專利名稱：植物單寧降解為低聚體、單體化合物的催化氫解制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種植物單寧降解為低聚體、單體化合物的催化氫解制備方法。此法可用于由縮合單寧(多聚原花色素)制備低聚原花色素(OPC’s)，以及由水解類單寧制備鞣花酸、棓酸、棓酰酯葡萄糖生物活性成分，也可用于栲膠或粘合劑的降解改性，屬于精細(xì)化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
植物單寧是植物二級(jí)代謝產(chǎn)生的植物多酚類次生物質(zhì)，它廣泛存在于植物的葉、木、皮和果內(nèi)，是可再生的綠色資源。例如針葉植物樹皮中單寧含量高達(dá)20％-40％，僅此一項(xiàng)全球每年有數(shù)以億噸計(jì)的產(chǎn)量，故單寧是植物資源綜合利用的重要對(duì)象。近30年來(lái)國(guó)內(nèi)外大量研究表明單寧與植物抗性生理和適應(yīng)機(jī)械損傷等防御關(guān)系緊密；同時(shí)，它參與構(gòu)成許多食品如茶葉、咖啡、可可、葡萄酒等的風(fēng)味和嗜好性；此外，人們食用糧食、蔬菜、水果時(shí)，也隨之?dāng)z入了單寧，它與人類生活和健康息息相關(guān)。有觀點(diǎn)認(rèn)為植物多酚是繼糖、脂肪、蛋白質(zhì)、礦質(zhì)元素和維生素之后的“第五營(yíng)養(yǎng)素”。特別是上個(gè)世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著多酚與蛋白質(zhì)、多糖、生物堿、微生物、酶、金屬離子等的反應(yīng)機(jī)理被揭示，其抗氧化、清除自由基、抑菌抗病毒、降血脂等生物活性得到大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，對(duì)這類天然產(chǎn)物在中藥制劑、功能食品、日化產(chǎn)品等領(lǐng)域的研究工作日益深入，應(yīng)用更加廣泛。石碧 狄瑩.《植物多酚》.科學(xué)出版社，2000，P1-4。
在植物體內(nèi)原花色素類單寧(即縮合單寧)是構(gòu)成植物細(xì)胞與組織的結(jié)構(gòu)性物質(zhì)，其相當(dāng)比例是以多聚體，及其衍生物的形式與木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等伴生存在。工業(yè)上通常采用提取、分離手段制取原花色素類單寧，如分子量為500～3000的聚原花色素被稱為單寧，由栲膠廠生產(chǎn)，制成植物鞣料用于制革；而從茶葉中制備的兒茶素(單體原花色素)和葡萄籽或松樹皮中制備的低聚原花色素(OPC)作為天然抗氧化劑和制藥中間體；此外，許多中藥材所含的單體或低聚體原花色素是其主要療效成分。已有的研究表明，分子量低的單體或低聚體具有更強(qiáng)的生物、化學(xué)活性與藥理功效。國(guó)植 徐莉.原花青素，具有廣泛發(fā)展前景的植物藥[J]，《國(guó)外醫(yī)藥(植物藥分冊(cè))》1996，11(1)P196。
然而，僅用上述傳統(tǒng)的方法獲得的常常是原花色素中的多聚體部分，能得到的低聚體和單體數(shù)量十分有限。此外，為了使提取的單寧作為鞣料和粘膠劑使用性能更好，單寧的改性是常用的方法，即應(yīng)用生物、化學(xué)或物理等手段，采用降解、合成或衍生化等方法，定向改造、加工，以便完善產(chǎn)品的性能，提高資源的利用價(jià)值。
目前，單寧的降解或改性一般有幾種方法1)氧化降解法采用雙氧水、氯酸鉀降解黑荊樹皮栲膠、橡椀栲膠，石碧狄瑩.《植物多酚》.科學(xué)出版社，2000，P262；2)酸降解法通過(guò)鞣花單寧酸解制備鞣花酸，Leonard J.The polyphenolic constituents of thepellicle of the walnut「J」.《J.Am Chem Soc》1956，783445-3448；3)堿性降解法如火炬松單寧在強(qiáng)堿條件與芐硫醇反應(yīng)生成硫醚，用于制備單寧粘膠劑，孫達(dá)旺.《單寧化學(xué)》.中國(guó)林業(yè)出版社，1988，P223；4)亞硫酸化改性用亞硫酸鈉處理落葉松和火炬松單寧磺化與降解同時(shí)發(fā)生，在工業(yè)上用于栲膠改性；5)生物降解法利用微生物分泌的單寧酶等降解水解類單寧，石碧狄瑩.《植物多酚》.科學(xué)出版社，2000，P.361。
上述方法中1)、3)、4)主要用于栲膠改性或粘膠劑生產(chǎn)；2)僅見于試驗(yàn)研究，且水解溫度很高，生產(chǎn)危險(xiǎn)性大；5)對(duì)縮合類單寧不太適合。加之上述方法使用的酸、堿、氧化劑等化學(xué)試劑易造成設(shè)備腐蝕，環(huán)境污染；更重要的是上述方法難以避免原花色素類單寧的活性酚羥基的氧化，由此使產(chǎn)物失去生物和化學(xué)活性。為此，現(xiàn)有單寧的降解改性方法并不適宜制備原花色素低聚體和單體產(chǎn)物，以及其它生物活性產(chǎn)物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)方法的不足而提供一種從植物單寧降解為低聚體、單體化合物的催化氫解制備方法。
本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說(shuō)明外，均為重量份數(shù)。
植物單寧降解為低聚體、單體化合物的催化氫解制備方法1.反應(yīng)原料的制備選取富含單寧的植物原料，不經(jīng)粉碎或粉碎粒徑為1～15mm的顆粒，經(jīng)過(guò)篩分除去雜質(zhì)。用水或以水與任意比例混合的甲醇，或乙醇，或丙酮等的溶液中的任意一種作提取劑。原料在室溫經(jīng)浸泡或不經(jīng)浸泡處理，按物料∶提取劑＝1∶6～40的重量比，加入提取罐中，在溫度30～75℃，常壓回流提取1～8小時(shí)或采用減壓強(qiáng)制循環(huán)提取1～4小時(shí)或4～6次逆流循環(huán)提取。所得的提取濾液，先經(jīng)減壓濃縮回收溶劑，過(guò)濾，然后加入石油醚或輕油，震蕩或攪拌，靜置后脫除樹脂和類酯物質(zhì)，得到單寧提取物粗品的濃縮水溶液，然后，采取如下兩種方法之一獲得各種級(jí)分(1)在上述提取物水溶液中，按提取溶液∶萃取溶劑＝1∶1～2的體積比，于萃取容器中加入乙酸乙酯萃取劑，震蕩或攪拌，靜置后，水相中產(chǎn)生沉淀，過(guò)濾所得沉淀，干燥，即為單寧高聚體級(jí)份；濾液靜置分層，分別得到萃取層和萃余相水層，后者再經(jīng)萃取劑萃取3～5次，合并萃取相，減壓濃縮回收溶劑，干燥，獲得單寧低聚體級(jí)份；萃余相水層，經(jīng)干燥，得單寧多聚體級(jí)份。
(2)在上述提取物水溶液中，加入大量石英砂或硅膠吸附劑，在60℃以下真空干燥，并除盡水分，將所得到的干燥物稍加研磨，解散團(tuán)塊，裝入層析柱中，依次用無(wú)水的乙酸乙酯，乙醇，水，含水甲醇，含水丙酸依次淋洗，分別收集各種洗脫液，減壓濃縮回收溶劑，干燥，由此得到不同級(jí)份，選用上述單寧提取物粗品或任意級(jí)份其中一種作為反應(yīng)物備用。
2.催化氫解反應(yīng)將上述反應(yīng)物10～200份與加入鈀-碳(Pd-C)催化劑0.2～20份，加入5～80％體積比的乙醇水溶液80～3500份，混合均勻后加入帶有攪拌器、溫度控制器的高壓反應(yīng)釜中，通入氫氣，逐漸增大氫氣壓力，使之達(dá)0.2～20MPa，斷開氫氣回路，再開啟電源加熱、在攪拌下，于溫度40～100℃，反應(yīng)0.6～6小時(shí)，停止加熱，開啟冷卻水，待溫度接近室溫時(shí)，排出殘余氫氣，獲得液態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。
3.反應(yīng)產(chǎn)物的純化將上述催化氫解產(chǎn)物過(guò)濾，減壓回收濾液中的乙醇，所得的濃縮液經(jīng)干燥得到含植物多酚單體和低聚體粗產(chǎn)品，如原料為縮合單寧，則得到原花色素單體和低聚體的粗產(chǎn)品，其純度78％以上；或者將濾液分別經(jīng)乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙醇、丙酮、丁醇等萃取分級(jí)后得到不同的級(jí)份的精品，其純度在93％以上；或者進(jìn)一步用柱層柝分離，先用纖維素柱分離，再用葡聚糖凝膠LH-20分離，或用制備HPLC色譜純化后可得到化合物純品。
提取劑為熱水或與水任意比例混合的醇或酮。
萃取溶劑為石油醚、輕油、乙酸乙酯和/或丁酸乙酯中的任一種。
洗脫溶劑為水、甲醇、乙醇、丙酮或乙酸乙酯中的任一種。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.反應(yīng)原料采用富含單寧的植物原料或提取物如栲膠、單寧粗品、以及不同級(jí)分包括丙酮級(jí)份、甲醇級(jí)份、乙醇級(jí)份、水級(jí)份等。
2.反應(yīng)依據(jù)催化氫化(即包括催化加氫和催化氫解)的原理，使用加氫催化劑，在較低溫度，氫的參與下，使活性酚羥基得以保存和恢復(fù)，制備的產(chǎn)物生物活性強(qiáng)。
3.該反應(yīng)有一定的專一性，可使植物單寧如縮合單寧的黃烷醇單體間的C4-C8、C4-C6單鍵；水解單寧中葡萄糖與棓?；蚩s酚?；孽ユI等斷裂，而形成單體和低聚體，提供了對(duì)天然產(chǎn)物進(jìn)行人工定向改造、加工的新方法。
4.反應(yīng)不使用對(duì)環(huán)境危害性強(qiáng)的酸、堿、氧化劑等試劑，廢物排放極少，屬于綠色化學(xué)和清潔生產(chǎn)范疇。
5.通過(guò)對(duì)植物單寧的分級(jí)與降解，使所得的產(chǎn)物成為精細(xì)化工品，用途更廣，產(chǎn)品價(jià)值高，從而提高了資源的利用率和附加價(jià)值。
四

圖1落葉松原花色素分級(jí)與精細(xì)化流程2落葉松原花色素催化氫解反應(yīng)前的HPLC3落葉松原花色素催化氫解反應(yīng)后產(chǎn)物的HPLC4單寧酸催化氫解反應(yīng)前產(chǎn)物的HPLC5單寧酸催化氫解反應(yīng)后產(chǎn)物的HPLC圖五具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例1落葉松原花色素萃取分級(jí)與催化氫解制備低聚原花色素第一步落葉松原花色素萃取分級(jí)用風(fēng)干的落葉松樹皮為原料，粉碎為粒徑1～15mm的顆粒，篩分除去雜質(zhì)。然后，稱取10kg上述物料，加入70％體積比的乙醇水溶液100L，在提取罐中，于溫度70±5℃，用泵強(qiáng)制回流提取4小時(shí)，出料。經(jīng)過(guò)粗濾除去料渣，把所得濾液泵入真空濃縮罐中，回收乙醇，出料，再過(guò)濾，沉淀部分經(jīng)干燥獲得736g紅褐色粉末，為原花色素高聚體(LPE)；在濾液中加入石油醚或輕油，震蕩或攪拌，靜置分層，以脫除類酯和樹膠，得到20L提取液，在其中加入等量的乙酸乙酯作萃取劑，依次萃取3-5次，合并萃取液，減壓回收萃取劑、再干燥，獲得462g紅色粉末，為低聚原花色素(LPC)；將萃余相(水層)干燥后得到471g褐色粉末，為多聚原花色素(LPW)。
第二步多聚原花色素的催化氫解反應(yīng)取上述萃取分級(jí)產(chǎn)物L(fēng)PW 200g，加入鈀-碳(Pd-C)催化劑10g，再加入75％體積比的乙醇3000ml，混合均勻，裝入高壓釜中，通入氫氣使氣壓為3.0MPa，于溫度80℃，在攪拌下，反應(yīng)2小時(shí)。停止加熱，待溫度降至室溫，先排氣至常壓，取出反應(yīng)產(chǎn)物。過(guò)濾、減壓濃縮、干燥得產(chǎn)物(LPH)134g。用水溶解所得產(chǎn)物，再經(jīng)乙酸乙酯4次萃取，得到萃取層，干燥后得到紅褐色低聚原花色素(LPHC)97g，收率約為72.18％；而萃余相水層(LPHW)約16g，約占12.24％。
實(shí)施例2從落葉松栲膠催化氫解制備低聚原花色素取落葉松栲膠(未經(jīng)亞硫酸處理)200g，再加入Pd-C催化劑5g，加入55％體積比的乙醇1000ml，混合均勻，裝入高壓釜中，通入氫氣使氣壓為0.2MPa，于溫度60℃，在攪拌下，反應(yīng)4小時(shí)。停止加熱，待溫度降至室溫時(shí)，先排氣至常壓，取出反應(yīng)產(chǎn)物。過(guò)濾、減壓濃縮、干燥得產(chǎn)物(LPH)135g。用水溶解所得產(chǎn)物，再經(jīng)乙酸乙酯4次萃取，得到萃取層，干燥后得紅褐色低聚原花色素(LPHC)70.7g約占52.37％；而萃余相水層，為褐色多聚原花色素(LPHW)，重26.6g，約占19.70％。紅褐色聚合物約37.2g，占27.56％。
實(shí)施例3由橡椀栲膠催化氫解制備鞣花酸取橡椀栲膠100g，加入鈀碳催化劑2g，加入45％體積比的乙醇800ml，混合均勻，裝入高壓釜中，通入氫氣使氣壓為10MPa，于溫度80℃，在攪拌下，反應(yīng)4小時(shí)。停止加熱，待溫度降至室溫時(shí)，先排氣至常壓，取出反應(yīng)產(chǎn)物，加熱至70℃以上，趁熱過(guò)濾除去殘?jiān)?，濾液經(jīng)減壓濃縮、冷卻、抽濾、并用蒸餾水洗滌濾餅2至3次，棄去濾液。然后以吡啶洗滌濾餅，溶解鞣花酸，經(jīng)數(shù)次重結(jié)晶，得淡黃色鞣花酸晶體13.2g。
實(shí)施例4由五棓子單寧催化氫解制備棓酸取五棓子50g，粉碎至1～3mm顆粒，加入鈀碳催化劑1g，再加入35％體積比的乙醇500ml，混合均勻，裝入高壓釜中，通入氫氣使氣壓為20MPa，于溫度80℃，在攪拌下，反應(yīng)6小時(shí)。停止加熱，待溫度降至室溫時(shí)，先排氣至常壓，取出反應(yīng)產(chǎn)物，過(guò)濾、用少許四氫呋喃沖洗濾渣，合并濾液，活性碳脫色，減壓濃縮至近干，得白色粉末6.1g。
實(shí)施例5由單寧酸催化氫解制備棓酰酯葡萄糖取單寧酸10g，加入鈀碳催化劑0.5g，再加入80％體積比的乙醇200ml，混合均勻，裝入高壓釜中，通入氫氣使氣壓為15MPa，于溫度80℃，在攪拌下，反應(yīng)3.5小時(shí)。停止加熱，待溫度降至室溫時(shí)，先排氣至常壓，取出反應(yīng)產(chǎn)物。過(guò)濾、用少許四氫呋喃沖洗濾渣，合并濾液，減壓濃縮至近干，得藍(lán)灰色粉末3.3g。然后，用葡聚糖凝膠(Sephadex LH-20)柱層析，乙醇-水體系，梯度洗脫，分別收集得白色固體M-GG0.96g、Di-GG1.00g、Tri-GG0.51g。
Pd-C為化學(xué)純，成都精細(xì)化工試制廠生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.植物單寧降解為低聚體、單體產(chǎn)物的催化氫解制備方法，其特征在于(1)反應(yīng)物的制備選用富含單寧的植物原料，不經(jīng)粉碎或粉碎粒徑為1～15mm的顆粒，用水或與水以任意比例混合的醇或酮作溶劑，浸泡，采用常壓提取1～8小時(shí)、或減壓強(qiáng)制循環(huán)提取1～4小時(shí)、或4～6次逆流循環(huán)提取，所得的提取液經(jīng)過(guò)減壓回收溶劑，過(guò)濾，加入石油醚或輕油，攪拌或震蕩，靜置分層，除去樹膠和類脂物質(zhì)，然后，采取如下兩種方法之一獲得各種級(jí)分a、在上述提取物水溶液中，按提取溶液∶萃取溶劑＝1∶1～2的體積比，于萃取容器中加入乙酸乙酯萃取劑，震蕩或攪拌，靜置后，水相中產(chǎn)生沉淀，過(guò)濾所得沉淀，干燥，即為單寧高聚體級(jí)份；濾液靜置分層，分別得到萃取層和萃余相水層，后者再經(jīng)萃取劑萃取3～5次，合并萃取相，減壓濃縮回收溶劑，干燥，獲得單寧低聚體級(jí)份；萃余相水層，經(jīng)干燥，得單寧多聚體級(jí)份，b、在上述提取物水溶液中，加入大量石英砂或硅膠吸附劑，在60℃以下真空干燥，并除盡水分，將所得到的干燥物稍加研磨，解散團(tuán)塊，裝入層析柱中。依次用無(wú)水的乙酸乙酯，乙醇，水，含水甲醇，含水丙酸依次淋洗，分別收集各種洗脫液，減壓濃縮回收溶劑，干燥，由此得到不同級(jí)份，選用上述單寧提取物粗品或任意級(jí)份其中一種作為反應(yīng)物備用，(2)催化氫解反應(yīng)將上述反應(yīng)物10～200重量份，鈀-碳催化劑0.2～20重量份，5～80％體積比的乙醇水溶液80～3500重量份，加入帶有攪拌器、溫度控制器的反應(yīng)釜中，將高壓氫氣通入反應(yīng)釜中，排空三次以除去反應(yīng)系統(tǒng)中的空氣，逐漸增大壓力至0.2～20MPa，斷開氫氣回路，然后，開啟電源加熱，在攪拌下，于溫度40～100℃，反應(yīng)0.6～6小時(shí)，停止加熱，冷卻到室溫，排出殘余氫氣，獲得液態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物，(3)反應(yīng)產(chǎn)物的純化將上述催化氫解產(chǎn)物過(guò)濾，減壓回收其中的乙醇，干燥得到含植物多酚單體和低聚體的粗產(chǎn)品；或者將濾液分別經(jīng)乙酸乙酯、丁酸乙酯，丙酮、乙醇、丁醇萃取分級(jí)，得到不同的級(jí)份的精品；或者進(jìn)一步用柱層析分離，先經(jīng)纖維素柱分離，再用葡聚糖凝膠LH-20分離；或用制備HPLC色譜分離后可得化合物純品。
2.如權(quán)利要求1所述植物單寧降解為低聚體、單體產(chǎn)物的催化氫解制備方法，其特征在于提取劑為熱水或與水任意比例混合的醇或酮。
3.如權(quán)利要求1所述植物單寧降解為低聚體、單體產(chǎn)物的催化氫解制備方法，其特征在于萃取溶劑為石油醚、輕油、乙酸乙酯或丁酸乙酯中的任一種。
4.如權(quán)利要求1所述植物單寧降解為低聚體、單體產(chǎn)物的催化氫解制備方法，其特征在于洗脫溶劑為水、甲醇、乙醇、丙酮或乙酸乙酯中的任一種。
5.如權(quán)利要求1～4所述植物單寧降解為低聚體、單體產(chǎn)物的用途，其特征在于該方法制得產(chǎn)品主要用于食品、保健品和化妝品的添加劑或藥品中間體，也可用于栲膠或粘膠劑的改性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種植物單寧降解為低聚體、單體產(chǎn)物的催化氫解制備方法。其特點(diǎn)是選取富含單寧的植物原料，不經(jīng)粉碎或粉碎為粒徑為1～15mm的顆粒，用水或與水以任意比例混合的醇或酮作溶劑，將其浸泡，采用常壓提取1～8小時(shí)，或減壓強(qiáng)制循環(huán)提取1～4小時(shí)，或逆流循環(huán)提取4～6次。所得的提取液經(jīng)過(guò)減壓回收溶劑，過(guò)濾，除去樹膠和類脂物質(zhì)的凈化處理，然后，采用不同溶劑萃取分級(jí)，得到不同級(jí)份。選取其中一種級(jí)份作為反應(yīng)物，進(jìn)行催化氫解反應(yīng)，獲得植物多酚單體和低聚體的粗產(chǎn)品。再用萃取，柱層析或制備色譜對(duì)粗產(chǎn)品進(jìn)行純化處理，可得到低聚原花色素，鞣花酸，棓酸或葡萄糖棓酰酯的精細(xì)化工純品。
文檔編號(hào)C07H15/18GK1583686SQ20041002261
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者石碧, 杜曉 申請(qǐng)人:四川大學(xué)