CN117820184A - 一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于玉米黄质制备技术领域，公开了一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法。以叶黄素浸膏为原料，利用皂化反应得到叶黄素混合物，利用异构化反应得到玉米黄质，其中，使用甘油三酯作为反应物保护反应过程中色素的稳定。解决了多次变温问题，浸膏皂化后得到叶黄素湿晶体，再进行异构化时全程恒温，操作简单。其中，异构化过程加压促进分子间运动，推进玉米黄质生成。溶剂回收环境友好，溶剂优选为乙醇，无毒无害易于回收。
Description
技术领域
本发明属于玉米黄质制备技术领域，本发明涉及一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法。具体涉及一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法。
背景技术
玉米黄质(Zeaxanthin,3R，3’S-二羟基-β-胡萝卜素)，亦称玉米黄素，分子式C40H56O2，分子量为568.85，属于异戊二烯类，是一种含氧的类胡萝卜素，与叶黄素属同分异构体。大部分存在于自然界中的玉米黄素为全反式异构体。玉米黄质是一种新型的油溶性天然色素，广泛存在于绿色叶类蔬菜、花卉、水果、枸杞和黄玉米中。在自然界中常常与叶黄素、β-胡萝卜素、隐黄质等共存，组成类胡萝卜素混合物。
目前获得玉米黄质有四个途径，一是从植物中直接提取，但是植物中玉米黄质含量很低，提取步骤繁琐，并使用了大量的有机溶剂，没有经济价值；二是微生物发酵法，由于多数微生物发酵单位较低，造成发酵液中玉米黄质含量低，后提取繁琐，不适合工业生产；三是全化学合成法，该法反应步骤多，有害化学试剂多，产品收率低且得到的玉米黄质不利于人体吸收；四是利用化学转化法来制备玉米黄质，即通过叶黄素差向异构制备玉米黄质，目前已有一些专利和文献涉及到从万寿菊中分离叶黄素晶体通过差向异构制备玉米黄质的方法。
但这些方法在具体工业化实施时存在着以下问题和缺点：
中国专利CN101830841A公开了一种叶黄素浸膏制高含量玉米黄质的方法，该方法主要将浸膏与醇类溶剂混合后升温至60℃，再加碱升温至75-95℃，再升温至110-140℃进行转位，并用甲醇石油醚与水的混合溶剂对晶体进行提取。其具体的升温需进行三次，整体升温复杂，增加车间工况成本，不利于具体实施应用，且混合溶剂的回收困难。不符合现有绿色理念。
中国专利CN104447469A中公开了一种制备玉米黄质的方法，以叶黄素浸膏为反应原料，利用异构化反应得到玉米黄质，其在超声条件下溶解叶黄素浸膏，在微波作用下进行异构化反应。反应过程中通过使用超声加微波，成本高、同时由于工业化生产产量较大，其超声和微波并不均匀，导致转化品质不好，具体实施时，整体批次差距大，效果不好不利于工业生产。
CN107827800A中公开了一种以万寿菊油树脂制备玉米黄质晶体的方法，以万寿菊油树脂为原料，在无水或微水条件下加热到一定温度使叶黄素酯在碱的醇溶液中皂化并最终异构化为玉米黄质，使用低沸点无水或低水含量的醇清洗皂化混合物，所得洗液收集后真空蒸馏回收大部分醇溶剂。其具体操作时，操作温度高120-130℃；且需要升温反应后降温到75℃处理，整体工况操作繁琐，极大增加成本，且其获得的产品叶黄素含量低，不具备生产效益，并且此专利针对废液回收，使用高浓度乙醇水溶液进行洗涤，减少废水处理，制备工艺上无创新。
中国专利CN101182302A中公开了一种含玉米黄质的组合物的制备方法，在密闭反应釜中，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，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12～36h。但其使用的加工助剂为甲酸或硼氢化钠，毒性强，无法保证绿色产业化生产，后续处理难，不满足国内产品添加剂的使用情况，不能生产。
发明内容
为了克服现有技术存在的成本高，如采用超声、微波技术；工艺繁琐，涉及到多次变温反应；环境有害，其溶剂回收困难等问题，最主要问题在于异构化过程中出现叶黄素以及玉米黄质的降解的问题(以叶黄素浸膏为原料制备玉米黄质时，异构化过程色素易降解的问题)，本发明提供一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法，解决了多次变温问题，浸膏皂化后得到叶黄素湿晶体，再进行异构化时全程恒温，操作简单。溶剂回收环境友好，溶剂优选为乙醇，无毒无害易于回收。针对反应过程中叶黄素以及玉米黄质的降解，本发明创新的提供氢键结合增加晶体耐热特性的方法，即优先将酯键断裂，变成叶黄素，同时与甘油三酯形成氢键，再进行高温异构化转位，减少过程中的降解。本发明创新性提出高压高温异构化，其优势在于，使用氮气置换空气，防止过程中色素氧化，同时高压反应可以促进分子间运动，推进玉米黄质生成，增进转化率和收率。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法，以叶黄素浸膏为原料，利用皂化反应得到叶黄素混合物，利用异构化反应得到玉米黄质，其中，使用甘油三酯作为反应物保护反应过程中色素的稳定。
上述叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法，具体步骤如下所示：
(1)将万寿菊浸膏与醇类溶剂按质量比1:3～8混合溶解，升温至50～70℃，搅拌均匀得混合物。
(2)按照万寿菊浸膏与碱重量比1:0.1～0.5，向步骤(1)的混合物中加入碱或碱的水溶液进行皂化反应，反应时间2～4h。经过滤，洗涤，得到叶黄素混合物。
(3)将步骤(2)得到的叶黄素混合物，与甘油三酯混合，甘油三酯与叶黄素混合物质量比1:0.2～3，加入抗氧化剂混合搅拌，浸膏与抗氧化剂质量比1:0.001～0.05，碱和碱催化剂，浸膏与碱质量比1:0.1～0.5，浸膏与碱催化剂质量比为1:0.03～0.1，100-130℃下加压反应15-30h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到高含量玉米黄质晶体。
进一步的，所述步骤(1)中的醇类为甲醇，乙醇，乙二醇/丙二醇中的任一种，温度优选为65℃。
进一步的，所述步骤(2)、步骤(3)中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾，反应时间1～4h。
进一步的，所述步骤(3)中的甘油三酯包括同一类甘油三酯混合物，包括但不限于某一种甘油三酯纯净物，如大豆油，葵花籽油，椰子油，棕榈油，红花油中的任一种，抗氧化剂为茶多酚、生育酚、L-抗坏血酸和D-异抗坏血酸钠中的任一种或两种。所述碱催化剂为甲醇钠，乙醇钠，乙二醇钠，丙二醇钠、甲醇钾、乙醇钾中的任一种。
进一步的，异构化反应加压0.1-2Mpa。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明相对于现有技术，使用油脂对异构化过程中叶黄素及玉米黄质的热降解进行抑制，反应过程中90℃以上温度加热容易使全反式叶黄素异构化为顺式异构体，并且顺式异构体的降解速率明显快于全反式叶黄素，甚至会裂解为环氧化物、含醛基或酮基的衍生物等。利用叶黄素自身的亲脂特性，在分子间作用力下叶黄素与中长链甘油三酯在分子间作用力下结合，增加耐热特性，减少全反式向顺式的转化，提升了收率。本发明创新性提出高压异构化，其优势在于，使用氮气置换空气，防止过程中色素氧化，同时高压反应可以促进分子间运动，推进玉米黄质生成，增进转化率和收率。相对于现有技术，提高了生产效率。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
实施例1
实施例1：本叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法的具体工艺如下所述。
取40g叶黄素浸膏60℃溶于160g乙醇水溶液中，加入10g氢氧化钾，皂化2h，向反应液加入70ml水，过滤得到叶黄素混合物14.1g。取7g大豆油与叶黄素混合物研磨，再加入0.12g茶多酚，4g氢氧化钠，1.2g乙醇钾，充氮气加压0.3Mpa，加入160g乙醇水溶液100℃转位15h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到7.5g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为85％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的91％，叶黄素占9％，转化率85.3％。
转化率＝玉米黄质质量*UV*HPLC/浸膏质量/浸膏色素点*100％
实施例2：本叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法的具体工艺如下所述。
取40g叶黄素浸膏60℃溶于240g甲醇水溶液中，加入4g氢氧化钾，皂化3h，向反应液加入70ml水，过滤得到叶黄素混合物14.6g。取14.6g红花油与叶黄素混合物研磨，再加入0.4gD-异抗坏血酸钠，12g氢氧化钠，2.4g乙醇钾，充氮气加压1Mpa，加入160ml95wt％乙醇水溶液105℃转位18h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到7g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为82.5％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的82.7％，叶黄素占14.2％，转化率70.23％。
实施例3：本叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法的具体工艺如下所述。
取40g叶黄素浸膏60℃溶于320g乙醇水溶液中，加入10g氢氧化钠，皂化4h，向反应液加入70ml水，过滤得到叶黄素混合物14.5g。取21.75g椰子油与叶黄素混合物研磨，再加入0.2g生育酚，0.2g L-抗坏血酸，12g氢氧化钠，4g乙醇钾，充氮气加压1.5Mpa，加入200g乙醇水溶液110℃转位20h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到7.5g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为85.1％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的91％，叶黄素占10.2％，转化率85.4％。
实施例4：本叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法的具体工艺如下所述。
取40g叶黄素浸膏60℃溶于240g乙醇水溶液中，加入10g氢氧化钠，皂化3h，向反应液加入70ml水，过滤得到叶黄素混合物14g。取14g棕榈油与叶黄素混合物研磨，再加入0.2g生育酚，14g氢氧化钠，4g乙醇钾，充氮气加压0.3Mpa，加入100g乙醇水溶液110℃转位20h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到7.6g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为83.4％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的91％，叶黄素占9％，转化率84.8％。
实施例5：本叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法的具体工艺如下所述。
取40g叶黄素浸膏55℃溶于280g乙醇水溶液中，加入12g氢氧化钠，皂化3h，向反应液加入90ml水，过滤得到叶黄素混合物15g。取18.75g葵花籽油与叶黄素混合物研磨，再加入0.4gD-异抗坏血酸钠，12g氢氧化钠，4g乙醇钾，充氮气加压0.5Mpa，加入150g乙醇水溶液107℃转位16h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到7.3g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为85％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的90.5％，叶黄素占10.14％，转化率82.6％。
实施例6：本叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法的具体工艺如下所述。
取40g叶黄素浸膏50℃溶于240g甲醇水溶液中，加入12g氢氧化钠，皂化4h，向反应液加入80ml水，过滤得到叶黄素混合物14.3g。取22g椰子油与叶黄素混合物研磨，再加入0.12g茶多酚，4g氢氧化钠，1.2g甲醇钠，充氮气加压0.7Mpa，加入150甲醇水溶液115℃转位18.5h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到7.2g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为85％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的90.1％，叶黄素占9.1％，转化率81.09％。
对比例1
与实施例1不同的是叶黄素混合物中不混入大豆油，其他条件均相同。
取40g叶黄素浸膏60℃溶于160g乙醇水溶液中，加入10g氢氧化钾，皂化2h，向反应液加入70ml水，过滤得到叶黄素混合物14.1g，再加入0.12g茶多酚，4g氢氧化钠，1.2g乙醇钾，充氮气加压0.3Mpa，加入160g乙醇水溶液100℃转位15h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到6.8g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为60％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的74％，叶黄素占21％，转化率44.4％。
异构化过程不使用油脂保护导致色素分解较多，产物的色素净含量(质量*UV％)明显低于原料色素净含量。
对比例2
与实施例1不同的是在皂化过程使用油脂保护。
取40g叶黄素浸膏60℃溶于160g乙醇水溶液中，加入15g氢氧化钾，7g大豆油，皂化2h，向反应液加入70ml水，过滤得到叶黄素混合物14.2g，再加入0.12g茶多酚，4g氢氧化钠，1.2g乙醇钾，充氮气加压0.3Mpa，加入160g乙醇水溶液100℃转位15h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到7g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为62％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的71％，叶黄素占26％，转化率45.3％。
在皂化过程中使用油脂保护叶黄素酯的稳定性，皂化得到的叶黄素混合物不变，说明油脂起作用的必要条件是在高温条件下实现的结合保护，对叶黄素酯向叶黄素的皂化过程不起作用。
对比例3
与实施例1不同的是使用大豆油FFA进行保护。
取40g叶黄素浸膏60℃溶于160g乙醇水溶液中，加入10g氢氧化钾，皂化2h，向反应液加入70ml水，过滤得到叶黄素混合物16g，。取7g大豆油FFA与叶黄素混合物研磨，再加入0.12g茶多酚，4g氢氧化钠，1.2g乙醇钾，充氮气加压0.3Mpa，加入160g乙醇水溶液100℃转位15h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到6.9g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为64％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的72％，叶黄素占25％，转化率46.7％。
对比例4
与实施例1不同的是使用共轭亚油酸95％进行保护。
取40g叶黄素浸膏60℃溶于160g乙醇水溶液中，加入10g氢氧化钾，皂化3h，向反应液加入70ml水，过滤得到叶黄素混合物15.1g，。取7g大豆油FFA与叶黄素混合物研磨，再加入0.12g茶多酚，4g氢氧化钠，1.2g乙醇钾，充氮气加压0.3Mpa，加入160g乙醇水溶液108℃转位15h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到7g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为60％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的73％，叶黄素占24％，转化率45％。
对比例5
与实施例1不同的是使用浸膏进行异构化反应。对比例是采用一次转位，是浸膏原料直接转位为玉米黄质。本发明是浸膏原料先到叶黄素晶体再到玉米黄质，先低温后高温。
取40g叶黄素浸膏加入7g大豆油混匀，再加入0.12g茶多酚，14g氢氧化钠，1.2g乙醇钾，加入160g乙醇水溶液108℃转位15h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到4.5g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为50％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的60％，叶黄素占35％，转化率19.8％。
结合对比例2，油脂在异构化过程中保护的是叶黄素的稳定性，在皂化温度与异构化温度下，均对叶黄素酯无保护作用，基于结构的不同，叶黄素的紫罗酮环上的羟基是起作用的关键。
对比例6
与实施例1不同的是异构化不加压反应。
取40g叶黄素浸膏60℃溶于160g乙醇水溶液中，加入10g氢氧化钾，皂化2h，向反应液加入70ml水，过滤得到叶黄素混合物14.1g。取7g大豆油与叶黄素混合物研磨，再加入0.12g茶多酚，4g氢氧化钠，1.2g乙醇钾，加入160g乙醇水溶液100℃转位15h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到7g玉米黄质晶体。
经紫外可见光分光光度法检测玉米黄质晶体的总类胡萝卜素含量为80％，用高效液相色谱法分析其中玉米黄质占总类胡萝卜素的62％，叶黄素占34％，转化率51.1％。
常压条件下玉米黄质的液相占比低，叶黄素向玉米黄质转化的程度低。分子间运动比高压条件缓和，导致转化率与收率变低。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法，其特征是，以叶黄素浸膏为原料，利用皂化反应得到叶黄素混合物，利用异构化反应得到玉米黄质，其中，使用甘油三酯作为反应物保护反应过程中色素的稳定。
2.如权利要求1所述的一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法，其特征是，
具体步骤如下所示：
(1)将万寿菊浸膏与醇类溶剂按质量比1:3～8混合溶解，升温至50～70℃，搅拌均匀得混合物；
(2)按照万寿菊浸膏与碱重量比1:0.1～0.5，向步骤(1)的混合物中加入碱或碱的水溶液进行皂化反应，反应时间2～4h。经过滤，洗涤，得到叶黄素混合物；
(3)将步骤(2)得到的叶黄素混合物，与甘油三酯混合，甘油三酯与叶黄素混合物质量比1:0.2～3，加入抗氧化剂混合搅拌，浸膏与抗氧化剂质量比1:0.001～0.05，碱和碱催化剂，浸膏与碱质量比1:0.1～0.5，浸膏与碱催化剂质量比为1:0.03～0.1，100-130℃下氮气置换并加压反应15-30h，经醇类溶剂洗涤干燥，得到高含量玉米黄质晶体。
3.如权利要求2所述的一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法，其特征是，所述步骤(1)中的醇类为甲醇，乙醇，乙二醇/丙二醇中的任一种，温度为65℃。
4.如权利要求3所述的一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法，其特征是，所述步骤(2)、步骤(3)中的碱为氢氧化钠或氢氧化钾，反应时间1～4h。
5.如权利要求4所述的一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法，其特征是，所述步骤(3)中的甘油三酯为大豆油，葵花籽油，椰子油，棕榈油，红花油中的任一种，抗氧化剂为茶多酚、生育酚、L-抗坏血酸和D-异抗坏血酸钠中的任一种或两种；所述碱催化剂为甲醇钠，乙醇钠，乙二醇钠，丙二醇钠、甲醇钾、乙醇钾中的任一种。
6.如权利要求5所述的一种叶黄素浸膏高效制备玉米黄质的方法，其特征是，异构化反应加压0.1-2Mpa。
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