去除全合成β-胡萝卜素中二氯甲烷残留的工艺研究

沈仲兴 王 力

（上虞新和成生物化工有限公司，浙江 上虞 312369）

β-胡萝卜素是类胡萝卜素之一，也是橘黄色脂溶性化合物，它是自然界中最普遍存在也是最稳定的天然色素。许多天然食物中，例如：绿色蔬菜、甘薯、胡萝卜、木瓜、芒果...等，皆存有丰富的β-胡萝卜素。β-胡萝卜素是一种抗氧化剂，具有解毒作用，是维护人体健康不可缺少的营养素，在抗癌、预防心血管疾病、白内障及抗氧化上有显著的功能，并进而防止老化和衰老引起的多种退化性疾病，应用十分广泛，全球每年销量在400t以上［1］。β-胡萝卜素的制备方法有生物发酵法、植物提取法和化学合成法，受技术和条件所限，生物发酵法和植物提取法的产量较小，主流市场上使用的β-胡萝卜素主要为化学合成产品。通过化学合成所得的β-胡萝卜素需要通过有机溶剂的萃取洗涤提高含量和生产效率，因二氯甲烷具有较好的溶解度、较低的沸点和低廉的价格在试剂生产中大量使用［2-3］。利用二氯甲烷生产的β-胡萝卜素中二氯甲烷的溶剂残留严重超标。

二氯甲烷作为一种有毒溶剂，因具有损害人体造血功能、减少红血球等危害被严格限制。人用药品注册技术要求国际协调会（International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use）的《溶剂残留量的指导标准》Q3C（R3）中规定其上限为600mg/kg，客户常常提出不得检出二氯甲烷的要求，因此寻找一种可行的工艺，去除β-胡萝卜素中二氯甲烷是目前急需解决的问题。

本实验主要以正庚烷作为溶解溶剂，以乙醇为精制溶剂，从产品含量、溶剂残留量、收率三方面展开研究。

1 实验材料与仪器

1.1 试剂

乙醇：分析纯，杭州化学试剂有限公司；正庚烷：优级纯，德国默克；甲苯：溶残级，默克公司。

1.2 材料

β-胡萝卜素粗品：含量92.3％，上虞新和成生物化工有限公司研究所提供。

1.3 主要仪器

10万级电子分析天平：梅特勒一托利多仪器（上海）有限公司；R206D旋转蒸发器：上海申生科技有限公司；S212恒速搅拌器：上海申生科技有限公司；气相色谱仪GC-2010：日本岛津；Cary 50紫外分光光度计：美国瓦里安。

2 实验方法

2.1 制备去除二氯甲烷的β-胡萝卜素（以下简称脱溶品）

称取一定量的β-胡萝卜素，按照比例加入一定体积的正庚烷［4］，在一定温度下保温搅拌一定时间，然后经旋转蒸发仪真空脱溶，得到的固体真空干燥，制备出脱溶品。脱溶品取样测其中的二氯甲烷及正庚烷残留，并分析正庚烷的用量、搅拌时间、搅拌温度对去除二氯甲烷效果的影响。

2.2 制备β-胡萝卜素成品（简称成品）

β-胡萝卜素难溶于强极性溶剂，因此选用乙醇作为精制的溶剂［1-2］。向已脱溶品中加入一定量的乙醇，在78℃下回流搅拌一定时间后冷却结晶，所得晶体经真空干燥箱烘干得到成品。成品采用紫外分光法测β-胡萝卜素的含量。考察乙醇用量、乙醇含水量、精制温度对含量及收率的影响。

3 结果与分析

3.1 去除β-胡萝卜素中二氯甲烷

3.1.1 溶解温度对去除β-胡萝卜素中二氯甲烷效果的影响

当β-胡萝卜素溶于正庚烷中，其中的二氯甲烷就从中逸出，从而减少β-胡萝卜素中的二氯甲烷残留量。由于β-胡萝卜素是具有正溶解性的物质，在有机溶剂中的溶解度随着温度的升高而增大［5-6］，因此选择50℃、60℃、70℃和80℃进行考察。称取一定量的β-胡萝卜素，加入30倍（v/w）体积的正庚烷，分别在以上4个温度条件下搅拌2h，实验结果如表1所示。

表1 温度对二氯甲烷去除效果的影响

从表1可知，温度对β-胡萝卜素中二氯甲烷的去除具有明显的影响，随着温度的提高，正庚烷对β-胡萝卜素中二氯甲烷的去除效果明显增加，当温度达到70℃及以上时，β-胡萝卜素中二氯甲烷的残留量基本上检测不出。由于高温条件下β-胡萝卜素容易发生异构反应［1］，故选择70℃为最优温度条件。

3.1.2 正庚烷用量对β-胡萝卜素中二氯甲烷去除效果的影响

称取一定量的β-胡萝卜素，加入不同质量体积倍数（v/w）的正庚烷，70℃下保温搅拌2h条件下，实验结果如表2所示。

表2 正庚烷用量对二氯甲烷脱除效果的影响

根据表2中结果显示，正庚烷的用量对中去除β-胡萝卜素中的二氯甲烷具有明显的作用，随着正庚烷用量的增加，β-胡萝卜素的二氯甲烷残留量逐渐降低，当正庚烷的使用量为30倍时，二氯甲烷的残留量基本检测不出。考虑到成本等因素溶剂倍数不宜过大，因此选择30倍（v/w）为去除二氯甲烷的最优倍数。

3.1.3 搅拌时间对去除β-胡萝卜素中二氯甲烷效果的影响

称取一定量的β-胡萝卜素，加入30倍（v/w）正庚烷，在70℃下搅拌，选取搅拌时间分别为1h、2h、3h和4h进行对比，实验结果如表3所示。

表3 搅拌时间对去除二氯甲烷效果的影响

由表3可知，搅拌时间为2h或以上时，未能检测出β-胡萝卜素中有二氯甲烷残留，由于β-胡萝卜素在高温条件下长时间停留容易发生异构反应，因此以2 h作为最佳搅拌时间。

3.2 精制以提高β-胡萝卜素成品含量

3.2.1 乙醇含水量对脱溶品含量及收率的影响

称取一定量脱溶品，加入20倍（v/w）体积的不同含水量的乙醇，在78℃下保温搅拌2h。实验结果如表4所示。

表4 乙醇含水量对含量和收率的影响

根据表4可知，随着含水量的降低，β-胡萝卜素的含量逐步上升，收率逐步下降在确保成品合格并兼顾收率的前提下，应选择含水量为5％的乙醇作为精制溶剂。

3.2.2 乙醇用量对脱溶品含量及收率的影响

称取一定量脱溶品，加入不同质量体积倍数（v/w）的含水5％的乙醇，在78℃下保温搅拌2h，实验结果如表5所示。

表5 乙醇用量对二氯甲烷脱除效果的影响

由表5可知，当乙醇用量加大时，β-胡萝卜素的含量上升，但收率下降。国家标准中规定全合成β-胡萝卜素的含量要大于96.0％，综合考虑质量和收率的因素，我们把20倍（v/w）作为最优的倍数。

3.2.3 精制温度对脱溶品含量及收率的影响

称取一定量的脱溶品，加20倍体积含水5％的乙醇，不同温度下保温搅拌2h。实验结果如表6所示。

表6 精制温度对含量的影响

根据表6可知，随着精制温度的上升，β-胡萝卜素含量上升但收率下降，考虑到质量的因素，我们选择78℃为最优精制温度。

4 结论

在研究中初步探讨了去除β-胡萝卜素中二氯甲烷工艺。通过正庚烷的用量、搅拌时间、搅拌温度、乙醇含水量、乙醇使用量、精制温度6个因素进行考察，优化了去除二氯甲烷的工艺。结果表明：30倍（v/w）体积的正庚烷溶解β-胡萝卜素，在70℃下搅拌回流2h，再经旋转蒸发仪将溶剂蒸干后，加入20倍（v/w）体积的含水5％的乙醇，在78℃下搅拌2h，冷却结晶后能够去除β-胡萝卜素中二氯甲烷，并且去除二氯甲烷后的β-胡萝卜素具有96.8％的含量，整个工艺使收率可达88.6％。

［1］王业勤.天然类胡萝卜素：研究进展、生产、应用［M］.北京：中国医药科技出版社.1997.

［2］詹豪强.β-胡萝卜素的工业合成［J］.化工生产与技术，1997，4（2）：14-17.

［3］邬春艳.β-胡萝卜素的生产方法与应用进展［J］.山东科学，2006，19（4）：31-35.

［4］梁静娟，庞宗文，螺旋藻.β-胡萝卜素的工业合成［J］.工业微生物，1997，27（2）：21-24.

［5］安徽农学院.茶叶生物化学［M］.第2版.北京：北京农业出版社，1982.

［6］朱跃辉，房科腾，姜建国.杜氏藻类胡萝卜素的最佳提取条件的研究及比较［J］.广州食品工业科技，2003，19（4）：18-19.