Оптимизация процесса получения шафрановой кислоты из желтого пигмента гардении на основе ортогонального экспериментального метода
Шафрановая кислота (структурная формула представлена на рисунке 1) является одним из основных активных компонентов растения ирис Crocus sativus L., который обладает фармакологическими эффектами, такими как лечение неврологических заболеваний, борьба с сердечно-сосудистыми заболеваниями, антиоксидация и противоопухолевое действие. Большое количество исследований показало, что традиционная китайская медицина Gardenia jasminoides Elli богата гликозидами шафрана с шафрановой кислотой в качестве агликона, а ресурсы растения весьма обширны. Команда проекта разработала процесс обогащения и извлечения желтого пигмента из гардении с помощью полиамидной колоночной хроматографии на ранней стадии, и впервые доказала, что желтый пигмент гардении обладает хорошей антиоксидантной, антигипоксической и противоусталостной биологической активностью, а также имеет хорошую ценность для разработки. Однако фармакокинетические исследования показали, что гликозиды шафрана не могут всасываться в кровь в своей первоначальной форме, и их биодоступность низка после перорального приема, что в конечном итоге приводит к гидролизу в шафрановую кислоту. Для проведения дальнейших исследований необходимо получить шафрановую кислоту высокой степени очистки. Чжан отделил и обогатил общие сапонины шафрана с помощью макропористой адсорбционной смолы и гидролизовал их с помощью 10% KOH, чтобы получить сырую шафрановую кислоту. Фанг и др. извлекли желтый пигмент из гардении и гидролизовали его раствором 10% KOH для получения сырого экстракта шафрановой кислоты. Для получения высокочистой шафрановой кислоты обычно требуются дополнительные сложные процессы очистки, такие как колоночная хроматография или перекристаллизация. Однако из-за сложности растворения шафрановой кислоты в воде и ее плохой растворимости в общих органических реагентах, таких как этанол и метанол, фактический процесс очистки часто требует использования органических реагентов, таких как пиридин и ДМФ, что затрудняет предотвращение образования органических остатков; в то же время использование большого количества органических реагентов может привести к серьезному загрязнению окружающей среды. Существующий процесс подготовки имеет сложные операционные шаги и длительные циклы подготовки, что затрудняет промышленное производство высокочистой шафрановой кислоты.

В данном исследовании был разработан ортогональный эксперимент для систематического изучения условий процесса щелочного гидролиза. Содержание и выход кроцетиновой кислоты были использованы в качестве показателей оценки для оптимизации процесса щелочного гидролиза желтого пигмента гардении с помощью ортогонального дизайна. В то же время метод обработки желтого пигмента гардении после щелочного гидролиза был усовершенствован для получения высокого выхода, высокой чистоты и метода подготовки с меньшим количеством этапов и без остаточных органических растворителей. Это дает основание для выделения и промышленного производства кроцетиновой кислоты из гардении и способствует широкому развитию и применению кроцетиновой кислоты в пищевой промышленности и медицине.

Исследовательская группа быстро выделила и обогатила высокочистый желтый пигмент из гардении с помощью полиамидной колоночной хроматографии на ранней стадии. Пик поглощения при 440 нм был обнаружен методом ВЭЖХ, и было установлено, что его основными компонентами являются кроцин-1 и кроцин-2. Исходя из этого, желтый пигмент гардении был использован в качестве сырья для получения кроцетиновой кислоты.

В настоящее время методы получения шафрановой кислоты в основном используют щелочной гидролиз для гидролиза гликозидов шафрана в гардении в шафрановую кислоту, а последующая очистка шафрановой кислоты обычно использует колоночную хроматографию или методы перекристаллизации. Однако из-за нерастворимых физических свойств кроцетина процесс получения с помощью колоночной хроматографии или перекристаллизации не только громоздок, занимает много времени, потребляет большое количество реагентов и серьезно загрязняет окружающую среду, но и трудно избежать органических остатков при использовании органических реагентов, таких как DMF.

В данном исследовании изучен и оптимизирован процесс получения кроцетиновой кислоты с использованием различных методов обработки гидролизованного реакционного раствора. После оптимизации процесс был упрощен, и высокочистая кроцетиновая кислота была получена за один этап из желтого пигмента гардении, что позволило избежать утомительных процессов очистки, таких как разделение колонок или перекристаллизация, избежать потребления органических реагентов и проблемы остаточных реагентов в процессе. Процесс получения был экологически чистым и не загрязнял окружающую среду, а содержание кроцетиновой кислоты достигало более 95%. В то же время, чтобы улучшить выход шафрановой кислоты, был исследован процесс щелочного гидролиза желтого пигмента гардении на основе оптимизации процесса. Однофакторное исследование проводилось путем выбора соотношения материала и жидкости, концентрации NaOH, температуры гидролиза и времени гидролиза. По результатам исследования были поставлены ортогональные эксперименты и определены оптимальные условия щелочного гидролиза с использованием содержания и выхода в качестве оценочных показателей.

В данном эксперименте оптимизирован маршрут получения шафрановой кислоты из желтого пигмента гардении, а также проведены однофакторные и ортогональные эксперименты по оптимизации оптимальных условий щелочного гидролиза. Получен быстрый, высокопроизводительный и высокочистый метод получения шафрановой кислоты. По сравнению с общепринятыми методами он не требует последующей очистки, не использует органические растворители, экономит время и затраты на производство и имеет хорошее справочное значение для извлечения и получения шафрановой кислоты из гардении.