專利名稱：一種從胡蘿卜中提取天然β-胡蘿卜素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
天然產(chǎn)物化學(xué)
背景技術(shù)：
一、e-胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)性質(zhì)
e-胡蘿卜素是一種重要的天然食用色素，廣泛地存在于植物、藻類和真菌中，是所有類 胡蘿卜素中含量最大、生物活性最大和研究最多的一種。e-胡蘿卜素常被作為重要的食品添
加劑和食品強(qiáng)化劑，主要用作色素和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FA0)和世界衛(wèi)生組織 (WHO)聯(lián)合專家委員會(huì)認(rèn)定的A類優(yōu)秀的營(yíng)養(yǎng)性食品添加劑。目前世界上已有52個(gè)國(guó)家和
地區(qū)批準(zhǔn)使用[1]，我國(guó)也批準(zhǔn)使用，并被我國(guó)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局公布為第一批非處方藥物。 由于e-胡蘿卜素呈現(xiàn)的紅、橙、黃等鮮艷色彩而被廣泛用于油脂、人造奶油、糕點(diǎn)、飲料、 冰淇淋中。另外e-胡蘿卜素產(chǎn)生菌大都無(wú)害，含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸和維生素，用于飼
料添加劑，提高蛋肉乳制品的質(zhì)量和家禽的產(chǎn)蛋率。 (一)P-胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)
e-胡蘿卜素的分子式為C4。H56，分子量為536.88。其化學(xué)結(jié)構(gòu)為兩邊反向?qū)ΨQ，分子結(jié) 構(gòu)中包含有兩個(gè)e-紫羅蘭酮和四個(gè)異戊二烯[CH^C(CH3) CH = CH2]。當(dāng)e-胡蘿卜素 于15、 15'雙鍵處斷裂后可分解為兩分子的維生素A,因而在人體攝入后可作為維生素A源 補(bǔ)充人體的維生素A。
(二) P-胡蘿卜素的理化性質(zhì)
e-胡蘿卜素是一種棕紅色有光澤的斜方六面結(jié)晶，不溶于水,丙二醇、甘油、酸和堿，易 溶于二硫化碳、苯、氯仿、己烷、植物油等有機(jī)溶劑。遇熱、氧、光不穩(wěn)定，熔點(diǎn)176 182 'C，在弱堿下較為穩(wěn)定。
(三) 胡蘿卜素的功能特性
3. i e —胡蘿卜素是維生素A的重要來(lái)源
1919年S t e e n k b o c k發(fā)現(xiàn)P —胡蘿卜素可能具有維生素A活性〔2]。 1928年發(fā) 現(xiàn)一分子的e-胡蘿卜素在體內(nèi)酶的作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)槎肿拥木S生素A，且在食物中含量最豐 富，因而被認(rèn)為是人體維生素A的主要來(lái)源。具有維生素A的生理活性，可以治療由于缺乏 維生素A引起的上體細(xì)胞角質(zhì)化，干眼病、夜盲癥等。
3. 2 e —胡蘿卜素具有抗氧化作用
e —胡蘿卜素的抗氧化性主要表現(xiàn)在它具有清除自由基的能力[3]。 e —胡蘿卜素分子中 含有多個(gè)雙鍵，在光、熱、氧氣及活潑性較強(qiáng)的自由基離子的存在下，易被氧化，從而保護(hù) 機(jī)體不被破壞。生物體中存在大量的脂質(zhì)過(guò)氧化和自由基反應(yīng)，從而導(dǎo)致細(xì)胞功能的下降， 機(jī)體的衰老以及疾病的發(fā)生，e—胡蘿卜素的存在可減少脂質(zhì)過(guò)氧化，可以保護(hù)機(jī)體組織免 受氧自由基的毒害，即具有抗癌，抗心血管疾病和抗白內(nèi)障等保健功能。因此，類胡蘿卜素 可以清除自由基以及淬滅單線態(tài)氧的活性受到了普遍的關(guān)注。
3. 3 e —胡蘿卜素可促進(jìn)細(xì)胞縫隙間連接交流
細(xì)胞間形成的間隙連接使細(xì)胞質(zhì)相互溝通，通過(guò)交換小分子來(lái)調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)。Bert r am等〔4]發(fā)現(xiàn)e—胡蘿卜素和其它類胡蘿卜素可加強(qiáng)細(xì)胞間隙連接的交流能力，從而抑 制或降低癌癥的發(fā)生和發(fā)展；Yamasaki也指出構(gòu)成細(xì)胞連接通道的連接蛋白，在轉(zhuǎn)化階段的 癌細(xì)胞會(huì)由于通道的受阻而干擾細(xì)胞交換，這種交換是控制生長(zhǎng)的因素之一，從而抑制癌癥 誘導(dǎo)細(xì)胞升級(jí)到惡化階段。
3.4增強(qiáng)免疫力，提高人體免疫系統(tǒng)抵抗癌物的能力
免疫系統(tǒng)的兩個(gè)主要功能是抵御細(xì)菌或病毒的侵染和防止癌癥的發(fā)生。e —胡蘿卜素在
增強(qiáng)人體的免疫能力等方面具有明顯的作用[5]。目前，已經(jīng)有很多關(guān)于服用類胡蘿卜素對(duì)免 疫活性變化的影響的報(bào)道[5]。在8 0年代初S e i f t e r和他的研究小組就已發(fā)表了 增補(bǔ)類胡蘿卜素可以增強(qiáng)免疫活性的報(bào)道w。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)吃富含e—胡蘿卜素的食 物可降低肺癌發(fā)病率，增強(qiáng)生物機(jī)體的特異性及非特異性免疫功能。19 8 1年流行病學(xué)專 家Richard SheRell提供了令人注目的科研成果自1 9 5 7年以來(lái)， 研究人員跟蹤2 0 0 0人研究在吃1 9 5種特定的食物與肺癌發(fā)生率的關(guān)系，結(jié)論是食 用含e —胡蘿卜素高的食物可減少患肺癌的危險(xiǎn)，對(duì)那些有多年吸煙史的人也有一樣的效果;
相反，食用低含量e—胡蘿卜素食物的人群，患肺癌可能性比食用高含量e—胡蘿卜素食物
的人群高七倍。
B e n d i a h在其綜述中指出①類胡蘿卜素能增加免疫系統(tǒng)中B細(xì)胞的活力，B
細(xì)胞能在機(jī)體內(nèi)循環(huán)，使機(jī)體能消滅外源入侵的病原體；②類胡蘿卜素能提高C D4細(xì)胞的能 力(又稱助手T細(xì)胞)，能協(xié)助B細(xì)胞產(chǎn)生抗體，并提高其它免疫組分的活性；②類胡蘿 卜素能增加嗜中性白血球的數(shù)目，它可以包圍細(xì)菌，并分泌包圍細(xì)菌的酶；④類胡蘿卜素能 增加自然殺傷細(xì)胞(NR)的數(shù)目，以消除機(jī)體內(nèi)被感染的細(xì)胞或癌細(xì)胞[7]。在人體實(shí)驗(yàn)中尤 以老年人，類胡蘿卜素可以減慢由衰老引起的免疫能力下降W。
二、 e-胡蘿卜素制備方法
天然e -胡蘿卜素在目前國(guó)際國(guó)內(nèi)的應(yīng)用以及未來(lái)廣闊的市場(chǎng)前景，很自然的會(huì)吸引眾多 有識(shí)之士對(duì)其的提取和制備進(jìn)行探討和研究。制備e-胡蘿卜素有天然物萃取法、化學(xué)合成法 及微生物發(fā)酵法等。
(一) 化學(xué)合成法
化學(xué)合成法是指釆用有機(jī)化工原料，通過(guò)化學(xué)合成反應(yīng)，人工合成e-胡蘿卜素的一種方
法。1954年，瑞典的Roche精細(xì)化學(xué)品公司率先化學(xué)合成生產(chǎn)出0-胡蘿卜素。目前，Roche 公司與德國(guó)的BASF公司共同壟斷著市場(chǎng)上化學(xué)合成e-胡蘿卜素的價(jià)格。Roche公司以e-紫 羅蘭酮為原料，以C19+C2+C19Grignard反應(yīng)合成法合成出e -胡蘿卜氣以e -紫羅蘭酮計(jì)，e -胡 蘿卜素的總產(chǎn)值率達(dá)21%。 B A S F公司以P -紫羅蘭酮為原料，經(jīng)乙烯基-e -紫羅蘭醇(IV)， 以C15+C ,。+C 15方式經(jīng)Witting反應(yīng)合成e -胡蘿卜素，以C 15烯醇計(jì)，e -胡蘿卜素的收率達(dá) 25%9]。
根據(jù)近年來(lái)的研究報(bào)道，在合成品中的e—胡蘿卜素全為全反式構(gòu)型，而天然e—胡蘿
卜素除有全反式構(gòu)型外，還含有程度不同的9一順式和15—順式構(gòu)型，其中9一順式e—胡 蘿卜素在胡蘿卜的遺傳毒性和抗遺傳毒性中起著關(guān)鍵作用。研究表明，不含9一順式e—胡
蘿卜素的合成e—胡蘿卜素，和天然e—胡蘿卜素相比有弱得多的抗遺傳毒性，高劑量時(shí)自
身還有明顯的毒性，而含9一順式e—胡蘿卜素的天然e—胡蘿卜素、即使在高劑量區(qū)、也 無(wú)明顯遺傳毒性。由此可見(jiàn)，天然e—胡蘿卜素較之化學(xué)合成的e—胡蘿卜素具有更好的抗 癌功效且無(wú)毒副作用，因此大力發(fā)展天然e—胡蘿卜素以代替化學(xué)合成的e—胡蘿卜素產(chǎn)品， 對(duì)促進(jìn)人類健康有重要意義，也有著更為廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。
另外由于采用化學(xué)方法合成的e —胡蘿卜素由于不能完全被人體吸收，并對(duì)人體產(chǎn)生一 定程度的毒副作用，長(zhǎng)期服用還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的病變，因而不被大多數(shù)食品學(xué)家所 接受，在西方發(fā)達(dá)國(guó)家已被禁止用作食品添加劑等方面，天然提取的e—胡蘿卜素易于被人 體吸收，并具有較好的抗氧化能力，從而形成較高的需求熱潮。
(二) 天然物萃取法
從天然植物原料或者植物原料經(jīng)加工處理后的下腳料中，采用有機(jī)溶劑(如石油醚、氯
仿、丙酮、乙醚、乙醇等)萃取e—胡蘿卜素的一種方法。 2.1由胡蘿卜中提取e-胡蘿卜素
胡蘿卜中含有豐富的e-胡蘿卜素，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的蔬菜，也是食用天然胡蘿卜素 的重要來(lái)源。在以胡蘿卜為原料得到的產(chǎn)品中，約含60%的胡蘿卜素類，其中e-胡蘿卜素為 89.9% 。就不同研究者報(bào)道的蔬菜中類胡蘿卜素的組成及其含量而言，由于地區(qū)不同，品種 不同，取樣季節(jié)不同，它們的類胡蘿卜素的組成及含量有很大變化[1']。
從胡蘿卜中提取e-胡蘿卜素[1]前人已研究過(guò)，即經(jīng)過(guò)絞汁，汁用表面吸附劑吸附再萃??；
或在100 120'C下煮熟、壓榨，從壓榨渣中提??；或低溫下加壓，把胡蘿卜汁用C02飽和在 50 60 'C下使含胡蘿卜素的物質(zhì)漂浮在液面上，與水層分離，然后再提?。换虬押}卜勻漿
離心分出水層，熱空氣干燥殘?jiān)偬崛　?br> 上述提取方法雖然存在一些重要的不足，但是卻為我們提供了有益的嘗試和幫助。目前 一些實(shí)用性比較好的提取方法，大多是以它們?yōu)榛A(chǔ)而研究出來(lái)的。
2.2沉淀法萃取e-胡蘿卜素
這種方法的大致過(guò)程為，首先將洗凈的胡蘿卜榨汁得到胡蘿卜汁，然后加入一定量CaCl2。
得到大量橙紅色沉淀。再在沉淀中加人一定體積的有機(jī)溶劑，得到上層黃色透明的醚層萃取 液，蒸餾后即得到橙紅色的胡蘿卜素油。
該方法所要求的條件比較簡(jiǎn)單，也容易控制。用此方法得到的胡蘿卜素萃取率在80%左右。
2.3冷凍干燥法提取e-胡蘿卜素
這種方法的大致過(guò)程為，首先將洗凈的胡蘿卜冷凍干燥，然后磨粉得到胡蘿卜粉。加人 一定體積的氯仿，用罐組逆流進(jìn)行浸取得到萃取液，然后在真空或充人惰性氣體下進(jìn)行濃縮， 得到的濃縮液中加入一定量的丙酮，即可以結(jié)晶得到胡蘿卜素晶體。對(duì)此晶體進(jìn)行洗滌、重 結(jié)晶和真空干燥后，即可以得到純凈的胡蘿卜素晶體。
這種提取方法中，由于采用了罐組逆流浸取，因此也稱作罐組逆流浸取法。該方法已達(dá)
到工業(yè)化，可得到含80 胡蘿卜素的胡蘿卜素晶體。
此種方法濃縮過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，成本也比較高， 一般工業(yè)條件很難達(dá)到。
2.4天然油脂懸浮液的直接制取法
由于胡蘿卜素容易氧化，所以通常再用食用油脂將胡蘿卜素制成20%—30 %的油溶液
或油懸浮液[7]。但是這樣做很費(fèi)時(shí)費(fèi)工，同時(shí)也降低了e-胡蘿卜素的得率。因此現(xiàn)在也有人 直接用食用油脂加入到富含e-胡蘿卜素的生物材料中，萃取其中的e-胡蘿卜素。但所得油 溶液的e-胡蘿卜素含量?jī)H為1%左右，且含有大量的其它類胡蘿卜素和綠色素等，使油溶液 呈棕褐色，不適宜用作天然色素。
天然油脂懸浮液的直接制取法克服了已有技術(shù)中的一些不足之處，提供了一種從生物材 料(胡蘿卜)中直接制取天然e-胡蘿卜素食用油脂溶液或懸浮液的途徑。其具體過(guò)程是首
先將洗凈的胡蘿卜搗碎，加入一定量的甲醇，在萃取罐中控制溫度為55'C，提取雜色素或脂 溶性雜質(zhì)，得到胡蘿卜渣。在胡蘿卜渣中加人一定量的正己垸，在萃取罐中控制溫度為75°C， 然后固液分離得到萃取液，蒸餾分出正己烷。再加人一定量的菜籽油后，重新蒸發(fā)以除盡TE
已烷，即得到紅色的e-胡蘿卜素油溶液，含量為1%。
由干e-胡蘿卜素在石油系溶劑中的溶解度較小，大量的石油系溶劑的使用，有利于充分
萃取e-胡蘿卜素，提高產(chǎn)品得率。
目前，從天然植物中提取e—胡蘿卜素的技術(shù)主要有有機(jī)溶劑提取技術(shù)。常用有機(jī)溶劑 為甲醇、無(wú)水乙醇、無(wú)水乙醚、石油醚、丙酮及石油醚一丙酮。但大量的有機(jī)溶劑的使用會(huì) 帶來(lái)不同程度的污染，且不易回收。 (三)生物合成法
生物合成法是指利用微生物培養(yǎng)技術(shù)，通過(guò)微生物的培養(yǎng)，利用微生物在其體內(nèi)合成e 一胡蘿卜素，然后自微生物體內(nèi)分離得到e—胡蘿卜素的一種方法(有些資料稱為微生物發(fā)
酵法)。董海寶等申報(bào)的專利(專利申請(qǐng)?zhí)? 0 1 1 6 6 9 7. 2公開(kāi)號(hào)CN 1331 3 4 2 A) : e —胡蘿卜素的提取方法，是利用微生物發(fā)酵法來(lái)提取e —胡蘿卜素。將發(fā)酵液
過(guò)濾得到的濕菌絲體進(jìn)行細(xì)胞破壁，固液分離后用脫水劑脫水，然后用溶劑提取e—胡蘿卜 素，提取液經(jīng)結(jié)晶、真空干燥后得到e—胡蘿卜素晶體。本發(fā)明大大簡(jiǎn)化了工藝流程，設(shè)備
簡(jiǎn)單，操作易于控制，生產(chǎn)成本低，e—胡蘿卜素產(chǎn)品純度高，回收率高，可達(dá)9 0%以上。
近年來(lái)，有報(bào)道利用微生物生產(chǎn)微生物油脂，再?gòu)奈⑸镉椭刑崛—胡蘿卜素的方 法。此法油脂含量高、微生物細(xì)胞增殖決、適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)周期短，同時(shí)，微生物生長(zhǎng)所需 的原料豐富、價(jià)格便宜，如淀粉、糖類，特別是食品工業(yè)和造紙工業(yè)的廢棄物都可以加以利 用，從而保護(hù)了環(huán)境。采用微生物方法進(jìn)行生產(chǎn)，節(jié)省勞力，不受季節(jié)和氣候變化的限制， 生產(chǎn)成本低，能連續(xù)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。因此，利用微生物制取純天然的e—胡蘿卜素技術(shù) 是向工業(yè)化生產(chǎn)邁出可喜的一步[12]。
化學(xué)合成法對(duì)人體有毒副作用，從而限制了它的使用；生物合成法產(chǎn)品合成率高，純度
高，但其技術(shù)要求高，微生物發(fā)酵法占地不多就可大量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較高，但百分含量不
高；天然物萃取法提取過(guò)程簡(jiǎn)單，適于常規(guī)化生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)e-胡蘿卜素產(chǎn)品主要從國(guó)外購(gòu)
買或購(gòu)入原料進(jìn)行復(fù)配，需要加強(qiáng)開(kāi)發(fā)力度，使之滿足國(guó)內(nèi)日益增長(zhǎng)的天然色素類產(chǎn)品需要。

發(fā)明內(nèi)容
本方法采用天然產(chǎn)物萃取法，從新鮮的胡蘿卜中提取e—胡蘿卜素。方法的主要特征在
于新鮮胡蘿卜經(jīng)過(guò)絞汁以后，倒入高壓均質(zhì)機(jī)中均質(zhì)，均質(zhì)后的胡蘿卜濃汁中加入沉淀劑
CaCl2*2H20和穩(wěn)定劑氨水/乙醇，經(jīng)過(guò)離心，棄去上清液,得到沉淀；將沉淀經(jīng)過(guò)冷凍干燥機(jī)
冷凍干燥，得到干燥的沉淀，在沉淀中加入有機(jī)溶劑石油醚萃取其中的e-胡蘿卜素，之后旋
轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，回收有機(jī)溶劑,得到0 -胡蘿卜素油狀物。

天然e —胡蘿卜素提取工藝流程圖
具體實(shí)施例方式
(1) 取潔凈新鮮胡蘿卜，切成小塊，加入一定量的水，打碎成糊狀物。
(2) 將糊狀胡蘿卜均質(zhì)，減壓抽濾，在胡蘿卜汁液中加入氨水/乙醇作為穩(wěn)定劑。
(3) 取胡蘿卜汁液，加入一定體積的氯化鈣溶液，恒溫，離心，棄去清液，冷凍干燥。
(4) 取干燥后的沉淀，加入一定量的石油醚溶劑，攪拌，回流，旋蒸濃縮，得到含e-
胡蘿卜素的油狀物。
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權(quán)利要求
1設(shè)計(jì)思路目前，天然胡蘿卜素的生產(chǎn)來(lái)源主要有鹽藻提取、生物發(fā)酵和高等植物提取。其中從胡蘿卜中提取β-胡蘿卜素以其來(lái)源豐富、得率高、簡(jiǎn)便易行，備受關(guān)注。本方法在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)從新鮮胡蘿卜中提取天然β-胡蘿卜素的方法進(jìn)行了改進(jìn)，提取出高含量的天然β-胡蘿卜素。
2 —種從胡蘿卜中提取天然e -胡蘿卜素的方法(1) 取潔凈的新鮮胡蘿卜，切成小塊，加入一定量的水，打碎成糊狀物。(2) 將糊狀胡蘿卜均質(zhì)，抽濾，在胡蘿卜汁液中加入氨水/乙醇穩(wěn)定劑。(3) 取胡蘿卜汁液，加入一定體積的氯化鈣溶液，恒溫，離心，沉淀冷凍干燥。(4) 取干燥后的沉淀，加入一定量的石油醚溶劑，攪拌，回流，旋蒸濃縮，得含e-胡 蘿卜素的油狀物。
全文摘要
一種從新鮮胡蘿卜中提取天然β-胡蘿卜素的工藝。所述的方法是新鮮胡蘿卜經(jīng)過(guò)絞汁以后，倒入高壓均質(zhì)機(jī)中均質(zhì)，均質(zhì)后的胡蘿卜濃汁中加入沉淀劑CaCl₂·2H₂O和穩(wěn)定劑氨水/乙醇，經(jīng)過(guò)離心，棄去上清液，得到橙紅色沉淀；將沉淀經(jīng)過(guò)冷凍干燥機(jī)冷凍干燥，得到粉末狀干燥的沉淀，在沉淀中加入有機(jī)溶劑石油醚萃取其中的β-胡蘿卜素，之后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，回收有機(jī)溶劑，得到β-胡蘿卜素油狀物。所提得的β-胡蘿卜素純度達(dá)90％，提取量達(dá)180mg/100g，提取率可達(dá)80％以上。該法具有工藝新穎，操作簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)，對(duì)研究開(kāi)發(fā)從新鮮胡蘿卜中提取天然β-胡蘿卜素具有很高的參考價(jià)值。
文檔編號(hào)C07C403/00GK101096355SQ20061009487
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者斌 代, 胡小明 申請(qǐng)人:斌 代