李雪芳 黄纪念 张丽霞 宋国辉 艾志录

（河南农业大学食品科学技术学院1，郑州 450002）（河南省农科院农副产品加工研究所2，郑州 450002）

反应介质对芝麻林素转化生成芝麻素酚的影响

李雪芳1，2黄纪念2张丽霞2宋国辉2艾志录1

（河南农业大学食品科学技术学院1，郑州 450002）（河南省农科院农副产品加工研究所2，郑州 450002）

以干燥的甲苯、石油醚、丙酮为反应介质，研究不同反应介质对磷钨酸催化芝麻林素转化生成芝麻素酚的影响。在反应温度55℃，反应底物浓度3 mmol／L，催化剂用量0.5 g／L的条件下，分别在不同时间取样并利用HPLC分析芝麻素酚的生成率和反应进程，结果表明：在研究时间内，不同介质中芝麻素酚生成率依次为石油醚（26.3%）＞丙酮（18.4%）＞甲苯（15.2%），且石油醚为介质的反应中生成的副产物少，因此选择石油醚作反应介质，并在下一步研究中优化反应条件，以期提高芝麻素酚的生成率。

反应介质 磷钨酸 芝麻林素 芝麻素酚 转化反应

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］，其结构如图1所示。芝麻中木脂素质量分数为0.5%～1%，芝麻林素在芝麻木脂素中的含量居于第2位，约占芝麻的0.1%～0.3%，仅次于质量分数为0.2%～0.5%的芝麻素，其余几种含量极微［3］。芝麻木脂素在生物体内具有稳定血压、降血糖、降血脂，保护肝脏、抗菌防腐和抗癌抑瘤等多种生物活性，具有重要的营养价值和药理作用，更为可贵的是它是一类天然绿色的抗氧化剂，符合人们对安全无毒高效的迫切要求［4－6］。

图1 主要芝麻木脂素结构

近些年研究发现，含有游离酚羟基的芝麻素酚具有极高的热稳定性、突出的抗氧化能力［7－9］和独特的体内活性，在180℃加热6 h仍然保留40.5%的含量［10－11］，能抑制ADF－Fe3＋／NADPH所诱导的肝脏微粒体的过氧化反应［12］，可以抑制脂质过氧反应，可以抑制Cu2＋所诱导的低密度脂蛋白胆固醇（LDL）的过氧化反应，有很强的清除自由基的能力，可以结合O2

－·从而起到抗氧化的作用，还与维生素E有协同作用［13－15］。在酸性条件下，芝麻林素易发生分解反应和傅克－烷基化反应，生成芝麻酚和芝麻素酚［16－19］，芝麻酚在高温下不稳定，在180℃加热4 h完全被破坏［11］，芝麻林素反应示意图，见图2。芝麻林素转化生成芝麻素酚的条件不但需要酸性催化剂，在无水、无活泼氢条件下更适于反应的发生［18］。磷钨酸是一种具有高选择性、低温活性和对设备腐蚀小等优点的“绿色催化剂”，在烷基化重排反应中应用广泛［20－21］。

图2 芝麻林素反应示意图

本试验选用甲苯、石油醚和丙酮作为反应介质，以固体强酸磷钨酸作为酸性催化剂，探讨不同反应介质对磷钨酸催化芝麻林素转化生成芝麻素酚的影响，旨在为天然抗氧化剂的开发提供试验数据。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

芝麻素标准品（纯度98%）：中国药品生物制品检定所；芝麻酚标准品（纯度98%）：Alfa Aesar公司；芝麻林素和芝麻素酚标准品（纯度分别为97.08%和97.46%，IR、MS、NMR对其进行了确证）、芝麻林素底物（纯度96.07%，其余为芝麻素）：自制；色谱纯甲醇：美国迪马公司；磷钨酸（分析纯，使用前200℃活化3 h）：国药集团化学试剂有限公司；4A分子筛（分析纯，使用前550℃活化6 h）：国药集团化学试剂有限公司；甲苯、石油醚（90～120℃）、丙酮均为分析纯，使用前用活化的分子筛处理48 h以上。

1.2 主要仪器

ULtimate3000高效液相色谱仪（HPLC）、XBPODS－C18色谱柱（25 mm×4.6 mm，5μm）：美国戴安公司；DF－101s集热式恒温加热磁力搅拌器：巩义市予华仪器有限公司；TM－0910P陶瓷纤维马弗炉：北京盈安美诚科学仪器有限公司；MTN－2800D氮吹浓缩装置：天津奥特赛恩斯仪器有限公司；KS－600E I型超声波清洗机：宁波海曙科生超声设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 芝麻木脂素含量的检测

采用HPLC方法检测各木脂素含量［22］：色谱柱C18（5μm，4.6 mm×250 mm），流动相甲醇－水（60∶40），流速1.0mL／min，柱温30℃，芝麻素、芝麻林素、芝麻酚及芝麻素酚的检测波长分别为287、 287、295、295 nm。

绘制标准曲线：分别准确称取芝麻素、芝麻林素、芝麻酚、芝麻素酚的标准品5.00mg于100 mL容量中，丙酮定容至刻度，混匀，配成50μg／mL的母液。分别取0.2、0.5、1、2、4、8、12、16、20μL定容至10 mL，摇匀，微孔滤膜过滤后进样。以进样质量（μg）为横坐标，峰面积（mAU×min）为纵坐标，绘制标准曲线。

1.3.2 磷钨酸催化芝麻林素转化芝麻素酚的反应

参照本研究室之前方法［18］，取反应介质5 mL于25 mL三颈瓶中，置于55℃水浴上，加入0.015 mmol芝麻林素搅拌均匀，迅速加入磷钨酸0.25mg，开始计时，分别在不同时刻取样，氮吹仪挥发干溶剂，于低温保存，进样前用丙酮溶解进样。

按照1.3.1的色谱条件检测不同时刻反应液中四种木脂素的含量，其中在295 nm左右有最大吸收且出峰时间在芝麻素酚附近的物质视为芝麻素酚异构体，在287 nm左右有最大吸收且出峰时间在芝麻林素附近的物质视为芝麻林素异构体，并将各物质的异构体含量计入该物质总量［18］，以芝麻素酚的生成率作为该反应的评价指标。本文中芝麻木脂素浓度计算公式见式（1）；芝麻素酚生成率见式（2）。

式中：c为反应液中各木脂素浓度／mmol／L；m为根据HPLC标准曲线计算出的各木脂素的进样质量／μg；M为各木脂素的摩尔质量／g／mol；20为HPLC检测时注入检测器的进样体积／μL；50为不同时刻取出的反应液体积／μL；1 000为溶解反应液挥发溶剂后木脂素的丙酮体积／μL；103为换算系数，1 mol／L＝103mmol／L。

式中：ηsesaminol酚为芝麻素酚的生成率／%；csesaminol为反应液中芝麻素酚浓度／mmol／L；c′sesamolin为反应中芝麻林素初始浓度，即反应中理论生成芝麻素酚的最大浓度／mmol／L。

2 结果与讨论

2.1 芝麻木脂素标准曲线的绘制

芝麻木脂素在高效液相色谱中的出峰时间不同，芝麻素、芝麻林素、芝麻素酚、芝麻酚标准品的HPLC图如图3。

图3 四种木脂素标准品HPLC图

4种木脂素的标准曲线分别为：

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 不同反应介质对芝麻素酚生成的影响

2.2.1 甲苯作介质对芝麻素酚生成的影响

以甲苯为反应介质，研究其对芝麻林素转化为芝麻素酚的影响，各木脂素含量的变化见图4，以及在芝麻素酚含量达最大值时反应液的HPLC图见图5。

图4 甲苯为反应介质不同时刻各木脂素的含量变化

图5 甲苯为反应介质时反应液的HPLC图

从图4中各木脂素含量变化来看：芝麻素含量变化差别不显著（P＞0.05），可能是因为芝麻素具有较好的稳定性［23］，在甲苯为介质的酸催化反应中并未生成其它新物质。芝麻林素先减少再增加，最后趋于平缓；芝麻酚和芝麻素酚的含量变化趋势较一致，都是先增加再减少，最后变化趋于平缓，而刚好与芝麻林素的含量变化趋势相反；推断该反应为可逆反应，并且可以推断芝麻林素是芝麻酚和芝麻素酚的前体物质，在酸性条件下芝麻林素裂解，一部分裂解为芝麻酚，一部分发生烷基化分子重排反应转化为芝麻素酚，此现象与文献报道一致［1，19］。在8 min时芝麻素酚含量达最大值0.455 8 mmol／L，此时芝麻素酚的生成率约为15.2%。

从图5可以看到，芝麻林素和芝麻素酚各出现一种异构体，还出现一个未知物，共出现7个峰。

2.2.2 石油醚作介质对芝麻素酚生成的影响

以石油醚作为反应介质，研究其对芝麻林素转化为芝麻素酚的影响，各木脂素含量的变化见图6，以及芝麻素酚含量达最大值时反应液的HPLC图见图7。

图6 石油醚为反应介质不同时刻各木脂素的含量变化

图7 石油醚为反应介质时反应液的HPLC图

在该组反应中，与甲苯介质中反应类似，芝麻素含量变化差别不显著（P＞0.05）；芝麻林素的含量起初缓慢减少，60 min后其含量减少较快，同样，芝麻酚和芝麻素酚含量在开始时变化较平缓，60 min后增加较快，推断在60 min后较多的芝麻林素裂解为芝麻酚和芝麻素酚的前体物质，部分芝麻素酚的前体物质在酸的作用下，发生分子重排生成芝麻素酚；在120 min时，芝麻素酚浓度达到最大为0.787 9 mmol／L，此时芝麻素酚的生成率约为26.3%。

从图7看出，芝麻林素和芝麻素酚各出现一个同分异构体，共出现7个峰。

2.2.3 丙酮作介质对芝麻素酚生成的影响

以丙酮作为反应介质，研究其对芝麻林素转化为芝麻素酚的影响，各木脂素含量的变化见图8，及芝麻素酚含量达最大值时反应液的HPLC图见图9。

图8 丙酮为反应介质不同时刻各木脂素的含量变化

图9 丙酮为反应介质时反应液的HPLC图

丙酮作反应介质的反应中，芝麻素含量变化差别不显著（P＞0.05），在2 min内芝麻林素含量骤减，90 min后含量增加，推断该反应为可逆反应；整个反应过程中，可以明显看出芝麻酚含量较高，而芝麻素酚含量较低，但成逐渐增加趋势，推断在该介质中芝麻林素裂解后更易于生成芝麻酚，在150 min芝麻素酚的量最大达到0.646 0 mmol／L，此时芝麻林素转化为芝麻素酚的转化率约为18.4%。

从图9可以看出，该反应中副产物较多，出峰个数为8个，可能会给后期芝麻素酚的分离纯化带来一定的难题。

3 结论

在芝麻林素浓度3 mmol／L，磷钨酸添加量0.5 g／L，反应温度55℃的相同条件下，以3种不同溶剂作反应介质，通过分析3种反应介质对磷钨酸催化芝麻林素转化生成芝麻素酚的影响，得出结论：1）甲苯作反应介质时，该反应出现的木脂素异构体和副产物较少，芝麻素酚的生成率为15.2%；2）石油醚作反应介质时，该反应出现的木脂素异构体和副产物较少，芝麻素酚的生成率为26.3%；3）丙酮作反应介质时，芝麻素酚的生成率为18.4%，该反应出现的副产物较多，可能会导致芝麻素酚难以分离纯化。

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；丙酮为介质时，其芝麻素酚的生成率低于石油醚，且反应中出现较多副产物。综合考虑，可选用石油醚作反应介质，并在下一步研究中优化其他反应条件，以期提高芝麻素酚的生成率，为开发高性能的天然抗氧化剂提供参考与技术支持。

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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

国家自然科学基金（31201383），河南省财政支持粮油深加工项目（豫财贸［2012］183号），河南省农业科学院优秀青年科技基金（2013YQ26）

2013－12－07

李雪芳，女，1988年出生，硕士，油脂副产物综合利用

艾志录，男，1965年出生，教授，农产品资源开发与功能性食品