高溫高壓轉化合成丹酚酸A的工藝研究

王 穎, 朱 靖 博, 付 紹 平, 張 凱 璞, 張 毅

( 1.大連工業大學 食品學院, 遼寧 大連 116034;2.大連博邁科技發展有限公司, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

丹參水溶性成分是丹參中的一類重要活性成分,具有很強的抗過氧化和清除自由基的能力[1-2]。丹參水溶性成分多為酚酸性結構,常見的有丹參素、迷迭香酸、紫草酸、丹酚酸B、丹酚酸A等[3],其中以丹酚酸B含量最高,但是丹酚酸A對心肌、腦組織缺血再灌注損傷[4-5]的保護作用強于丹酚酸B,丹酚酸A還具有良好的抗氧化作用[6],抗肝損傷作用[7]。由于丹酚酸A在丹參中含量極低且性質不穩定,故采用傳統的提取分離方法難以得到大量丹酚酸A。

丹酚酸B經過水解、脫羧及開環一系列反應能夠生成丹酚酸A(圖1)。本實驗以丹酚酸提取物(主要為丹酚酸B)為原料研究了轉化制備丹酚酸A的工藝路線,為今后丹酚酸A的工業化生產和醫學研究奠定了的基礎。

圖1 丹酚酸B及丹酚酸A的結構

1 儀器與試劑

Dionex UltiMate3000高效液相色譜儀,美國戴安公司；1810D型自動雙重純水蒸餾器,上海申生科技有限公司；超聲波清洗器,天津奧特塞恩斯儀器有限公司；恒溫電加熱反應釜(內徑40 mm,最大承壓30 MPa),實驗室自制。

丹酚酸B質量分數分別為10%和28%的丹酚酸提取物,陜西昂盛生物醫藥科技有限公司；丹酚酸A、丹酚酸B對照品,實驗室自制,純度≥98%。實驗用水經自動雙重純水蒸餾器處理。

2 試驗方法

2.1 酸的配制

精密量取磷酸0.34 mL、硫酸0.27 mL、鹽酸0.42 mL、硝酸0.33 mL,稱取檸檬酸1.551 0 g,分別置于5支50 mL容量瓶中,加入去離子水定容至刻度,配置成濃度均為0.1 mol/L的酸溶液。

2.2 丹酚酸A質量分數的測定

2.2.1 色譜條件

色譜柱,Kromasil C18(250 mm×4.6 mm,5 μm)；體積流量,1 mL/min；檢測波長,280 nm；進樣量,20 μL；柱溫,25 ℃。流動相:A,體積分數0.1%的甲酸水；B,乙腈；梯度洗脫條件:0～8 min,8%～18% B；8～15 min,18%～21% B；15～40 min,21%～34% B；40～50 min,34% B。

2.2.2 標準曲線的制作

精密稱取丹酚酸A對照品0.027 5 g于50 mL容量瓶中,加甲醇定容至刻度,得到質量濃度為0.550 mg/mL的標準溶液。分別精確移取1、2、3、4、5 mL標準溶液至5支10 mL容量瓶中,加入甲醇定容,配制成0.055、0.110、0.165、0.220、0.275 mg/mL的不同質量濃度梯度的溶液,用于標準曲線繪制。以丹酚酸A的質量濃度為橫坐標,峰面積為縱坐標,繪制標準工作曲線。求得回歸方程為:Y=638.69X-1.012 6,(R2=0.999 8),丹酚酸A的質量濃度在0.055～0.550 mg/mL線性關系良好。

2.3 轉化合成丹酚酸A的方法

精密稱取適量丹酚酸提取物(丹酚酸B質量分數為10%),加入去離子水超聲溶解,配制成一定濃度的丹酚酸提取物溶液,調節pH后,精密吸取5 mL于試管中,密封,將試管置于恒溫電加熱反應釜中,在80～120 ℃下加熱1～6 h,加熱完畢后,取出冷卻,將反應溶液稀釋至0.5 mg/mL(以反應前丹酚酸B計),經0.45 μm微孔濾膜過濾,進樣20 μL進行HPLC分析。

根據標準曲線方程計算出反應后丹酚酸A的濃度,據下式得到丹酚酸A的得率為

YA=CAV/m

式中,YA,丹酚酸A的得率,%；CA,反應后稀釋溶液中丹酚酸A的質量濃度,mg/mL；V,反應后稀釋溶液的體積,mL；m,反應前丹酚酸提取物的質量,mg。

2.4 酸的種類及丹酚酸B含量對轉化反應的影響

分別用硫酸、磷酸、鹽酸、硝酸、檸檬酸調節反應溶液pH,按照“2.3”的方法進行反應,分別以丹酚酸B質量分數為10%、28%的丹酚酸提取物和丹酚酸B純品為反應原料進行反應,以丹酚酸A的得率為衡量指標對酸的種類及丹酚酸B含量進行考察。

2.5 轉化合成丹酚酸A的單因素試驗及正交試驗

分別對丹酚酸提取物轉化條件中的反應時間、反應溫度、pH、物料濃度進行單因素試驗,并根據單因素試驗得出的各因素最適范圍,設計L9(34)正交試驗,以確定轉化合成丹酚酸A的最佳工藝條件。

3 結果與討論

3.1 酸的選擇

由圖2及表1可以看出經過高溫高壓反應后丹酚酸B的含量明顯下降,而丹酚酸A的含量大幅度增加,在加入不同酸的條件下丹酚酸A的得率均大于3.8%,其中加入硝酸后丹酚酸A的得率最低,加入鹽酸丹酚酸A的得率最高；硫酸、磷酸、檸檬酸三者差距不大,反應中丹酚酸A的得率均在4%以上。因此選擇除硝酸外的酸調節pH,更有利于丹酚酸A的生成。

圖2 丹酚酸提取物的高效液相色譜圖

表1 酸的種類對轉化合成丹酚酸A的影響

3.2 丹酚酸提取物中丹酚酸B的含量對轉化合成丹酚酸A的影響

丹參酚酸B含量對轉化合成丹酚酸A的影響研究表明,丹酚酸B質量分數為10%和28%的丹酚酸提取物反應后丹酚酸A的得率分別為2.48%和2.34%,而丹酚酸B純品經高溫高壓轉化后,丹酚酸A的得率僅為0.69%,明顯低于其他兩種原料。由此可以推測,丹酚酸A不完全由丹酚酸B轉化而成,可能還與其他酚酸類成分有關。

3.3 反應時間對轉化合成丹酚酸A的影響

在溫度為120 ℃,pH為4,物料質量濃度(以丹酚酸提取物中丹酚酸B計)為5 mg/mL的條件下考察反應時間對反應的影響。由圖3可以看出在1～3 h內,反應溶液中丹酚酸A的得率隨著反應時間的增加而提高；反應時間為3 h時,丹酚酸A的得率幾乎達到5%；4 h時轉化丹酚酸A的得率達到最高；隨著反應時間的延長,其得率不再有明顯變化。由圖3可見,丹酚酸提取物在反應4 h時產生的丹酚酸A最多。

圖3 反應時間對轉化合成丹酚酸A的影響

3.4 反應溫度對轉化合成丹酚酸A影響

在反應時間為4 h,pH為4,物料質量濃度(以丹酚酸提取物中丹酚酸B計)為5 mg/mL的條件下考察溫度對轉化反應的影響。由圖4看出轉化溫度在80～120 ℃時,丹酚酸A的得率隨著溫度的升高而不斷提高；120 ℃時丹酚酸A的得率達到最高；當轉化溫度達到140 ℃時,丹酚酸A的得率急劇下降。由圖4可見,溫度低于120 ℃時,丹酚酸提取物轉化不充分；溫度高于120 ℃時,過高的溫度和壓力導致轉化得到的丹酚酸A遭到破壞,這可能是丹酚酸得率降低的原因。

圖4 反應溫度對轉化合成丹酚酸A的影響

3.5 pH對轉化合成丹酚酸A影響

在溫度為120 ℃,反應時間為4 h,物料質量濃度(以丹酚酸提取物中丹酚酸B計)為5 mg/mL的條件下考察pH對反應的影響。如圖5所示,pH 1～4,丹酚酸A的得率隨著pH的增大而不斷提高；當pH大于4時,丹酚酸A的得率反而降低。由圖5可見,反應最適pH為4,說明反應溶液呈酸性時有利于轉化為丹酚酸A,酸性過強或過弱都不利于丹酚酸A的產生。

圖5 pH對轉化合成丹酚酸A的影響

3.6 物料質量濃度對轉化合成丹酚酸A影響

在溫度為120 ℃,反應時間為4 h,溶液pH為4的反應條件下考察物料質量濃度(以丹酚酸提取物中丹酚酸B計)對丹酚酸A得率的影響。如圖6所示,物料質量濃度在0.5～5 mg/mL時,丹酚酸A的得率隨著物料濃度的增大而提高；物料質量濃度在5～15 mg/mL時,丹酚酸A的得率隨著物料濃度的增大而減小。

圖6 物料質量濃度對轉化合成丹酚酸A的影響

3.7 轉化合成丹酚酸A的正交試驗分析

通過表2、3可以看出,影響轉化生成丹酚酸A的因素主次順序為B、A、D、C,即反應溫度、反應時間、物料質量濃度、pH。最佳工藝條件為B2A3D2C3,即反應時間4 h,反應溫度120 ℃,pH 5,物料質量濃度5 mg/mL。

表2 正交試驗因素水平表

表3 正交試驗結果分析

4 結 論

在酸性條件下,經高溫高壓處理丹酚酸提取物獲取丹酚酸A是一種可行的制備方法。最佳工藝條件:反應時間4 h,反應溫度120 ℃,pH 5,物料質量濃度5 mg/mL,其中反應溫度和反應時間對丹酚酸A的生成影響較大。

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