一种油基富含高溶性非含氧类胡萝卜素的制备方法

1.本发明涉及一种油基富含高溶性非含氧类胡萝卜素的制备方法，其特征是采用无水乙醇为助溶剂，加压co2作为隔氧保护气体和高温反应的阻燃气体，在油脂-乙醇-co2三元体系中，将反式非含氧类胡萝卜素转化为其顺式构型而增溶于油脂中。属于食品配料和保健食品生产技术领域。


背景技术：

2.类胡萝卜素是一类具有重要生理活性的脂溶性色素，普遍存在于动物、植物、真菌和藻类中。由于其分子中含有大量共轭双键，具有捕捉单线态氧自由基的能力，在防癌抗癌、心血管疾病、老年性黄斑变性、白内障等方面效果显著。类胡萝卜素根据多烯链连接端基不同大致可分为两类，一类是非含氧类胡萝卜素，其中包括β-胡萝卜素和番茄红素等；另一类是含氧类胡萝卜素，如叶黄素，虾青素等。目前对非含氧类胡萝卜素的研究较多，且生理活性已得到证明，并在食品、药品以及化妆品领域中得到广泛应用。天然类胡萝卜素大多数以全反式构型的晶体形式存在，在脂质中溶解度较低(不足1mg/ml)。现已研究表明在人体血清和组织中，50％以上的类胡萝卜素为顺式异构体，表明类胡萝卜素顺式异构体易于溶于脂质中，从而其更易被人体吸收利用。事实如此，在人体试验中，饮用两种番茄果汁，一种为特殊培育的番茄所制得的果汁(番茄红素总顺式占比为94％)，另一种为普通红番茄的果汁(番茄红素总顺式占比为10％)，结果发现，前者的番茄红素生物利用度为后者的9.5倍。顺式番茄红素异构体更易被消化吸收，普遍的观点认为可能是缘于顺式异构体不易结晶及熔点降低的特点。此外，类胡萝卜素顺式异构体在降低某些癌症和心脑血管等疾病发病风险方面表现更为优异。因此，开发高顺占比的类胡萝卜素异构化产品并将其增溶于油脂中的方法具有十分重要的意义。
3.目前，国内外常见的异构化方法主要有热致异构化反应、热促异构化反应、光致异构化、微波异构化以及电解异构化。热致异构化因操作简单、成本相对较低，是报道最多的异构化方法。热致异构化反应是指在有机相中直接加热，或者在一定条件下直接加热来促进类胡萝卜素构型从全反式向顺式转化。现有的热致异构化技术主要是通过有机溶剂或油脂来溶解类胡萝卜素，使类胡萝卜素全反式构型转换成顺式构型。专利文献cn02120720.8公开了一种在油脂中加热番茄酱制备顺式番茄红素的技术，顺式异构体的占比为48.1％，但该法易造成油脂中不饱和脂肪酸的氧化、番茄红素热降解，此外，其番茄酱中的番茄红素含量十分有限，从而限制了其应用范围。honda等
*
采用chcl3为反应溶剂将浓度为0.1mg/ml的番茄红素在50℃下加热24h,最终得到番茄红素总顺式占比为48.4％，但该方法在制备顺式异构体过程中类胡萝卜素浓度较低，且反应时间过长，所用溶剂有毒，不利于其工业化生产。专利文献cn201210516713.4公开了一种在油脂中利用超声和微波加热制备番茄红素油脂的技术，但反应耗时较长，不利于工业化生产。近年来，在食品加工领域中，人们越来越重视食品安全和绿色环保的重要性，但目前异构化技术存在食用安全风险高、制备效率低及类胡萝卜素浓度低等问题，这些问题对类胡萝卜素异构体工业化生产造成极大障碍。
4.目前，尚未见到利用油脂-乙醇-co2三元体系制备油基富含高溶性非含氧类胡萝卜素的报道。
5.*honda,m.；takahashi,n.；kuwa,t.；takehara,m.；inoue,y.；kumagai,t.,spectral characterisation of z-isomers of lycopene formed during heat treatment and solvent effects on the e/z isomerisation process.food chem 2015,171,323-329.


技术实现要素：

6.本发明目的在于提供一种油基富含高溶性非含氧类胡萝卜素的制备方法，该方法可使番茄红素顺式异构体相对含量达到60％以上，β-类胡萝卜素顺式异构体相对含量达到40％以上。该方法不仅降低了产品制备过程中非含氧类胡萝卜素热降解损失，还可大幅增加产品中非含氧类胡萝卜素浓度。该产品可被应用为普通食品配料，功能性食品原料或膳食增补剂原料。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种油基富含高溶性非含氧类胡萝卜素制备方法，其具体反应步骤如下：
9.将非含氧类胡萝卜素、油脂和无水乙醇加入到中压反应釜中，得到起始反应混合液；室温条件下，从反应釜底端通入co2气体，置换出该反应釜中的氧气，关闭出气阀；继续通入co2，使表压达到0.1～2mpa，关闭进气阀；在反应温度100～140℃、时间15～90min、乙醇相对于油脂的体积占比(简称乙醇占比)10％～100％条件下搅拌反应；反应完成后，反应装置经冷却至室温、缓慢泄压，得到富含高溶性非含氧类胡萝卜素的油脂和乙醇混合溶液；该溶液进一步经负压蒸发脱除乙醇得到油基富含高溶性非含氧类胡萝卜素产品。
10.进一步地，所述的高溶性非含氧类胡萝卜素为顺式占比60％以上的番茄红素或顺式占比40％以上的β-胡萝卜素；所述的油基富含高溶性非含氧类胡萝卜素为非含氧类胡萝卜素在油脂中的浓度为1.70～11.40mg/ml；所述的非含氧类胡萝卜素在反应后其保留率为85％～95％。
11.进一步地，所述的油脂是辛癸酸甘油酯、玉米油、葵花籽油、大豆油、橄榄油、菜籽油、葡萄籽油、月见草油和鱼油中的一种；非含氧类胡萝卜素是番茄红素和β-胡萝卜素中的一种。
12.全反式番茄红素在无水乙醇中的溶解度仅为0.6mg/l,而顺式占比为76％的番茄红素的溶解度在其中可达到2410.7mg/l。因此，就异构化反应平衡体系而言，乙醇为反应助剂有利于类胡萝卜素顺式构型的占比提高。此外，在一定条件下co2和乙醇溶液可形成其亚临界co2膨胀乙醇体系(cxe)，它是以乙醇为主要成分，并加入少量压缩co2，使co2溶解在乙醇中，从而形成单相体系。该体系的密度、粘度、扩散、极性等物理化学性质易随温度、压力、二氧化碳摩尔分率等条件的改变而改变。本技术通过构建油脂-乙醇-co2三元体系应用于制备油基富含高溶性非含氧类胡萝素，通过调控该体系乙醇相对于油脂的体积占比、co2初始压及反应温度，从而改变反应体系的物理化学性质促进反式非含氧类胡萝素构型转化，且可阻断类胡萝素与体系中微量氧相互反应而提高其保留率。反应后所得产品中含有的油脂与类胡萝卜素本身可构建共消化体系，可将其直接作为食品配料或保健胶囊原料使用。此外，该三元体系方法所得产品的低乙醇残留所带来的食用安全风险，可忽略不计。
13.与已有报道工艺相比，本发明制备油基富含高溶性非含氧类胡萝卜素的有益效果在于：
14.(1)本发明为油脂-乙醇-co2三元体系进行非含氧类胡萝卜素的异构化反应,该反应体系为绿色反应体系，反应中类胡萝卜素相对于油脂的起始浓度高，这既降低了溶剂使用成本又保障了类胡萝卜素的应用安全性。乙醇作为助溶剂使用，可高效提高类胡萝卜素的顺式异构化占比。同时利用油脂-乙醇-co2三元体系可阻断类胡萝素与氧气相互反应以提高其保留率，并且油脂与类胡萝卜素可构建共消化体系，有助于提高类胡萝卜素生物利用度，从而改善了其产品的生产效益。
15.(2)本发明所得番茄红素异构化产品中总顺式占比达到60％以上，β-胡萝卜素异构化产品中总顺式占比达到40％以上，且在油脂中的含量达到1.7mg/ml以上。此外，该法制备过程中番茄红素或β-胡萝卜素的保留率达到85％以上。该异构化反应工艺具有简单、高效、经济、环境友好的特点。该反应条件下获得的顺式非含氧类胡萝卜素有助于提高保健食品的功能性，从而拓宽类胡萝卜素应用领域。
附图说明
16.图1.本发明实施例4中得到的番茄红素产品按照发明内容中检测方法，异构化全反式番茄红素反应30min后的hplc谱图。从图1可知，总顺式番茄红素相对百分含量为68.62，其中5-顺式番茄红素的相对百分含量为25.49。该产品中番茄红素的油基浓度为9.50mg/ml。
17.图2.本发明实施例5中得到的β-胡萝卜素产品按照发明内容中检测基本方法选取检测波长为450nm，异构化全反式β-胡萝卜素反应30min后的hplc谱图。从图2可知，总顺式β-胡萝卜素相对百分含量为41.31。该产品中β-胡萝卜素的油基浓度为4.75mg/ml。
具体实施方式
18.为更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，作为一种可选的实施方式，本发明实施例采用番茄红素和橄榄油进行异构化反应，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例所限的范围。
19.本发明以下实施例所采用全反式番茄红素纯度≥90％，全反式β-胡萝卜素纯度≥92％。
20.实施例1
21.将番茄红素60mg、橄榄油30ml和无水乙醇3ml加入到50ml中压反应釜中，得到起始反应混合液；室温条件下，从反应釜底端通入co2气体，置换出该反应釜中的氧气，关闭出气阀；继续通入co2，使压力达到0.1mpa后关闭进气阀；在反应温度100℃、时间15min条件下搅拌反应；反应完成后，反应装置经冷却至室温、缓慢泄压，得到含高顺占比的番茄红素油脂-乙醇混合溶液；该溶液进一步经负压蒸发脱除乙醇得到油基富含高溶性的番茄红素产品。
22.产品检测：取50μl反应液，用乙酸乙酯定容至10ml，用0.22μm滤膜过滤后，用液相色谱仪，以面积归一化法分别在472nm处检测番茄红素各异构体相对百分含量。色谱柱：ymc c30柱(5μm，250mm
×
4.6mm)；流动相：a相：甲醇︰乙腈＝25︰75，b相：甲基叔丁基醚100％；梯度条件：0～20min，a相由100％减少到50％，20～40min，a相保持50％；样品溶剂：乙酸乙酯；
流速：1ml/min；柱温：20℃；进样量：5μl。总顺式番茄红素相对百分含量为60.38。该产品中番茄红素的油基浓度为1.70mg/ml。
23.实施例2
24.将番茄红素240mg、橄榄油20ml和无水乙醇20ml加入到50ml反应釜中，得到起始反应混合液；室温条件下，向反应釜中通入co2气体，置换出该反应釜中的氧气，关闭出气阀；继续通入co2，使压力达到2mpa后关闭进气阀；在反应温度140℃、时间90min条件下搅拌反应；反应完成后，反应装置经冷却至室温、缓慢泄压，得到含高顺占比的番茄红素油脂-乙醇混合溶液；该溶液进一步旋转蒸发脱除乙醇得到油基富含高顺占比的番茄红素产品。按照实施例1中的检测方法，该产品中总顺式番茄红素相对百分含量为65.89。该产品中番茄红素的油基浓度为11.40mg/ml。
25.实施例3
26.将番茄红素100mg、橄榄油20ml和无水乙醇10ml加入到50ml反应釜中，得到起始反应混合液；室温条件下，向反应釜中通入co2气体，置换出该反应釜中的氧气，关闭出气阀；继续通入co2，使压力达到0.6mpa后关闭进气阀；在反应温度120℃、时间50min条件下搅拌反应；反应完成后，反应装置经冷却至室温、缓慢泄压，得到含高顺占比的番茄红素油脂-乙醇混合溶液；该溶液进一步旋转蒸发脱除乙醇得到油基富含高顺占比的番茄红素产品。按照实施例1中的检测方法，该产品中总顺式番茄红素相对百分含量为60.34。该产品中番茄红素的油基浓度为4.75mg/ml。
27.实施例4
28.将番茄红素200mg、橄榄油20ml和无水乙醇20ml加入到50ml反应釜中，得到起始反应混合液；室温条件下，向反应釜中通入co2气体，置换出该反应釜中的氧气，关闭出气阀；继续通入co2，使压力达到0.8mpa后关闭进气阀；在反应温度120℃、时间30min条件下搅拌反应；反应完成后，反应装置经冷却至室温、缓慢泄压，得到含高顺占比的番茄红素油脂-乙醇混合溶液；该溶液进一步旋转蒸发脱除乙醇得到油基富含高顺占比的番茄红素产品。按照实施例1中的检测方法，该产品中总顺式番茄红素相对百分含量为68.62。该产品中番茄红素的油基浓度为9.50mg/ml。
29.对照例1为未添加乙醇，添加番茄红素200mg，橄榄油20ml,其它条件按照实施例4进行番茄红素的异构化反应。对照例1产品中总顺式番茄红素相对百分含量为47.28。该产品中番茄红素的油基浓度为8.2mg/ml。
30.对照例2为未添加橄榄油，添加番茄红素200mg，乙醇20ml,其他条件按照实施例4进行番茄红素异构化反应。对照例2产品中总顺式番茄红素相对百分含量为27.05。该产品中番茄红素的油基浓度为7.70mg/ml。
31.对照例3为未用co2而改用n2，添加番茄红素200mg，橄榄油20ml,无水乙醇20ml，其它条件按照实施例4进行番茄红素的异构化反应。对照例3产品中总顺式番茄红素相对百分含量为40.39。该产品中番茄红素的油基浓度为8.1mg/ml。
32.对照例4为反应釜中充入co2后，未加热反应前的调控表压为0mpa，此时反应体系的co2摩尔分数低于实施例4的，添加番茄红素200mg，橄榄油20ml,无水乙醇20ml，其它条件按照实施例4进行番茄红素的异构化反应。对照例1产品中总顺式番茄红素相对百分含量为51.63。该产品中番茄红素的油基浓度为7.7mg/ml。
33.对照例1、2、3及4与实施例4所得结果比较可知，本发明采用油脂-乙醇-co2三元体系进行异构化反应可大幅提高番茄红素的顺式占比和保留率，更加适用于工业化生产需要。
34.实施例5
35.将β-胡萝卜素100mg、橄榄油20ml和无水乙醇20ml加入到50ml反应釜中，得到起始反应混合液；室温条件下，向反应釜中通入co2气体，置换出该反应釜中的氧气，关闭出气阀；继续通入co2，使压力达到1.0mpa后关闭进气阀；在反应温度120℃、时间30min条件下搅拌反应；反应完成后，反应装置经冷却至室温、缓慢泄压，得到含高顺占比的β-胡萝卜素的油脂-乙醇混合溶液；该溶液进一步经负压蒸发脱除乙醇得到油基富含高溶性的β-胡萝卜素产品。按照实施例1中的检测方法(检测波长450nm)，该产品中总顺式番茄红素相对百分含量为41.3。该产品中β-胡萝卜素的油基浓度为4.75mg/ml。
36.上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。