一種水溶性植物甾醇有機二元酸糖酯的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種植物甾醇有機二元酸糖酯的制備方法。本發明采用的技術方案為：使用二環己基碳酰亞胺(DCC)、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和對甲基苯磺酸(p-TsOH)復合催化劑催化植物甾醇有機二元酸單酯與功能性糖發生酯化，首先在室溫條件下使用DCC和DMAP活化植物甾醇有機二元酸單酯1小時，再加入功能性糖和p-TsOH，在室溫下于超聲儀中超聲反應至總反應時間為10小時，反應結束后經硅膠柱層析分離得到植物甾醇有機二元酸糖酯。本方法制得的植物甾醇有機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單、反應條件溫和、能耗低、產率高，植物甾醇有機二元酸糖酯性質穩定，易于保存。
【專利說明】一種水溶性植物留醇有機二元酸糖酯的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發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二元酸糖酯的制備方法。本產品的應用開發涉及到食品、醫藥、化工和化妝品等【技術領域】。
【背景技術】
[0002]植物留醇是一種存在于植物中的天然活性物質，廣泛分布于自然界，在植物油、種子和堅果、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，結構與膽固醇相似，以環戊烷多氫菲為甾核主體骨架，其C-3位連著一個羥基。近年來，對植物留醇的研究表明，它是一類對人體無毒副作用、具有高生理活性的天然活性物質，被譽為“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，而對人體有益的高密度脂蛋白膽固醇含量卻沒有影響。在動物和人體內已經應用半個多世紀，美國FDA已批準添加植物甾醇或甾烷醇酯的食品可使用“有益健康”的標簽，其安全性已毋庸置疑。特別是近年來的研究發現，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，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際應用。天然的植物留醇熔點高(130-180°C)，它們很容易在食品體系中的油相中結晶出來，而這種結晶將導致食品體系產生不可接受的質感，嚴重影響食品品質。由于植物留醇對人體無毒副作用、具有上述多種重要生理功能和特點，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用。
[0005]研究發現，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補充劑，以及皮膚細胞促進劑、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品開發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定性差、產品貨架期短等缺點，在實際應用中受到極大限制。目前植物留醇在化妝品工業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。而通過對植物留醇的結構改性以改善其水溶性的研究鮮有報道，因此開發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用，具有重要的意義。
【發明內容】
[0007]本發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)催化有機二元酸(或酸酐)與植物留醇進行酯化反應生成中間產物植物留醇有機二元酸單酯，第二步使用N，N' -二環己基碳酰亞胺/4-二甲氨基吡啶/對甲基苯磺酸(DCC/DMAP/p-TsOH)復合催化劑催化中間產物與功能性糖的酯化得到目標產物植物留醇有機二元酸糖酯，兩步方法都操作簡單、反應時間短且產率高，適合用于食品工業生產。
[0008]本發明采用以下技術方案:
[0009]使用DMAP在甲苯中催化植物甾醇與有機二元酸(或酸酐)進行酯化，得到中間產物植物留醇有機二元酸單酯，再用DCC/DMAP/p-TsOH復合催化劑在二甲亞砜中催化中間產物與功能糖進行酯化反應，得到植物留醇有機二元酸糖酯。兩步反應都間隔一定時間取樣，并采用薄層層析法(TLC)檢測反應進程，硅膠柱層析分離純化中間產物和目標產物，利用高效液相法(HPLC)測定純度和產率，紅外光譜(FT-1R)和質譜(MS)鑒定結構。
[0010]本發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]本發明所述的有機二元酸或酸酐為酒石酸、丁二酸、戊二酸、己二酸和其對應酸酐中的一種。
[0012]本發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]本發明所述的制備植物留醇有機二元酸單酯的方法，反應物有機二元酸(酸酐)、植物甾醇與4-二甲氨基吡啶的物質的量之比為1: 1.05: 0.2。
[0014]本發明所述的制備植物甾醇有機二元酸單酯的方法，反應溫度為110°C，總反應時間為6小時。
[0015]本發明所述的植物留醇有機二元酸糖酯的制備方法，反應溶劑為無水二甲亞砜(DMSO)，先將DCC、DMAP和植物留醇有機二元酸單酯中間產物溶解在無水DMSO中，活化羧基I小時，再加入功能性糖和對甲基苯磺酸(P-TsOH)室溫條件下于超聲儀中超聲反應至總時間為10小時。
[0016]本發明所述的植物留醇有機二元酸糖酯的制備方法，植物留醇有機二元酸單酯、DCC、DMAP、p-TsOH和功能性糖的物質的量比為I: 1.0~1.2: 0.05~0.5: 0.10~0.20: LO~L 2，優選1: L 1: 0.1: 0.14: 1.1，植物甾醇有機二元酸單酯在DMSO中的濃度為0.01~0.lg/ml,優選0.05g/ml。
[0017]本發明所述的植物留醇有機二元酸糖酯的制備方法，反應溫度為室溫，并采用超聲輔助促進反應。
[0018]本發明所述的硅膠柱層析分離純化方法，其步驟為:將植物留醇酯有機二元酸單酯或植物留醇酯有機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，對收集到的組分進行HPLC分析，將同一組分合并，真空旋轉蒸發除去溶劑，得到植物留醇有機二元酸單酯和糖酯純品。
[0019]本發明采用HPLC測定植物留醇有機二元酸單酯和植物留醇有機二元酸糖酯的純度和產率，HPLC-ELSD分析系統包括Watersl525高效液相色譜儀、Alltech3300蒸發光散射檢測器(ELSD)和Empower數據處理軟件。色譜柱為Waters symmetry C18反相柱(4.6X250mm, 5 μ m),柱溫:35°C,流動相:甲醇/甲酸=1000: I,流速:lmL/min,等速洗脫，進樣量:10μ L ；ELSD參數:溫度為55°C，載氣為氮氣，流速為1.5L/min，增益為I。[0020]本發明采用傅里葉變換紅外光譜和質譜鑒定植物留醇有機二元酸單酯和植物甾醇有機二元酸糖酯的結構，FT-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:32次(植物留醇有機二元酸單酯)和64次(植物甾醇有機二元酸糖酯)，分辨率McnT1。質譜分析采用Waters UPLC-TQD質譜儀，將分離純化的樣品直接進樣，離子源為電噴霧(ESI)離子源，毛細管電壓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，檢測器電壓1700V，質量范圍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的伸縮振動吸收(Y C00H)，2956cm—1為-CH3的非對稱伸縮振動吸收(Y -CH3)，2933cm—1為-CH2-的非對稱伸縮振動吸收(Y -CH2-)，2860cm^為-CH2-的對稱伸縮振動吸收(Y -CH2-)，1735和1708CHT1強吸收峰分別為游離羧基和酯基官能團上C = O的伸縮振動吸收(YC =O)，1377CHT1為-CH3的彎曲振動吸收(δ -CH3)，1175和1028(^1為C-O的伸縮振動吸收(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，四者的相對分子質量分別為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的伸縮振動吸收(Y 0-H)，2956CHT1為-CH3的非對稱伸縮振動吸收(Y -CH3)，2868cm^為-CH2-的對稱伸縮振動吸收強吸收峰為酯 基官能團上C = O的伸縮振動吸收UC =O)，1377CHT1為-CH3的彎曲振動吸收(δ -CH3)，1167和1029(^1為C-0的伸縮振動吸收(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] +質譜信號，它們分別為712 (即677+35)、698(即663+35)和710 (即675+35)。因此，產物確定為植物留醇丁二酸葡萄糖酯。
[0024]本發明的有益效果:
[0025]1.本發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用范圍；
[0026]2.植物留醇有機二元酸糖酯的合成反應在室溫下即可進行，操作簡單，反應條件溫和，能耗低；
[0027]3.有機二元酸(酸酐)與植物留醇可定量反應，酯化率達到95%以上，且反應中不需要添加除水劑；
[0028]4.植物留醇有機二元酸糖酯的產率達到88%以上，并且植物留醇二元酸糖酯性質穩定，易于保存。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明所保護的內容不僅僅局限于下面的實施例，本領域內技術人員可以適當修改本發明參數。
[0030]實施例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檢測反應進程，采用高效液相法測定酯化率，反應結束后，得到植物留醇丁二酸酯粗產品，用流動相為石油醚/乙酸乙酯/甲酸(13: 7: 0.02)的硅膠柱層析分離純化，得到純品，采用紅外和質譜分析進行結構鑒定，確定產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至總時間為10h。旋蒸得到植物留醇丁二酸葡萄糖酯粗品，用流動性為三氯甲烷/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，經高效液相色譜分析其純度為98.8 %，產率為88.5 %，采用紅外和質譜分析進行結構鑒定，確定產物為目標產物。
[0033]實施例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檢測反應進程，采用高效液相法測定酯化率，反應結束后，得到植物留醇戊二酸酯粗產品，用流動相為石油醚/乙酸乙酯/甲酸(13: 7: 0.02)的硅膠柱層析分離純化 ，得到純品，采用紅外和質譜分析進行結構鑒定，確定產物為植物甾
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和對甲基苯磺酸0.0266g的DMSO溶液，并在室溫下于超聲儀中反應至總時間為10h。旋蒸得到植物甾醇戊二酸乳果糖酯粗品，用流動相為三氯甲烷/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，經高效液相色譜分析其純度為98.6%以上，產率為89.2%，采用紅外和質譜分析進行結構鑒定，確定產物為目標產物。
[0036]實施例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檢測植物留醇消失即終止反應，采用高效液相法測定酯化率，反應結束后，得到植物留醇己二酸酯粗產品，用流動相為石油醚/乙酸乙酯/甲酸(13: 7: 0.02)的硅膠柱層析分離純化，得到純品，采用紅外和質譜分析進行結構鑒定，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,對甲基苯磺酸0.0266g的DMSO溶液。并在室溫下于超聲儀中反應至總時間為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，經高效液相色譜分析其純度為99.1%，產率為88.3%，采用紅外和質譜分析進行結構鑒定，確定產物為目標產物。
【權利要求】
1.一種水溶性植物留醇有機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二元酸(或酸酐)，在110°C條件下于甲苯中反應6小時，生成中間產物植物留醇有機二元酸單酯并分離純化；第二步將植物甾醇有機二元酸單酯與催化劑4- 二甲氨基吡啶和N，N' - 二環己基碳酰亞胺溶于二甲基亞砜，在室溫下活化I小時，然后將功能性糖和對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至總反應時間10小時，將反應液旋轉蒸發得粗品，并將粗品經硅膠柱層析分離純化得到水溶性植物留醇有機二元酸糖酯。
2.根據權利要求1所述的植物留醇有機二元酸糖酯的制備方法，其特征在于所述的有機二元酸或酸酐為酒石酸、丁二酸、戊二酸、己二酸和其對應酸酐中的一種。
3.根據權利要求1所述的植物留醇有機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.根據權利要求1所述的植物留醇有機二元酸糖酯的制備方法，其特征在于所述的植物甾醇有機二元酸單酯、N，N' - 二環己基碳酰亞胺、4-二甲氨基吡啶、對甲基苯磺酸和功能性糖的物質的量比為1: 1.1: 0.1: 0.14: 1.1，植物甾醇有機二元酸單酯的濃度為0.05g/ml。
5.根據權利要求1所述的植物留醇有機二元酸糖酯的制備方法，其特征在于所述的反應溫度為室溫，并采用超聲輔助促進反應。
【文檔編號】C07J17/00GK103965278SQ201410160200
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月16日 優先權日:2014年4月16日
【發明者】賈承勝, 任明星, 林蔚婷, 張曉鳴 申請人:江南大學