CN113735753A - 一种高收率制备高稳定性角黄素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高收率制备高稳定性角黄素的方法，包括如下步骤：(1)β‑胡萝卜素在催化剂和氧化剂的作用下发生氧化反应；(2)反应结束后，淬灭、水洗、脱溶剂，得到角黄素粗品；(3)角黄素粗品在异构溶剂的作用下，发生异构反应；(4)经离心、洗涤、干燥操作，得到角黄素晶体；其中，所述步骤(1)β‑胡萝卜素中TPPO的含量≤1000ppm。本发明的方法制备的角黄素收率高且存储稳定性良好，能满足下游的应用需求。

Description

一种高收率制备高稳定性角黄素的方法

技术领域

本发明属于营养化学品领域，具体涉及一种高收率制备高稳定性角黄素的方法。

背景技术

角黄素(又称为斑蝥黄)是一种类胡萝卜素，存在于某些蘑菇、甲壳类、鱼类、藻类、蛋、血液和肝脏中。1984年FDA/WHO批准斑蝥黄列入食品添加剂并制订了质量标准。斑蝥黄可以作为食品添加剂用于饮料、冰淇淋、华夫无辅料饼干、调味酱、番茄加工品和肉类加工品等。斑蝥黄加入鸡、鸭等家禽的饲料中，在蛋黄中产生一种消费者喜爱的橘黄色。

US4212827A公开了一种制备斑蝥黄的方法，在催化剂存在下用氯酸盐或溴酸盐来氧化β-胡萝卜素，该方法的缺点是反应时间过长，引发较困难，工艺不稳定，收率低。

CN1417207A公开了一种用亚硫酸、亚硫酸氢盐或酸式亚硫酸盐和溴酸盐相结合产生的次溴酸作氧化剂，使得斑蝥黄获得很好的产量，同时明显地缩短了反应时间。该方法的缺点是生成的次溴酸不稳定，难以应用到工业化中。

上述以β-胡萝卜素为原料制备角黄素的方法，其反应收率总体较低，且所得到的角黄素晶体的存储稳定性较差。

因此，如何提升氧化反应收率、同时提升角黄素存储稳定性至关重要。

发明内容

本申请发明人发现β-胡萝卜素中关键杂质三苯基氧膦(TPPO)来源于β-胡萝卜素制备过程，其不可避免地会进入到β-胡萝卜素晶体中，然而通过控制β-胡萝卜素中TPPO的含量会影响氧化反应的进行以及角黄素晶体的存储稳定性，从而完成了本发明。本发明的目的在于提供一种高手率制备高稳定性角黄素的方法，通过控制β-胡萝卜素中TPPO的含量，从而达到高收率制备高稳定性角黄素的目的。

为实现以上发明目的，本发明的技术方案如下：

一种高收率制备高稳定性角黄素的方法，包括以下步骤：

(1)β-胡萝卜素在催化剂和氧化剂的作用下发生氧化反应，其中，控制β-胡萝卜素中TPPO的含量≤1000ppm；

(2)反应结束后，淬灭、水洗、脱溶剂，得到角黄素粗品；

(3)角黄素粗品在异构溶剂的作用下，发生异构反应；

(4)经离心、洗涤、干燥得到角黄素晶体。

在一个优选的实施方案中，所述步骤(1)中控制β-胡萝卜素中TPPO的含量为10-500ppm；优选地，控制β-胡萝卜素中TPPO的含量为10-200ppm。

在一个具体的实施方案中，所述步骤(1)中氧化剂选自氯酸钾、氯酸钠、过氧化氢、亚氯酸钠、次氯酸钠中的至少任一种。

在一个具体的实施方案中，其特征在于，所述步骤(1)中催化剂选自碘化钠、碘化钾中的至少任一种。

在一个具体的实施方案中，所述步骤(1)中催化剂、氧化剂溶解于水，加入β-胡萝卜素与有机溶剂的混合液中，β-胡萝卜素在催化剂和氧化剂的作用下发生氧化反应；优选地，所述有机溶剂选自氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、丙酮中的至少任一种。

在一个具体的实施方案中，β-胡萝卜素、催化剂、氧化剂、水、有机溶剂的质量比为1:0.01-0.1:0.2-2:5-40:10-80，优选1:0.02-0.08:0.5-1:10-20:20-60。

在一个具体的实施方案中，所述步骤(1)中氧化反应的反应温度为-10～30℃，优选为0～20℃；反应压力为0.1MPaA-0.5MPaA，优选为0.1MPaA-0.3MPaA；反应时间为8-24h，优选为10-15h。

在一个具体的实施方案中，所述步骤(3)中异构溶剂选自乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、甲苯、甲醇中的至少任一种。

在一个具体的实施方案中，所述步骤(3)中角黄素粗品、异构溶剂的质量比为1:5-50，优选为1:10-25。

在一个具体的实施方案中，所述步骤(3)中异构反应的反应温度为50-150℃，优选为70-100℃；反应压力为0.1MPaA-1MPaA，优选为0.1MPaA-0.5MPaA；反应时间为4-24h，优选8-12h。

与现有技术相比，本发明采用上述技术方案，具有如下有益效果：

(1)本发明的方法通过严格控制β-胡萝卜素中TPPO的含量，可有效提升氧化反应收率，最终角黄素晶体的收率明显提升，并且意外发现采用本发明方法制备的角黄素晶体的存储稳定性显著提升。

(2)本发明的方法仅需控制原料β-胡萝卜素中TPPO的含量就能达到相应的技术效果，与现有技术兼容性强，适合工业化生产。

具体实施方式

为了更好理解本发明的技术方案，下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。

一种高收率制备高稳定性角黄素的方法，包括以下步骤：

(1)β-胡萝卜素在催化剂和氧化剂的作用下发生氧化反应；

(2)反应结束后，淬灭、水洗、脱溶剂，得到角黄素粗品；

(3)角黄素粗品在异构溶剂的作用下，发生异构反应；

(4)经离心、洗涤、干燥操作，得到角黄素晶体。

其中，所述步骤(1)中控制β-胡萝卜素中TPPO含量≤1000ppm，优选不高于1000ppm且不低于10ppm，例如包括但不限于控制TPPO含量不高于1000ppm、900ppm、800ppm、700ppm、600ppm、500ppm、400ppm、300ppm、200ppm、100ppm、50ppm、10ppm；优选地，控制TPPO的含量为10-500ppm；更优选地，控制TPPO的含量为10-200ppm。其中，本领域技术人员可以理解的是，控制β-胡萝卜素中TPPO含量小于10ppm也适用于本发明，但由于将TPPO含量控制得越小，后处理的工艺越复杂，无疑会大幅增加后处理的成本；关键是TPPO控制在小于10ppm含量水平后，再进一步降低TPPO含量对氧化反应的收率以及角黄素晶体的存储稳定性影响不大。因此本发明优选控制β-胡萝卜素中TPPO含量在10-1000ppm水平，但小于10ppm的情况也应在本发明的保护范围之内。

β-胡萝卜素的制备过程可参考专利CN110452147A，在这个过程中，TPPO不可避免地会进入到β-胡萝卜素晶体中，从而对后续的氧化反应产生影响，并最终进入角黄素中。采用该专利方法制备的β-胡萝卜素中TPPO含量一般高达5000-10000ppm。

本发明中，通过用不同用量和比例的二氯甲烷、乙醇混合溶剂洗涤，可以有效控制β-胡萝卜素中的TPPO含量。混合溶剂中，二氯甲烷、乙醇的质量比为1:0.5-2，洗涤时间为3-6h。

具体地，当混合溶剂用量为β-胡萝卜素用量的10-20倍时，TPPO含量可以降至1000ppm以下；当混合溶剂用量为β-胡萝卜素用量的20-50倍时，TPPO含量可以降至500ppm以下；当混合溶剂用量为β-胡萝卜素用量的50-100倍时，TPPO含量可以降至10-200ppm。

本发明的方法在现有角黄素制备方法的基础上，通过控制β-胡萝卜素中TPPO含量在规定范围内即可，其它制备工艺可以参考现有技术。例如β-胡萝卜素的氧化反应所用的氧化剂例如选自氯酸钾、氯酸钠、过氧化氢、亚氯酸钠、次氯酸钠中的至少任一种，优选为氯酸钠、过氧化氢。所述氧化反应的催化剂例如选自碘化钠、碘化钾中的至少任一种。

在具体的实施方式中，例如将催化剂、氧化剂溶解于水，β-胡萝卜素与有机溶剂混合形成原料液，将溶解有催化剂和氧化剂的水溶液加入到含β-胡萝卜素的原料液中，从而β-胡萝卜素在催化剂和氧化剂的作用下发生氧化反应。其中，原料液中所用有机溶剂选自氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、丙酮中的至少任一种，优选为二氯甲烷、氯仿。具体地，β-胡萝卜素、催化剂、氧化剂、水、有机溶剂的质量比为1:0.01-0.1:0.2-2:5-40:10-80，优选为1:0.02-0.08:0.5-1:10-20:20-60。

所述氧化反应的反应温度为-10～30℃，例如包括但不限于-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃，优选为0～20℃；反应压力为0.1MPaA-0.5MPaA，例如包括但不限于0.1MPaA、0.15MPaA、0.2MPaA、0.25MPaA、0.3MPaA、0.35MPaA、0.4MPaA、0.45MPaA、0.5MPaA，优选为0.1MPaA-0.3MPaA；反应时间为8-24h，例如包括但不限于8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h，优选为10-15h。

本发明中，所述步骤(2)的淬灭、水洗、脱溶剂工艺可以采用行业公知的方案，没有特别的限制。例如步骤(1)的反应液使用催化剂质量3倍的硫代硫酸钠淬灭后，进行分相；分离得到的有机相，使用1倍反应用水质量进行洗涤，进行分相；分离得到的有机相减压蒸馏脱除溶剂，得到角黄素粗品。

本发明中，所述步骤(3)的异构反应也可参考现有技术，例如文献《一步氧化法合成角黄素的工艺改进》山东化工.2013,42(02)。具体地，异构溶剂选自乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、甲苯、甲醇中的至少任一种，优选为乙醇、乙酸乙酯、正己烷。在本发明中，所述角黄素粗品与异构溶剂的质量比为1:5-50，例如包括但不限于1：5、1：10、1：15、1：20、1：25、1：30、1：35、1：40、1：45、1：50，优选为1:10-25。另外，异构反应温度为50-150℃，包括但不限于50℃、60℃、70℃、0℃、0℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃，优选为70-100℃；压力为0.1MPaA-1MPaA，例如包括但不限于0.1MPaA、0.15MPaA、0.2MPaA、0.25MPaA、0.3MPaA、0.35MPaA、0.4MPaA、0.45MPaA、0.5MPaA、0.55MPaA、0.6MPaA、0.65MPaA、0.7MPaA、0.75MPaA、0.8MPaA、0.85MPaA、0.9MPaA、0.95MPaA、1.0MPaA，优选为0.1MPaA-0.5MPaA；反应时间为4-24h，例如包括但不限于4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h，优选为8-12h。

本发明中，步骤(4)的离心、洗涤、干燥工艺均为本领域常规操作，可以参考现有技术。例如，待异构反应悬浊液降至室温后，离心操作；使用1倍异构反应溶剂质量进行洗涤后减压真空干燥，得到角黄素晶体。

下面通过更具体的实施例详述本发明的制备方法，但本发明并不限于下述的实施例。

以下实施例和对比例所用的主要原料信息如下：

含有不同含量TPPO的β-胡萝卜素，自制；

氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、丙酮、乙醇、正己烷、甲苯、甲醇，分析纯，百灵威科技有限公司；

氯酸钾、氯酸钠、过氧化氢、亚氯酸钠、次氯酸钠、碘化钠、碘化钾，分析纯，阿拉丁。

反应收率测试、角黄素纯度测试、TPPO含量测试均使用液相色谱进行。

本发明的角黄素纯度测试条件如下：色谱型号：Agilent 1260；色谱柱：C30柱；流动相：A：乙腈，B：异丙醇；柱温：40℃；流速：1.0mL/min；进样量：5μL；检测波长：474nm。

TPPO测试条件：色谱型号：Agilent 1260；色谱柱：C18柱；流动相：A：甲醇，B：0.1％磷酸水溶液；柱温：40℃；流速：1.0mL/min；进样量：10μL；检测波长：225nm。

制备例

高含量TPPO的β-胡萝卜素参考专利CN110452147A实施例2的方法制备，所得β-胡萝卜素的TPPO含量约6000ppm。使用二氯甲烷、乙醇的混合溶剂对β-胡萝卜素进行洗涤，混合溶剂中二氯甲烷、乙醇的质量比为1：1，控制混合溶剂用量为β-胡萝卜素用量的10-100倍，洗涤时间为3-6h，得到不同含量TPPO的β-胡萝卜素。

当混合溶剂用量为28倍，洗涤时间为4h时，TPPO含量降至450ppm；

当混合溶剂用量为55倍，洗涤时间为6h时，TPPO含量降至180ppm；

当混合溶剂用量为18倍，洗涤时间为3h时，TPPO含量降至980ppm；

当混合溶剂用量为95倍，洗涤时间为6h时，TPPO含量降至18ppm；

当混合溶剂用量为48倍，洗涤时间为4h时，TPPO含量降至210ppm；

当混合溶剂用量为500倍，洗涤时间为6h时，TPPO含量降至8ppm；

当混合溶剂用量为10倍，洗涤时间为2h时，TPPO含量降至1050ppm。

实施例1

将β-胡萝卜素(TPPO含量为450ppm)、次氯酸钠、碘化钠、水、二氯乙烷按照质量比1:0.08:1:20:60混合，于20℃、0.3MPaA条件下反应10h后，经硫代硫酸钠淬灭、洗涤、脱溶剂操作后，所得角黄素粗品与乙酸乙酯按照质量比1:10混合，于100℃、0.5MPaA下反应8h后，经离心、洗涤、干燥后，得到角黄素晶体。氧化反应的收率为83％，异构反应收率为95％。所得晶体于氮气氛围中存放30天，晶体纯度由99.5％降至99.2％。

实施例2

将β-胡萝卜素(TPPO含量为180ppm)、氯酸钠、碘化钾、水、二氯甲烷按照质量比1:0.02:0.5:10:20混合，于0℃、0.1MPaA条件下反应15h后，经硫代硫酸钠淬灭、洗涤、脱溶剂操作后，所得角黄素粗品与丙酮按照质量比1:25混合，于70℃、0.3MPaA下反应12h后，经离心、洗涤、干燥后，得到角黄素晶体。氧化反应的收率为84％，异构反应收率为96％。所得晶体于氮气氛围中存放30天，晶体纯度由99.6％降至99.3％。

实施例3

将β-胡萝卜素(TPPO含量为980ppm)、过氧化氢、碘化钠、水、乙酸乙酯按照质量比1:0.1:0.2:40:80混合，于30℃、0.2MPaA条件下反应8h后，经硫代硫酸钠淬灭、洗涤、脱溶剂操作后，所得角黄素粗品与正己烷按照质量比1:50混合，于150℃、1MPaA下反应4h后，经离心、洗涤、干燥后，得到角黄素晶体。氧化反应的收率为81％，异构反应收率为95％。所得晶体于氮气氛围中存放30天，晶体纯度由99.6％降至99.1％。

实施例4

将β-胡萝卜素(TPPO含量为18ppm)、亚氯酸钠、碘化钾、水、氯仿按照质量比1:0.01:0.2:5:10混合，于-10℃、0.5MPaA条件下反应24h后，经硫代硫酸钠淬灭、洗涤、脱溶剂操作后，所得角黄素粗品与甲苯按照质量比1:5混合，于50℃、0.1MPaA下反应24h后，经离心、洗涤、干燥后，得到角黄素晶体。氧化反应的收率为82％，异构反应收率为97％。所得晶体于氮气氛围中存放30天，晶体纯度由99.4％降至99.0％。

实施例5

将β-胡萝卜素(TPPO含量为210ppm)、氯酸钾、碘化钠、水、丙酮按照质量比1:0.06:0.8:15:40混合，于10℃、0.2MPaA条件下反应13h后，经硫代硫酸钠淬灭、洗涤、脱溶剂操作后，所得角黄素粗品与甲醇按照质量比1:15混合，于80℃、0.4MPaA下反应10h后，经离心、洗涤、干燥后，得到角黄素晶体。氧化反应的收率为85％，异构反应收率为96％。所得晶体于氮气氛围中存放30天，晶体纯度由99.7％降至99.4％。

对比例1

将实施例1中的β-胡萝卜素替换为TPPO含量为1050ppm的β-胡萝卜素，其他反应参数与实施例1完全相同，最终得到角黄素晶体。氧化反应的收率为75％，异构反应收率为94％。所得晶体于氮气氛围中存放30天，晶体纯度由98.9％降至95.3％。

对比例2

氧化反应未加入有机溶剂，其他反应参数与实施例1相同。氧化反应收率为25％，异构反应收率为56％。所得角黄素晶体纯度只有85％。

对比例3

氧化反应未加入氧化剂，其他反应参数与实施例1相同。氧化反应收率为0％。

对比例4

氧化反应未加入催化剂，其他反应参数与实施例1相同。氧化反应收率为0％。

对比例5

异构反应未加入异构溶剂，其他反应参数与实施例1相同。氧化反应收率不变，异构反应收率只有71％。所得晶体纯度只有91％。

对比例6

将实施例1中β-胡萝卜素替换为TPPO含量为8ppm的β-胡萝卜素，其他反应条件与实施例1相同。氧化反应的收率为83％，异构反应收率为96％。所得晶体于氮气氛围中存放30天，晶体纯度由99.6％降至99.3％。

得到TPPO含量为8ppm的β-胡萝卜素所使用的二氯甲烷、乙醇混合溶剂的量为β-胡萝卜素质量的500倍，耗费溶剂量过大，而反应收率及产品稳定性并无明显提升。

由实施例1与对比例1对比可知，当TPPO含量较高时，氧化反应收率明显降低，异构反应收率基本不变，而所得晶体稳定性变差。这是因为，TPPO中氧的存在，使氧化反应进行程度加深，过度氧化杂质增多，从而导致氧化反应收率降低；另外，由于TPPO会进入到角黄素晶体中，从而导致角黄素存储稳定性变差。因此，需严格控制原料β-胡萝卜素中TPPO含量，从源头上提升反应收率和角黄素的存储稳定性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种高收率制备高稳定性角黄素的方法，包括以下步骤：

(1)β-胡萝卜素在催化剂和氧化剂的作用下发生氧化反应，其中，控制β-胡萝卜素中TPPO的含量≤1000ppm；

(2)反应结束后，淬灭、水洗、脱溶剂，得到角黄素粗品；

(3)角黄素粗品在异构溶剂的作用下，发生异构反应；

(4)经离心、洗涤、干燥得到角黄素晶体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中控制β-胡萝卜素中TPPO的含量为10-500ppm；优选地，控制β-胡萝卜素中TPPO的含量为10-200ppm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化剂选自氯酸钾、氯酸钠、过氧化氢、亚氯酸钠、次氯酸钠中的至少任一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中催化剂选自碘化钠、碘化钾中的至少任一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中催化剂、氧化剂溶解于水，加入β-胡萝卜素与有机溶剂的混合液中，β-胡萝卜素在催化剂和氧化剂的作用下发生氧化反应；优选地，所述有机溶剂选自氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、丙酮中的至少任一种。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，β-胡萝卜素、催化剂、氧化剂、水、有机溶剂的质量比为1:0.01-0.1:0.2-2:5-40:10-80，优选1:0.02-0.08:0.5-1:10-20:20-60。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中氧化反应的反应温度为-10～30℃，优选为0～20℃；反应压力为0.1MPaA-0.5MPaA，优选为0.1MPaA-0.3MPaA；反应时间为8-24h，优选为10-15h。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中异构溶剂选自乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、甲苯、甲醇中的至少任一种。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中角黄素粗品、异构溶剂的质量比为1:5-50，优选为1:10-25。

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中异构反应的反应温度为50-150℃，优选为70-100℃；反应压力为0.1MPaA-1MPaA，优选为0.1MPaA-0.5MPaA；反应时间为4-24h，优选8-12h。