[发明专利]一种电催化氧气氧化β-胡萝卜素制备角黄素的方法

说明书

本发明公开了一种电催化氧气氧化β‑胡萝卜素制备角黄素的方法。将原料β‑胡萝卜素溶解于有机溶剂中，以气体氧源为氧化剂，在装填有催化剂的电催化氧化装置中进行电解反应一步合成得到角黄素。本发明优势在于反应条件温和，反应过程易于控制，绿色环保，适合工业化生产，且角黄素收率高于95％。

技术领域

本发明属于营养化学品领域，具体涉及一种电催化氧气氧化β-胡萝卜素制备角黄素的方法。

背景技术

角黄素(canthaxanthin，β,β-Carotene-4,4'-dione)，又名斑蝥黄素、杏菌红素、鸡油菌黄质、鸡油菌素、食用橙8号，是一种带橙红色的类胡萝卜素色素，也是一种抗氧化剂。角黄素天然存在于许多食物中，例如蘑菇、甲壳类动物、鱼类和蛋类。这种色素也可以用人工方法制造，主要用于动物饲料中。

1980年，Joachim Paust(US4212827)等人报道了氧化β-胡萝卜素制备角黄素的方法。该方法是在催化剂存在下用氯酸盐或溴酸盐来氧化β-胡萝卜素，缺点是反应时间过长，引发较困难，工艺不稳定，使用较多的碘化物。

2000年，森俊树(CN1277191)等人用碱金属氯酸盐或溴酸盐氧化β-胡萝卜素，添加的催化剂为卤化碘、碘或金属碘化物。所用的卤化碘包括氯化碘、三氯化碘、溴化碘和三溴化碘，卤化碘可以单一种类使用或以多种混合使用。

2001年，Quesnel(EP1253131)研究报道以H₂O₂为氧化剂，I₂为催化剂，选氯仿或氯苯为溶剂，在室温条件下，角黄素产率可达40％，虽然氧化剂H₂O₂无污染，但该方法产率不高。

Toshiki Mori(US6313352)等人在Joachim Paust(US4212827)的基础上进行了较好的改进，改进之后反应时间大大缩短。角黄素的制备分三步：1)将β-胡萝卜素溶于二氯甲烷，将氯酸盐或溴酸盐的水溶液加于烧瓶中；2)加卤化碘或碘；3)加碘化钾或碘化钠。角黄素产率达到76％，缺点是用到的卤化碘具有特殊的毒性和挥发性且收率较低，以及卤化碘具有不稳定性。

2003年，G·C·施勒默尔(CN1417207)发明的方法是用亚硫酸、亚硫酸氢盐或酸式亚硫酸盐和溴酸盐相结合产生的次溴酸作氧化剂，使得角黄素获得很好的产量，同时明显地缩短了反应时间。该方法的缺点是生成的次溴酸不稳定，难以实现工业化生产。

2003年，Dubner Frank(EP1371642)等人报道氧化剂NaClO溶液适合β-胡萝卜素氧化制备角黄素，I₂为催化剂，该方法反应产率达71％。吴世林(CN1793098)等人发明用酸调好pH值为2～5的氧化剂水溶液，在200～800W的灯光照射条件下氧化β-胡萝卜素制备角黄素。

2008年，皮士卿(CN101633633)等人报道的β-胡萝卜素氧化制备角黄素方法是以H₂O₂为催化剂，以碱金属氯酸盐或溴酸盐为氧化剂。该方法角黄素产率达到78％。

上述方法不同程度地存在反应收率低、操作性差或环境不友好等问题。鉴于现有技术的不足，需要开发一种新型的制备角黄素的方法，以更高效更安全地实现角黄素的工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种新的一步氧化合成角黄素的方法。该方法采用β-胡萝卜素电催化氧化来制备角黄素，该方法反应收率高，环境友好，反应条件温和且反应过程易于控制，易于实现工业化生产。

为达到以上发明目的，本发明的技术方案如下：

一种电催化氧气氧化β-胡萝卜素制备角黄素的方法，将原料β-胡萝卜素溶解于有机溶剂中，以气体氧源为氧化剂，在装填有催化剂的电催化氧化装置中进行电解反应一步合成得到角黄素，反应如下：