Optimierung des Herstellungsverfahrens von Safransäure aus gelbem Gardenienpigment auf der Grundlage einer orthogonalen experimentellen Methode
Safransäure (Strukturformel in Abbildung 1) ist einer der Hauptwirkstoffe der Schwertlilienpflanze Crocus sativus L., der pharmakologische Wirkungen wie die Behandlung neurologischer Erkrankungen, die Bekämpfung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die Antioxidation und die Tumorbekämpfung hat. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass die traditionelle chinesische Medizin Gardenia jasminoides Elli reich an Safran-Glykosiden mit Safransäure als Aglykon ist, und die pflanzlichen Ressourcen sind reichlich vorhanden. Das Projektteam hat ein Verfahren zur Anreicherung und Extraktion des gelben Gardenienpigments aus der Gardenie mit Hilfe der Polyamid-Säulenchromatographie entwickelt und zum ersten Mal nachgewiesen, dass das gelbe Gardenienpigment eine gute antioxidative, antihypoxische und ermüdungshemmende biologische Aktivität aufweist und einen hohen Entwicklungswert besitzt. Pharmakokinetische Studien haben jedoch gezeigt, dass Safran-Glykoside nicht in ihrer ursprünglichen Form in den Blutkreislauf aufgenommen werden können und ihre Bioverfügbarkeit nach oraler Verabreichung gering ist, was letztlich zur Hydrolyse zu Safransäure führt. Um weitere relevante Forschungen durchführen zu können, muss Safransäure in hoher Reinheit hergestellt werden. Zhang trennte und reicherte die gesamten Safransaponine durch makroporöses Adsorptionsharz an und hydrolysierte sie mit 10% KOH, um rohe Safransäure zu erhalten. Fang et al. extrahierten das gelbe Pigment der Gardenie und hydrolysierten es mit 10% KOH-Lösung, um einen rohen Safransäureextrakt herzustellen. Die Herstellung von hochreiner Safransäure erfordert in der Regel weitere komplexe Reinigungsverfahren wie Säulenchromatographie oder Umkristallisation. Aufgrund der Schwierigkeit, Safransäure in Wasser zu lösen, und ihrer schlechten Löslichkeit in allgemeinen organischen Reagenzien wie Ethanol und Methanol erfordert der eigentliche Reinigungsprozess jedoch häufig die Verwendung organischer Reagenzien wie Pyridin und DMF, was die Vermeidung organischer Rückstände erschwert; gleichzeitig kann die Verwendung einer großen Menge organischer Reagenzien auch eine erhebliche Umweltverschmutzung verursachen. Der bestehende Aufbereitungsprozess hat komplizierte Arbeitsschritte und lange Aufbereitungszyklen, was die industrielle Produktion von hochreiner Safransäure erschwert.

In dieser Studie wurde ein orthogonales Experiment zur systematischen Untersuchung der Prozessbedingungen der alkalischen Hydrolyse entworfen. Der Gehalt und die Ausbeute an Crocetinsäure wurden als Bewertungsindikatoren verwendet, um den Prozess der alkalischen Hydrolyse von gelbem Gardenia-Pigment durch orthogonales Design zu optimieren. Gleichzeitig wurde die Behandlungsmethode des gelben Gardenienpigments nach der alkalischen Hydrolyse verbessert, um eine hohe Ausbeute, eine hohe Reinheit und eine Zubereitungsmethode mit weniger Schritten und ohne Rückstände organischer Lösungsmittel zu erhalten. Dies stellt eine Referenz für die Extraktion und industrielle Produktion von Crocetinsäure in Gardenien dar und fördert die breite Entwicklung und Anwendung von Crocetinsäure in den Bereichen Lebensmittel und Medizin.

Die Forschungsgruppe extrahierte und reicherte hochreines gelbes Gardenienpigment aus Gardenien mit Hilfe von Polyamid-Säulenchromatographie in einem frühen Stadium an. Der Absorptionspeak bei 440 nm wurde mittels HPLC nachgewiesen, und es wurde festgestellt, dass die Hauptbestandteile Crocin-1 und Crocin-2 waren. Auf dieser Grundlage wurde das gelbe Pigment der Gardenie als Rohstoff für die Herstellung von Crocetinsäure verwendet.

Gegenwärtig verwenden die Methoden zur Herstellung von Safransäure meist die alkalische Hydrolyse, um die Safranglykoside in Gardenien zu Safransäure zu hydrolysieren, und die anschließende Reinigung der Safransäure erfolgt üblicherweise durch Säulenchromatographie oder Umkristallisation. Aufgrund der unlöslichen physikalischen Eigenschaften von Crocetin ist der Aufbereitungsprozess mittels Säulenchromatographie oder Umkristallisation jedoch nicht nur umständlich, zeitaufwändig, verbraucht eine große Menge an Reagenzien und verschmutzt die Umwelt erheblich, sondern es ist auch schwierig, organische Rückstände zu vermeiden, wenn organische Reagenzien wie DMF verwendet werden.

In dieser Studie wurde der Herstellungsprozess von Crocetinsäure unter Verwendung verschiedener Behandlungsmethoden für die hydrolysierte Reaktionslösung untersucht und optimiert. Nach der Optimierung waren die Prozessschritte einfach, und hochreine Crocetinsäure wurde in einem Schritt aus dem gelben Pigment der Gardenie hergestellt, wodurch die langwierigen Reinigungsprozesse wie Säulenabtrennung oder Umkristallisierung entfielen und der Verbrauch von organischen Reagenzien sowie das Problem von Restreagenzien im Prozess vermieden wurde. Der Herstellungsprozess war umweltfreundlich und frei von Umweltverschmutzung, und der erhaltene Gehalt an Crocetinsäure konnte über 95% erreichen. Um die Ausbeute an Safransäure zu verbessern, wurde gleichzeitig der alkalische Hydrolyseprozess des gelben Gardenienpigments untersucht, um den Prozess zu optimieren. Eine Einzelfaktoruntersuchung wurde durchgeführt, indem das Verhältnis von Material zu Flüssigkeit, die NaOH-Konzentration, die Hydrolysetemperatur und die Hydrolysezeit ausgewählt wurden. Auf der Grundlage der Untersuchungsergebnisse wurden orthogonale Experimente entworfen und die optimalen Bedingungen für die alkalische Hydrolyse anhand von Gehalt und Ausbeute als Bewertungsindikatoren ermittelt.

In diesem Versuch wurde der Weg zur Herstellung von Safransäure aus dem gelben Pigment der Gardenie optimiert, und es wurden einfaktorielle und orthogonale Experimente zur Optimierung der optimalen Bedingungen für die alkalische Hydrolyse durchgeführt. Es wurde eine schnelle, ertragreiche und hochreine Methode zur Herstellung von Safransäure entwickelt. Im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Methoden erfordert sie keine anschließende Reinigungsbehandlung, kommt ohne organische Lösungsmittel aus, spart Produktionszeit und -kosten und hat eine gute Referenzbedeutung für die Extraktion und Herstellung von Safransäure aus Gardenie.