专利名称：由酯化玉米黄质制备酯化虾青素的方法
技术领域：
在一个实施方案中，本发明涉及一种制备酯化虾青素(esterifiedastaxanthin)的方法。在一个优选实施方案中，描述了玉米黄质酯(zeaxanthin esters)向酯化虾青素的转化。
背景技术：
鲑类鱼(salmonids)因其肉质特有的粉红色而是吸引人的。在野生型中，这种颜色来自氧化的类胡萝卜素，主要是虾青素(astaxanthin)，其被发现存在于构成鲑鱼的食物的生物体中。当养殖这些鱼时，必须在它们的饮食中包含虾青素。鱼类养殖业使用的大部分虾青素是由Hoffmann La Roche和BASF合成生产的。该产品是游离的虾青素，是由三种异构体(3R，3’R)，(3R，3’S)和(3S，3’S)组成的一种外消旋非旋光活性混合物。
这种类胡萝卜素(carotenoid)是非常不稳定的，当暴露于空气、热或光时容易降解，因而需要特殊的保护、处理和保藏条件，以避免氧化。
另一种来源的游离虾青素(free astaxanthin)是由红法夫酵母(Phaffiarhodozyma)发酵产生的。酯化虾青素(esterified astaxanthin)来自藻类培养，即雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)。从酵母或藻类进行虾青素生产也没有能够实现成功地与合成产品(synthetic product)相竞争。
在美国专利6372946和6376717中，两者均转让给PRODEMEX，描述了游离虾青素的生产，是从金盏花的花中色素衍生而来的，这两个专利引入本文，以作参考。
在鲑类中，含氧类胡萝卜素(oxycarotenoids)以游离的形式沉淀于肌肉内，而在皮肤中发现主要是酯类。在自然界中，虾青素常常作为双酯存在。
通常酯化类胡萝卜素(esterified carotenoids)比起游离类胡萝卜更溶于脂类，这代表了一个优点它们能容易地被掺入进饲料中。
之前，Torres-Cardona已经讨论了这样的事情当用作禽类和水产养殖的色素时，与它们的游离形式相比，酯化类胡萝卜素，象叶黄素(lutein)和玉米黄质，显示出更好的稳定性和生物利用率，同时也提及了在水介质中进行酯化作用的一种工艺。Breivik(WO 00/62625和WO 03/003848)证明了，当游离虾青素用短链′Ω-3脂肪酸酯化时，获得用于鲑类鱼色素沉着(pigmentation)的更稳定和更有效的类胡萝卜素。
Tanaka(JP11290094)报道，通过采用一种或者几种类型的用于合成的脂肪酶，使用具有14到22个碳的直链或支链羧酸对虾青素进行酯化的方法。然后，Anderson描述了使用脱水剂酯化虾青素的一般方法，随后Gloor(WO 03/066583)使用由Hoffmann LaRoche生产的合成虾青素作为原料，将该方法适应性修改为具有工业价值的一种方法。
本发明的实施方案描述了，使用酯化玉米黄质(esterified astaxanthin)作为原料，生产酯化虾青素(esterified astaxanthin)的方法。
发明概述在一种实施方案中，本发明涉及由玉米黄质制备酯化虾青素的方法，该方法包括下述步骤在有机溶剂中用酰化剂酰化玉米黄质以产生酯化玉米黄质；将酯化玉米黄质与氧化剂接触以产生酯化虾青素。在一个优选实施方案中，有机溶剂或者是氯仿或者是二氯甲烷。优选地，对每一份而言，氧化剂比玉米黄质酯的比率在5到40份之间。
酰化剂可以是RCOOH、RCOCl或(RCO)2O，其中R是含有2-20个烃基碳(烃，hydrocarbon)的烃链(hydrocarbon chain)。在优选实施方案中，R是含有2-8个烃基碳的烃链。更优选地，R是含有2-4个烃基碳的烃链。在优选实施方案中，酰化剂是乙酸酐。
在优选实施方案中，氧化剂通过混合饱和水溶液与溴酸盐的饱和溶液制备而得，其中饱和水溶液是亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠(sodiumhydrogen sulfite)、亚硫酸氢钾(potassium hydrogen sulfite)、酸式亚硫酸钠(sodium bisulfite)或酸式亚硫酸钾(potassium bisulfite)中的任意一种。在优选实施方案中，氧化剂通过混合酸式亚硫酸钠的饱和水溶液和溴酸钠的饱和溶液制备而得。优选地，酸式亚硫酸钠比溴酸钠的比率是大约1.5∶1。
在其他优选实施方案中，氧化剂通过混合酸式亚硫酸钠的饱和水溶液和溴酸钾的饱和溶液制备而得。在另一种优选实施方案中，氧化剂通过混和酸式亚硫酸钠的饱和水溶液和溴酸钙的饱和溶液制备而得。在另外一个优选实施方案中，氧化剂通过混和酸式亚硫酸钠的饱和水溶液和溴酸铈的饱和溶液制备而得。优选地，氧化剂比玉米黄质酯的比率为，相对于每份类胡萝卜素而言，在0.5到5份之间。优选地，含水氧化剂的pH值在1到4之间。优选地，反应温度在0到25℃之间。
优选地，玉米黄质由植物提取物的皂化作用而得。更优选地，植物是金盏花(marigold)。在一个可替代的优选实施方案中，玉米黄质是合成制得的。
在本发明的一些实施方案中，所述方法包括，在将酯化玉米黄质与氧化剂接触之前，用水洗涤酯化玉米黄质的步骤。
在另一个方面，本发明涉及由此处描述的方法制备而得的虾青素双酯(astaxanthin diester)。优选地，虾青素双酯是虾青素双乙酸酯(astaxanthin diacetate)。
通过下面对优选实施方案的详细描述，本发明的其他方面、特点和优点将变得显而易见。
优选实施方案详述原料(starting material)可以是具有高含量的类胡萝卜素的金盏花提取物，类胡萝卜素的含量范围在每Kg浓缩物中具有500到1000g胡萝卜醇(xanthophyll)，其中70％到100％可以是玉米黄质(zeaxanthin)，余下的主要是叶黄素(lutein)和其他色素。其他天然来源也可以用来提供玉米黄质作为原料。
可替代地，玉米黄质可以合成而得。美国专利5,973,211提供了由叶黄素高产量制备玉米黄质的方法，该美国专利引入本文，以作参考。
将浓缩物与下述物质混合，约2到6倍、优选约3倍的一种氯化了的溶剂(chlorinated solvent)，如氯仿或二氯甲烷；和，约0.4到2倍、优选约0.5-1倍的乙酸酐或其他酰化剂，以重量∶体积为基础。优选地，酰化剂是酸酐、酰基氯或羧酸。酰化剂的选择取决于最终虾青素产品中酯部分的碳链想要的长度。玉米黄质优选用C2到C20长度的碳链酰化，更优选长度是C2到C8，最优选为C2到C5碳链长度。碳链可以是饱和的或是不饱和的，也可以包括支链的或环状的化合物。在优选实施方案中，使用乙酸酐作为乙酰化剂制备乙酸双酯(acetate diesters)。在优选实施方案中，使用丙酸酐作为酰化剂制备三碳双酯。在优选实施方案中，使用丁酸酐作为酰化剂制备四碳双酯，仍然在另外的实施方案中，使用己酸酐制备五碳双酯。
混合物回流(refluxed)约1到6小时，优选2到4小时；或，直到至少约50％，优选至少约75％的色素被酰化。在优选实施方案中，该材料用水洗涤，以除去残留酸。然后将洗涤产物溶解于另外的5到50份，优选6到10份，更优选约7到8份的氯化了的溶剂中，如氯仿或二氯甲烷中，温度约15℃-40℃，优选约25℃。优选地，洗涤产物在密封反应容器中剧烈搅拌溶解。
在一个实施方案中，本发明涉及用氧化剂处理酯化的玉米黄质的方法。进行烯丙型氧化或可以用于氧化反应的试剂的非限定性实例已经在主要参考书籍中综述Trost和Larock，“Comprehensive Organic Synthesis，”卷7，Pergamon Press，New York，1991，第83-117页，和Richard C.Larock“Comprehensive Organic Transformations，”Wiley-VCH，New York，1999，第1207-1209页，这两篇文献完整引入本文，以作参考。
在一个实施方案中，氧化剂通过混合亚硫酸盐、亚硫酸氢盐或酸式亚硫酸盐的酸化水溶液和置于水中的溴酸盐而形成。在优选实施方案中，酸式亚硫酸钠的饱和水溶液与溴酸钠的饱和溶液以约1-3∶1，优选约1.0到1.5∶1的比例在温和搅拌下反应。优选地，反应在黑暗中，在0到25℃，优选0到10℃之间，在单独的容器中进行。所形成的氧化剂相当于混合物中的一种类胡萝卜素的约2到4个当量。将氧化剂加到含有酯化玉米黄质的反应器中，同时将温度调到约0到40℃、但优选约10到20℃之间。然后搅拌进行反应。优选地，反应在黑暗中以400到800rpm的搅拌速度进行。反应进行1到60分钟，但通常在15到30分钟之间，或可以在反应混合物中没有检测到玉米黄质酯时停止。可以用碳酸钠或亚硫酸钠饱和水溶液和抗氧化剂如α-生育酚、棕榈酸抗坏血酸酯、叔丁基对羟基茴香醚(BHA)、2，6-二叔丁基甲酚(BHT)、乙氧基喹宁(ethoxiquin)、叔丁基对苯二酚(TBHQ)、棓酸丙酯(propyl gallate)等终止反应。结果可以在原料中产生30％到80％的类胡萝卜素，其中70％到90％是酯化虾青素。
实施例实施例1原料是具有高含量类胡萝卜素的金盏花提取物，每千克浓缩物中含有胡萝卜素的范围在650到750克之内，其中70％到95％是玉米黄质，余下的主要是叶黄素和其他色素。该浓缩物与约3倍的氯仿和0.5倍的乙酸酐混和，以重量与体积的比例为基础。混合物回流4到5小时或直到至少75％的色素被酰化。然后，用水洗涤原料，以除去残留的乙酸。洗涤产物然后在密封反应容器中剧烈搅拌下溶解于另外约7到8份的、温度为约25℃的氯仿中。在单独的容器中，酸式亚硫酸钠的饱和水溶液与溴酸钠的饱和溶液以1.5到1的比率在温和混合下反应，反应在黑暗中、于0到10℃之间进行。形成的氧化剂相当于混合物中的一份类胡萝卜素的约2到4个当量。将氧化剂加入到反应器中，同时将温度调到10到20℃之间。在黑暗中剧烈混和下进行反应。当反应混合物中没有检测到玉米黄质酯时终止反应。该处理在原料中产生了30到80％的类胡萝卜素，其中70到90％是酯化虾青素。
实施例2在密封反应容器中，放入25克(gr.)的类胡萝卜素，并在室温下分散于5份的氯仿中。类胡萝卜素包括90％的玉米黄质，来自金盏花的花朵。然后加入2份乙酸酐，提高温度以回流。保持恒定且激烈的搅拌直到TLC(薄层层析)未检测到游离玉米黄质。该处理进行约4小时。反应混合物然后在10份水中洗涤2次，以除去残留的醋酸。加入另外5份氯仿，在混合的同时，将温度调到20℃。
在单独的容器中，混和溴酸钠的饱和溶液(1份)和酸式亚硫酸钠(1份)，得到氧化剂。混合物的温度也调节到20℃。
以15分钟的时间间隔，将氧化剂加入到含有玉米黄质酯的反应容器中。进行反应，直到未检测到玉米黄质酯。这时，加入2份碳酸钠饱和溶液，继续混和10分钟。然后，用水洗涤两次，每次用水10个体积。每一次，分离并去除水相。在减压下除去溶剂，得到了15克(gr.)虾青素酯(astathanthin esters)，其代表约60％的产率。
实施例3在玻璃反应器中，使用45克的、纯度为92％的金盏花玉米黄质酯作为原料。在这些原料中，加入15份二氯甲烷，并将温度调节到0℃。反应器保持密封，并剧烈混和。
在另外一个容器中，通过混和相对于最初类胡萝卜素的4个当量的溴酸钙饱和溶液和相对于所用溴酸盐的1个当量的酸式亚硫酸钠制得氧化剂溶液。将温度调节到0℃，使用氢溴酸的稀溶液将pH值调节到3。
在2小时时间里缓慢加入氧化剂，继续进行反应，直到不存在玉米黄质酯，通常需要约6小时。
反应完之后，加入3份亚硫酸钠的饱和溶液，继续混和10分钟。加入0.1克的乙氧基奎宁(Ethoxyquin)和0.1克的棕榈酸抗坏血酸酯(ascorbyl palmitate)，再混和10分钟。
可以静置混合物，除去水相，再用水洗涤2次，每次用水10个体积。然后除去溶剂，得到19克的虾青素酯，代表约40％的产率。
实施例4在40份的氯仿中(V/W)，室温下分散30克的玉米黄质酯。密封反应器，同时将温度调节到10℃，混和速度设置在约800rpm。
在单独的容器中，通过混和相对于最初类胡萝卜素6个当量的溴酸钙和相对于所用溴酸盐2个当量的酸式亚硫酸钠制得氧化剂溶液。两溶液都是饱和的，且是含水的。将混合物温度调节到10℃，使用硫酸的稀溶液将pH值调节到2.5。
将氧化剂一次性加入到反应器中，保持同样的温度，当未检测到玉米黄质时反应终止，需要约20分钟。为了终止反应，加入一份的碳酸钠饱和溶液，以及一份的亚硫酸钠的饱和溶液和0.2克乙氧基奎宁。混和10分钟后，分离水相，洗涤2次得到有机相，如实施例3中描述。
除去溶剂后，得到30克(gr.)的虾青素酯，代表70％的产率。
实施例5在玻璃容器中，将来自金盏花的50克玉米黄质浓缩物，是用美国专利5,973,211中描述的方法制备的，在持续混和下分散于4体积的氯仿(V/W)中。该浓缩物具有95％的类胡萝卜醇，其中90％是玉米黄质，其余主要是叶黄素。一旦用该浓缩物形成均质悬浮液，加入20克(gr.)的乙酸酐。然后密封反应器，提高温度，获得温和回流。反应4小时后，TLC显示主要存在玉米黄质的酯和少量叶黄素酯。80％以上的酯是双乙酸酯形式的，其余是单乙酸酯。在环境温度下用水洗涤2次，每次用水10份。反应的产率为95％。再加入另外的氯仿到残留有机相中，混和直到均匀。在小量体积的水中(30ml)，溶解250mg的碘化钠，然后加入到混合物中。也在小量体积的溶剂中，溶解250mg的金属碘(metalliciodine)，并加入到混合物中。然后密封反应器，温度调节到约2℃，同时保持约1000rpm的剧烈搅拌。
在另外容器中，通过混和相对于总类胡萝卜素的5个当量的溴酸钠饱和溶液和相对于溴酸钠0.5到1份(V/W)的焦亚硫酸钠饱和溶液制得氧化剂。氧化混合物的温度保持在0到10℃之间。然后，在4小时的时间里，将氧化剂加入到玉米黄质酯悬浮液中，继续反应。这通常需要大约6小时。
反应后，加入2份的亚硫酸钠饱和溶液以及100mg的棓酸丙酯和50mg的棕榈酸抗坏血酸酯，并在室温下混和10分钟。分离水相，有机相用水洗涤3次，每次用水10份。去除溶剂，得到35克的虾青素酯，其中70％是双酯，余下是单酯。总产率大约是70％。
本领域技术人员应该理解可以作许多的、各种各样的修改，而不脱离本发明宗旨。因此，应该清楚地理解到本发明的形式只是示范性的，而不旨在限制本发明的范围。
权利要求
1.一种从玉米黄质制备酯化虾青素的方法，包括下述步骤在有机溶剂中，用酰化剂酰化玉米黄质，以便产生酯化玉米黄质；和将酯化玉米黄质与氧化剂接触，以便产生酯化虾青素。
2.权利要求1的方法，其中所述有机溶剂选自氯仿和二氯甲烷。
3.权利要求1的方法，其中酰化剂选自RCOOH、RCOCl和(RCO)2O，其中R是含有2到20个烃基碳的烃链。
4.权利要求3的方法，其中R是2到8个烃基碳的烃链。
5.权利要求3的方法，其中R是2到4个烃基碳的烃链。
6.权利要求3的方法，其中所述酰化剂是乙酸酐。
7.权利要求1的方法，其中所述氧化剂通过混合选自亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、酸式亚硫酸钠和酸式亚硫酸钾的饱和水溶液与溴酸盐的饱和溶液制备而得。
8.权利要求7的方法，其中所述氧化剂通过混合酸式亚硫酸钠的饱和水溶液和溴酸钠的饱和溶液制备而得。
9.权利要求8的方法，其中酸式亚硫酸钠比溴酸钠的比率是大约1.5∶1。
10.权利要求7的方法，其中所述氧化剂通过混合酸式亚硫酸钠的饱和水溶液和溴酸钾的饱和溶液制备而得。
11.权利要求7的方法，其中所述氧化剂通过混合酸式亚硫酸钠的饱和水溶液和溴酸钙的饱和溶液制备而得。
12.权利要求7的方法，其中所述氧化剂通过混合酸式亚硫酸钠的饱和水溶液和溴酸铈的饱和溶液制备而得。
13.权利要求1的方法，其中所述反应温度在0℃到25℃之间。
14.权利要求7的方法，其中，相对于每份类胡萝卜素，氧化剂与玉米黄质酯的比例在0.5到5份之间。
15.权利要求7的方法，其中所述含水氧化剂的pH在1到4之间。
16.权利要求2的方法，其中氧化剂比玉米黄质酯的比例在5到40份对每一份之间。
17.权利要求1的方法，其中所述玉米黄质通过皂化植物提取物而制得。
18.权利要求17的方法，其中所述植物是金盏花。
19.权利要求1的方法，其中所述玉米黄质由合成制得。
20.权利要求1的方法，进一步包括，在将酯化玉米黄质与氧化剂接触之前，用水洗涤酯化玉米黄质的步骤。
21.由权利要求1的方法制得的虾青素双酯。
22.权利要求21的虾青素双酯，所述虾青素双酯是虾青素双乙酸酯。
全文摘要
本发明描述了由玉米黄质制备虾青素酯的方法，是通过用酰化剂酰化玉米黄质、再将酯化玉米黄质与氧化剂接触产生酯化虾青素。该虾青素酯更加稳定，当用于鲑类鱼色素沉着时相比起游离虾青素显示出更好的生物利用率。
文档编号C07C67/02GK1703392SQ200380101317
公开日2005年11月30日 申请日期2003年10月14日 优先权日2002年10月25日
发明者M·D·托雷斯卡多纳, G·罗德里格斯, G·C·施勒默尔 申请人:普罗德麦克斯公司