CN112920102B - 一种酮基叶黄素酯的制备方法 - Google Patents
一种酮基叶黄素酯的制备方法 Download PDFInfo
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- C07C403/24—Derivatives of cyclohexane or of a cyclohexene or of cyclohexadiene, having a side-chain containing an acyclic unsaturated part of at least four carbon atoms, this part being directly attached to the cyclohexane or cyclohexene or cyclohexadiene rings, e.g. vitamin A, beta-carotene, beta-ionone having side-chains substituted by six-membered non-aromatic rings, e.g. beta-carotene
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23K—FODDER
- A23K20/00—Accessory food factors for animal feeding-stuffs
- A23K20/10—Organic substances
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Abstract
本发明公开了一种天然叶黄素酯制备酮基叶黄素酯的方法。其特征在于以高含量天然叶黄素酯为反应原料，在温和的反应条件下经卤化剂缓释方法引发烯丙位氧化反应最终得到酮基叶黄素酯。此外，其特征还在于该酮基叶黄素酯，R、R1为豆蔻酸，棕榈酸，硬脂酸中的一种或两种，可以包被成微胶囊型饲料添加剂掺入饲料中，用于家禽、鱼和甲壳类等的着色。
Description
技术领域
本发明涉及一种酮基叶黄素酯的制备方法，尤其是一种由高含量天然叶黄素酯烯丙位氧化制备酮基叶黄素酯的方法，这种新型的类胡萝卜素酯在食品和饲料工业中可用做着色剂。
背景技术
众所周知，高等植物的花尤其是花瓣中，含有丰富的类胡萝卜素，是天然的着色剂。万寿菊花中的主要类胡萝卜素——叶黄素主要是以叶黄素双酯的形式存在，目前已查明万寿菊花中的叶黄素双酯有二豆蔻酸酯，豆蔻酸、棕榈酸酯，二棕榈酸酯，棕榈酸、硬脂酸酯。把类胡萝卜素加至动物的食物中是一种增加动物的美观并且看起来更容易受欢迎的着色方法，根据需要加至家禽的皮下脂肪，鱼和甲壳类的肉内，或进入动物的产物，如蛋（蛋黄）中。颜色的增加除其它因素外，取决于：所用的类胡萝素的特定吸收光的共轭双键；在富含类胡萝卡素饲料的消耗过程中类胡萝素进入动物身体的容易程度(沉积速度)；在目标动物身体组织或产物中类胡萝卡素或代谢物的浓度。另外一个所涉及的因素是在通常贮存饲料条件下类胡萝卜素在大气氧化、光照、温度和潮湿作用下的稳定性。
天然叶黄素酯经由万寿菊油树脂纯化后，仍然保留着独有的天然植物源性双酯键，相对于单体类胡萝卜素在复杂的环境中依然具有很好的稳定性。分子式如下：
其中R和R1为豆蔻酸，棕榈酸，硬脂酸中的一种或两种。
通常酯化类胡萝卜素比起游离类胡萝卜素更容易溶于脂类，使其能容易的被掺入进饲料中，显示出更好的稳定性和生物利用率。而为了让家禽、鱼和甲壳类增加美观和更吸引的颜色，可以将天然叶黄素酯一边环上的烯丙位C-H氧化成酮基，让分子上共轭双键的数目增加而使颜色从黄色向红色方向转变，如β-胡萝卜素氧化成斑蝥黄，玉米黄质氧化成虾青素等。根据类胡萝卜素不同的共轭双键具有不同的特定吸收光，酮基叶黄素酯有望成为颜色比斑蝥黄和虾青素略浅的新型饲料添加剂。酮基叶黄素酯如下式所示：
其中R和R1为豆蔻酸，棕榈酸，硬脂酸中的一种或两种。
要让酮基叶黄素酯得到大规模应用，首先要能工业化生产大量高纯度的天然叶黄素酯，美国专利US6191293中公开了一种异丙醇在室温下对万寿菊油膏溶解、室温下结晶过滤的方案，仅得到含量为40%-70%的叶黄素酯，且去溶残耗时长成本高。中国专利CN101891664A公开了一种用乙酸乙酯做溶剂的方法，充分溶解万寿菊油膏后过滤除去不溶物，再加入大量乙醇重结晶，重结晶时间高达16小时，该过程生产周期长，溶剂用量大，溶残方面的控制也存在困难。中国专利CN103130699A公开了一种C2-C4醇作为洗涤溶剂的方法，虽然工艺简单清洁，但使用短链醇不能充分将叶黄素油膏中粘稠的成分去除，且叶黄素油膏在醇中不易分散，需要较高的温度和较长的搅拌时间，带来能耗和损失的问题更使最后的叶黄素酯纯度难以提高。
由β-胡萝卜素氧化制备斑蝥黄这种增加酮基的工艺技术已经很成熟，一般工业生产用高纯度的β-胡萝卜素晶体溶解在二氯甲烷中，用氯酸钠或溴酸钠等做氧化剂，经硫酸或其他强酸调节体系酸性，添加单质碘和碘化钾做引发剂一步反应制备斑蝥黄。明显，这类强酸性体系的氧化方法不能套用于天然叶黄素酯制备酮基叶黄素酯中，硫酸等强酸会使叶黄素酯键发生水解，反应后得不到酮基叶黄素酯，且单质碘价格贵，成本较高。
中国专利CN200380101317.4公开了一种由玉米黄质制备酯化虾青素的方法：在有机溶剂中用酰化剂酰化玉米黄质以生产含有人工合成双酯键的酯化玉米黄质； 将酯化玉米黄质与由溴酸钠和亚硫酸氢钠制备的氧化剂接触以产生酯化虾青素。其反应的原料酯化玉米黄质和产物酯化虾青素均为人工化学修饰的双酯键，而且经由溴酸钠和亚硫酸氢钠混合制备的氧化剂水溶液为强酸性溶液。中国专利CN200580023162.6公开了由叶黄素制备4-酮基叶黄素的方法，该方法包括以下步骤：将叶黄素溶于有机溶剂中，将所述叶黄素与溴酸盐和酸式亚硫酸盐的混合物反应以制备4-酮基叶黄素，并将4-酮基叶黄素从反应混合物中分离。其反应的原料叶黄素和产物4-酮基叶黄素均为游离态类胡萝卜素，同样的，反应使用的氧化剂溴酸盐和酸式亚硫酸盐的混合溶液亦为强酸性溶液。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种反应条件温和，产品收率高，适用于工业化由天然叶黄素酯生产新型类胡萝卜素酮基叶黄素酯的制备方法，使其成为新型的饲料添加剂得到大规模应用。
为此，本发明所采取的技术方案是：以我们公开的专利CN201711313682.1快速制备高含量天然叶黄素酯，解决了原料工业化来源的问题，然后利用烯丙位氧化反应制备酮基叶黄素酯，其在温和的氧化剂水溶液条件下，采取卤化剂缓释体系高效制备。由于叶黄素酯具有独特的天然双酯键，使其对氧化体系存在一定的敏感性，所以必须采用温和的氧化条件以防止双酯键被破坏。
本发明方法具体步骤为：
（1）室温下把天然叶黄素酯加入到反应容器内，加入二氯甲烷或三氯甲烷完全溶解并降温至一定温度下搅拌；
（2）先把溴酸盐和一定量的碳酸氢钠溶解在水中成为溶液一，再把焦亚硫酸钠溶解在水中成为溶液二，把溶液一和溶液二分别降温至一定温度后混合，此时混合溶液呈碱性；
（3）配制1M的柠檬酸水溶液，缓慢滴加至（2）中的混合溶液中使其缓慢释放CO2，搅拌调节溶液呈弱酸性即得氧化剂溶液；
（4）把（3）中制备的氧化剂溶液加入到（1）中的反应容器内，保持在一定温度下搅拌混合；
（5）将一定量的碘化物溶解在水中后，缓慢滴加进（4）中的反应体系，在一定温度下继续搅拌反应；
（6）反应一段时间后，加入5%硫代硫酸钠水溶液终止反应，分层收集有机相并且彻底水洗3遍；
（7）回收有机溶剂后即得棕红色酮基叶黄素酯粉末，也可直接将溶液制成乳化液进行喷雾干燥，将可能未反应完全的天然叶黄素酯和产物酮基叶黄素酯包被成微胶囊型饲料添加剂。
本发明所述步骤（1）中的搅拌温度为0~10℃，二氯甲烷或三氯甲烷的体积为叶黄素酯质量的5~50倍。
本发明所述步骤（2）中的混合温度为0~5℃，溴酸盐为溴酸钠、溴酸钾中的一种。所述的溴酸盐与碳酸氢钠的质量比为1~5:1，溴酸盐与水的质量比为0.05~0.5：1，溴酸盐与焦亚硫酸钠的质量比1~5:1，焦亚硫酸钠与水的质量比为0.05~0.5:1。
本发明所述步骤（3）中的氧化剂溶液最终pH为5~6。
本发明所述步骤（4）中的搅拌温度为0~10℃，氧化剂溶液与叶黄素酯溶液的体积比为0.3~1:1。
本发明所述步骤（5）中的碘化物为碘化钾、碘化钠中的一种，碘化物与叶黄素酯的质量比为0.01~0.1:1，碘化物与水的质量比0.01~0. 1:1。
本发明采用卤化剂缓释的方法，利用调节pH值后的溴酸盐和焦亚硫酸钠混合溶液的氧化性先将碘化物氧化成碘，微量碘再引发烯丙位的氧化反应，根据对比试验，单单将调节pH值后的混合溶液加入到反应体系中并不能使叶黄素酯发生烯丙位氧化发应，而将碘化物先加入到混合溶液中，发现碘化物发生氧化反应，溶液缓慢变浅黄。
本发明的大量实验证明，卤化剂缓释体系能产生低浓度的碘，更有利于烯丙位氧化的选择性，并且体系中碘的浓度低也使得产物酮基叶黄素酯更倾向于生成全反式结构，因为碘会诱发类胡萝卜素双键异构化反应；而采用柠檬酸调节pH后的氧化剂溶液在不加碘化物的情况下和叶黄素酯溶液搅拌混合24小时仅使叶黄素酯含量下降2%，并没有发生烯丙位氧化反应，在加入碘化物后引发烯丙位氧化反应，产物酮基叶黄素酯含量高且并没有进一步过度氧化降解，这可能与柠檬酸自身具有的抗氧化性能有关。
在低温条件下使用卤化剂缓释方法，柠檬酸调节pH，产生低浓度的卤化剂，温和的氧化反应体系，能使天然叶黄素酯的双酯键在氧化过程中不被破坏，反应选择性高，同时产物主要以全反式为主，避免了传统工艺在后续产品制备中要在极性溶剂里加热异构化成全反式，减少了产物的损失和能耗，非常适合于工业化生产酮基叶黄素酯，同时使其作为饲料添加剂得到广泛应用。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细的说明，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
取100g含量为93wt%的天然叶黄素酯，在2L三口反应瓶内用1000ml三氯甲烷溶解，机械搅拌降温至10℃；将40g溴酸钠和20g碳酸氢钠溶于400ml水中配制成溶液一，再将20g焦亚硫酸钠溶于200ml水中配制成溶液二，然后分别降温至5℃后搅拌混合，再配制1M的柠檬酸水溶液，缓慢滴加进混合溶液中至溶液pH为5，期间CO2持续冒出，得到氧化剂溶液；把氧化剂溶液加入到2L三口反应瓶内，保持10℃机械搅拌；把1g碘化钾溶于80ml水中，缓慢加入到三口反应瓶内引发烯丙位氧化反应；在10℃下反应10h后，加入5%硫代硫酸钠水溶液100ml终止反应，分层收集下层有机相，再水洗三遍后回收有机溶剂得到棕红色酮基叶黄素酯91g。
经紫外可见光分光光度计检测所得酮基叶黄素酯，总类胡萝卜素含量为92.5wt%；用高效液相色谱法分析，其中酮基叶黄素酯占总类胡萝卜素的97.1wt%，叶黄素酯占1.8wt%。
实施例2
取500g含量为94wt%的天然叶黄素酯，在10L反应釜内用3L二氯甲烷溶解，机械搅拌降温至5℃；将250g溴酸钾和80g碳酸氢钠溶于1.5L水中配制成溶液一，再将120g焦亚硫酸钠溶于800ml水中配制成溶液二，然后分别降温至5℃后搅拌混合，再配制1M的柠檬酸水溶液，缓慢滴加进混合溶液中至溶液pH为6，期间CO2持续冒出，得到氧化剂溶液；把氧化剂溶液加入到10L反应釜内，保持5℃机械搅拌；把8g碘化钾溶于160ml水中，缓慢加入到反应釜内引发烯丙位氧化反应；在5℃下反应16h后，加入5%硫代硫酸钠水溶液800ml终止反应，分层收集下层有机相，再水洗三遍后回收有机溶剂得到棕红色酮基叶黄素酯462g。
经紫外可见光分光光度计检测所得酮基叶黄素酯，总类胡萝卜素含量为93.1wt%；用高效液相色谱法分析，其中酮基叶黄素酯占总类胡萝卜素的96.8wt%，叶黄素酯占1.5wt%。
实施例3
取1kg含量为94wt%的天然叶黄素酯，在20L反应釜内用5L二氯甲烷溶解，机械搅拌降温至10℃；将400g溴酸钠和150g碳酸氢钠溶于4L水中配制成溶液一，再将180g焦亚硫酸钠溶于900ml水中配制成溶液二，然后分别降温至5℃后搅拌混合，再配制1M的柠檬酸水溶液，缓慢滴加进混合溶液中至溶液pH为5，期间CO2持续冒出，得到氧化剂溶液；把氧化剂溶液加入到20L反应釜内，保持10℃机械搅拌；把12g碘化钠溶于200ml水中，缓慢加入到反应釜内引发烯丙位氧化反应；在10℃下反应14h后，加入5%硫代硫酸钠水溶液2L终止反应，分层收集下层有机相，再水洗三遍后回收有机溶剂得到棕红色酮基叶黄素酯916g。
经紫外可见光分光光度计检测所得酮基叶黄素酯，总类胡萝卜素含量为93.3wt%；用高效液相色谱法分析，其中酮基叶黄素酯占总类胡萝卜素的97.4wt%，叶黄素酯占1.2wt%。
Claims (6)
1.一种天然叶黄素酯制备酮基叶黄素酯的方法，以高含量天然叶黄素酯为反应原料，在温和的反应条件下经卤化剂缓释方法引发烯丙位氧化反应最终得到酮基叶黄素酯，其步骤如下：
（1）室温下把天然叶黄素酯加入到反应容器内，加入二氯甲烷或三氯甲烷完全溶解并降温至0~10℃下搅拌；
（2）先把溴酸盐和一定量的碳酸氢钠溶解在水中成为溶液一，再把焦亚硫酸钠溶解在水中成为溶液二，把溶液一和溶液二分别降温至0~5℃后混合；
（3）配制1M的柠檬酸水溶液，缓慢滴加至（2）中的混合溶液中使其缓慢释放CO2，搅拌调节溶液呈弱酸性即得氧化剂溶液；
（4）把（3）中制备的氧化剂溶液加入到（1）中的反应容器内，保持在0~10℃下搅拌混合；
（5）将一定量的碘化物溶解在水中后，缓慢滴加进（4）中的反应体系，在0~10℃下继续搅拌反应；
（6）反应一段时间后，加入5%硫代硫酸钠水溶液终止反应，分层收集有机相并且彻底水洗3遍；
（7）回收有机溶剂后即得棕红色酮基叶黄素酯粉末，也可直接将溶液制成乳化液进行喷雾干燥，将可能未反应完全的天然叶黄素酯和产物酮基叶黄素酯包被成微胶囊型饲料添加剂；
步骤（2）所述的溴酸盐为溴酸钠、溴酸钾中的一种；步骤（5）所述的碘化物为碘化钾、碘化钠中的一种； 步骤（2）中溴酸盐与碳酸氢钠的质量比为1~5:1；步骤（5）中碘化物与叶黄素酯的质量比为0.01~0.1:1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中二氯甲烷或三氯甲烷的体积为叶黄素酯质量的5~50倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中溴酸盐与水的质量比为0.05~0.5：1，溴酸盐与焦亚硫酸钠的质量比1~5:1，焦亚硫酸钠与水的质量比为0.05~0.5:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中氧化剂溶液最终pH为5~6。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中氧化剂溶液与叶黄素酯溶液的体积比为0.3~1:1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（5）中碘化物与水的质量比0.01~0.1:1。
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