其特征在于，所述抗氧化剂的重量为万寿菊油树脂的重量的0.05％～5％。

7.根据权利要求1所述的工业化方法，其特征在于，所述有机强碱的体积为万寿菊油树脂的重量的0.5～2倍。