去除全合成β-胡蘿卜素中二氯甲烷殘留的工藝研究

沈仲興 王 力

（上虞新和成生物化工有限公司，浙江 上虞 312369）

β-胡蘿卜素是類胡蘿卜素之一，也是橘黃色脂溶性化合物，它是自然界中最普遍存在也是最穩(wěn)定的天然色素。許多天然食物中，例如：綠色蔬菜、甘薯、胡蘿卜、木瓜、芒果...等，皆存有豐富的β-胡蘿卜素。β-胡蘿卜素是一種抗氧化劑，具有解毒作用，是維護(hù)人體健康不可缺少的營(yíng)養(yǎng)素，在抗癌、預(yù)防心血管疾病、白內(nèi)障及抗氧化上有顯著的功能，并進(jìn)而防止老化和衰老引起的多種退化性疾病，應(yīng)用十分廣泛，全球每年銷量在400t以上［1］。β-胡蘿卜素的制備方法有生物發(fā)酵法、植物提取法和化學(xué)合成法，受技術(shù)和條件所限，生物發(fā)酵法和植物提取法的產(chǎn)量較小，主流市場(chǎng)上使用的β-胡蘿卜素主要為化學(xué)合成產(chǎn)品。通過化學(xué)合成所得的β-胡蘿卜素需要通過有機(jī)溶劑的萃取洗滌提高含量和生產(chǎn)效率，因二氯甲烷具有較好的溶解度、較低的沸點(diǎn)和低廉的價(jià)格在試劑生產(chǎn)中大量使用［2-3］。利用二氯甲烷生產(chǎn)的β-胡蘿卜素中二氯甲烷的溶劑殘留嚴(yán)重超標(biāo)。

二氯甲烷作為一種有毒溶劑，因具有損害人體造血功能、減少紅血球等危害被嚴(yán)格限制。人用藥品注冊(cè)技術(shù)要求國(guó)際協(xié)調(diào)會(huì)（International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use）的《溶劑殘留量的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)》Q3C（R3）中規(guī)定其上限為600mg/kg，客戶常常提出不得檢出二氯甲烷的要求，因此尋找一種可行的工藝，去除β-胡蘿卜素中二氯甲烷是目前急需解決的問題。

本實(shí)驗(yàn)主要以正庚烷作為溶解溶劑，以乙醇為精制溶劑，從產(chǎn)品含量、溶劑殘留量、收率三方面展開研究。

1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1 試劑

乙醇：分析純，杭州化學(xué)試劑有限公司；正庚烷：優(yōu)級(jí)純，德國(guó)默克；甲苯：溶殘級(jí)，默克公司。

1.2 材料

β-胡蘿卜素粗品：含量92.3％，上虞新和成生物化工有限公司研究所提供。

1.3 主要儀器

10萬級(jí)電子分析天平：梅特勒一托利多儀器（上海）有限公司；R206D旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海申生科技有限公司；S212恒速攪拌器：上海申生科技有限公司；氣相色譜儀GC-2010：日本島津；Cary 50紫外分光光度計(jì)：美國(guó)瓦里安。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 制備去除二氯甲烷的β-胡蘿卜素（以下簡(jiǎn)稱脫溶品）

稱取一定量的β-胡蘿卜素，按照比例加入一定體積的正庚烷［4］，在一定溫度下保溫?cái)嚢枰欢〞r(shí)間，然后經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀真空脫溶，得到的固體真空干燥，制備出脫溶品。脫溶品取樣測(cè)其中的二氯甲烷及正庚烷殘留，并分析正庚烷的用量、攪拌時(shí)間、攪拌溫度對(duì)去除二氯甲烷效果的影響。

2.2 制備β-胡蘿卜素成品（簡(jiǎn)稱成品）

β-胡蘿卜素難溶于強(qiáng)極性溶劑，因此選用乙醇作為精制的溶劑［1-2］。向已脫溶品中加入一定量的乙醇，在78℃下回流攪拌一定時(shí)間后冷卻結(jié)晶，所得晶體經(jīng)真空干燥箱烘干得到成品。成品采用紫外分光法測(cè)β-胡蘿卜素的含量。考察乙醇用量、乙醇含水量、精制溫度對(duì)含量及收率的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 去除β-胡蘿卜素中二氯甲烷

3.1.1 溶解溫度對(duì)去除β-胡蘿卜素中二氯甲烷效果的影響

當(dāng)β-胡蘿卜素溶于正庚烷中，其中的二氯甲烷就從中逸出，從而減少β-胡蘿卜素中的二氯甲烷殘留量。由于β-胡蘿卜素是具有正溶解性的物質(zhì)，在有機(jī)溶劑中的溶解度隨著溫度的升高而增大［5-6］，因此選擇50℃、60℃、70℃和80℃進(jìn)行考察。稱取一定量的β-胡蘿卜素，加入30倍（v/w）體積的正庚烷，分別在以上4個(gè)溫度條件下攪拌2h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 溫度對(duì)二氯甲烷去除效果的影響

從表1可知，溫度對(duì)β-胡蘿卜素中二氯甲烷的去除具有明顯的影響，隨著溫度的提高，正庚烷對(duì)β-胡蘿卜素中二氯甲烷的去除效果明顯增加，當(dāng)溫度達(dá)到70℃及以上時(shí)，β-胡蘿卜素中二氯甲烷的殘留量基本上檢測(cè)不出。由于高溫條件下β-胡蘿卜素容易發(fā)生異構(gòu)反應(yīng)［1］，故選擇70℃為最優(yōu)溫度條件。

3.1.2 正庚烷用量對(duì)β-胡蘿卜素中二氯甲烷去除效果的影響

稱取一定量的β-胡蘿卜素，加入不同質(zhì)量體積倍數(shù)（v/w）的正庚烷，70℃下保溫?cái)嚢?h條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 正庚烷用量對(duì)二氯甲烷脫除效果的影響

根據(jù)表2中結(jié)果顯示，正庚烷的用量對(duì)中去除β-胡蘿卜素中的二氯甲烷具有明顯的作用，隨著正庚烷用量的增加，β-胡蘿卜素的二氯甲烷殘留量逐漸降低，當(dāng)正庚烷的使用量為30倍時(shí)，二氯甲烷的殘留量基本檢測(cè)不出?？紤]到成本等因素溶劑倍數(shù)不宜過大，因此選擇30倍（v/w）為去除二氯甲烷的最優(yōu)倍數(shù)。

3.1.3 攪拌時(shí)間對(duì)去除β-胡蘿卜素中二氯甲烷效果的影響

稱取一定量的β-胡蘿卜素，加入30倍（v/w）正庚烷，在70℃下攪拌，選取攪拌時(shí)間分別為1h、2h、3h和4h進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 攪拌時(shí)間對(duì)去除二氯甲烷效果的影響

由表3可知，攪拌時(shí)間為2h或以上時(shí)，未能檢測(cè)出β-胡蘿卜素中有二氯甲烷殘留，由于β-胡蘿卜素在高溫條件下長(zhǎng)時(shí)間停留容易發(fā)生異構(gòu)反應(yīng)，因此以2 h作為最佳攪拌時(shí)間。

3.2 精制以提高β-胡蘿卜素成品含量

3.2.1 乙醇含水量對(duì)脫溶品含量及收率的影響

稱取一定量脫溶品，加入20倍（v/w）體積的不同含水量的乙醇，在78℃下保溫?cái)嚢?h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 乙醇含水量對(duì)含量和收率的影響

根據(jù)表4可知，隨著含水量的降低，β-胡蘿卜素的含量逐步上升，收率逐步下降在確保成品合格并兼顧收率的前提下，應(yīng)選擇含水量為5％的乙醇作為精制溶劑。

3.2.2 乙醇用量對(duì)脫溶品含量及收率的影響

稱取一定量脫溶品，加入不同質(zhì)量體積倍數(shù)（v/w）的含水5％的乙醇，在78℃下保溫?cái)嚢?h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 乙醇用量對(duì)二氯甲烷脫除效果的影響

由表5可知，當(dāng)乙醇用量加大時(shí)，β-胡蘿卜素的含量上升，但收率下降。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定全合成β-胡蘿卜素的含量要大于96.0％，綜合考慮質(zhì)量和收率的因素，我們把20倍（v/w）作為最優(yōu)的倍數(shù)。

3.2.3 精制溫度對(duì)脫溶品含量及收率的影響

稱取一定量的脫溶品，加20倍體積含水5％的乙醇，不同溫度下保溫?cái)嚢?h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 精制溫度對(duì)含量的影響

根據(jù)表6可知，隨著精制溫度的上升，β-胡蘿卜素含量上升但收率下降，考慮到質(zhì)量的因素，我們選擇78℃為最優(yōu)精制溫度。

4 結(jié)論

在研究中初步探討了去除β-胡蘿卜素中二氯甲烷工藝。通過正庚烷的用量、攪拌時(shí)間、攪拌溫度、乙醇含水量、乙醇使用量、精制溫度6個(gè)因素進(jìn)行考察，優(yōu)化了去除二氯甲烷的工藝。結(jié)果表明：30倍（v/w）體積的正庚烷溶解β-胡蘿卜素，在70℃下攪拌回流2h，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶劑蒸干后，加入20倍（v/w）體積的含水5％的乙醇，在78℃下攪拌2h，冷卻結(jié)晶后能夠去除β-胡蘿卜素中二氯甲烷，并且去除二氯甲烷后的β-胡蘿卜素具有96.8％的含量，整個(gè)工藝使收率可達(dá)88.6％。

［1］王業(yè)勤.天然類胡蘿卜素：研究進(jìn)展、生產(chǎn)、應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社.1997.

［2］詹豪強(qiáng).β-胡蘿卜素的工業(yè)合成［J］.化工生產(chǎn)與技術(shù)，1997，4（2）：14-17.

［3］鄔春艷.β-胡蘿卜素的生產(chǎn)方法與應(yīng)用進(jìn)展［J］.山東科學(xué)，2006，19（4）：31-35.

［4］梁靜娟，龐宗文，螺旋藻.β-胡蘿卜素的工業(yè)合成［J］.工業(yè)微生物，1997，27（2）：21-24.

［5］安徽農(nóng)學(xué)院.茶葉生物化學(xué)［M］.第2版.北京：北京農(nóng)業(yè)出版社，1982.

［6］朱躍輝，房科騰，姜建國(guó).杜氏藻類胡蘿卜素的最佳提取條件的研究及比較［J］.廣州食品工業(yè)科技，2003，19（4）：18-19.