CN103319389A - 一种由万寿菊浸膏制备食品级叶黄素晶体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由万寿菊浸膏制备食品级叶黄素晶体的方法，将万寿菊浸膏在食品级低级醇溶剂中加入固体碱进行皂化反应，稀释之后降温结晶、调pH值后过滤、再加入醇水溶液洗涤、加入少量抗氧化剂烘干后得到叶黄素晶体粉末。本发明工艺过程简单、使用溶剂经蒸馏后可循环使用，处理成本低、易于进行工业化生产，克服了目前叶黄素制备方法中成本高、步骤复杂、耗时长、使用有害有机溶剂及酸性条件和高温下反应造成叶黄素酯不稳定的缺点。制备叶黄素晶体的折纯收率＞85%，纯度达80-90%。本发明的方法制备的叶黄素晶体粉末可进一步制成油悬液、微囊粉应用于食品添加剂、膳食补充剂、功能食品等领域。

Description

一种由万寿菊浸膏制备食品级叶黄素晶体的方法

技术领域

本发明涉及天然色素的生产技术研究领域，尤其涉及由万寿菊浸膏制备高收率食品级叶黄素晶体的方法。

背景技术

叶黄素广泛存在于人及自然界动、植物体内，人类和动物不能自身合成，植物体内合成的叶黄素主要以脂肪酸酯的形式存在。人类通过饮食，从水果、蔬菜中摄入叶黄素酯，在小肠中水解为叶黄素单体进入血液循环而积累到各器官发挥作用。研究表明叶黄素具有着色、抗氧化、眼保护、抗心血管疾病和癌症等多种功能，被广泛应用于食品、医药、眼保健品、化妆品及养殖业等领域。近几年，叶黄素产品的市场快速增长，BCC的研究报告指出，其在2010年的市场规模约为3亿美金。

叶黄素单体主要是以万寿菊浸膏为原料，利用皂化、重结晶的方法生产。但很多生产方法中用到的溶剂种类较多，溶剂交叉造成溶剂回收成本高，重复利用难度大。重结晶过程中会用到一些有害有机溶剂如正己烷、二氯甲烷等，处理不当会造成有害溶剂残留，危害健康，且重结晶方法使用溶剂量大、能耗高，耗时长。

冯秦升等申请专利CN101130512中，采用乙醇与四氢呋喃混合液中加入氢氧化钾水溶液皂化万寿菊浸膏，加水结晶后得到叶黄素粗品，再用丙酮洗涤，乙醇淋洗得到叶黄素晶体产品。工艺中所用有机溶剂种类多，工艺复杂。

卢国定等专利CN101429146中，采用乙醇、氢氧化钠体系进行万寿菊浸膏的皂化，加水后得到粗晶体，用卤代烷烃重结晶，再加入乙醇高真空蒸馏去除卤代烷烃，得到纯度90%的叶黄素晶体。此工艺需进行重结晶操作，使用有害卤代烷烃溶剂，且耗时长。

薛建铎申请专利CN101693681A中，使用氢氧化钾、乙醇和丙二醇体系进行万寿菊浸膏的皂化，加水稀释后，离心分离后干燥获得叶黄素晶体产品。此工艺耗时长，因产品中含水量高，仅真空干燥就需24小时，且丙二醇沸点高，不易脱除，会造成溶剂残留超标。

许新德等申请的专利CN1733719A中，公开了一种从植物油树脂中分离提纯高含量叶黄素晶体的方法，其过程中采用无水醇溶剂，经皂化、调pH、水洗、醇洗、烘干得到叶黄素晶体。工艺过程中容易产生大量醇水混合溶剂，处理成无水醇溶剂成本高；且反应液采用酸调pH至1-7，升温至40-85℃，而后又在50-75℃条件下析出晶体，而叶黄素分子中的多烯链很容易被光和热促成的氧化降解，同时在酸性环境下不稳定。

美国专利US6380442中，采用异丙醇、氢氧化钾体系进行万寿菊浸膏皂化，后加水稀释、离心、再经水洗得到UV含量95%的叶黄素晶体产品，但工艺的收率低，约7%。

美国专利US5382714中，以皂化后除去溶剂的万寿菊皂化物为原料，先经醇水混合液洗涤沉淀、蒸馏水洗、低温有机溶剂洗涤，烘干后再经二氯甲烷和正己烷低温重结晶，最终得到纯度高于90%的叶黄素晶体。此过程步骤多、需低温操作、使用食品限制级溶剂如二氯甲烷等，且需重结晶操作，耗时长。

美国专利US6380442B1中，先将万寿菊浸膏溶解于异丙醇中，然后加入碱水皂化，降至室温后加入水溶液析出晶体，然后回收晶体。整个过程相对简单，不使用有害溶剂。根据原料中色素含量可得到UV含量53-95%的叶黄素晶体。但是此过程产率低，使用总色素含量11%的原料，产率小于10%。

美国专利US6743953B2中，先将碱溶解在醇中，然后加入万寿菊浸膏中在相对高温下65-80℃皂化，然后蒸馏除去溶剂，加水稀释，然后用乙酸乙酯萃取，蒸馏除去乙酸乙酯得到粗产物，然后再经正己烷/丙酮及乙醇洗涤，烘干得到总色素含量高于85%的叶黄素晶体。此过程步骤太多、耗时长、需使用食品级限制溶剂，且产率也低于10%。

综上所述，目前多数用于制备叶黄素的方法中存在共同的问题为：(1)所使用的溶剂为纯的醇溶剂，(2)后期晶体干燥过程中温度较低。纯的溶剂在生产工艺过程中，必然会带入水而使其纯度降低，含水醇溶剂需要专门的精馏设备提纯为纯溶剂，需要消耗较大的热能，且效率较低。叶黄素晶体的干燥温度低会使生产效率降低，且长期处于烘干过程中会使色素产生降解。

发明内容

鉴于以上问题的深入研究，本发明提供一种由万寿菊浸膏制备食品级叶黄素晶体粉末的方法，以克服目前叶黄素制备方法中成本高、步骤复杂、耗时长、产品收率低等问题。本发明的方法工艺简单，绿色环保、含量高、收率高、所用溶剂经简单蒸馏可循环利用，处理成本低，适于大规模工业化生产。

为了实现本发明的目的，采用如下技术方案。

一种由万寿菊浸膏制备食品级叶黄素晶体粉末的方法，该方法包括如下步骤：

(1)万寿菊浸膏中加入食品级含水醇溶剂，搅拌均匀，加入氢氧化钠固体，在50-60℃下搅拌反应至皂化完全；

(2)步骤（1）的反应液加入水稀释后降温至30-50℃并保持10-30小时，析出结晶；

(3)步骤（2）的晶体溶液调pH至7-10，保温过滤，得到滤饼I；

(4)滤饼I用50-60℃乙醇水溶液洗涤后，保温过滤，得到滤饼Ⅱ；

(5)滤饼Ⅱ用95%乙醇洗涤后，过滤得到滤饼Ⅲ；

(6)滤饼Ⅲ中加入少量抗氧化剂，烘干得到叶黄素晶体粉末。

步骤（1）中，所述皂化反应为万寿菊浸膏中的叶黄素酯转化为叶黄素单体并将其游离在反应液中的过程，皂化反应是否完全可通过HPLC法检测反应液中叶黄素酯的面积归一化含量来监控。本发明中，步骤（1）所述的含水醇溶剂优选为含水量为5-6%的乙醇或含水量为12-14%的异丙醇；步骤（1）所述的含水醇溶剂用量优选为万寿菊浸膏质量的3-8倍，更优选4-6倍；氢氧化钠固体用量优选为万寿菊浸膏质量的15-40%，更优选20-35%。

步骤（2）中，加入水稀释的反应液在30-50℃下放置析晶过程中，反应液要缓慢搅拌，有利于促进晶体的析出并提高析出结晶的纯度。本发明中，步骤（2）中反应液加入水稀释至反应液中含水量在55-68%之间，优选55-65%。

步骤（3）中，将晶体溶液的pH值调节至7-10，中性或弱碱性条件，有效防止游离叶黄素晶体的降解，提高提纯效率。本发明中，晶体溶液的pH值优选调至7.5-9.0。

步骤（4）中，滤饼I用50-60℃乙醇水溶液洗涤，除掉脂肪酸钠皂等水溶性成分。本发明中，步骤（4）所述的乙醇水溶液中乙醇的体积百分比优选为40%-70%，更优选50-60%；所述乙醇水溶液用量优选为万寿菊浸膏质量的2-7倍，更优选3-5倍。

本发明中，步骤(5)所述的95%乙醇的用量优选为万寿菊浸膏质量的2-8倍，更优选3-6倍。

步骤（6）中，所述抗氧化剂种类以及加入量不予限定，可以使用本领域中常使用的可适于人类食用产品的抗氧化剂以及其常用的用量。本发明中，步骤(6)所述的烘干温度优选为50-90℃。

本发明所述的由万寿菊浸膏制备食品级叶黄素晶体粉末的方法，在万寿菊浸膏的皂化反应及后处理过程中，仅使用食品级含水醇溶剂，得到的产品中，无有害溶剂残留，可适于人类食用；使用后的溶剂经简单处理后可循环使用，避免现有技术中因溶剂的提纯带来的资源、热能上的消耗，大幅降低生产成本，有利于工业化生产。

本发明的方法中，万寿菊浸膏经皂化反应及其后的分离、纯化处理得到的叶黄素晶体（滤饼Ⅲ）采取高温烘干，在短时间内完成烘干，提高生产效率且保证晶体不降解，经烘干得到的叶黄素晶体粉末的含量均达到80-90%（UV检测含量），其中全反式叶黄素含量高于90%。

本发明的方法中，皂化反应中使用的碱为固体碱，工业化生产过程中可直接投加，操作方便。可避免使用碱水溶液在配制过程中引起的人员安全问题，及碱溶解过程中放热需降温而带来的能耗问题。

叶黄素分子中的多烯链很容易被光和热促成的氧化降解，同时在酸性环境下不稳定。在本发明中为了尽可能地降低叶黄素分子在操作过程中的降解，万寿菊浸膏在醇水体系中皂化（步骤（1））后，经降温析出结晶的结晶溶液（步骤（3））调整pH呈中性或弱碱性,防止游离叶黄素的降解，保证叶黄素的稳定性，提高提取效率。

在本发明所述制备方法的所有步骤中，含水溶剂或加水稀释过程中所述的水可以为去离子水也可以为普通自来水，优选使用自来水，以达到进一步降低生产成本的目的。

本发明的另一目的是提供由本发明的方法制备的叶黄素晶体粉末。经紫外-可见光分光光度计检测，该叶黄素晶体粉末中叶黄素含量高达80-90%，符合我国对叶黄素晶体粉末食品添加剂的纯度要求≥80%，且本发明中叶黄素晶体的折纯收率＞85%。本发明的叶黄素晶体粉末可进一步制成油悬液、微囊粉应用于食品添加剂、膳食补充剂、功能食品等领域。

本发明的有益效果：

①醇水体系皂化后，经降温析出结晶的结晶溶液调pH呈中性或弱碱性,防止游离叶黄素的降解，保证叶黄素的稳定性；

②采用温和的结晶条件使叶黄素折纯收率高达85%以上；

③制备过程中所有使用的溶剂经回收后可直接循环利用，不需进行纯化处理，大幅降低成本。

④制备过程中使用食品级醇溶剂，无有害溶剂残留，制备工艺绿色环保。

⑤制备工艺过程简单，不需进行重结晶操作，易于放大进行工业化生产。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

万寿菊浸膏中叶黄素含量的测定，具体方法参照中AOAC官方方法970.64记载的方法。

所述皂化反应为万寿菊浸膏中的叶黄素酯转化为叶黄素单体并将其游离在反应液中的过程，皂化反应是否完全可通过HPLC法检测反应液中叶黄素酯的面积归一化含量来监控，当检测含量为≤0.7%时认为皂化反应完全。

实施例1

20.0g万寿菊浸膏，其中叶黄素含量为156.29mg/g，加入体积为浸膏质量3倍的95%乙醇，搅拌均匀，再加入浸膏质量20%的氢氧化钠固体，50℃下反应6小时至皂化反应完全，加入100mL自来水稀释并降温至35℃，缓慢搅拌下结晶16小时，用冰醋酸调pH值至8-9后过滤，得滤饼Ⅰ；滤饼Ⅰ加入100mL50%乙醇水溶液于50℃下洗涤后过滤，得滤饼Ⅱ；滤饼Ⅱ再加入60mL95%乙醇洗涤后过滤，滤饼加入抗氧化剂后于60℃下烘干，得到叶黄素晶体粉末3.50g，其中叶黄素UV含量为83.27%，经HPLC检测，全反式叶黄素含量为92.45%，叶黄素折纯收率为86.20%。

实施例2

20.0g万寿菊浸膏，其中叶黄素含量为156.29mg/g，加入体积为浸膏质量5.5倍的88%异丙醇，搅拌均匀，再加入浸膏质量30%的氢氧化钠固体，50℃下反应3小时至皂化反应完全，加入105mL自来水稀释并降温至45℃，缓慢搅拌下结晶24小时，用冰醋酸调pH值至8-9后过滤，得滤饼Ⅰ；滤饼Ⅰ加入80mL60%异丙醇水溶液于50℃下洗涤后过滤，得滤饼Ⅱ；滤饼Ⅱ再加入40mL95%乙醇洗涤后过滤，滤饼加入抗氧化剂后于80℃下烘干。得到叶黄素晶体粉末3.65g，其中叶黄素UV含量为81.52%，经HPLC检测，全反式叶黄素含量为91.32%，叶黄素折纯收率为86.93%。

实施例3

20.0g万寿菊浸膏，其中叶黄素含量为153.55mg/g，加入体积为浸膏质量7倍的95%乙醇，搅拌均匀，再加入浸膏质量35%的氢氧化钠固体，50℃下反应5小时至皂化反应完全，加入170mL自来水稀释并降温至40℃，缓慢搅拌下结晶24小时，用冰醋酸调pH值至8-9后过滤，得滤饼Ⅰ；滤饼Ⅰ加入100mL60%乙醇水溶液于60℃下洗涤后过滤，得滤饼Ⅱ；滤饼Ⅱ再加入120mL95%乙醇洗涤后过滤，滤饼加入抗氧化剂后于50℃下烘干。得到叶黄素晶体粉末3.13g，其中叶黄素UV含量为90.20%，经HPLC检测，全反式叶黄素含量为92.75%，叶黄素折纯收率为85.27%。

实施例4

20.0g万寿菊浸膏，其中叶黄素含量为152.53mg/g，加入体积为浸膏质量6倍的95%乙醇，搅拌均匀，再加入浸膏质量25%的氢氧化钠固体，60℃下反应5小时至皂化反应完全，加入200mL自来水稀释并降温至50℃，缓慢搅拌下结晶24小时，用冰醋酸调pH值至8-9后过滤，得滤饼Ⅰ；滤饼Ⅰ加入140mL40%乙醇水溶液于50℃下洗涤后过滤，得滤饼Ⅱ；滤饼Ⅱ再加入160mL95%乙醇洗涤后过滤，滤饼加入抗氧化剂后于70℃下烘干。得到叶黄素晶体粉末3.34g，其中叶黄素UV含量为85.36%，经HPLC检测，全反式叶黄素含量为92.15%，叶黄素折纯收率为86.12%。

所有实施例中制备的叶黄素晶体粉末为橘黄色，晶体颗粒的95%以上可通过40目筛。

Claims (8)

1.一种由万寿菊浸膏制备食品级叶黄素晶体的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)万寿菊浸膏中加入食品级含水醇溶剂，搅拌均匀，加入氢氧化钠固体，在50-60℃下搅拌反应至皂化完全；

(2)步骤（1）的反应液加入水稀释后降温至30-50℃并保持10-30小时，析出结晶；

(3)步骤（2）的晶体溶液调pH至7-10，保温过滤，得到滤饼I；

(4)滤饼I用50-60℃乙醇水溶液洗涤后，保温过滤，得到滤饼Ⅱ；

(5)滤饼Ⅱ用95%乙醇洗涤后，过滤得到滤饼Ⅲ；

(6)滤饼Ⅲ中加入少量抗氧化剂，烘干得到叶黄素晶体粉末。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的含水醇溶剂为含水量为5-6%的乙醇或含水量为12-14%的异丙醇。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的含水醇溶剂用量为万寿菊浸膏质量的3-8倍；氢氧化钠固体用量为万寿菊浸膏质量的15-40%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述反应液加入水稀释至反应液中含水量在55-68%之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述的乙醇水溶液中乙醇的体积百分比为40%-70%，乙醇水溶液用量为万寿菊浸膏质量的2-7倍。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述的95%乙醇的用量为万寿菊浸膏质量的2-8倍。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)所述的烘干温度为50-90℃。

8.权利要求1-7的任一项所述的方法制备的叶黄素晶体粉末。