反應(yīng)介質(zhì)對(duì)芝麻林素轉(zhuǎn)化生成芝麻素酚的影響

李雪芳 黃紀(jì)念 張麗霞 宋國(guó)輝 艾志錄

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院1，鄭州 450002）（河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所2，鄭州 450002）

反應(yīng)介質(zhì)對(duì)芝麻林素轉(zhuǎn)化生成芝麻素酚的影響

李雪芳1，2黃紀(jì)念2張麗霞2宋國(guó)輝2艾志錄1

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院1，鄭州 450002）（河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所2，鄭州 450002）

以干燥的甲苯、石油醚、丙酮為反應(yīng)介質(zhì)，研究不同反應(yīng)介質(zhì)對(duì)磷鎢酸催化芝麻林素轉(zhuǎn)化生成芝麻素酚的影響。在反應(yīng)溫度55℃，反應(yīng)底物濃度3 mmol／L，催化劑用量0.5 g／L的條件下，分別在不同時(shí)間取樣并利用HPLC分析芝麻素酚的生成率和反應(yīng)進(jìn)程，結(jié)果表明：在研究時(shí)間內(nèi)，不同介質(zhì)中芝麻素酚生成率依次為石油醚（26.3%）＞丙酮（18.4%）＞甲苯（15.2%），且石油醚為介質(zhì)的反應(yīng)中生成的副產(chǎn)物少，因此選擇石油醚作反應(yīng)介質(zhì)，并在下一步研究中優(yōu)化反應(yīng)條件，以期提高芝麻素酚的生成率。

反應(yīng)介質(zhì) 磷鎢酸 芝麻林素 芝麻素酚 轉(zhuǎn)化反應(yīng)

芝麻木脂素（sesame lignans）是芝麻的特征活性成分，主要包括芝麻素（sesamin）、芝麻林素（sesamolin）、芝麻素酚（sesaminol）以及芝麻酚（sesamol）［1－2］，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。芝麻中木脂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～1%，芝麻林素在芝麻木脂素中的含量居于第2位，約占芝麻的0.1%～0.3%，僅次于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.5%的芝麻素，其余幾種含量極微［3］。芝麻木脂素在生物體內(nèi)具有穩(wěn)定血壓、降血糖、降血脂，保護(hù)肝臟、抗菌防腐和抗癌抑瘤等多種生物活性，具有重要的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥理作用，更為可貴的是它是一類(lèi)天然綠色的抗氧化劑，符合人們對(duì)安全無(wú)毒高效的迫切要求［4－6］。

圖1 主要芝麻木脂素結(jié)構(gòu)

近些年研究發(fā)現(xiàn)，含有游離酚羥基的芝麻素酚具有極高的熱穩(wěn)定性、突出的抗氧化能力［7－9］和獨(dú)特的體內(nèi)活性，在180℃加熱6 h仍然保留40.5%的含量［10－11］，能抑制ADF－Fe3＋／NADPH所誘導(dǎo)的肝臟微粒體的過(guò)氧化反應(yīng)［12］，可以抑制脂質(zhì)過(guò)氧反應(yīng)，可以抑制Cu2＋所誘導(dǎo)的低密度脂蛋白膽固醇（LDL）的過(guò)氧化反應(yīng)，有很強(qiáng)的清除自由基的能力，可以結(jié)合O2

－·從而起到抗氧化的作用，還與維生素E有協(xié)同作用［13－15］。在酸性條件下，芝麻林素易發(fā)生分解反應(yīng)和傅克－烷基化反應(yīng)，生成芝麻酚和芝麻素酚［16－19］，芝麻酚在高溫下不穩(wěn)定，在180℃加熱4 h完全被破壞［11］，芝麻林素反應(yīng)示意圖，見(jiàn)圖2。芝麻林素轉(zhuǎn)化生成芝麻素酚的條件不但需要酸性催化劑，在無(wú)水、無(wú)活潑氫條件下更適于反應(yīng)的發(fā)生［18］。磷鎢酸是一種具有高選擇性、低溫活性和對(duì)設(shè)備腐蝕小等優(yōu)點(diǎn)的“綠色催化劑”，在烷基化重排反應(yīng)中應(yīng)用廣泛［20－21］。

圖2 芝麻林素反應(yīng)示意圖

本試驗(yàn)選用甲苯、石油醚和丙酮作為反應(yīng)介質(zhì)，以固體強(qiáng)酸磷鎢酸作為酸性催化劑，探討不同反應(yīng)介質(zhì)對(duì)磷鎢酸催化芝麻林素轉(zhuǎn)化生成芝麻素酚的影響，旨在為天然抗氧化劑的開(kāi)發(fā)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

芝麻素標(biāo)準(zhǔn)品（純度98%）：中國(guó)藥品生物制品檢定所；芝麻酚標(biāo)準(zhǔn)品（純度98%）：Alfa Aesar公司；芝麻林素和芝麻素酚標(biāo)準(zhǔn)品（純度分別為97.08%和97.46%，IR、MS、NMR對(duì)其進(jìn)行了確證）、芝麻林素底物（純度96.07%，其余為芝麻素）：自制；色譜純甲醇：美國(guó)迪馬公司；磷鎢酸（分析純，使用前200℃活化3 h）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；4A分子篩（分析純，使用前550℃活化6 h）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲苯、石油醚（90～120℃）、丙酮均為分析純，使用前用活化的分子篩處理48 h以上。

1.2 主要儀器

ULtimate3000高效液相色譜儀（HPLC）、XBPODS－C18色譜柱（25 mm×4.6 mm，5μm）：美國(guó)戴安公司；DF－101s集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鞏義市予華儀器有限公司；TM－0910P陶瓷纖維馬弗爐：北京盈安美誠(chéng)科學(xué)儀器有限公司；MTN－2800D氮吹濃縮裝置：天津奧特賽恩斯儀器有限公司；KS－600E I型超聲波清洗機(jī)：寧波海曙科生超聲設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 芝麻木脂素含量的檢測(cè)

采用HPLC方法檢測(cè)各木脂素含量［22］：色譜柱C18（5μm，4.6 mm×250 mm），流動(dòng)相甲醇－水（60∶40），流速1.0mL／min，柱溫30℃，芝麻素、芝麻林素、芝麻酚及芝麻素酚的檢測(cè)波長(zhǎng)分別為287、 287、295、295 nm。

繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線：分別準(zhǔn)確稱(chēng)取芝麻素、芝麻林素、芝麻酚、芝麻素酚的標(biāo)準(zhǔn)品5.00mg于100 mL容量中，丙酮定容至刻度，混勻，配成50μg／mL的母液。分別取0.2、0.5、1、2、4、8、12、16、20μL定容至10 mL，搖勻，微孔濾膜過(guò)濾后進(jìn)樣。以進(jìn)樣質(zhì)量（μg）為橫坐標(biāo)，峰面積（mAU×min）為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.2 磷鎢酸催化芝麻林素轉(zhuǎn)化芝麻素酚的反應(yīng)

參照本研究室之前方法［18］，取反應(yīng)介質(zhì)5 mL于25 mL三頸瓶中，置于55℃水浴上，加入0.015 mmol芝麻林素?cái)嚢杈鶆?，迅速加入磷鎢酸0.25mg，開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別在不同時(shí)刻取樣，氮吹儀揮發(fā)干溶劑，于低溫保存，進(jìn)樣前用丙酮溶解進(jìn)樣。

按照1.3.1的色譜條件檢測(cè)不同時(shí)刻反應(yīng)液中四種木脂素的含量，其中在295 nm左右有最大吸收且出峰時(shí)間在芝麻素酚附近的物質(zhì)視為芝麻素酚異構(gòu)體，在287 nm左右有最大吸收且出峰時(shí)間在芝麻林素附近的物質(zhì)視為芝麻林素異構(gòu)體，并將各物質(zhì)的異構(gòu)體含量計(jì)入該物質(zhì)總量［18］，以芝麻素酚的生成率作為該反應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文中芝麻木脂素濃度計(jì)算公式見(jiàn)式（1）；芝麻素酚生成率見(jiàn)式（2）。

式中：c為反應(yīng)液中各木脂素濃度／mmol／L；m為根據(jù)HPLC標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出的各木脂素的進(jìn)樣質(zhì)量／μg；M為各木脂素的摩爾質(zhì)量／g／mol；20為HPLC檢測(cè)時(shí)注入檢測(cè)器的進(jìn)樣體積／μL；50為不同時(shí)刻取出的反應(yīng)液體積／μL；1 000為溶解反應(yīng)液揮發(fā)溶劑后木脂素的丙酮體積／μL；103為換算系數(shù)，1 mol／L＝103mmol／L。

式中：ηsesaminol酚為芝麻素酚的生成率／%；csesaminol為反應(yīng)液中芝麻素酚濃度／mmol／L；c′sesamolin為反應(yīng)中芝麻林素初始濃度，即反應(yīng)中理論生成芝麻素酚的最大濃度／mmol／L。

2 結(jié)果與討論

2.1 芝麻木脂素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

芝麻木脂素在高效液相色譜中的出峰時(shí)間不同，芝麻素、芝麻林素、芝麻素酚、芝麻酚標(biāo)準(zhǔn)品的HPLC圖如圖3。

圖3 四種木脂素標(biāo)準(zhǔn)品HPLC圖

4種木脂素的標(biāo)準(zhǔn)曲線分別為：

芝麻素y＝22．231－0．064 4（R2＝0．999 8）

芝麻林素y＝21．092－0．047 8（R2＝0．999 5）

芝麻酚y＝29．035－0．172 6（R2＝0．999 6）

芝麻素酚y＝20．083－0．121 2（R2＝0．999 9）

2.2 不同反應(yīng)介質(zhì)對(duì)芝麻素酚生成的影響

2.2.1 甲苯作介質(zhì)對(duì)芝麻素酚生成的影響

以甲苯為反應(yīng)介質(zhì)，研究其對(duì)芝麻林素轉(zhuǎn)化為芝麻素酚的影響，各木脂素含量的變化見(jiàn)圖4，以及在芝麻素酚含量達(dá)最大值時(shí)反應(yīng)液的HPLC圖見(jiàn)圖5。

圖4 甲苯為反應(yīng)介質(zhì)不同時(shí)刻各木脂素的含量變化

圖5 甲苯為反應(yīng)介質(zhì)時(shí)反應(yīng)液的HPLC圖

從圖4中各木脂素含量變化來(lái)看：芝麻素含量變化差別不顯著（P＞0.05），可能是因?yàn)橹ヂ樗鼐哂休^好的穩(wěn)定性［23］，在甲苯為介質(zhì)的酸催化反應(yīng)中并未生成其它新物質(zhì)。芝麻林素先減少再增加，最后趨于平緩；芝麻酚和芝麻素酚的含量變化趨勢(shì)較一致，都是先增加再減少，最后變化趨于平緩，而剛好與芝麻林素的含量變化趨勢(shì)相反；推斷該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，并且可以推斷芝麻林素是芝麻酚和芝麻素酚的前體物質(zhì)，在酸性條件下芝麻林素裂解，一部分裂解為芝麻酚，一部分發(fā)生烷基化分子重排反應(yīng)轉(zhuǎn)化為芝麻素酚，此現(xiàn)象與文獻(xiàn)報(bào)道一致［1，19］。在8 min時(shí)芝麻素酚含量達(dá)最大值0.455 8 mmol／L，此時(shí)芝麻素酚的生成率約為15.2%。

從圖5可以看到，芝麻林素和芝麻素酚各出現(xiàn)一種異構(gòu)體，還出現(xiàn)一個(gè)未知物，共出現(xiàn)7個(gè)峰。

2.2.2 石油醚作介質(zhì)對(duì)芝麻素酚生成的影響

以石油醚作為反應(yīng)介質(zhì)，研究其對(duì)芝麻林素轉(zhuǎn)化為芝麻素酚的影響，各木脂素含量的變化見(jiàn)圖6，以及芝麻素酚含量達(dá)最大值時(shí)反應(yīng)液的HPLC圖見(jiàn)圖7。

圖6 石油醚為反應(yīng)介質(zhì)不同時(shí)刻各木脂素的含量變化

圖7 石油醚為反應(yīng)介質(zhì)時(shí)反應(yīng)液的HPLC圖

在該組反應(yīng)中，與甲苯介質(zhì)中反應(yīng)類(lèi)似，芝麻素含量變化差別不顯著（P＞0.05）；芝麻林素的含量起初緩慢減少，60 min后其含量減少較快，同樣，芝麻酚和芝麻素酚含量在開(kāi)始時(shí)變化較平緩，60 min后增加較快，推斷在60 min后較多的芝麻林素裂解為芝麻酚和芝麻素酚的前體物質(zhì)，部分芝麻素酚的前體物質(zhì)在酸的作用下，發(fā)生分子重排生成芝麻素酚；在120 min時(shí)，芝麻素酚濃度達(dá)到最大為0.787 9 mmol／L，此時(shí)芝麻素酚的生成率約為26.3%。

從圖7看出，芝麻林素和芝麻素酚各出現(xiàn)一個(gè)同分異構(gòu)體，共出現(xiàn)7個(gè)峰。

2.2.3 丙酮作介質(zhì)對(duì)芝麻素酚生成的影響

以丙酮作為反應(yīng)介質(zhì)，研究其對(duì)芝麻林素轉(zhuǎn)化為芝麻素酚的影響，各木脂素含量的變化見(jiàn)圖8，及芝麻素酚含量達(dá)最大值時(shí)反應(yīng)液的HPLC圖見(jiàn)圖9。

圖8 丙酮為反應(yīng)介質(zhì)不同時(shí)刻各木脂素的含量變化

圖9 丙酮為反應(yīng)介質(zhì)時(shí)反應(yīng)液的HPLC圖

丙酮作反應(yīng)介質(zhì)的反應(yīng)中，芝麻素含量變化差別不顯著（P＞0.05），在2 min內(nèi)芝麻林素含量驟減，90 min后含量增加，推斷該反應(yīng)為可逆反應(yīng)；整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，可以明顯看出芝麻酚含量較高，而芝麻素酚含量較低，但成逐漸增加趨勢(shì)，推斷在該介質(zhì)中芝麻林素裂解后更易于生成芝麻酚，在150 min芝麻素酚的量最大達(dá)到0.646 0 mmol／L，此時(shí)芝麻林素轉(zhuǎn)化為芝麻素酚的轉(zhuǎn)化率約為18.4%。

從圖9可以看出，該反應(yīng)中副產(chǎn)物較多，出峰個(gè)數(shù)為8個(gè)，可能會(huì)給后期芝麻素酚的分離純化帶來(lái)一定的難題。

3 結(jié)論

在芝麻林素濃度3 mmol／L，磷鎢酸添加量0.5 g／L，反應(yīng)溫度55℃的相同條件下，以3種不同溶劑作反應(yīng)介質(zhì)，通過(guò)分析3種反應(yīng)介質(zhì)對(duì)磷鎢酸催化芝麻林素轉(zhuǎn)化生成芝麻素酚的影響，得出結(jié)論：1）甲苯作反應(yīng)介質(zhì)時(shí)，該反應(yīng)出現(xiàn)的木脂素異構(gòu)體和副產(chǎn)物較少，芝麻素酚的生成率為15.2%；2）石油醚作反應(yīng)介質(zhì)時(shí)，該反應(yīng)出現(xiàn)的木脂素異構(gòu)體和副產(chǎn)物較少，芝麻素酚的生成率為26.3%；3）丙酮作反應(yīng)介質(zhì)時(shí)，芝麻素酚的生成率為18.4%，該反應(yīng)出現(xiàn)的副產(chǎn)物較多，可能會(huì)導(dǎo)致芝麻素酚難以分離純化。

甲苯的毒性高于石油醚，且在甲苯中芝麻素酚生成率低于石油醚；丙酮為介質(zhì)時(shí)，其芝麻素酚的生成率低于石油醚，且反應(yīng)中出現(xiàn)較多副產(chǎn)物。綜合考慮，可選用石油醚作反應(yīng)介質(zhì)，并在下一步研究中優(yōu)化其他反應(yīng)條件，以期提高芝麻素酚的生成率，為開(kāi)發(fā)高性能的天然抗氧化劑提供參考與技術(shù)支持。

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Effect of Different Mediums on the Conversion of Sesamolin to Sesamin

LiXuefang1，2Huang Jinian2Zhang Lixia2Song Guohui2Ai Zhilu1
（College of Food Science and Technology，Henan Agricultural University1，Zhengzhou 450002）
（Institute of Agricultural Products Processing，Henan Academy of Agriculture Sciences2，Zhengzhou 450002）

The effect of differentmediums including dry toluene，petroleum ether and acetone on the conversion processing of sesamolin to sesamin over phosphortungstic acid catalyst has been studied.The generation rates of sesamin in different reaction solution of the different timeswere analyzed by HPLC respectively.The results showed that the reaction conditionswas temperature 55℃，substrate concentration 3mmol／L and the amountof catalyst0.5 g／L. The generation rate of sesamin has the descending order petroleum ether（26.3%）＞acetone（18.4%）＞toluene（15.2%）.The byproducts of reaction solution was relatively small in petroleum ethermedium.As a conclusion，the petroleum ether could be chosen as the reaction medium，and the other parameters could be optimized in next research for the better generation rate of sesamin.

reaction medium，phosphortungstic acid，sesamolin，sesamin，conversion reaction

TS224.3

A

1003－0174（2015）03－0111－05

國(guó)家自然科學(xué)基金（31201383），河南省財(cái)政支持糧油深加工項(xiàng)目（豫財(cái)貿(mào)［2012］183號(hào)），河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)秀青年科技基金（2013YQ26）

2013－12－07

李雪芳，女，1988年出生，碩士，油脂副產(chǎn)物綜合利用

艾志錄，男，1965年出生，教授，農(nóng)產(chǎn)品資源開(kāi)發(fā)與功能性食品