新橙皮苷二氢查耳酮制备工艺的研究 杨恒，鲁明芳，郑建仙 （华南理工大学轻工与食品学院，广州摘５ １０６４０） 要：以新橙皮苷和氢气为主要原料，在碱性条件下，用钯一炭作为催化剂合成新橙皮苷二氢查耳酮 （ＮＨＣ）。本实验研究了反应时间、催化剂用量、反应溶剂、氢气压力、反应温度、ｐＨ值、搅拌速度等因素对 ＮＨＣ产率的影响。正交实验结果表明制取ＮＨＣ的最佳反应条件为：反应ｐＨ为１０，于３５￣Ｃ、２ＭＰａ氢气压 力、０．８ｇ１０％钯炭作为催化剂的条件下，以水作溶剂反应８ｈ，产率达８３．５％；在此条件下进行验证实验，所 得平均产率为８２．７％。 关键词：新橙皮苷；新橙皮苷二氢查耳酮；催化氢化；正交实验 中图分类号：ＴＳ２０２．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—２５１３（２０１０）０４—０１９１—０５ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｏｈｅｓｐｅｒｉｄｉｎ ｄｉｈｙｄｒＯＣｈａＩｃＯｎｅ ＹＡＮＧ Ｈｅｎｇ，ＬＵ Ｍｉｎｇ－ｆａｎｇ，ＺＨＥＮＧ Ｊｉａｎ－ｘｉａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ＆Ｆｏｏｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６４０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮＨＣ ｗａｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｂｙ ｎｅｏｈｅｓｐｅｒｉｄｉｎ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｇａｓ ｕｎｄｅｒ ａｌｋａｌｅｓｃｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐａｌｌａｄｉｕｍ—ｃｈａｒｃｏａｌ ａｓ ｃａｔａｌｙｓｔ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＮＨＣ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｓｅｖｅｒａｌ ｆａｃｔｏｒｓ：ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｃａｔｌｙｓｔ，ｒｅａｃｔａｉｏｎ ｓｏｌｖｅｎｔ，ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐＨ ｖａｌｕｅ，ｓｔｉｒｉｎｇ ｓｐｅｅｄ．Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ ｅｘｐｅｒｉ— ｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｐＨｌＯ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ３５￣Ｃ，２ＭＰａ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，０．８ｇ １０％Ｐｄ／Ｃ ｃａｔａｌｙｓｔ，ｗａｔｅｒ ｓｏｌｖｅｎｔ，ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ８ｈ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｒｅａｃｈｅｓ ８３．５％，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｖｅｒｉｉｃａｔｉｆｏｎ ｔｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｙｉｅｌｄ ｉｓ ８２．７％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎｅｏｈｅｓｐｅｒｉｄｉｎ；ＮＨＣ；ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｈｙｄｒｏｇｅｎ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ 新橙皮苷二氢查耳酮（ＮＨＣ）是从天然柑橘 植物中提取得到的新橙皮苷氢化而成的黄酮类衍 生物，广泛应用于奶制品、脂肪和油脂、冷冻食 水解时，糖苷基几乎不参与代谢，所以ＮＨＣ热能 值比较低，可以作为低能量食品的甜味剂 ； ＮＨＣ在高温和在酸碱性条件下也都表现出很好的 品、加工蔬菜、果冻、果酱、无醇饮料及口香糖 等。早在１９６３年，Ｈｏｒｏｗｉｔｚ等人就发现新橙皮苷 二氢查耳酮具有强烈的甜味 。其特点在于甜度 稳定性，因此它被用在长货架期的食品中，ＮＨＣ 已被卫生部列入“食品添加剂使用卫生标准” １９９７年增补品种中。目前，国内外对ＮＨＣ的研 清爽、愉快，余味持久，能降低人体对饮料或医 药中苦味的敏感程度。ＮＨＣ的糖苷基在体内发生 收稿日期：２０１０—０６—１３ 究仅停留在其作为食品添加剂的应用以及对柑橘 类植物中黄烷酮的提取，而对其生理活性和合成 作者简介：杨恒（１９８７一），男，硕士研究生在读，主要从事食品生物技术方面研究。 Ｃｈｉｎａ Ｆｏｏｄ Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ 试验研究 中国食品添加剂 研究开展的较少。本研究的首要任务是制备 ＮＨＣ，优化合成工艺，并鉴定成品为目标产物。 不变，反应结果如图１所示。 １材料与方法 １．１主要材料和试剂 新橙皮苷：≥９５％，桂林莱茵生物科技股份 有限公司；钯炭：１０％，宝鸡瑞科有色金属有限 公司；氢氧化钾：ＡＲ，成都市联合化工试剂研究 所；冰醋酸：ＡＲ，上海化学试剂公司；无水乙 醇：ＡＲ，成都市联合化工试剂研究所；甲醇： ＡＲ，广州市东红化工厂；甲醇钠：ＣＰ，淄博中 凯化工有限公司。 １．２主要仪器设备 ＨＨ一４型数显恒温水浴锅：金坛市富华仪器 有限公司；ＦＡ（Ｎ）／ＪＡ（Ｎ）系列电子天平： 上海民桥精密科学仪器公司；ＪＪ１０００型电子天 平：常熟双杰测试仪器厂；Ｘ一４熔点测定仪：北 京泰克仪器有限公司；磁力搅拌器：上海累磁新 泾仪器有限公司；ＵＶ一２１０２紫外可见分光光度 计：上海尤尼科仪器有限公司；ＰＨＳ一２Ｃ精密酸 度计：上海虹益仪器仪表有限公司；１０１—２Ａ型数 显电热鼓风干燥箱：上海泸南科学仪器联营厂。 １．３实验方法 称取６ｇ（约０．０１ｍｏ１）新橙皮苷溶于一定浓 度的碱液中，加入一定量的催化剂，通入一定压 力的氢气，磁力搅拌条件下反应一段时间。反应 结束后过滤除去催化剂（将其浸泡于双蒸水中， 以便回收利用），调节滤液的ｐＨ值至中性，过夜 待晶体析出，冷水冲洗晶体，然后真空干燥。将 干燥后的粗产品用一定量的碱液（５％的ＮａＯＨ） 溶解，然后重新加入盐酸调节溶液ｐＨ至中性后 放置于冰箱中使其结晶。结晶完毕后过滤、烘 干，如此重复进行，直到得到晶体形状单一、颜 色为白色的产品为止。 ２结果与讨论 ２．１反应时间的影响 固定反应温度为３５℃、反应ｐＨ值为ｌ０、加 入１ｇ １０％钯炭催化剂、氢气压力为２ＭＰａ，以甲 醇作溶剂，搅拌速度为８０ｒ／ｍｉｎ，设定反应时间 为６ｈ、８ｈ、１０ｈ、１２ｈ、１４ｈ五个水平，其他步骤 图１反应时间对ＮＨＣ产率的影响 Ｆｉｇ．１ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｉｍｅ ｏｉｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｒａｔｅ ｏｆ ＮＨＣ 从图１可以看出，开始氢化的速度比较快， 生成的产物量随时间的增加而呈线性增加，在８ ～１０ｈ之间时，产品的得率增加得很缓慢，１０ｈ 之后产率几乎没怎么变。因此，选择反应１０ｈ较 为合适。 ２．２反应温度的影响 固定反应ｐＨ值为１０、时间为１０ｈ、加入１ｇ １０％钯炭催化剂、以水作溶剂，氢气压力为 ２ＭＰａ、搅拌速度为８０ｒ／ｍｉｎ，设定温度为２５、３０、 ３５、４０、４５℃五个水平，其它步骤不变，反应结 果如图２所示。 温度（℃） 图２反应温度对ＮＨＣ产率的影响 Ｆｉｇ．２ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｒａｔｅ ｏｆ ＮＨＣ 从图２中可知，在３５℃以前，随着反应温度 的升高，目标产物的产量是逐步增加的，３５℃的 时候，产量最高。３５℃以后产率有所下降，所以 选择反应温度为３５℃较好。 ２．３反应ｐＨ值的影响 固定反应温度为３５℃、时间为１０ｈ、加入ｌｇ １０％钯炭催化剂、以水作溶剂，氢气压力为 ２ＭＰａ、搅拌速度为８０ｒ／ｒａｉｎ，设定ｐＨ为８、９、 １０、１１、１２五个水平，其他步骤不变，反应结果 如图３所示。 圈３反应ｐＨ值对ＮＨＣ产率的影响 Ｆｉｇ．３ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆｐｔＩ Ｏ１１ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｒａｔｅ ｏｆＮＨＣ 从图３中可知，ＮＨＣ的产率随ｐＨ值的增加 先增加后减少，在ｐＨ为１０时达到一个峰值。反 应的ｐＨ对新橙皮苷催化氢化反应的影响较大。 ｐＨ太低，会使新橙皮苷溶解不充分，而导致反应 不完全；ｐＨ过大，又会导致新橙皮苷其它键的断 裂，从而使得ＮＩ－ＩＣ的产率降低；同时产物ＮＨＣ 在强碱性条件下放置时间太久，会导致ＮＨＣ变成 其它的物质。因此，初步选定反应ｐＨ为ｌ０。 ２．４催化剂用量的影响 固定反应温度为３５℃、反应时间为１０ｈ、氢 气压力为２ＭＰａ、ｐＨ为１０，以甲醇作溶剂，设定 １０％钯炭催化剂用量为０．４ｇ、０．６ｇ、０．８ｇ、１．０ｇ、 １．２ｇ五个水平，其它步骤不变，反应结果如图４ 所示。 图４催化剂对ＮＨＣ产率的影响 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｃａｔａｌｙｚｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｒａｔｅ ｏｆＮＨＣ 从图４中可知，ＮＨＣ的产率随着催化剂用量 的增加而增加。特别是在０．４～０．８这一段ＮＨＣ 产率增加较大，说明在这个阶段催化剂的用量还 不够。在０．８～１．２这一段ＮＨＣ的产率也有所增 加，但是没有前一个阶段那么明显。由于Ｐｄ／Ｃ 催化剂的价格较高，综合考虑，选用０．８ｇ １０％的 Ｐｄ／Ｃ作催化剂较好。 ２．５反应溶剂的影响 固定反应温度为３５ｃＩ＝、反应ｐＨ值为ｌ０、反 应时间为１０ｈ、加人０．８ｇ １０％钯炭催化剂、氢气 压力为２ＭＰａ、搅拌速度为８０ｒ／ｍｉｎ，设定反应溶 剂为水、乙醇、甲醇三个水平，其他步骤不变， 反应结果如图５所示。 一 一 褂 芷 溶剂 图５溶剂对ＮＩｔＣ产率的影响 Ｆｉ．ｇ５ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｏｌｖｅｎｔ ｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｒａｔｅ ｏｆ ＮＨＣ 溶剂的极性影响氢化反应的速度和反应的选 择性。从图５中可知，三种不同溶剂条件下ＮＨＣ 的产率变化不是很大，以甲醇为溶剂时的产率稍 大于以乙醇和水为溶剂时的产率。说明，甲醇作 溶剂时更有利于催化剂的作用以及氢气向反应物 的移动。但是，在产率变化不是很大的情况下， 考虑到成本和人身安全的话，选择水作溶剂可以 做到一石三鸟。 ２．６反应氢气压力的选择 固定反应温度为３５￣Ｃ、ｐＨ值为１Ｏ、时间为 １０ｈ、加入０．８ｇ １０％钯炭催化剂、以水作溶剂、 搅拌速度为８０ｒ／ｍｉｎ，设定氢气压力为１．５、２、 ２．５、３、３．５ＭＰａ五个水平，其他步骤不变，反应 结果如图６所示。 生Ｃｈｉｎａ Ｆ ｏｏｄ Ａ ｆｆｆｖ ！兰：壁 ＝：二＝ 图６氢气压力对ＮＨＣ产率的影响 Ｆｉｇ．６ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｒａｔｅ ｏｆ ＮＨＣ 压力是催化氢化的重要影响因素。氢气压力 增大，氢的浓度增大，使反应物向催化剂活性中 心扩散速度加快，因而加快反应速度。但压力增 大使反应的选择性降低。 从图６中可知，随着氢气压力的增高，产率 没有出现一致的规律，只是氢气压力在１．５～ ２．５ＭＰａ之间时，ＮＨＣ的产率会随着压力的增加 而增加，在２．５ＭＰａ时的产率最高，但是与２ＭＰａ 时相比较增加不是很多。 ２．７搅拌速度的影响 固定反应温度为３５ｃｃ、时间为１０ｈ、加入 ０．８ｇ １０％钯炭催化剂、以水作溶剂，氢气压力为 ２ＭＰａ、ｐＨ为１０，设定搅拌速度为６Ｏ、８０、１００、 １２０、１４０ｒ／ｍｉｎ五个水平，其它步骤不变，反应 结果如图７所示。 图７搅拌速度对ＮＨＣ产率的影响 Ｆｉｇ．７ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｌｉｒ ｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｒａｔｅ ｏｆ ＮＨＣ 从图７中可知，在反应条件下，ＮＨＣ的产率 与搅拌速度的关系不是很密切。反应物的量不 大，通入氢气时本身就有一定的搅拌力度，当反 应液能够与氢气和催化剂充分接触时，再加快搅 拌速度对ＮＨＣ的产率影响就不是很明显了。 ２．８正交实验 以上讨论了各个反应条件对ＮＨＣ产率的影 响，根据单因素实验的结果，选择反应时间、反 应温度和反应ｐＨ三个对产物得率和质量影响较 大的因素进行Ｌ９（３ ）正交实验以确定最佳工艺 条件，以ＮＨＣ产率为指标来比较反应结果优劣， 具体见表１、２。 表１正交实验因素水平表 Ｔａｂｌｅｌ Ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｌｅｖｅｌｓ ｆｏｒ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ 表２正交实验结果 Ｔａｂｌｅ２ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ 序号 温度 时间 ｐＨ 产率 ｌ １ １ １ ｌ ０．７２８ ２ １ ２ ２ ２ ０．８０３ ３ ｌ ３ ３ ３ ０．６５２ ４ ２ ｌ ２ ３ ０．８３５ ５ ２ ２ ３ ｌ ０．６８３ ６ ２ ３ ｌ ２ ０．７８４ ７ ３ １ ３ ２ ０．６８７ ８ ３ ２ ｌ ３ ０．７６１ ９ ３ ３ ２ １ Ｏ．８ｌ２ 均值１ ０．７２８ ０．７５０ ０．７５８ ０．７４１ 均值２ ０．７６７ ０．７４９ ０．８１７ ０．７５８ 均值３ ０．７５３ ０．７４９ ０．６７４ ０．７４９ 极差０．０３９ ０．００１ ０．１４３ ０．０１７ 从表２中可以看出，因素Ｃ（ｐＨ）的极差最 大，因而对产品产量的影响最大；因素Ａ（反应 温度）影响次之；因素Ｂ（反应时间）影响最 称取一定量的重结晶ＮＨＣ产品，溶解于水 小。综合分析，以产品产率为指标，则当反应温 度为３５℃、反应时间为８ｈ、ｐＨ为１０时为生产的 中。吸取１ｍＬ用水定容至１０ｍＬ，用紫外光谱仪 在２００～４００ｎｍ范围内扫描。ＮＨＣ的紫外吸收光 最佳条件。 ２．９验证实验 谱如图８所示，从图８中可以看出，ＮＨＣ的紫外 最大吸收波长为２８２ｎｍ。在２８２ｎｍ处有一个很强 的吸收峰，此波长与文献报道的ＮＨＣ的吸收波长 在上述最佳工艺条件下进行验证实验，经过 ５次验证实验后，所得ＮＨＣ平均产率为８２．７％， 一致 ，２８２ｎｍ即为ＮＨＣ的特征吸收波长。 结果表明与正交实验结果值相符，此合成工艺得 到了优化，具有较好的推广价值。 ３结论 ２．１０产品的鉴定 （１）通过生产工艺合成，最终得到的产品为 ２．１０．１ ＮＨＣ晶体熔点的测定 黄白色晶体。熔点测定表明，ＮＨＣ的熔点为１５０ 实验中所测定熔点的晶体均经过两次重结 ～１５１ ｏＣ。另外，通过紫外分光光度计对产品进 晶。晶体在显微镜下观察到的现象如下： 行分析，确定得到的黄白色晶体和目标产物一 （１）晶体呈粒状，长条形。加热到１４８￣Ｃ时， 致； 晶体还能保持原状，边缘锋锐； （２）通过单因素实验考查了反应时间、反应 （２）当到１４９￣Ｃ时，晶体的锋锐边缘开始消 温度、反应ｐＨ、催化剂用量、溶剂、氢气压力和 失； 搅拌速度对ＮＨＣ产率的影响，确定了影响产量的 （３）１５０￣Ｃ时，晶体开始熔化； 主要因素依次为反应ｐＨ、反应温度、反应时间： （４）１５１ ｏＣ时晶体迅速、完全的熔化，视野 （３）通过正交实验确定了最佳反应条件为： 中已无晶体； 反应ｐＨ为１０，于３５ｏＣ、２ＭＰａ氢气压力、０．８ｇ （５）故晶体的熔点在１５０～１５１ ｏＣ之间。 １０％钯一炭作为催化剂的条件下，以水作溶剂反 晶体的熔点是１５０～１５１℃，熔程在１ ｏＣ之 应８ｈ，产率达８３．５％。在此条件下进行验证实验 间，说明物质纯度很高，熔点与报道值一致 Ｊ。 所得平均产率为８２．７％，具有很好的应用前景。 ２．１０．２紫外光谱分析 参考文献： ［１］俞福惠，顾菊英．新颖甜味剂——二氢查尔酮衍生物［Ｊ］． 食品科学，１９９１，（９）． 一 ｊ磐 ［２］温辉梁，欧阳振宇，等．新橙皮苷二氢查尔酮的研究进展 ０ ０ 一 ［Ｊ］．中国调味品，２００８，（１Ｏ）． ［３］冯金城．有机化合物结构分析与鉴定［Ｍ］．北京：国防工 业出版社，２００３． ［４］郑建仙．功能性食品甜味剂［Ｍ］．北京：中国轻工业出版 社，１９９７． ［５］Ｈ Ｍｏｎｔｌｊａｎｏ，Ｆ Ｂｏｒｒｅｇｏ，ｅｔ ａｌ，Ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｈｉｇｈ—ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｏｈｅｓｐｅｎｄｉｎｅ 图８ ＮＨＣ的紫外吸收光谱 ｄｉｈｙｄｒｏｃｈａｌｃｏｎｅ ｉｎ ｆｏｏｄｓｔｕｆｆｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ａ， １９９７，７５８：１６３—１６６． Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ｕｖ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ＮＨＣ — ｉ 《中国食品添加剂》杂志一双 舢核心期刊， “ 舢 欢迎投稿！ ・ ｌ ｆ－ —｝ 竹・ —｝ 竹— —｝ 竹竹— 竹竹— 竹—市竹竹— —竹—母
