一種以天然葉黃素合成蝦青素的方法

2023-06-02 15:21:46 1

專利名稱：一種以天然葉黃素合成蝦青素的方法
技術領域：
本發明屬於有機物合成領域，涉及一種以天然葉黃素合成蝦青素的新方法。
背景技術：
蝦青素，又名蝦黃素，是一種脂溶性類胡蘿蔔素，英文名astaxanthin，化學名3， 3' - 二羥基_4，4' - 二酮基-β，β'-胡蘿蔔素，CAS登錄號為472-61-7，分子式C4tlH52O4, 分子量596. 86。紅褐色至褐色粉末，耐熱性強，耐光性差。抗氧化性蝦青素有極強的抗氧化性能，為維生素E的500倍(Fisheriedcience， 1996，62 :134-137)。實驗表明，蝦青素不但可以直接清除體內自由基，還能阻斷脂肪酸的鏈式反應(中國專利申請號200810195924. 6)。此外，蝦青素還能有效地防止磷脂和其它脂類的過氧化(J Agric Food Chem，2000，48 :1150)，因此，蝦青素可應用於醫藥產品，作為抗衰老的藥品和食品保健品。蝦青素與炎症:Mara公司將天然蝦青素並與其它沈種著名的抗炎藥物效果進行比較，結果顯示蝦青素和調查中的92%的抗炎藥物有同等的效果或更高；和62種包括阿司匹林在內的非處方抗炎藥相比，蝦青素與其中76%的藥物具有同等的效力或更好 (Technical Repot TR, 3005. 001. 1999)，這些結果均說明蝦青素的抗炎作用可用於治療和預防由炎症引起的疾病。作為光保護劑自然界中類胡蘿蔔素在保護組織免受紫外線引起光氧化方面擔任一個重要較色，在防止脂質紫外線光氧化方面，蝦青素比胡蘿蔔素和葉黃素具有更顯著效果(J. Dermatol. Sci.，1998，16 =226-230)，眼睛和皮膚因紫外線造成氧化損傷已有大量報導，因此蝦青素獨特紫外線保護特性對眼睛和皮膚健康非常重要。抗癌製劑研究發現，蝦青素能顯著降低誘導結腸癌發病率 (AnticancerRes. 1999，19 =1849-1854) 0飲食中蝦青素治療乳腺癌也有效，效果比β-胡蘿蔔素和角黃素高50% (US Patent :6,277.417. 2001) 0蝦青素可抑制引起前列腺生長 5- α -還原酶活性，因此增補蝦青素被提議作為治療良性前列腺增生和前列腺癌的一種方法(Carcinogenesis，1998，19 :403-411)。近來關於蝦青素在影響與癌症有關途徑機理中包括這種胡蘿蔔素能增強膜穩定性和促進細胞間隙結合蛋白基因合成能力，這種蛋白變化將有效影響細胞間通訊，而這可能與減速癌細胞生長有關(Arch. Toxicol.，2002，75 665-675)或與調節免疫反應攻擊癌細胞有關(Carcinogenesis，1995，16 =2957-2963) 蝦青素與心腦血管疾病研究表明，蝦青素通過改變血液中LDL和HDL膽固醇水平而對心臟健康有利(Exp. Gerontol, 1999,34 :613-619)，可減少心臟病的發病率；心血管疾病中腦卒中的發病率一直居高不下，嚴重危害人類的健康，影響著人類的生活質量，但多數藥物只是改變腦缺血複雜的病理生理過程的某一環節，其療效並不滿意，研究表明，蝦青素可用於製備防治腦卒中的藥物(中國專利申請號200810195924. 6)。以上研究都表明，蝦青素是治療和預防心腦血管疾病的良藥。同時，蝦青素又是一種良好的著色劑，能改善水產、畜禽皮膚和禽蛋色素沉積，提高產品品質，促進抗體產生，提高動物免疫力，是鮭魚等魚類的主要色素，在水產及家禽養殖方面也具有重要價值，應用前景非常廣泛。蝦青素製備現狀目前，蝦青素的獲得主要有化學合成和天然提取兩種方式(中國專利申請號200610075691. 7)。天然蝦青素是由藻類、細菌和浮遊植物產生的，一些水生物種，包括蝦、蟹在內的甲殼類動物都食用這些藻類和浮遊生物，然後把這種色素儲存在殼中，這些貝殼類動物又被魚(三文魚、鱒魚、加利魚)和鳥(火烈鳥，朱鷺)雞、鴨捕食， 然後把色素儲存在皮膚和脂肪組織中，人就從動物及其副產品中提取，但是動物體內色素含量較低，廢棄物本身易迅速腐敗變質，體積大，運輸成本相對提高，且提取費用高，所以這種方法不適用於商品化生產，發展潛力不大；通過藻類培養或通過細菌發酵製備(美國專利6015684、5935808)，所得的蝦青素生物活性低，抗氧化性弱，主要用於著色劑，不能滿足人們對蝦青素其它方面的需求。目前最好生產天然蝦青素的是通過培養雨生紅球藻來製備 (國內主要是荊州市天然蝦青素有限公司)，但由於投資大，培養周期長，不能滿足人們對蝦青素越來越大的生活需求，因此需要化學合成來填補，但目前化學合成蝦青素同天然蝦青素在結構、功能、應用及安全性等方面差別顯著。A、結構方面由於兩端的羥基(-0H)旋光性原因，蝦青素具有3S-3—S、3R-3\3R-3—R(也稱為左旋、消旋、右旋)這3種異構形態，其中化學合成蝦青素為3種結構蝦青素的混合物，左旋佔 25%、右旋佔25%、消旋50%左右(食品工程，2007. 3，1 16-18)，極少抗氧化活性，與鮭魚等養殖生物體內的蝦青素(以反式結構——3S-3S型為主)截然不同，酵母菌源的蝦青素是100%右旋(3R-3—R)，有部分抗氧化活性；上述兩種來源蝦青素主要用在非食用動物和物資的著色上。只有藻源的蝦青素是100%左旋(3SH)結構，具有最強的生物學活性。B、生理功能方面人工合成蝦青素抗氧化活性亦比天然蝦青素低，由於合成蝦青素只有1/4左右的左旋結構，因此其抗氧化性也只有天然的1/4左右。C、應用效果上人工蝦青素的生物吸收效果也較天然蝦青素差，餵食濃度較低時，人工蝦青素在紅鱒魚血液中濃度明顯低於天然蝦青素，且在體內無法轉化為天然構型，其著色能力和生物效價更比同濃度的天然蝦青素低的多。D、生物安全方面利用化學手段合成蝦青素時將不可避免的引入雜質化學物質，如合成過程中產生的非天然副產物等，將降低其生物利用安全性。

發明內容
本發明的目的在於克服現有化學合成蝦青素中存在的不足，利用葉黃素和蝦青素在分子結構上的相似性，設計出一種以天然葉黃素合成蝦青素的方法。具體合成路線如圖 1所示，合成產品中左旋結構的蝦青素含量達到80%，和藻源蝦青素的性質非常接近，具有很強的生物學活性。本發明的一種以天然葉黃素合成蝦青素的方法，具體合成步驟為(1)將葉黃素粉末加入到乙醇或者甲醇溶液中，得到葉黃素濃度為50g/L_120g/L的溶液，然後加入N-羥基丁二醯亞胺或N-溴丁二醯亞胺反應，其中葉黃素粉末與 N-羥基丁二醯亞胺或N-溴丁二醯亞胺的質量比為30-50 1;反應條件是反應溫度為75 °C -90 °C,反應時間為30min-40min，並通入CO2和仏的混合氣體，使壓力保持在 720psi-770psi ；(2)然後將反應液溫度降到45°C -58°C，壓力降到lOOpsi-HOpsi，繼續保持反應 50min-70min,當反應液顏色呈現紅棕色，停止反應，減壓回收有機溶劑；(3)用乙醚溶解減壓回收後的物質，使葉黃素在反應液中的濃度為60g/L_80g/L， 再加PCl5固體和質量濃度為20% -35%的稀硫酸調PH到0. 5-1. 5，密閉反應釜，升高溫度到 95°C _120°C反應，直到反應液呈現紅褐色，停止反應，減壓回收有機溶劑，水洗，得到蝦青素單體。上述(X)2和A的混合氣體中(X)2和A的體積比為0. 6-0. 9:1。上述減壓回收是
用旋轉蒸發儀來回收。而且合成過程中儘量避光，防止蝦青素的降解。本發明一種以天然葉黃素合成蝦青素的方法，是先在高溫高壓下反應一段時間後降低溫度和壓力反應，這樣處理是因為在高溫高壓下反應產生的雜質較多，但壓力和溫度低的反應條件又不適合工業化生產，能耗太高，因此先快速的在高溫高壓下把大部分葉黃素反應，而後再降低溫度和壓力繼續把剩下的物質反應完全，這樣反應得到的產品雜質含量較低，可以提高產品蝦青素的含量。對本發明合成的蝦青素進行結構鑑定用專利《蝦青素的晶型》(中國專利申請號200680(^9718. 7)中介紹的方法進行分析，證明合成的蝦青素為3種結構蝦青素的混合物(見圖4)，左旋結構佔75%、右旋佔 10%，其餘的為消旋結構，與蝦青素樣品結構(100%左旋)非常接近，具有很強的生物學活性，能滿足人類對於蝦青素的各種需求，解決了化學合成蝦青素基本沒有氧化性的難題。本發明合成的蝦青素是用高效液相色譜外標法定量測定蝦青素含量在80%以上。本發明合成的蝦青素按照《蝦青素的毒理學安全性評價》(毒理學雜誌，2008. 6，22. 3 244-246)中介紹的方法進行了安全性實驗，是以20000mg/kg蝦青素經灌胃途徑進行動物毒性實驗，小鼠皮毛生長、糞便、飲食、活動和神經反射等情況正常，更無死亡情況發生，表明蝦青素對小鼠行為和精神情況沒有明顯影響，可被社會廣泛應用。


圖1是蝦青素的合成路線圖。圖2是蝦青素液相對照圖譜，其中A為標樣藻源蝦青素(100%左旋)譜圖，B為蝦青素樣品的譜圖，圖中標示的1為蝦青素的色譜峰。蝦青素樣品出峰時間與標樣的一致，可以確定該物質為目標產物蝦青素。圖3為蝦青素拉曼光譜圖；其中A為標樣藻源蝦青素(100%左旋)拉曼光譜圖，B 為蝦青素樣品拉曼光譜圖，得到樣品中三種晶型的比例為左旋晶型右旋晶型消旋晶型=0. 75 0. 15 0. 10。
具體實施例方式下面根據具體實施例對本發明作進一步的說明，但不意味著限制本發明的保護範圍。稱取葉黃素粉末(葉黃素粉末由西安華瑞生物科技有限公司提供，液相含量 60-80% ) 400g於8L的不鏽鋼反應釜中，加入乙醇5L，攪拌溶解完全，加入N-羥基丁二醯亞胺10g，隨後密閉反應釜，升高反應液溫度到81°C，通入(X)2和O2 (v/v = 0. 75)，壓力保持在 745psi，保持反應32min ；將反應液溫度降到52°C，壓力保持在120psi，繼續反應60min，反應液呈現紅棕色。過濾，減壓回收有機溶劑，用5. 5L乙醚溶解，加入PCl5 1. 2g，用25%稀硫酸調節PH為1. 2，密閉反應釜，升高反應液溫度到110°C，反應46min，反應液呈現紅褐色，減壓回收有機溶劑，水洗，乾燥，得到蝦青素單體，左旋結構達到75%以上，反應中儘量避光。對上述合成的蝦青素單體進行結構鑑定，由液相色譜對比圖，如圖3所示，出峰時間與標樣的一致，可以確定該物質為目標產物蝦青素；用液相色譜外標法定量分析得出蝦青素含量在80%以上。由蝦青素拉曼光譜圖，圖4可知，產品蝦青素為3種結構蝦青素的混合物，左旋結構佔75%、右旋佔10%，其餘的為消旋結構，與藻源蝦青素結構(100%左旋) 非常接近，具有很強的生物學活性。
權利要求
1.一種以天然葉黃素合成蝦青素的方法，其特徵是，具體合成步驟為(1)將葉黃素粉末加入到乙醇或者甲醇溶液中，得到葉黃素濃度為50g/L-120g/L的溶液，然後加入N-羥基丁二醯亞胺或N-溴丁二醯亞胺反應，其中葉黃素粉末與N-羥基丁二醯亞胺或N-溴丁二醯亞胺的質量比為30-50 1 ；反應條件是反應溫度為75°C-90°C，反應時間為30min-40min，並通入(X)2和仏的混合氣體，使壓力保持在720psi-770psi ；(2)然後將反應液溫度降到45°C-58°C，壓力降到lOOpsi-HOpsi，繼續保持反應 50min-70min,當反應液顏色呈現紅棕色，停止反應，減壓回收有機溶劑；(3)用乙醚溶解減壓回收後的物質，使葉黃素在反應液中的濃度為60g/L-80g/L，再加PCl5固體和質量濃度為20% -35%的硫酸調pH到0. 5-1. 5，密閉反應釜，升高溫度到 95°C _120°C反應，直到反應液呈現紅褐色，停止反應，減壓回收有機溶劑，水洗，得到蝦青素單體。
2.根據權利要求1所述一種以天然葉黃素合成蝦青素的方法，其特徵是，所述(X)2和& 的混合氣體中CO2和O2的體積比為0.6-0. 9 1。
3.根據權利要求1所述一種以天然葉黃素合成蝦青素的方法，其特徵是，所述減壓回收是用旋轉蒸發儀來回收。
全文摘要
一種以天然葉黃素合成蝦青素的新方法，具體步驟為將葉黃素粉末加入到乙醇或者甲醇溶液中，得到葉黃素濃度為50g/L-120g/L的溶液，然後加入N-羥基丁二醯亞胺或N-溴丁二醯亞胺反應，其中葉黃素粉末與N-羥基丁二醯亞胺或N-溴丁二醯亞胺的質量比為30-50∶1；然後將反應液溫度降到45℃-58℃，壓力降到100psi-140psi，繼續保持反應50min-70min，當反應液顏色呈現紅棕色，停止反應，減壓回收有機溶劑；再用乙醚溶解減壓回收後的物質，調pH到0.5-1.5，密閉反應釜，升高溫度到95℃-120℃反應，直到反應液呈現紅褐色，停止反應，減壓回收有機溶劑，水洗，得到蝦青素單體。其中左旋結構的蝦青素含量達到80％，與藻源蝦青素的性質非常接近，具有很強的生物學活性。
文檔編號C07C403/24GK102212024SQ20111008968
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月11日 優先權日2011年4月11日
發明者劉毛東, 朱貞鈺 申請人:長沙富能生物技術有限公司