CN113372735A - 一种光诱导高效制备黑色素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光诱导高效制备黑色素的方法，分别以L‑酪氨酸、L‑苯丙氨酸、L‑色氨酸、3,4‑二羟苯丙氨酸、L‑精氨酸和L‑丙氨酸中任意一种或多种为反应前体，以过渡金属配合物/过硫酸盐、硫杂蒽酮类或染料/叔胺中任意一种为光引发体系，在光诱导下实现黑色素的高效制备。将光引发体系和氨基酸反应前体混合，置于特定波长光下辐照反应一定时间得到反应产物。进一步将产物经离心、过滤、干燥等处理后，除去残余光引发剂和未反应的氨基酸等，最终得到黑色素产物。与现有技术相比，本发明制备工艺简单，操作方便，效率较高，成本较低。

Description

一种光诱导高效制备黑色素的方法
技术领域
本发明属于黑色素的制备领域，更具体地说，涉及一种光诱导高效制备黑色素的方法。
背景技术
作为一种高分子蛋白质类生物色素，黑色素通常以聚合形式存在于动物皮肤或毛发，以及植物与原生生物体内。其含量与分布直接影响皮肤、头发和眼睛的颜色。黑色素主要由2种醌式构型的聚合物构成，即黑色素和褐黑素。其中黑色素表观颜色为棕色或黑色；褐黑素表观颜色为黄色或微红棕色。黑色素可有效保护我们免受紫外辐射、病毒及有毒金属离子的损伤。黑色素在医药、农业、食品、化妆品等行业均有广泛的应用和经济价值，因此研究和开发合成黑色素有着重要的意义。
黑色素的生物合成研究表明，在动物和植物中氨基酸是合成黑色素的最初底物。其合成路径以氨基酸的复杂氧化过程为主，包括在生物酶作用下，特定氨基酸被氧化为多巴醌，多巴醌经自动氧化生产多巴和多巴色素等。此外，一些微生物，如细菌、固氮菌、霉菌、放线菌等也可生产黑色素，其合成黑色素主要分为胞内和胞外两种方式，具有不受地域、季节限制，易于工业化等优势。
工业化制备黑色素主要以植物(如乌饭树叶、黑糯玉米穗等)和细菌(如出芽短梗酶菌等)为原料，采用化学提取法和氧化合成法对黑素色进行提取。CN200510104210.6公开了一种从乌饭树叶中提取天然黑色素的方法，该方法以天然植物乌饭树叶为主要原料，采用酶制剂结合溶剂提取天然黑色素，该提取方法的效率较常规的醇提取法高30～40％，但工艺较为繁琐，耗时较长。CN201110425750.X公开了一种生产天然黑色素的新方法，该方法通过对出芽短梗霉菌活化4～8小时，然后摇瓶培养12～36小时得到种子液，按发酵培养基体积的1～10％接种于发酵培养基，进行液态发酵。发酵得到的发酵液在5000r/min的条件下离心5min，所得上清液先以盐酸酸解，后用甲醇进行沉淀，得到黑色素粗品。与其他发酵培养基相比，采用该发明的培养基，黑色素产量由2.47g/L提高到10.74g/L，发酵周期由7天缩短为3天，使培养基底物得到充分利用，提高了原料的利用率，降低了生产成本。但该方法仍存在工艺繁琐、耗时较长等问题。
由于现有黑色素生产技术均存在工艺繁琐，耗时较长、提纯难度大等不足，因此开发一种简便、高效的黑色素制备方法对其工业化生产及其在生物、医药、食品等领域的应用具有重要价值。
发明内容
本发明的目的在于提供从，解决当前黑色素生产工艺繁琐，耗时较长、提纯难度大等问题。
为了解决上述技术问题，采用如下技术方案一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)取氨基酸作为原料；
(2)配制光引发体系；
(3)将光引发剂体系和氨基酸按质量比为1:10～1：100投入到去离子水中，超声至澄清透明后，置于特定波长光下辐照5～30min得到反应混合物；
(4)对上述反应混合物进行离心处理，离心温度20℃，转速10000r/min，时间20min；移除离心上清液，并用特定溶剂对离心固体沉淀物进行3次重复洗涤过滤；60℃下对过滤产物进行烘干，即可得到黑色素产物。
优选后，所述的氨基酸为L-酪氨酸、L-色氨酸、L-苯丙氨酸、3,4-二羟苯丙氨酸、L-精氨酸和L-丙氨酸中任意一种或多种，在选用多种氨基酸混合时，不同氨基酸间的质量比任意。
优选后，所述光引发体系为过渡金属配合物/过硫酸盐、硫杂蒽酮类或染料/叔胺中任意一种。
优选后，所述的过渡金属配合物选自三联吡啶氯化钌、(2,2'-联吡啶)双[2-(2,4-二氟苯基)吡啶]铱(III)六氟磷酸盐、(2,2’-联吡啶)二氯化铂中的一种；所述的过硫酸盐选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种。
优选后，所述的硫杂蒽酮类光引发剂选自2-异丙基硫杂蒽酮、硫杂蒽-9-酮、2-氯硫杂蒽酮中的一种。
优选后，所述的染料选自亚甲基蓝、曙红、罗丹明、赤藓红、孟加拉红、核黄素、姜黄素、吖啶橙、吖啶黄、酚番红花红、樟脑醌中的一种；所述的叔胺选自4-二甲氨基-苯甲酸乙酯、4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸-2-乙基己基酯、4-二甲胺基-二苯甲酮中的一种。
优选后，所述步骤(3)中氨基酸和去离子水质量比为1：100～1：200。
优选后，所述步骤(3)中特定波长光源选自与对应引发体系光谱匹配的主波长为365nm UV-LED，主波长为395nm UV-LED，主波长范围450～480nm的蓝光LED，350～800nm带滤光片氙灯中的一种。
优选后，所述步骤(4)中洗涤溶剂为无水乙醇或去离子水。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
1、本发明提出了一种以多种氨基酸为原料的光诱导高效制备黑色素的方法；
2、本发明制备黑色素工艺简单，制备效率高，产物提纯方便；
3、本发明生产周期极短，成本较低，经济效益高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为黑色素产物的示意图；
图2为黑色素产物的紫外-可见吸收光谱；
其中，图中1中的黑色素产物为棕色，附图已做去色处理。
具体实施方式
本发明旨在提供一种光诱导高效制备黑色素的方法，其原理为：利用光诱导激发氧化还原型光引发体系，由空穴-电子对氧化水分子得到羟基自由基(OH·)等，完成特定氨基酸的一系列复杂氧化过程。黑色素的生成起始于氨基酸在复杂氧化下生成的多巴和多巴醌(DQ)，剩余大多数反应可在pH 7.0左右自发进行。DQ经过分子内除氨基生成无色多巴色素。无色多巴色素进一步被氧化为吲哚-5,6-醌-2-羧酸(ICAQ)，同时无色多巴色素与DQ之间还可经氧化还原反应生成多巴色素和多巴。多巴色素逐渐分解，大部分脱羧基生成二羟基吲哚(DHI)，而少部分生成5,6-二羟基吲哚羧酸(DHICA)。同时DHICA经自动脱羧作用也可生成DHI，并可进一步被OH·氧化成吲哚-5,6-醌(IQ)。最后，IQ、DHICA和ICAQ经氧化聚合反应均可生成黑色素。
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明：
实施例1：
(1)以0.05g L-酪氨酸为原料；
(2)以0.005g三联吡啶氯化钌(Ru(Ⅱ))和0.005g过硫酸钾(KPS)为光引发体系；
(3)将光引发体系和L-酪氨酸依次溶解于100mL去离子水中，超声至澄清透明后，置于50W 465nm蓝光LED辐照10min得到反应混合物；
(4)对上述反应混合物进行离心处理，离心温度20℃，转速10000r/min，时间20min。移除离心上清液，并用无水乙醇对离心固体沉淀物进行3次重复洗涤过滤。60℃下对过滤产物进行烘干，最终得到黑色素，产率50.3％。
实施例2：
(1)以2.0g L-苯丙氨酸和1.0g L-色氨酸为原料；
(2)以0.001g(2,2'-联吡啶)双[2-(2,4-二氟苯基)吡啶]铱(III)六氟磷酸盐(Ir(Ⅲ))和0.01g过硫酸铵(APS)为光引发体系；
(3)将光引发体系、L-苯丙氨酸和L-色氨酸依次溶解于100mL去离子水中，超声至澄清透明后，置于100W 350～800nm氙灯(带滤光片)下辐照10min得到反应混合物；
(4)对上述反应产物进行离心处理，离心温度20℃，转速10000r/min，时间20min。移除离心上清液，并用去离子水对离心固体沉淀物进行3次重复过滤。60℃下对过滤产物进行烘干，最终得到黑色素，产率70.7％。
实施例3：
(1)以2.0g L-色氨酸、0.1g L-酪氨酸和20.0g L-丙氨酸为原料；
(2)以0.0005g樟脑醌(CQ)和0.05g 4-二甲氨基-苯甲酸乙酯(EDMAB)为光引发体系；
(3)将光引发体系和各氨基酸依次溶解于200mL去离子水中，超声至澄清透明后，置于100W 395nm紫外光LED下辐照10min得到反应混合物；
(4)对上述反应产物进行离心处理，离心温度20℃，转速10000r/min，时间20min。移除离心上清液，并用去离子水对离心固体沉淀物进行3次重复过滤。60℃下对过滤产物进行烘干，最终得到黑色素，产率73.3％。
实施例4：
(1)以5.0g L-苯丙氨酸和3.0g L-精氨酸为原料；
(2)以0.001g曙红Y(EY)和0.025g 4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸-2-乙基己基酯(EHDMAB)为光引发体系；
(3)将光引发体系、L-苯丙氨酸和L-精氨酸依次溶解于200mL去离子水中，超声至澄清透明后，置于100W 350～800nm氙灯(带滤光片)下辐照12min得到反应混合物；
(4)对上述反应产物进行离心处理，离心温度20℃，转速10000r/min，时间20min。移除离心上清液，并用去离子水对离心固体沉淀物进行3次重复过滤。60℃下对过滤产物进行烘干，最终得到黑色素，产率59.6％。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)取氨基酸作为原料；
(2)配制光引发体系；
(3)将光引发剂体系和氨基酸按质量比为1:10～1：100投入到去离子水中，超声至澄清透明后，置于特定波长光下辐照5～30min得到反应混合物；
(4)对上述反应混合物进行离心处理，离心温度20℃，转速10000r/min，时间20min；移除离心上清液，并用特定溶剂对离心固体沉淀物进行3次重复洗涤过滤；60℃下对过滤产物进行烘干，即可得到黑色素产物。
2.根据权利要求1所述的一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于：所述的氨基酸为L-酪氨酸、L-色氨酸、L-苯丙氨酸、3,4-二羟苯丙氨酸、L-精氨酸和L-丙氨酸中任意一种或多种，在选用多种氨基酸混合时，不同氨基酸间的质量比任意。
3.根据权利要求1所述的一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于：所述光引发体系为过渡金属配合物/过硫酸盐、硫杂蒽酮类或染料/叔胺中任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于：所述的过渡金属配合物选自三联吡啶氯化钌、(2,2'-联吡啶)双[2-(2,4-二氟苯基)吡啶]铱(III)六氟磷酸盐、(2,2’-联吡啶)二氯化铂中的一种；所述的过硫酸盐选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种。
5.根据权利要求3所述的一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于：所述的硫杂蒽酮类光引发剂选自2-异丙基硫杂蒽酮、硫杂蒽-9-酮、2-氯硫杂蒽酮中的一种。
6.根据权利要求3所述的一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于：所述的染料选自亚甲基蓝、曙红、罗丹明、赤藓红、孟加拉红、核黄素、姜黄素、吖啶橙、吖啶黄、酚番红花红、樟脑醌中的一种；所述的叔胺选自4-二甲氨基-苯甲酸乙酯、4-(N,N-二甲氨基)苯甲酸-2-乙基己基酯、4-二甲胺基-二苯甲酮中的一种。
7.根据权利要求1或2所述的一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于：所述步骤(3)中氨基酸和去离子水质量比为1：100～1：200。
8.根据权利要求1或3所述的一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于：所述步骤(3)中特定波长光源选自与对应引发体系光谱匹配的主波长为365nm UV-LED，主波长为395nm UV-LED，主波长范围450～480nm的蓝光LED，350～800nm带滤光片氙灯中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种光诱导高效制备黑色素的方法，其特征在于：所述步骤(4)中洗涤溶剂为无水乙醇或去离子水。
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