專利名稱：葉黃素的酯化的制作方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及酯化葉黃素(xanthophylls)的化學(xué)方法，其中葉黃素從不同的源(sources)獲得，包括萬壽菊花(marigold flowers)和紅辣椒(redpeppers)。
背景技術(shù)：
在近幾十年里，由于它們?cè)谌祟惡蛣?dòng)物消費(fèi)(consumption)中的應(yīng)用，葉黃素受到持續(xù)不斷的研究。在家禽產(chǎn)業(yè)中，蛋黃(egg yolk)的顏色，和肉雞皮膚(broilers skin)的顏色，是與質(zhì)量及消費(fèi)者偏愛相關(guān)的一個(gè)重要因素。正是因?yàn)檫@個(gè)緣故，一直在努力提出家禽配方飼料(poultry formulations)，包括更好的著色試劑(pigmenting agents)，其中它們的物理和化學(xué)特性允許更好的吸收，并由此提供最理想的色素形成(pigmentation)，同時(shí)成本更低。
萬壽菊(marigold)中的葉黃素主要是和軟脂酸、硬脂酸和肉豆蔻酸(myristic acid)以及其它次要的酸酯化的(Alam et al.(1968)Lipids 3(2)183-184)。比起游離黃體素(free lutein)的結(jié)晶形態(tài)，產(chǎn)蛋母雞(egg layinghens)能更好地利用黃體素酯(lutein esters)(Philip et al.(1976)J.Food Sci.4123-25)，表明，這可能是因?yàn)轷?esters)在脂類(lipids)中的更好的溶解性。在來源于紅辣椒的辣椒紅(capsanthin)的吸收中，也報(bào)道有相似的結(jié)果(Hamilton et al.(1990)，Poult.Sci 69462-470)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，與酯的形式相比，游離黃體素可以更好地被肉雞(broilers)吸收(Fletcher etal.(1986)Poult.Sci.651708-1714)。Tyczkowski和Hamilton(1986)證明，在肉雞血清(blood serum)中，黃體素(lutein)被發(fā)現(xiàn)是游離態(tài)(free)的，經(jīng)過酶的轉(zhuǎn)化作用后，它以酯的形式被沉積在皮膚中。在玉米黃素(zeaxanthin)的酯化形態(tài)(esterified form)和游離形態(tài)(free form)之間產(chǎn)生的極性相互作用，以及它們的流變學(xué)后果(rheological consequences)中，觀察到了區(qū)別(Zsako，et al.(1987)Rev.Roum.Chim.32739-748)。形成類胡蘿卜素酯(carotenoid ester)的脂肪酸的碳鏈越短，空間位阻就越小而極性越大。考慮到一些類胡蘿卜素(carotenoids)的相對(duì)極性，烯丙基羥基比乙?；叱龆噙_(dá)50％的極性，因此使得玉米黃素比黃體素有更大的極性，黃體素也比玉米黃素或者黃體素的乙酰化衍生物(acetylatedderivatives)有更大的極性(Krinsky(1963)An.BioChem.6293-302)。脂肪酸在肉雞和產(chǎn)蛋雞(layers)中的消化性(digestibility)，是和其碳鏈的長(zhǎng)度成反比的(Yoshida，et al.(1970)Agr.Biol.Chem.34(11)1668-1675)。那些具有較高的生物利用率(bioavailability)的脂肪酸擁有5到12個(gè)碳，而那些具有較低生物利用率的脂肪酸擁有少于5個(gè)碳(除了乙酸之外)或者多于12個(gè)碳。一個(gè)相似的關(guān)系也適用于酯，這表示上述脂肪酸的甲基、乙基、丙基、丁基、戊基和己基的衍生物，可以被肉雞和產(chǎn)蛋雞更好地吸收。Tyczkowski和Hamilton的研究表明家禽飲食中包含的脂類的碳鏈長(zhǎng)度、飽和度和濃度顯著地影響黃體素吸收(luteinabsorption)。當(dāng)脂肪酸是短鏈和/或不飽和的時(shí)候，可以觀察到更好的攝入(uptake)。
上述解釋是基于基于消化的分子團(tuán)學(xué)說(micellar theory of digestion)和氧化類胡蘿卜素(oxycarotenoids)的極性。已經(jīng)證明，在肉雞中，相較于它們的自然酯(natural esters)，例如軟脂酸酯、硬脂酸酯、肉豆蔻酸酯等，黃體素、玉米黃素和其他類胡蘿卜素，在它們的游離形態(tài)可以被更好地吸收，這在皮膚的色素形成(skin pigmentation)中有明確的作用。在肉雞中，來自萬壽菊的黃體素在腸吸收之前被水解，并且以這種形式被運(yùn)輸?shù)讲煌慕M織，但是在皮膚中沉積以前，色素(pigment)被再次酯化(Martin Garmendia et al.(1981)Comp.BioChem.Physiol.70a619-621)。必須要提及的是，與它們相應(yīng)的水解形式(hydrolyzed form)相比，酯化葉黃素(esterified xanthophylls)，針對(duì)于一些不利的物理和化學(xué)因素，具有更好的穩(wěn)定性。Breivik，et al.(WO 03/003848A1)描述，使用蝦青素(astaxanthin)的一種二酯來提高養(yǎng)殖魚(farmed fish)的生長(zhǎng)，此二酯是用ω-3脂肪酸和/或短鏈羧酸制備的。
傳統(tǒng)上，進(jìn)行萬壽菊的類胡蘿卜素(marigold carotenoids)的酯化是為了分析目的，它是這樣實(shí)現(xiàn)的在吡啶存在的情況下，用類胡蘿卜素和乙酸酐反應(yīng)，來得到其乙?；苌锘蛘卟糠忠阴；苌?Eugster(1995)CarotenoidsVol.1A，G.Britton，ed.Page 74，Birkhauser；Molnar(2002)Helv.Chim.Acta 852349)。
Bernhard，et al.(U.S.4,883,887)開發(fā)了一些中間體，用于合成相同的類胡蘿卜素，其中，提到它們的單和二乙?；苌铮糜谠诜浅５偷臏囟认率褂迷谠撘宜狒椒ㄖ?。
Torres Cardona et al.(U.S.5,523,494)描述了一種方法，用于萬壽菊葉黃素(marigold xanthophylls)的酯化，其中使用乙酸酐或者丙酸酐，獲得類胡蘿卜素相應(yīng)的乙酸酯或者丙酸酯。反應(yīng)介質(zhì)中水的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)難于控制，原因是由于酸酐的劇烈反應(yīng)。這種情況會(huì)促使色素強(qiáng)烈降解(intensive degradation)，積累(accumulation)乙酸或者丙酸和它們各自的鹽。
其他人也公開了用于類胡蘿卜素酯化的方法，其中使用需要被結(jié)合到鏈上的脂肪酸的氯化物。沒有公開過基于商業(yè)目的的方法，其中，乙酸酐或者酸的氯化物還沒有被以某種或者另外的方式用于萬壽菊葉黃素的酯化方法中。
發(fā)明概述在一個(gè)實(shí)施方案中，公開了一個(gè)用于葉黃素酯化的方法，它包括以下步驟在催化劑存在的情況下，用一種包含葉黃素的提取物和一種羧酸反應(yīng)，其中羧酸的碳鏈長(zhǎng)度在1到12之間；和連續(xù)移除反應(yīng)中產(chǎn)生的水，以促進(jìn)向葉黃素酯(xanthophyll esters)的轉(zhuǎn)變；和收集葉黃素酯產(chǎn)物。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，在酯化前，提取物中的葉黃素被皂化或是被異構(gòu)化。在一些實(shí)施方案中，提取物中的葉黃素在先前的步驟中被皂化并異構(gòu)化。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，提取物是用從下面組中選擇的原料(substrate)來制備的，包括萬壽菊花、紅辣椒、苜蓿(alfalfa)、黃玉米(yellow corn)、玉米麩質(zhì)(corn gluten)、海藻(algae)和它們所提煉的色素。在一個(gè)實(shí)施方案中，葉黃素包括羥基類胡蘿卜素(hydroxycarotenoids)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，原料是萬壽菊花，類胡蘿卜素包括黃體素、玉米黃素和β-隱黃素(beta-cryptoxanthin)。在本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，原料是紅辣椒，類胡蘿卜素包括辣椒紅、辣椒玉紅素(capsorubin)、玉米黃素和黃體素。
1到12的碳鏈?zhǔn)秋柡偷幕蛘卟伙柡偷摹ｔ人崾菍儆诤铣蓙碓?synthetic origin)或者自然來源(natural origin)的?！昂铣蓙碓础币馑际莵碜砸粋€(gè)人工源(artificial source)，例如化學(xué)合成?！白匀粊碓础币馑际怯幸粋€(gè)自然源(natural source)，例如植物或者動(dòng)物源。屬于自然來源的羧酸，包括但是不限于那些從植物脂肪(fats)和油(oils)中發(fā)現(xiàn)的。在一個(gè)更加優(yōu)選的實(shí)施方案中，碳鏈長(zhǎng)度在5到12之間。
在一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑是無機(jī)酸(mineral acid)，例如硫酸、磷酸、鹽酸、氫溴酸、硝酸、類似的酸及其混合物。在一個(gè)可替換的實(shí)施方案中，催化劑是有機(jī)酸，例如對(duì)甲苯磺酸、乙基(代)硫酸、乙基(代)二硫酸、苯基(代)硫酸、十二烷磺酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟化硼和吡啶鹽。在另外一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑是金屬氯化物，包括但是不限于氯化鋅、氯化亞錫、氯化鋁、類似的金屬鹽及其混合物。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，催化劑的使用量是按重量計(jì)算，相對(duì)于總反應(yīng)混合物的0.001到0.1份。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，使用了少量的極性溶劑，按重量計(jì)算，在相對(duì)于原料的0.001到0.1份的范圍內(nèi)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，極性溶劑是從下面的組中選擇的，包括酮、氯化烴、胺、二甲亞砜、二氧雜環(huán)己烷和四氫呋喃。然而，在酯化過程中能提高質(zhì)量傳遞(masstransference)，并且因此加速反應(yīng)的任何溶劑都可以采用。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，按重量計(jì)算，對(duì)于每份類胡蘿卜素，羧酸的使用量是按0.1到5份的比率。在本發(fā)明的一個(gè)更加優(yōu)選的實(shí)施方案中，按重量計(jì)算，對(duì)于每份類胡蘿卜素，羧酸的使用量是按0.3到2份的比率。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，反應(yīng)發(fā)生的溫度在大約25℃和140℃之間。在一個(gè)更加優(yōu)選的實(shí)施方案中，反應(yīng)發(fā)生的溫度在大約50℃和110℃之間。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)發(fā)生在大氣壓下。在一個(gè)替換的實(shí)施方案中，反應(yīng)發(fā)生在1到25英寸Hg的真空下。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)可以發(fā)生在惰性氣體的蒸汽下。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，惰性氣體是從下面組中選擇的，包括氮?dú)狻⒍趸蓟蛩鼈兊幕旌衔?。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，反應(yīng)時(shí)間在大約30分鐘(min)到18小時(shí)(hr)之間。在一個(gè)更加優(yōu)選的實(shí)施方案中，反應(yīng)時(shí)間在大約2到12小時(shí)(hrs)之間。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，酯化葉黃素包括單酯化衍生物、二酯化衍生物及其混合物。通過和羧酸的反應(yīng)，可以獲得任何比例的這些衍生物，羧酸可以是飽和的或者不飽和的，具有1到12個(gè)碳原子的碳鏈。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，酯化和所采用的羧酸選擇性地(selectively)相關(guān)，而且被反應(yīng)條件所控制。換言之，葉黃素酯產(chǎn)物的生物利用率與所采用的羧酸選擇性地相關(guān)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，反應(yīng)產(chǎn)生的水被不斷地而且選擇性地從反應(yīng)進(jìn)程中移除。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，取得了大于90％的單酯化葉黃素的轉(zhuǎn)化率。在一個(gè)可替換的優(yōu)選實(shí)施方案中，取得了大于90％的二酯化葉黃素的轉(zhuǎn)化率。
更進(jìn)一步地，從下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的具體描寫中，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢(shì)將會(huì)變得明顯。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明描述了一種方法，它用于葉黃素的酯化，所述葉黃素是在萬壽菊花(Tagetes erecta L)和紅辣椒(Capsicum annum L)的皂化和/或異構(gòu)化提取物中存在的。術(shù)語“葉黃素”包括，在植物葉子、蛋黃和人類血漿中發(fā)現(xiàn)的、若干黃色輔助色素(yellow accessory pigment)的任何一種。這些色素是類胡蘿卜素的氧衍生物(oxygen derivatives)。更概括的術(shù)語“類胡蘿卜素”指的是，典型地在植物和一些真菌中發(fā)現(xiàn)的、作為輔助色素的、一組紅色、橙色、紫色或者黃色色素。在本申請(qǐng)中，術(shù)語“葉黃素”和“類胡蘿卜素”，在某種程度上，是可互換地使用的。所公開的方法采用C-1到C-12系的羧酸和它們各自的金屬鹽，同時(shí)存在過量的同種酸，這種酸也作為溶劑發(fā)揮作用。還包括催化劑，它可以是無機(jī)酸，例如硫酸、鹽酸，或者有機(jī)酸，例如對(duì)甲苯磺酸、三氟化硼和吡啶鹽，或者任何金屬氯化物，例如氯化鋅、氯化錫、氯化鋁或其他，而且也可以是上述催化劑的混合物。
采用這種方式酯化的類胡蘿卜素，對(duì)肉雞皮膚和蛋黃的色素形成是有用的，而且也可以被用于其它動(dòng)物飼料或者用于人類消費(fèi)。它們也可以作為水產(chǎn)業(yè)中的免疫促進(jìn)劑(immunostimulants)和著色試劑，主要用于一些甲殼動(dòng)物(crustaceans)和鮭科魚(salmonoids)。它們也有營(yíng)養(yǎng)學(xué)應(yīng)用(nutra ceutical application)，在人體中作為抗氧化劑，以及在預(yù)防和治療與年齡相關(guān)的黃斑變性(macular degeneration)、一些癌癥以及血管和心臟的問題。這些類胡蘿卜也可能是中間體化合物(intermediarycompounds)，用于其他類胡蘿卜素的化學(xué)合成。
任何含有葉黃素的物質(zhì)都可以被用在所公開的方法中。然而，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，實(shí)施這個(gè)方法的原料是，皂化的萬壽菊和紅辣椒提取物，來自相同源的游離黃體素或者玉米黃素，以及，帶有中或高含量(level)玉米黃素的、皂化并異構(gòu)化的提取物，它是依據(jù)Rodríguez(U.S.5,973,211)、Torres-Cardona et al.(U.S.5,523,494)、Sanroma et al.(U.S.5,998,678)、Bernhard et al.(U.S.4,883,887)所描述的方法制備的，或者上述物質(zhì)的混合物。
萬壽菊和紅辣椒的皂化提取物(saponified extracts)通常是在高堿性狀態(tài)下的，帶有過量的氫氧化鈉或者氫氧化鉀。使用這些材料，制備了每公斤含有從5到20克的葉黃素的含水混合物(aqueous mixtures)。隨后，在25到90℃之間的溫度下，使用5到25％的乙酸溶液，或者是將要用于酯化反應(yīng)的酸的稀釋溶液，把混合物中和到pH值在2到5之間。把含油殘留物(oily residue)從水相中分離，而且這種含酸的水可以在再次的反應(yīng)中循環(huán)使用。剩下的含油殘留物主要包含來自提取物的天然脂肪酸和所關(guān)心的葉黃素。隨后，此部分被送入一個(gè)蒸發(fā)步驟中，使用真空來移除水分。殘留物仍然滲透著羧酸及其鈉或鉀鹽。然后，每份提取物加入在0.1到5份的羧酸，而且相對(duì)于總混合物加入0.001到0.1份的催化劑?？蛇x擇地，也可使用極性或者微極性(slightly polar)溶劑，例如酮、胺、鹵代烴、二甲亞砜、二氧雜環(huán)己環(huán)、或其它溶劑，反應(yīng)物可以溶解在這種溶劑中，并且不和它反應(yīng)，每總體積中加入0.001到0.1份溶劑。這些溶劑的目的是造成一個(gè)最小化交界面(minimal interface)，在其中的質(zhì)量傳遞(mass transfers)的效率更高，反應(yīng)時(shí)間被縮短。
反應(yīng)發(fā)生在25到150℃之間，而且優(yōu)選地是在50到100℃之間，并帶有適度攪拌(moderate agitation)，以及連續(xù)地蒸餾出反應(yīng)進(jìn)行中所產(chǎn)生的水。反應(yīng)可以發(fā)生在大氣壓力下，但是優(yōu)選地是在輕微減壓的條件下，使用在1到25英寸汞柱(Hg)的真空。取決于所選擇的操作條件，反應(yīng)時(shí)間可以在30分鐘(min)到18小時(shí)之間波動(dòng)，但是優(yōu)選地是在2到12小時(shí)之間。
只有當(dāng)反應(yīng)平衡向右移動(dòng)的時(shí)候，所描述的酯化過程才是可能的。這可以通過連續(xù)移除反應(yīng)產(chǎn)物之一予以促進(jìn)，它們是酯或者水；或者通過保持反應(yīng)物之一過量予以促進(jìn)，它們是類胡蘿卜素或者羧酸。羧酸的鏈越短，位阻越小，而因此可以提高其和醇的反應(yīng)速度(Groggins(1958)Unit Processes in Organic Synthesis，p.698，McGaw-Hill Publishers)。這樣，由于其在所描述的反應(yīng)條件下的反應(yīng)性很低，來自殘留在提取物中的色素中的C-18脂肪酸，就保持在它們的游離形態(tài)。下面是反應(yīng)順序胡蘿卜醇(Carotenols)的酯化
R’-OH胡蘿卜醇R-COOH羧酸H+酸性催化劑在反應(yīng)中，通過蒸餾出作為酯化反應(yīng)產(chǎn)物之一而形成的水，反應(yīng)條件被保持在連續(xù)移除水的條件下。此操作使氧化類胡蘿卜素到酯的轉(zhuǎn)化成為可能。申請(qǐng)人所使用的是一種典型的酯化反應(yīng)，它被選擇性地修改用以酯化葉黃素，采用一個(gè)交界面，它在質(zhì)量傳遞上產(chǎn)生了顯著的提高，并且因而提供一個(gè)可以接受的反應(yīng)速度，以便保存類胡蘿卜素的完全性(integrity)。
反應(yīng)的過程是這樣被監(jiān)控的采用官方分析化學(xué)家協(xié)會(huì)(Associationof Official Analytical Chemists，AOAC)的用于葉黃素分析的官方方法，利用高效液相色譜法(HPLC)和紅外光譜法進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)酯化完成的時(shí)候，從反應(yīng)混合物中移除剩余的酸，然后合成的油類(oil)就可以被配制，根據(jù)它將被用于諸如水產(chǎn)業(yè)、家禽消費(fèi)或人類消消費(fèi)進(jìn)行配制。
應(yīng)該被理解的是，在不背離本發(fā)明的精神的前提下，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以進(jìn)行許多不同的變更。因此，應(yīng)該清楚地理解的是，本發(fā)明的各種類型僅僅是說明性的，而不是想要限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例實(shí)施例1100克皂化的萬壽菊提取物(marigold extract)，在適度攪拌下被加熱到90℃，其中每千克提取物中含有55克葉黃素，其中，色素的85％是黃體素，6％是玉米黃素。然后，加入12％的乙酸水溶液，使得混合物的最終pH值在3到4之間。經(jīng)過大于15分鐘的混合，停止攪拌器，然后得到一個(gè)兩相分層(two phase separation)。水相被潷析(decanted)。剩余的油相被保持在90℃，在9英寸汞柱(Hg)的真空下移除過量的水，直到獲得小于3％的濕度(moisture)。在這個(gè)脫水步驟中，加入0.1％的乙氧基喹作為抗氧化劑。干燥之后，在反應(yīng)中加入50克乙酸和4克對(duì)甲苯磺酸，然后反應(yīng)繼續(xù)8個(gè)小時(shí)，并伴有連續(xù)的水蒸餾。在反應(yīng)結(jié)束時(shí)，通過官方分析化學(xué)家協(xié)會(huì)(AOAC)的方法學(xué)(methodology)檢測(cè)，得到93％的二乙酸酯(diacetates)、4％單乙酸酯(monoacetates)和2％二羥基色素(dihydroxypigments)。
實(shí)施例2150克皂化的紅辣椒含油樹脂(red peper oleoresin)和226克水被混合到均勻分布，并保持溫度在70℃到75℃之間，紅辣椒含油樹脂含有的總類胡蘿卜素(total carotenoids)是37.6克/公斤，在其中，37％是辣椒紅、1％是辣椒玉紅素，以及12％其它紅色色素(red pigments)，和大約50％的黃色色素(yellow pigments)，在其中，6％是玉米黃素，20％是不可皂化的(unsaponifiable)胡蘿卜素(carotenes)。然后加入50克乙酸。達(dá)到pH值為4.5，并且形成了一個(gè)兩相體系。底部的水層被潷析，然后再加入另外75克乙酸。在70到75℃下，用真空蒸餾(20英寸Hg)移除殘留的水，直到達(dá)到小于4％的濕度。然后，在100℃下，加入溶解在7克乙酸中的10克對(duì)甲苯磺酸進(jìn)行反應(yīng)。
使用低度真空(slight vacuum)(0到2英寸Hg)，蒸餾出反應(yīng)中產(chǎn)生的水。在這種條件下10小時(shí)之后，反應(yīng)物被冷卻到45℃，然后用150ml水清洗兩次，來移除過量的酸和催化劑。在最終產(chǎn)物中的色素含有70％二乙酸酯和10％單乙酸酯。
實(shí)施例3300克萬壽菊提取物，它是使用Rodriquez報(bào)道的方法(美國(guó)5,973,211號(hào)專利，此專利被完全引用在此作為參考)皂化并異構(gòu)化的，而且其中總?cè)~黃素(total xanthophylls)的含量是每公斤提取物含有45克。它被用作起始材料。在葉黃素含量中，65％是玉米黃素，25％是黃體素。伴隨適度攪拌，提取物被分散在300克的25％乙酸溶液中，溫度被調(diào)整到80℃。然后在反應(yīng)中加入另外300克25％的乙酸溶液，然后達(dá)到pH值大約為4?；旌衔锉辉试S放置5分鐘，此時(shí)間足夠分離出水相。然后，在剩余的油類中加入0.1％乙氧基喹，在80℃以及25英寸Hg的真空下干燥，直到達(dá)到97％的固體。此操作之后，在反應(yīng)中加入100克乙酸和10克氯化鋅，然后反應(yīng)繼續(xù)12個(gè)小時(shí)，同時(shí)在大氣壓下蒸餾所產(chǎn)生的水。所得的產(chǎn)物含有91％的二乙酸酯、6％的單乙酸酯和3％的二羥基類胡蘿卜素(dihydroxycarotenoids)。
實(shí)施例4使用Rodríguez所描述的方法(U.S.5,973,211)皂化和異構(gòu)化萬壽菊提取物，此萬壽菊提取物重量為300克，其中含有的總?cè)~黃素為每公斤47克。45％是玉米黃素、40％是黃體素并且10％是β-隱黃素。通過適度攪拌，把上述物質(zhì)和200克水混合，而且溫度被調(diào)整到80℃。然后，使用20％的甲酸水溶液，把混合物的pH值調(diào)整到3和4之間。通過潷析(decantation)，分離出所出現(xiàn)的水相。合成的油類含有所關(guān)心的色素和殘留的甲酸及水分。油類隨后進(jìn)入一個(gè)真空干燥過程，直到得到96％的總固體量(total solids)。然后回到大氣條件下，加入80克甲酸，在90℃繼續(xù)反應(yīng)。在為期6小時(shí)的反應(yīng)過程中，另外加入50克甲酸，并且反應(yīng)產(chǎn)生的水和甲酸一起共沸地蒸餾。通過共沸蒸餾回收酸，以供再利用。在反應(yīng)結(jié)束的時(shí)候，通過水洗把殘留的酸完全移除。所制造的產(chǎn)物含有如下色素分布85％二甲酸酯(diformates)、11％單甲酸酯(monoformates)和4％二羥基類胡蘿卜素。
實(shí)施例550克皂化的萬壽菊提取物被分散在50克水中，溫度被調(diào)節(jié)到75℃，萬壽菊提取物中含有高含量(high level)的葉綠素衍生物(chlorophyllderivatives)，而且每公斤的總?cè)~黃素含量為60克，其中86％是黃體素，6％是玉米黃素。然后使用25％的丙酸水溶液，把混合物的pH值調(diào)節(jié)到4。靜置此物質(zhì)(mass)，直到發(fā)生兩相分層，并從中潷析出水相。然后，向含油提取物(oily extract)中加入0.15％乙氧基喹，并在90℃和25英寸Hg的真空下干燥，直到獲得多于95％的固體。在反應(yīng)中加入50克丙酸和5克磺酸。反應(yīng)進(jìn)行中，把溫度設(shè)定在90℃，并且控制壓力以便于蒸餾出反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水。在8小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，加入另外50克丙酸。在反應(yīng)結(jié)束的時(shí)候，用總量為150克的水洗掉剩余的酸，并且通過共沸蒸餾回收丙酸以供以后使用。所得的產(chǎn)物由以下組成92％二丙酸酯(dipropionates)、4％單丙酸酯(monopropionates)和4％二羥基色素。
實(shí)施例6在溫度被設(shè)定為80℃的時(shí)候，通過適度攪拌，把300克萬壽菊的提取物和300克水混合，其中萬壽菊提取物是使用Rodríguez所描述的方法(U.S.5,973,211)皂化和異構(gòu)化的。每公斤的這種提取物含有45克的總?cè)~黃素，其中92％是玉米黃素，5％是β-隱黃素。隨后，使用10％的丁酸水溶液，把pH值調(diào)節(jié)至3到4之間。停止攪拌后，混合物被允許分層成兩相，然后潷析水相。使用減壓蒸餾把油相干燥到多于95％的固體。然后在反應(yīng)中加入150克丁酸、10克對(duì)甲苯磺酸和10克氯化亞錫，而且溫度被設(shè)定到90℃，同時(shí)施加足夠的真空，來持續(xù)地移除反應(yīng)中產(chǎn)生的水。在這些條件下的反應(yīng)時(shí)間是8小時(shí)，在最終產(chǎn)物中，有91％二丁酸酯(dibutyrates)、6％單丁酸酯(monobutyrates)和3％二羥基類胡蘿卜素。
實(shí)施例7
伴隨著輕輕攪拌，100克皂化的萬壽菊提取物被分散在100克水中，萬壽菊提取物中的總?cè)~黃素為60克，在其中，86％是黃體素，6％是玉米黃素。溫度被升高到80℃。然后，使用20％乙酸水溶液調(diào)節(jié)pH值到4和5之間。然后形成了一個(gè)雙層體系，其中較低部分的水溶液被分離并被除去。剩余的油類被真空干燥(vacuum dried)，直到獲得大于96％的總固體量。然后在反應(yīng)中加入75克乙酸、7克對(duì)甲苯磺酸和3克二甲亞砜。溫度被固定在100℃，然后可以自由地蒸餾出反應(yīng)中產(chǎn)生的水。6小時(shí)之后，反應(yīng)混合物被冷卻到45℃，然后用水清洗殘余酸、催化劑和溶劑。獲得的產(chǎn)物有92％二乙酸酯、4％單乙酸酯和4％二羥基類胡蘿卜素。
實(shí)施例8將實(shí)施例3中獲得的產(chǎn)物合并到一個(gè)預(yù)混合物中，以便制成一種粉末，其中每公斤粉末中有10克總?cè)~黃素。在預(yù)混合中，包括硅石(silica)和麩皮(wheat bran)作為主要載體，以及乙氧喹(ethoxyquin)和丁基化羥基苯甲醚(butylated hydroxyanisole)作為抗氧化劑。
在一個(gè)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)中，選擇100只Dekalb種(Dekalb breed)的產(chǎn)蛋母雞(egg-laying hens)并稱之為“實(shí)驗(yàn)組(Experimental Group)”。另外一組的100只母雞被稱為“對(duì)照組(Control Group)”。所有母雞都是50周的年齡，而且同等處理，包括同樣的飼料配方(formulation)，只有色素源(pigmentsource)不同。對(duì)于“實(shí)驗(yàn)組”，在日常飲食中包括12ppm、根據(jù)實(shí)施例3的描述所制備的色素。對(duì)于“對(duì)照組”，使用一種典型的著色配方飼料(pigmenting formulation)，具有以下組成8.4ppm的皂化萬壽菊葉黃素(saponified marigold xanthophylls)加上4.2ppm皂化紅辣椒葉黃素(saponified red pepper xanthophylls)。在六個(gè)連續(xù)的星期中，使用MinoltaCR-300反射度比色計(jì)(reflectance colorimeter)，每周測(cè)量?jī)山M中的蛋黃色素形成作用。測(cè)量中采用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模(Lab scale)的比色計(jì)。采用CIELAB方法(K.McLaren in Developments in Food Colours-1，JohnWalford，ed.Applied Science Publishers LTD，London)對(duì)表面顏色進(jìn)行定量測(cè)定。在“對(duì)照組”中，L*值高出多達(dá)10％。與對(duì)照組比較起來，在“實(shí)驗(yàn)組”中，b*值高出大約10％，而且正如所料，在“實(shí)驗(yàn)組”中，a*值的結(jié)果也高出3到4倍。通過蛋黃萃取和分光光度測(cè)定法(spectrophotometricdetermination)對(duì)總?cè)~黃素進(jìn)行測(cè)量，在“對(duì)照組”中檢測(cè)到15到20ppm，而在“實(shí)驗(yàn)組”中檢測(cè)到40到50ppm。
實(shí)施例9使用從實(shí)施例6中獲得的產(chǎn)物，重復(fù)實(shí)施例8中描述的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(fieldtest)。對(duì)于“對(duì)照組”和“實(shí)驗(yàn)組”中的蛋黃內(nèi)的色素沉積而言，總?cè)~黃素的測(cè)定量顯示出相似的結(jié)果。無論是L*還是b*值，在“實(shí)驗(yàn)組”中都高出大約10％，而檢測(cè)的a*值高出1到2倍。實(shí)施例8和9的結(jié)果顯示，對(duì)比一種包含皂化葉黃素的典型著色組合物(pigmentingcomposition)，本發(fā)明的酯化葉黃素可以被更好地消化和吸收。
權(quán)利要求
1.一種酯化葉黃素的方法，包括在催化劑存在的條件下，用一種含有葉黃素的提取物和一種羧酸反應(yīng)，羧酸的碳鏈長(zhǎng)度在1到12之間；和連續(xù)地移除反應(yīng)中產(chǎn)生的水，來推動(dòng)到葉黃素酯的轉(zhuǎn)變；和收集葉黃素酯產(chǎn)物。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述提取物是從選自以下組中的原料制備的萬壽菊花、紅辣椒、苜蓿、黃玉米、玉米麩質(zhì)、海藻和它們精煉的色素。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述葉黃素和一種羧酸反應(yīng)，所述羧酸具有5到12的碳鏈長(zhǎng)度。
4.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述原料是萬壽菊花。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其中所述葉黃素主要由黃體素、玉米黃素和β-隱黃素組成。
6.權(quán)利要求2所述的方法，其中所述原料是紅辣椒。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中所述葉黃素主要由辣椒紅、辣椒玉紅素、玉米黃素和黃體素組成。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述1到12個(gè)碳原子的碳鏈中的至少一個(gè)是飽和的。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述1到12個(gè)碳原子的碳鏈中的至少一個(gè)是不飽和的。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述羧酸是合成來源。
11.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述羧酸是自然來源。
12.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述催化劑是無機(jī)酸，選自由下列物質(zhì)組成的組硫酸、磷酸、鹽酸、氫溴酸、硝酸和它們的混合物。
13.權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述催化劑是有機(jī)酸，選自由下列物質(zhì)組成的組對(duì)甲苯磺酸、乙基(代)硫酸、乙基(代)二硫酸、苯基(代)硫酸、十二烷硫酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟化硼和吡啶鹽。
14.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述催化劑是金屬氯化物，選自由下列物質(zhì)組成的組氯化鋅、氯化亞錫、氯化鋁及其混合物。
15.權(quán)利要求1所述方法，其中所述催化劑的使用量，按重量計(jì)算，是相對(duì)于所述總反應(yīng)混合物的0.001到0.1份。
16.權(quán)利要求1所述的方法，其中使用少量極性溶劑，相對(duì)于所述原料，按重量計(jì)算，在0.001到0.1份范圍內(nèi)。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其中所述極性溶劑選自由下列物質(zhì)組成的組酮、氯化烴、胺、二甲亞砜、二氧雜環(huán)己烷和四氫呋喃。
18.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述葉黃素包括羥基胡蘿卜素。
19.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述羧酸的使用量，按重量計(jì)算，是每份類胡蘿卜素的0.1到5份的比率。
20.權(quán)利要求19所述的方法，其中所述羧酸的使用量，按重量計(jì)算，是每份類胡蘿卜素的0.3到2份的比率。
21.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)發(fā)生在25℃到140℃之間的溫度。
22.權(quán)利要求21所述的方法，其中所述反應(yīng)發(fā)生在50℃到110℃之間的溫度。
23.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)發(fā)生在大氣壓下。
24.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)發(fā)生在1到25英寸Hg的真空下。
25.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)能發(fā)生在惰性氣體的蒸汽下，所述惰性氣體選自由下列物質(zhì)組成的組氮?dú)?、二氧化碳或者它們的混合物?br> 26.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的酯化葉黃素包括單酯化衍生物、二酯化衍生物及其混合物。
27.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)時(shí)間在30分鐘到18小時(shí)之間。
28.權(quán)利要求27所述的方法，其中所述反應(yīng)時(shí)間在2到12小時(shí)之間。
29.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)中產(chǎn)生的所述水被連續(xù)地而且選擇性地從反應(yīng)進(jìn)程中移除。
30.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述葉黃素酯產(chǎn)物的生物利用率選擇性地和所用的羧酸相關(guān)。
31.權(quán)利要求1所述的方法，其中多于90％的所述葉黃素酯是單酯化葉黃素。
32.權(quán)利要求1所述的方法，其中多于90％的所述葉黃素酯是二酯化葉黃素。
33.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述萃取物中的所述葉黃素在一個(gè)先前的步驟中被異構(gòu)化和/或皂化。
全文摘要
萬壽菊花中的主要類胡蘿卜素黃體素和玉米黃素，以及紅辣椒中的主要類胡蘿卜素辣椒紅和辣椒玉紅素，主要和C－18脂肪酸酯化。在催化劑試劑存在的條件下，使用在C－1到C－12范圍內(nèi)的羧酸和它們相對(duì)應(yīng)的金屬鹽，在不將色素從自然皂化提取物中分離的情況下，對(duì)色素進(jìn)行再酯化。獲得單酯和二酯形式。預(yù)期的是，帶有含有12或更少碳原子的脂肪酸的色素酯，將比在其自然形態(tài)下的葉黃素酯具有更好的可消化性，而且比水解的葉黃素具有更好的穩(wěn)定性。這將導(dǎo)致類胡蘿卜素對(duì)于家禽和水產(chǎn)業(yè)的更好的色素形成能力。
文檔編號(hào)C07C67/02GK1639287SQ03805645
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者M·D·T·科爾多納, G·羅德里格斯 申請(qǐng)人:普羅德麥克斯公司