CN101417917A - 一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法。该制备方法包括以下步骤：将发酵料液过滤得到菌丝体；在菌丝体中加入极性有机溶剂研磨破壁，过滤除去极性有机溶剂；菌丝体加低沸点石油系有机溶剂作脱油剂，去除菌丝体油脂成分和所含的少量β－胡萝卜素等杂质；菌丝体加低沸点石油系有机溶剂作萃取剂，固液萃取菌丝体中番茄红素；萃取液冷却析晶；过滤，经真空干燥后得高纯度全反式的番茄红素晶体。本发明采用的上述工艺，能够避免番茄红素受热氧化降解和异构化，获得的番茄红素结晶纯度好，番茄红素含量超过97％，其中全反式结构含量超过90％。

Description

一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，属于化学制药领域。

背景技术

番茄红素是一种天然的色素，含40个碳的多烯化合物，由11个共轭及2个非共轭碳碳双键组成的直链型碳氢化合物，存在全反式和许多顺式异构体，常见的顺式异构体如，5-顺，9-顺，13-顺，15-顺，全反式和顺式番茄红素的化学性质和在人体的生物利用度是不一样的，一般认为全反式具有更大的生理活性，由于天然存在的番茄红素主要是全反式的。由于番茄红素本身结构特点，使其在加工、储存过程中很容易发生氧化降解和异构化成顺式结构，从而使获得高纯度全反式番茄红素变得困难。

目前生产番茄红素工艺有从西红柿中提取、化学合成、生物发酵三种方法。其中利用三孢布拉氏霉菌在阻断剂存在下发酵法生产番茄红素，目前已实现了工业化生产，具有产品天然、成本较低、纯度高、环保压力小等优点，正逐步取代化学合成法和西红柿提取法。

从三孢布拉氏霉菌中提取番茄红素，专利CN1760282A特征在于湿菌丝体乙醇脱水处理后，经真空干燥、粉碎，用超临界二氧化碳流体萃取得到含量大于3％番茄红素油树脂，溶于乙酸乙酯中，滴加乙醇得到番茄红素含量60％的结晶番茄红素产品，该工艺缺点是不能获得高纯度的产品。专利CN1528906A利用离心或板框压滤收集的湿菌丝体，经真空加热干燥得干菌丝粉，有机溶剂萃取，萃取液浓缩后加入乙醇析晶，得40％番茄红素的结晶粗品，经氯仿多次重结晶得含量大于90％的番茄红素精品。该工艺中加热干燥耗时较长，易导致番茄红素氧化降解和异构化，重结晶过程中采用的氯仿也易导致番茄红素异构化，且溶剂本身毒性较大。专利CN1617934A、CN1197972C中天然生物合成原料(发酵培养基)用醇处理(除去醇溶的亲脂性物质及不同比例的水)，干燥、裂解后用酯类溶剂萃取，萃取液浓缩后加入醇沉淀，番茄红素析晶。由于菌丝体含大量水，干燥过程及随后的提取液浓缩过程造成番茄红素被氧化、损失或异构化使全反式比例下降，并且番茄红素在酯类溶剂中溶解度较小，提取需要使用大量溶剂，增加了产品成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，该制备方法能够获得具有更好生物利用度的高纯度全反式番茄红素。

本发明的技术解决方案是该制备方法包括以下步骤：(1)将发酵料液过滤得到菌丝体；(2)在菌丝体中加入极性有机溶剂研磨破壁，过滤除去极性有机溶剂；(3)菌丝体加低沸点石油系有机溶剂作脱油剂，去除菌丝体油脂成分和所含的少量β-胡萝卜素等杂质；(4)菌丝体加低沸点石油系有机溶剂作萃取剂，固液萃取菌丝体中番茄红素；(5)萃取液冷却析晶；(6)过滤，经真空干燥后得高纯度全反式的番茄红素晶体；(7)脱油液、析晶母液合并后浓缩，冷却结晶后得番茄红素粗品，经重结晶后得纯化的番茄红素晶体。

本发明所述的细胞破壁采用篮式研磨机加液研磨的方法。

本发明所述的极性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮。

本发明所述的菌丝体：极性有机溶剂的重量比为1：(1-20)。

本发明所述的加液研磨温度为0～40℃，研磨时间为5～60分钟。

本发明所述的菌丝体：脱油剂的重量比为1：(1-20)。

本发明所述脱油浸出温度为-5～20℃。

本发明所述的菌丝体：萃取剂的重量比为1：(5-100)。

本发明所述萃取温度为20～70℃，所述萃取时间为5～120分钟，所述萃取次数为1-3次。

本发明萃取液冷却析晶温度为-10～10℃。

本发明具有以下有益效果：

(1)省略菌丝体的干燥工艺，避免番茄红素受热氧化降解和异构化。

(2)加液研磨工艺起到很好的脱水、去杂、细胞破壁效果。

(3)菌丝体低温脱油工艺，方便了后续的萃取纯化分离操作。

(4)番茄红素异构化程度较低，冷结晶方法避免了番茄红素受热氧化降解和异构化，同时减少了溶剂损耗。

(5)获得的番茄红素结晶纯度好，番茄红素含量超过97％，其中全反式结构含量超过90％。

具体实施方式

本发明将未经干燥的菌丝体加极性有机溶剂进行研磨，对细胞充分破壁处理，极性有机溶剂(甲醇、乙醇、丙酮)可以除掉细胞内外的水分，增加有机溶剂的渗透性，减少萃取传质阻力，同时可以除掉一些醇溶性杂质。采用篮式研磨机，以极性有机溶剂(与水混溶)作研磨介质，根据需要，用量可在菌丝体与溶剂重量比1：(1-20)变动，温度为0～40℃，研磨时间在5～60分钟变动。优选采用无水乙醇，菌丝体：乙醇的重量比为1：5，0～5℃研磨15分钟，操作1～3次，可以较好地除掉菌丝体水分，避免湿菌丝体干燥过程受热导致番茄红素发生降解和异构化，并达到充分破壁效果。

三孢布拉氏霉菌胞内外含有大量油脂性物质和少量脂溶性的β-胡萝卜素及其它类胡萝卜素，对同样脂溶性的番茄红素分离提取带来困难。选择适当的溶剂，使其对油脂性物质和β-胡萝卜素等其它类胡萝素具有较大的溶解度，而对番茄红素具有相对小的溶解度，以除掉油脂性物质和β-胡萝卜素等其它类胡萝卜素是非常重要。本发明采用菌丝体低温脱油工艺，即利用低沸点石油系溶剂(正己烷、环己烷)在低温状态下与油脂类物质混溶，对番茄红素溶解度较小，而对β-胡萝卜素溶解度相对较大，菌丝体：脱油剂的重量比为1：(1-20)，脱油浸出温度为-5～20℃，优选的脱油剂用量为菌丝体：脱油剂的重量比为1：3，浸出温度为0～5℃，可以溶解除去菌丝体中大部分油脂类杂质和β-胡萝卜素杂质，减轻了后续萃取纯化压力。

番茄红素在有机溶剂中存在异构化现象，异构化的程度与溶剂本身性质、温度、时间有关。番茄红素在有机溶剂(正己烷、环己烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯、甲苯、石油醚、四氢呋喃、丙酮、二氯甲烷)中会发生不同程度的异构化现象(即由全反式转化为顺式异构体)，在二氯甲烷中发生异构化程度最高，而在正己烷中最低。番茄红素异构化程度受温度影响较大，40℃时异构化程度明显高于0℃时。本发明采用异构化影响较小的低沸点石油系溶剂(正己烷、环己烷)来提取三孢布拉氏霉菌中番茄红素。同时本发明发现番茄红素在低沸点石油系有机溶剂中溶解度与温度曲线有较大斜率，如其在正己烷中-10℃溶解度为0.05克/升，而在60℃溶解度高达0.8克/升，因此本发明采用冷却结晶方式，可以避免通常技术采用的浓缩结晶法中温度对番茄红素氧化降解和异构化的影响，而且可以控制结晶速度，获得颗粒大而杂质含量低的番茄红素结晶，分离后母液可以直接用于下一次萃取，减少了溶剂浓缩造成的损耗。检测母液中杂质如超过一定含量，可通过浓缩回收溶剂，母液干品通过重结晶处理得到纯化产品。

为方便操作和更大限度得到高纯化产品，具体的，萃取剂用量为菌丝体的5～100倍(重量比)，优选为20倍。萃取温度为20～70℃，优选45～50℃。萃取时间5～120分钟，优选10分钟。固液萃取次数为1～3次。控制所得萃取液番茄红素浓度为0.05～1克/升，优选为0.2～0.4克/升，萃取液冷却析晶温度为-10～10℃，优选-5℃。析晶母液番茄红素浓度为0.01～0.05克/升。分离后得到的番茄红素采用真空干燥除去残留溶剂以符合溶剂残留限度标准要求，控制干燥温度不超过30℃，减少番茄红素降解和异构化。

实施例1：

采用三孢布拉氏霉菌发酵后的料液，过滤得菌丝体，取1千克(含番茄红素16.0克)，置篮式研磨磨机内，加乙醇3千克，5℃下研磨15分钟，离心过滤。菌丝体加2千克正已烷，10℃下搅拌浸渍半小时，过滤脱油。菌丝体加20千克正已烷，35℃下搅拌萃取15分钟，过滤，滤液搅拌下缓缓降温至-5℃，搅拌结晶12小时，过滤，结晶在35℃下真空干燥，得番茄红素9.8克，提取收率为61.3％。

实施例2：

取三孢布拉氏霉菌菌丝体3千克(含番茄红素48.0克)，置篮式研磨磨机内，加乙醇15千克，20℃下研磨30分钟，离心过滤。菌丝体加15千克正已烷，0℃下搅拌浸渍半小时，过滤脱油。菌丝体正已烷150千克，45℃搅拌萃取15分钟，过滤，滤液搅拌下缓缓降温至-5℃，搅拌结晶12小时，过滤，结晶在35℃下真空干燥，得番茄红素33.4克，提取收率为69.6％。

实施例3：

取三孢布拉氏霉菌菌丝体3千克(含番茄红素48.0克)，置篮式研磨磨机内，加乙醇30千克，5℃下研磨30分钟，离心过滤。菌丝体加9千克正已烷，5℃下搅拌浸渍半小时，过滤脱油。菌丝体加50千克正已烷，55℃下搅拌萃取10分钟，过滤，滤渣再同法搅拌萃取两次，合并滤液，搅拌下缓缓降温至-5℃，搅拌结晶12小时，过滤，结晶在35℃下真空干燥，得番茄红素40.4克，收率为84.2％。

本发明不限于这些公开的实施例，本发明将覆盖技术方案所描述的范围，以及权利要求范围的各种变形和等效变化，在不偏离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域技术人员容易实现的任何修改或改进均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：

(1)将发酵料液过滤得到菌丝体；

(2)在菌丝体中加入极性有机溶剂研磨破壁，过滤除去极性有机溶剂；

(3)菌丝体加低沸点石油系有机溶剂作脱油剂，去除菌丝体油脂成分和所含的少量β-胡萝卜素等杂质；

(4)菌丝体加低沸点石油系有机溶剂作萃取剂，固液萃取菌丝体中番茄红素；

(5)萃取液冷却析晶；

(6)过滤，经真空干燥后得高纯度全反式的番茄红素晶体；

(7)脱油液、析晶母液合并后浓缩，冷却结晶后得番茄红素粗品，经重结晶后得纯化的番茄红素晶体。

2、根据权利要求1所述的一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于细胞破壁采用篮式研磨机加液研磨的方法。

3、根据权利要求2所述的一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于极性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮。

4、根据权利要求1所述的一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于所述的菌丝体：极性有机溶剂的重量比为1：(1-20)。

5、根据权利要求2所述的一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于所述的加液研磨温度为0～40℃，研磨时间为5～60分钟。

6、根据权利要求1所述的一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于所述的菌丝体：脱油剂的重量比为1：(1-20)。

7、根据权利要求1所述的一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于所述脱油浸出温度为-5～20℃。

8、根据权利要求1所述的一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于所述的菌丝体：萃取剂的重量比为1：(5-100)。

9、根据权利要求1所述的一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于所述萃取温度为20～70℃，所述萃取时间为5～120分钟，所述萃取次数为1-3次。

10、根据权利要求1所述的一种高纯度全反式番茄红素晶体的制备方法，其特征在于萃取液冷却析晶温度为-10～10℃。