一種水溶性植物甾醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種植物甾醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：使用二環(huán)己基碳酰亞胺(DCC)、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和對(duì)甲基苯磺酸(p-TsOH)復(fù)合催化劑催化植物甾醇有機(jī)二元酸單酯與功能性糖發(fā)生酯化，首先在室溫條件下使用DCC和DMAP活化植物甾醇有機(jī)二元酸單酯1小時(shí)，再加入功能性糖和p-TsOH，在室溫下于超聲儀中超聲反應(yīng)至總反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)硅膠柱層析分離得到植物甾醇有機(jī)二元酸糖酯。本方法制得的植物甾醇有機(jī)二元酸糖酯兼具植物甾醇和功能糖兩者的生物活性并且操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、能耗低、產(chǎn)率高，植物甾醇有機(jī)二元酸糖酯性質(zhì)穩(wěn)定，易于保存。
【專利說明】一種水溶性植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種制備植物留醇衍生物的方法，特別涉及一種水溶性植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法。本產(chǎn)品的應(yīng)用開發(fā)涉及到食品、醫(yī)藥、化工和化妝品等【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]植物留醇是一種存在于植物中的天然活性物質(zhì)，廣泛分布于自然界，在植物油、種子和堅(jiān)果、谷類以及豆類中含量最為豐富。天然植物留醇種類繁多，以β_谷留醇、豆甾醇和菜油留醇為主，它們都屬于4-無甲基留醇，結(jié)構(gòu)與膽固醇相似，以環(huán)戊烷多氫菲為甾核主體骨架，其C-3位連著一個(gè)羥基。近年來，對(duì)植物留醇的研究表明，它是一類對(duì)人體無毒副作用、具有高生理活性的天然活性物質(zhì)，被譽(yù)為“生命的鑰匙”。 [0003]植物甾醇具有非常好的降膽固醇作用，主要通過抑制膽固醇在小腸內(nèi)的吸收，可以有效降低血液總膽固醇及低密度脂蛋白膽固醇含量，而對(duì)人體有益的高密度脂蛋白膽固醇含量卻沒有影響。在動(dòng)物和人體內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用半個(gè)多世紀(jì)，美國FDA已批準(zhǔn)添加植物甾醇或甾烷醇酯的食品可使用“有益健康”的標(biāo)簽，其安全性已毋庸置疑。特別是近年來的研究發(fā)現(xiàn)，植物留醇還有抗癌、抗炎、抗病毒和提高免疫力等作用。
[0004]植物留醇具有水不溶和油溶低等特點(diǎn)，所以植物留醇一般只添加于高脂肪食品中，限制了植物留醇在低脂肪食品、減肥食品和飲料中的實(shí)際應(yīng)用。天然的植物留醇熔點(diǎn)高(130-180°C)，它們很容易在食品體系中的油相中結(jié)晶出來，而這種結(jié)晶將導(dǎo)致食品體系產(chǎn)生不可接受的質(zhì)感，嚴(yán)重影響食品品質(zhì)。由于植物留醇對(duì)人體無毒副作用、具有上述多種重要生理功能和特點(diǎn)，這就要求在不影響植物留醇的生理功能前提下改變植物留醇的形式，使其便于在食品加工中應(yīng)用。
[0005]研究發(fā)現(xiàn)，酯化型的植物留醇溶解性得到很大改善，其吸收利用率與游離型相比約提高5倍，其功能作用也更加廣泛。植物留醇酯化制得的植物留醇酯由于具有比植物甾醇更好的溶解性、分散性和更高的降膽固醇效果，可作為噴霧和口服藥物中的吸收載體及營養(yǎng)補(bǔ)充劑，以及皮膚細(xì)胞促進(jìn)劑、抗炎劑、傷口愈合劑和非離子乳化劑。
[0006]目前植物甾醇的改性研究和產(chǎn)品開發(fā)大多圍繞改善植物甾醇的油溶性為目的，主要集中在飽和脂肪酸植物留醇酯和不飽和脂肪酸植物留醇酯的研究。而改善植物留醇水溶性的方法多集中在制造微乳體系或者微膠囊包埋，但這兩種方法具有穩(wěn)定性差、產(chǎn)品貨架期短等缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中受到極大限制。目前植物留醇在化妝品工業(yè)中作為乳化劑受到了越來越多的重視，為提高其乳化性，也需要增加植物留醇水溶性。而通過對(duì)植物留醇的結(jié)構(gòu)改性以改善其水溶性的研究鮮有報(bào)道，因此開發(fā)一種新型的水溶性植物留醇衍生物的制備方法，有助于拓寬其在水溶性食品中的應(yīng)用，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種水溶性植物留醇二元酸糖酯的制備方法。本方法分兩步完成，第一步使用4-二甲氨基吡啶(DMAP)催化有機(jī)二元酸(或酸酐)與植物留醇進(jìn)行酯化反應(yīng)生成中間產(chǎn)物植物留醇有機(jī)二元酸單酯，第二步使用N，N' -二環(huán)己基碳酰亞胺/4-二甲氨基吡啶/對(duì)甲基苯磺酸(DCC/DMAP/p-TsOH)復(fù)合催化劑催化中間產(chǎn)物與功能性糖的酯化得到目標(biāo)產(chǎn)物植物留醇有機(jī)二元酸糖酯，兩步方法都操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短且產(chǎn)率高，適合用于食品工業(yè)生產(chǎn)。
[0008]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]使用DMAP在甲苯中催化植物甾醇與有機(jī)二元酸(或酸酐)進(jìn)行酯化，得到中間產(chǎn)物植物留醇有機(jī)二元酸單酯，再用DCC/DMAP/p-TsOH復(fù)合催化劑在二甲亞砜中催化中間產(chǎn)物與功能糖進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到植物留醇有機(jī)二元酸糖酯。兩步反應(yīng)都間隔一定時(shí)間取樣，并采用薄層層析法(TLC)檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，硅膠柱層析分離純化中間產(chǎn)物和目標(biāo)產(chǎn)物，利用高效液相法(HPLC)測(cè)定純度和產(chǎn)率，紅外光譜(FT-1R)和質(zhì)譜(MS)鑒定結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明所述的植物留醇為β-谷留醇、豆留醇、菜油留醇和菜籽留醇中一種或幾種的任意比例的混合物。
[0011]本發(fā)明所述的有機(jī)二元酸或酸酐為酒石酸、丁二酸、戊二酸、己二酸和其對(duì)應(yīng)酸酐中的一種。
[0012]本發(fā)明所述的功能性糖為葡萄糖、乳果糖、海藻糖、水蘇糖、棉籽糖和纖維二糖。
[0013]本發(fā)明所述的制備植物留醇有機(jī)二元酸單酯的方法，反應(yīng)物有機(jī)二元酸(酸酐)、植物甾醇與4-二甲氨基吡啶的物質(zhì)的量之比為1: 1.05: 0.2。
[0014]本發(fā)明所述的制備植物甾醇有機(jī)二元酸單酯的方法，反應(yīng)溫度為110°C，總反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。
[0015]本發(fā)明所述的植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法，反應(yīng)溶劑為無水二甲亞砜(DMSO)，先將DCC、DMAP和植物留醇有機(jī)二元酸單酯中間產(chǎn)物溶解在無水DMSO中，活化羧基I小時(shí)，再加入功能性糖和對(duì)甲基苯磺酸(P-TsOH)室溫條件下于超聲儀中超聲反應(yīng)至總時(shí)間為10小時(shí)。
[0016]本發(fā)明所述的植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法，植物留醇有機(jī)二元酸單酯、DCC、DMAP、p-TsOH和功能性糖的物質(zhì)的量比為I: 1.0~1.2: 0.05~0.5: 0.10~0.20: LO~L 2，優(yōu)選1: L 1: 0.1: 0.14: 1.1，植物甾醇有機(jī)二元酸單酯在DMSO中的濃度為0.01~0.lg/ml,優(yōu)選0.05g/ml。
[0017]本發(fā)明所述的植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法，反應(yīng)溫度為室溫，并采用超聲輔助促進(jìn)反應(yīng)。
[0018]本發(fā)明所述的硅膠柱層析分離純化方法，其步驟為:將植物留醇酯有機(jī)二元酸單酯或植物留醇酯有機(jī)二元酸糖酯樣品分別溶解在洗脫劑石油醚/乙酸乙酯/甲酸(13: 7: 0.02)和三氯甲烷/甲醇/甲酸混合溶液(75: 15: 0.5, v/v/v)中，對(duì)收集到的組分進(jìn)行HPLC分析，將同一組分合并，真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，得到植物留醇有機(jī)二元酸單酯和糖酯純品。
[0019]本發(fā)明采用HPLC測(cè)定植物留醇有機(jī)二元酸單酯和植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的純度和產(chǎn)率，HPLC-ELSD分析系統(tǒng)包括Watersl525高效液相色譜儀、Alltech3300蒸發(fā)光散射檢測(cè)器(ELSD)和Empower數(shù)據(jù)處理軟件。色譜柱為Waters symmetry C18反相柱(4.6X250mm, 5 μ m),柱溫:35°C,流動(dòng)相:甲醇/甲酸=1000: I,流速:lmL/min,等速洗脫，進(jìn)樣量:10μ L ；ELSD參數(shù):溫度為55°C，載氣為氮?dú)?，流速?.5L/min，增益為I。[0020]本發(fā)明采用傅里葉變換紅外光譜和質(zhì)譜鑒定植物留醇有機(jī)二元酸單酯和植物甾醇有機(jī)二元酸糖酯的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)T-1R分析采用Thermo Scientific Nicolet iS10傅里葉變換紅外光譜儀，選用KBr壓片法，掃描次數(shù):32次(植物留醇有機(jī)二元酸單酯)和64次(植物甾醇有機(jī)二元酸糖酯)，分辨率McnT1。質(zhì)譜分析采用Waters UPLC-TQD質(zhì)譜儀，將分離純化的樣品直接進(jìn)樣，離子源為電噴霧(ESI)離子源，毛細(xì)管電壓3.5kV，離子源溫度100°C，脫溶劑溫度250°C，脫溶劑氣流速500L/h，錐孔氣流速50L/h，錐孔電壓20V，碰撞能量6V，檢測(cè)器電壓1700V，質(zhì)量范圍50~1000m/z。
[0021]以植物留醇丁二酸單酯和葡萄糖酯為例，結(jié)果分析如下:
[0022]植物甾醇丁二酸單酯FT-1R:2370-3700cm^之間的寬峰為游離羧基-C00H的伸縮振動(dòng)吸收(Y C00H)，2956cm—1為-CH3的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收(Y -CH3)，2933cm—1為-CH2-的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收(Y -CH2-)，2860cm^為-CH2-的對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收(Y -CH2-)，1735和1708CHT1強(qiáng)吸收峰分別為游離羧基和酯基官能團(tuán)上C = O的伸縮振動(dòng)吸收(YC =O)，1377CHT1為-CH3的彎曲振動(dòng)吸收(δ -CH3)，1175和1028(^1為C-O的伸縮振動(dòng)吸收(YC-O) ；MS:植物留醇丁二酸單酯包括谷留醇丁二酸單酯、豆留醇丁二酸單酯、菜油甾醇丁二酸單酯和菜籽留醇丁二酸單酯，四者的相對(duì)分子質(zhì)量分別為514、512、500和498。植物甾醇丁二酸單酯在ES—電離下，存在谷留醇丁二酸單酯、菜油留醇丁二酸單酯和豆甾醇丁二酸單酯的[M-H]+分子離子峰，它們分別為513 (即514-1)、499(即500-1)和511 (即512-1)。因此，產(chǎn)物為植物留醇丁二酸單酯。
[0023]植物甾醇丁二酸葡萄糖酯FT-1R:3380cm-1寬峰為游離羥基-OH的伸縮振動(dòng)吸收(Y 0-H)，2956CHT1為-CH3的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收(Y -CH3)，2868cm^為-CH2-的對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收強(qiáng)吸收峰為酯 基官能團(tuán)上C = O的伸縮振動(dòng)吸收UC =O)，1377CHT1為-CH3的彎曲振動(dòng)吸收(δ -CH3)，1167和1029(^1為C-0的伸縮振動(dòng)吸收(YC-O) ;MS:植物留醇丁二酸葡萄糖酯的主要成分包括β-谷留醇丁二酸葡萄糖酯、菜油甾醇丁二酸葡萄糖酯和豆留醇丁二酸葡萄糖酯，它們的分子量為677、663和675。在ES_電離下，存在谷留醇丁二酸葡萄糖酯、菜油留醇丁二酸葡萄糖酯和豆留醇丁二酸葡萄糖酯的[M+C1] +質(zhì)譜信號(hào)，它們分別為712 (即677+35)、698(即663+35)和710 (即675+35)。因此，產(chǎn)物確定為植物留醇丁二酸葡萄糖酯。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]1.本發(fā)明首次制備了植物甾醇的糖酯衍生物，改善了植物甾醇的水溶性，拓寬了植物甾醇的應(yīng)用范圍；
[0026]2.植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的合成反應(yīng)在室溫下即可進(jìn)行，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，能耗低；
[0027]3.有機(jī)二元酸(酸酐)與植物留醇可定量反應(yīng)，酯化率達(dá)到95%以上，且反應(yīng)中不需要添加除水劑；
[0028]4.植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的產(chǎn)率達(dá)到88%以上，并且植物留醇二元酸糖酯性質(zhì)穩(wěn)定，易于保存。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明所保護(hù)的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以適當(dāng)修改本發(fā)明參數(shù)。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]在圓底燒瓶中加入植物甾醇2.0750g，丁二酸酐0.7500g，溶于IOml甲苯中，向其中加入DMAP0.1250g，在110°C回流6h。TLC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，采用高效液相法測(cè)定酯化率，反應(yīng)結(jié)束后，得到植物留醇丁二酸酯粗產(chǎn)品，用流動(dòng)相為石油醚/乙酸乙酯/甲酸(13: 7: 0.02)的硅膠柱層析分離純化，得到純品，采用紅外和質(zhì)譜分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，確定產(chǎn)物為植物留醇丁二酸單酯。
[0032]將植物甾醇丁二酸單酯純品0.5000g,溶于IOml DMSO中，向其中加入DCC0.2270g,DMAP0.0122g，室溫下攪拌lh。然后再向其中加入5ml溶有葡萄糖0.1980g和對(duì)甲基苯磺酸0.0266g的DMSO溶液，并在室溫下于超聲儀中超聲反應(yīng)至總時(shí)間為10h。旋蒸得到植物留醇丁二酸葡萄糖酯粗品，用流動(dòng)性為三氯甲烷/甲醇/甲酸(75: 15: 0.5)的硅膠柱層析分離純化，得到植物留醇丁二酸葡萄糖酯純品，經(jīng)高效液相色譜分析其純度為98.8 %，產(chǎn)率為88.5 %，采用紅外和質(zhì)譜分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，確定產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物。
[0033]實(shí)施例2:
[0034]在圓底燒瓶中加入植物甾醇2.0750g，戊二酸0.9700g，溶于IOml甲苯中，向其中加入DMAP0.1250g, 110°C回流6h。TLC檢測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，采用高效液相法測(cè)定酯化率，反應(yīng)結(jié)束后，得到植物留醇戊二酸酯粗產(chǎn)品，用流動(dòng)相為石油醚/乙酸乙酯/甲酸(13: 7: 0.02)的硅膠柱層析分離純化 ，得到純品，采用紅外和質(zhì)譜分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，確定產(chǎn)物為植物甾
醇戊二酸單酯。
[0035]將植物甾醇戊二酸單酯純品0.5140g,溶于IOml DMSO中，向其中加入DCC0.2270g,DMAP0.0122g，室溫下攪拌lh。然后再向其中加入5ml溶有乳果糖0.3760g和對(duì)甲基苯磺酸0.0266g的DMSO溶液，并在室溫下于超聲儀中反應(yīng)至總時(shí)間為10h。旋蒸得到植物甾醇戊二酸乳果糖酯粗品，用流動(dòng)相為三氯甲烷/甲醇/甲酸(75: 15: 0.5)的硅膠柱層析分離純化，得到植物留醇戊二酸乳果糖酯純品，經(jīng)高效液相色譜分析其純度為98.6%以上，產(chǎn)率為89.2%，采用紅外和質(zhì)譜分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，確定產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物。
[0036]實(shí)施例3:
[0037]在圓底燒瓶中加入植物甾醇2.0750g，己二酸1.lOOOg，溶入IOml甲苯中，向其中WADMAP0.1250g, 110°C回流6h。TLC檢測(cè)植物留醇消失即終止反應(yīng)，采用高效液相法測(cè)定酯化率，反應(yīng)結(jié)束后，得到植物留醇己二酸酯粗產(chǎn)品，用流動(dòng)相為石油醚/乙酸乙酯/甲酸(13: 7: 0.02)的硅膠柱層析分離純化，得到純品，采用紅外和質(zhì)譜分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，確定為植物留醇己二酸單酯。
[0038]將植物甾醇己二酸單酯純品0.5280g,溶于10ml DMSO中后，向其中加入DCC0.2270g, DMAP0.0122g,室溫下攪拌lh。然后再向其中加入5ml溶有海藻糖0.3760g,對(duì)甲基苯磺酸0.0266g的DMSO溶液。并在室溫下于超聲儀中反應(yīng)至總時(shí)間為10h。旋蒸得到植物甾醇己二酸海藻糖酯粗品，通過以流動(dòng)性為三氯甲烷/甲醇/甲酸(75: 15: 0.5)的硅膠柱層析分離純化，得到植物留醇己二酸海藻糖酯純品，經(jīng)高效液相色譜分析其純度為99.1%，產(chǎn)率為88.3%，采用紅外和質(zhì)譜分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，確定產(chǎn)物為目標(biāo)產(chǎn)物。
【權(quán)利要求】
1.一種水溶性植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法，其特征在于所述的方法為二步法:第一步使用4-二甲氨基吡啶催化植物留醇與有機(jī)二元酸(或酸酐)，在110°C條件下于甲苯中反應(yīng)6小時(shí)，生成中間產(chǎn)物植物留醇有機(jī)二元酸單酯并分離純化；第二步將植物甾醇有機(jī)二元酸單酯與催化劑4- 二甲氨基吡啶和N，N' - 二環(huán)己基碳酰亞胺溶于二甲基亞砜，在室溫下活化I小時(shí)，然后將功能性糖和對(duì)甲基苯磺酸加入上述已活化的混合液中，在室溫下超聲輔助反應(yīng)至總反應(yīng)時(shí)間10小時(shí)，將反應(yīng)液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得粗品，并將粗品經(jīng)硅膠柱層析分離純化得到水溶性植物留醇有機(jī)二元酸糖酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)二元酸或酸酐為酒石酸、丁二酸、戊二酸、己二酸和其對(duì)應(yīng)酸酐中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法，其特征在于所述的功能性糖為葡萄糖、乳果糖、海藻糖、水蘇糖、棉籽糖和纖維二糖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法，其特征在于所述的植物甾醇有機(jī)二元酸單酯、N，N' - 二環(huán)己基碳酰亞胺、4-二甲氨基吡啶、對(duì)甲基苯磺酸和功能性糖的物質(zhì)的量比為1: 1.1: 0.1: 0.14: 1.1，植物甾醇有機(jī)二元酸單酯的濃度為0.05g/ml。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物留醇有機(jī)二元酸糖酯的制備方法，其特征在于所述的反應(yīng)溫度為室溫，并采用超聲輔助促進(jìn)反應(yīng)。
【文檔編號(hào)】C07J17/00GK103965278SQ201410160200
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】賈承勝, 任明星, 林蔚婷, 張曉鳴 申請(qǐng)人:江南大學(xué)