CN103525883B - 一种制备高色价栀子蓝色素的方法 - Google Patents
一种制备高色价栀子蓝色素的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种制备高色价栀子蓝色素的方法。本发明的目的是提供一种充分利用栀子黄废液中的大量栀子苷,制备高色价栀子蓝色素的方法,该制备方法所得到栀子蓝色素具有色价高、品质佳、纯度高,并且环保绿色等特点。一种制备高色价栀子蓝色素的方法,它包括以下步骤:(1)栀子苷酶水解:以β-葡萄糖苷酶为水解酶,对栀子黄废液进行酶水解;(2)栀子苷水解液的转蓝:对步骤(1)所得到的栀子苷水解液中,加入氨基酸反应;(3)栀子蓝色素的超滤分离:使用超滤膜,对步骤(2)转蓝后的溶液进行超滤;(4)栀子蓝色素的萃取纯化:将步骤(3)所得到的截留液干燥,然后继续甲醇或乙醇混合进行萃取,得到高色价的栀子蓝色素。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备高色价栀子蓝色素的方法。
背景技术
栀子蓝色素是一种水溶性的天然色素,水溶液呈明亮纯正的蓝色,干燥粉末呈蓝黑色,无毒,无异味,极易溶于水,着色力强、性能稳定,我国已于1989年将其列入许可使用的食品添加剂新品种中,正逐渐代替合成色素靛蓝和亮蓝,应用于食品、医药及化妆品等行业中。栀子蓝色素的制备多采用栀子苷经微生物发酵法或β-葡萄糖苷酶水解转化。栀子蓝色素的分离纯化方法主要有大孔吸附树脂法和膜分离法。若单纯采用大孔吸附树脂法和膜分离法,得到的栀子蓝色素通常杂质含量较高、色价较低、品质较差。
在工业上,分离纯化栀子黄色素的过程中会产生大量的栀子黄废液,主要包括大孔树脂漏出液、水洗液及超滤膜的透过液,这些栀子黄废液中的主要成分是栀子苷,但大孔树脂漏出液及水洗液中同时也存在多糖、蛋白质、胶质等大分子粘性物质。工业上通常将该废液弃之,如此不仅浪费有用的资源,而且会造成环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充分利用栀子黄废液中的大量栀子苷,以栀子苷为底物制备高色价栀子蓝色素的方法,该制备方法所得到栀子蓝色素具有色价高、品质佳、纯度高,并且环保绿色等特点。
本发明的目的通过如下技术方案实现:一种制备高色价栀子蓝色素的方法,它包括以下步骤:
(1)栀子苷酶水解:以β-葡萄糖苷酶为水解酶,对栀子黄废液进行酶水解,得到栀子苷水解液,其中,所述栀子黄废液的水解温度为55℃,水解时间为60min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为360U/g,所述栀子黄废液中栀子苷的浓度为10-12mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4.5-5;
(2)栀子苷水解液的转蓝:对步骤(1)所得到的栀子苷水解液中,加入氨基酸,使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液,其中,氨基酸的用量为每克已水解栀子苷添加20g,反应温度为100℃,反应时间为20min;
(3)栀子蓝色素的超滤分离:使用膜通量为6-8K道尔顿超滤膜,对步骤(2)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤,以滤去溶液中残留的栀子苷,其中,过滤压差为0.06-0.08MPa,温度为室温15-25℃,洗滤次数为2次,分离后分别收集截留液和透过液;
(4)栀子蓝色素的萃取纯化:将步骤(3)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干,得到栀子蓝色素粉末,将此栀子蓝色素粉末继续与90%-95%的甲醇或乙醇按固液比1:30-40,在水浴中磁力搅拌下萃取1h,萃取温度为50-60℃,萃取次数为2次,得到高色价的栀子蓝色素。
所述步骤(1)的栀子苷酶水解后,还对栀子苷水解液进行水解酶的回收:对栀子苷水解液,在压差为0.03MPa条件下,使用6~10K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为2次,回收水解液中的β-葡萄糖苷酶。
进一步地,所述步骤(1)还对栀子黄废液中的栀子苷进行粗分离:采用超滤法粗分离栀子苷,在压差为0.03-0.1MPa,使用6~80K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为1-4次,得到除去大分子杂质后的栀子黄废液;
栀子黄废液,主要包括大孔树脂漏出液、水洗液及超滤膜的透过液,这些栀子黄废液中的主要成分是栀子苷,但大孔树脂漏出液及水洗液中同时也存在多糖、蛋白质、胶质等大分子粘性物质,这些大分子粘性物质若不事先除去,将不利于后续栀子苷的水解及转蓝反应。
优选地,所述栀子苷粗分离中的压差为0.05-0.08MPa,超滤膜为20~50K的道尔顿超滤膜,洗滤次数为2-3次。
进一步地,步骤(2)中所述的氨基酸为甘氨酸;所述超滤膜为中空纤维超滤膜。
较之现有技术而言,本发明的优点在于:
1、本专利申请的出发点在于:以栀子为出发物料,可以制备出栀子黄、蓝、红三种优质天然色素,广泛用于食品添加剂、化妆品等行业,应用前景十分广阔。目前,在制备栀子黄色素的过程中会产生大量的栀子黄废液(其主要成分是栀子苷),而栀子苷是制备栀子蓝色素的出发物料,利用栀子黄废液来制备栀子蓝色素,可以变废为宝,综合利用、减少环境污染。
2、栀子苷是小分子物质,而栀子黄废液中含有的杂质,如多糖、蛋白质、果胶等均为大分子物质,利用超滤法对栀子黄废液进行初分离,可以除去绝大多数的大分子杂质,从而极大提高栀子苷酶水解后得到的中间产物栀子苷的得率。
3、栀子蓝色素采用超滤分离的优点在于:经栀子苷水解液的转蓝后得到的水解液中还含有少量的栀子苷,根据栀子苷是小分子物质,而栀子蓝色素是聚合物,为大分子物质,采用超滤法可以将其分开。
4、栀子蓝色素采用甲醇或乙醇萃取纯化的优点在于:栀子蓝色素粉末中还含有极少量的栀子苷、少量的栀子黄和绿原酸等水溶性杂质,而它们不溶于高浓度的甲醇或乙醇,因此,采用溶剂萃取可以纯化栀子蓝色素。
5、超滤法和溶剂萃取法联用得到高色价、品质佳的栀子蓝色素的工艺简单,对设备要求不高,投资成本低,经济效益高。
具体实施方式
一种制备高色价栀子蓝色素的方法,它包括以下步骤:
(1)栀子苷酶水解:以β-葡萄糖苷酶为水解酶,对栀子黄废液进行酶水解,得到栀子苷水解液,其中,所述栀子黄废液的水解温度为45-60℃,水解时间为40-120min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为200-500U/g,所述栀子黄废液中栀子苷的浓度为5-15mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4-6;
(2)栀子苷水解液的转蓝:对步骤(1)所得到的栀子苷水解液中,加入氨基酸,使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液,其中,氨基酸的用量为10-30g/g已水解栀子苷,反应温度为60-100℃,反应时间为10-30min;
(3)栀子蓝色素的超滤分离:使用膜通量为3-80K道尔顿超滤膜,对步骤(2)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤,以滤去溶液中残留的栀子苷,其中,过滤压差为0.02-0.10MPa,温度为室温15-45℃,洗滤次数为1-4次,分离后分别收集截留液和透过液;
(4)栀子蓝色素的萃取纯化:将步骤(3)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干,得到栀子蓝色素粉末,将此栀子蓝色素粉末继续与80%-100%的甲醇或乙醇按固液比1:10-50,在水浴中磁力搅拌下萃取0.5-4h,萃取温度为30-70℃,萃取次数为1-3次,得到高色价的栀子蓝色素。
下面结合具体实施例对本发明内容进一步详细说明:
实施例1
一种制备高色价栀子蓝色素的方法,它包括以下步骤:
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离:采用超滤法粗分离栀子苷,在压差为0.03MPa,使用35K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为4次,得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液;
(2)栀子苷酶水解:以β-葡萄糖苷酶为水解酶,对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解,得到栀子苷水解液,其中,所述栀子苷溶液的水解温度为60℃,水解时间为80min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为360U/g,所述栀子苷溶液的浓度为15mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4;
(3)水解酶的回收:对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液,在压差为0.04MPa条件下,使用6K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为3次,回收水解液中的β-葡萄糖苷酶;
(4)栀子苷水解液的转蓝:在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中,加入甘氨酸,使甘氨酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液,其中,甘氨酸的用量为25g/g已水解栀子苷,反应温度为100℃,反应时间为20min;
(5)栀子蓝色素的超滤分离:使用膜通量为80K道尔顿超滤膜,对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤,以滤去溶液中残留的栀子苷,其中,过滤压差为0.02MPa,温度为室温45℃,洗滤次数为2次,分离后分别收集截留液和透过液;
(6)栀子蓝色素的萃取纯化:将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干,得到栀子蓝色素粉末,将此栀子蓝色素粉末继续与100%的甲醇或乙醇按固液比1:10,在水浴中磁力搅拌下萃取2h,萃取温度为60℃,萃取次数为2次,得到高色价的栀子蓝色素。
实施例2
一种制备高色价栀子蓝色素的方法,它包括以下步骤:
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离:采用超滤法粗分离栀子苷,在压差为0.06MPa,使用50K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为2次,得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液;
(2)栀子苷酶水解:以β-葡萄糖苷酶为水解酶,对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解,得到栀子苷水解液,其中,所述栀子苷溶液的水解温度为55℃,水解时间为60min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为300U/g,所述栀子苷溶液的浓度为12mg/mL,栀子苷溶液的PH值为5;
(3)水解酶的回收:对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液,在压差为0.03MPa条件下,使用10K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为2次,回收水解液中的β-葡萄糖苷酶;
(4)栀子苷水解液的转蓝:在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中,加入甘氨酸,使甘氨酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液,其中,甘氨酸的用量为20g/g已水解栀子苷,反应温度为100℃,反应时间为20min;
(5)栀子蓝色素的超滤分离:使用膜通量为6K道尔顿超滤膜,对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤,以滤去溶液中残留的栀子苷,其中,过滤压差为0.06MPa,温度为室温20℃,洗滤次数为2次,分离后分别收集截留液和透过液;
(6)栀子蓝色素的萃取纯化:将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干,得到栀子蓝色素粉末,将此栀子蓝色素粉末继续与95%的甲醇或乙醇按固液比1:30,在水浴中磁力搅拌下萃取1h,萃取温度为50℃,萃取次数为2次,得到高色价的栀子蓝色素。
实施例3
一种制备高色价栀子蓝色素的方法,它包括以下步骤:
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离:采用超滤法粗分离栀子苷,在压差为0.08MPa,使用20K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为1次,得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液;
(2)栀子苷酶水解:以β-葡萄糖苷酶为水解酶,对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解,得到栀子苷水解液,其中,所述栀子苷溶液的水解温度为45℃,水解时间为120min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为500U/g,所述栀子苷溶液的浓度为5mg/mL,栀子苷溶液的PH值为6;
(3)水解酶的回收:对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液,在压差为0.01MPa条件下,使用50K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为3次,回收水解液中的β-葡萄糖苷酶;
(4)栀子苷水解液的转蓝:在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中,加入氨基酸(谷氨酸、赖氨酸、酪氨酸或甲硫氨酸),使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液,其中,氨基酸的用量为10g/g已水解栀子苷,反应温度为90℃,反应时间为30min;
(5)栀子蓝色素的超滤分离:使用膜通量为20K道尔顿的中空纤维超滤膜,对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤,以滤去溶液中残留的栀子苷,其中,过滤压差为0.10MPa,温度为室温15℃,洗滤次数为4次,分离后分别收集截留液和透过液;
(6)栀子蓝色素的萃取纯化:将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干,得到栀子蓝色素粉末,将此栀子蓝色素粉末继续与80%的甲醇或乙醇按固液比1:40,在水浴中磁力搅拌下萃取0.5h,萃取温度为70℃,萃取次数为1次,得到高色价的栀子蓝色素。
实施例4
一种制备高色价栀子蓝色素的方法,它包括以下步骤:
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离:采用超滤法粗分离栀子苷,在压差为0.05MPa,使用80K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为2次,得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液;
(2)栀子苷酶水解:以β-葡萄糖苷酶为水解酶,对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解,得到栀子苷水解液,其中,所述栀子苷溶液的水解温度为55℃,水解时间为50min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为200U/g,所述栀子苷溶液的浓度为11mg/mL,栀子苷溶液的PH值为5;
(3)水解酶的回收:对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液,在压差为0.05MPa条件下,使用8K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为1次,回收水解液中的β-葡萄糖苷酶;
(4)栀子苷水解液的转蓝:在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中,加入氨基酸(组氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸或甘氨酸),使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液,其中,氨基酸的用量为30g/g已水解栀子苷,反应温度为60℃,反应时间为15min;
(5)栀子蓝色素的超滤分离:使用膜通量为3K道尔顿的中空纤维超滤膜,对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤,以滤去溶液中残留的栀子苷,其中,过滤压差为0.08MPa,温度为室温25℃,洗滤次数为1次,分离后分别收集截留液和透过液;
(6)栀子蓝色素的萃取纯化:将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干,得到栀子蓝色素粉末,将此栀子蓝色素粉末继续与90%的甲醇或乙醇按固液比1:50,在水浴中磁力搅拌下萃取1h,萃取温度为50℃,萃取次数为3次,得到高色价的栀子蓝色素。
实施例5
一种制备高色价栀子蓝色素的方法,它包括以下步骤:
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离:采用超滤法粗分离栀子苷,在压差为0.10MPa,使用6K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为3次,得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液;
(2)栀子苷酶水解:以β-葡萄糖苷酶为水解酶,对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解,得到栀子苷水解液,其中,所述栀子苷溶液的水解温度为50℃,水解时间为40min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为420U/g,所述栀子苷溶液的浓度为10mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4.5;
(3)水解酶的回收:对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液,在压差为0.02MPa条件下,使用20K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为2次,回收水解液中的β-葡萄糖苷酶;
(4)栀子苷水解液的转蓝:在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中,加入氨基酸(酪氨酸、甲硫氨酸、组氨酸或甘氨酸),使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液,其中,氨基酸的用量为15g/g已水解栀子苷,反应温度为80℃,反应时间为10min;
(5)栀子蓝色素的超滤分离:使用膜通量为8K道尔顿的中空纤维超滤膜,对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤,以滤去溶液中残留的栀子苷,其中,过滤压差为0.08MPa,温度为室温30℃,洗滤次数为3次,分离后分别收集截留液和透过液;
(6)栀子蓝色素的萃取纯化:将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干,得到栀子蓝色素粉末,将此栀子蓝色素粉末继续与90%的甲醇或乙醇按固液比1:40,在水浴中磁力搅拌下萃取4h,萃取温度为30℃,萃取次数为3次,得到高色价的栀子蓝色素。
上述5个实施所制得的栀子蓝色素,经检测,其色价值高达202-230,相比现有市场销售的栀子蓝色素所测得的色价值(约150左右)高出不少。
Claims (4)
1.一种制备高色价栀子蓝色素的方法,它包括以下步骤:
(1)栀子苷酶水解:以β-葡萄糖苷酶为水解酶,对栀子黄废液进行酶水解,得到栀子苷水解液,其中,所述栀子黄废液的水解温度为55℃,水解时间为60min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为360U/g,所述栀子黄废液中栀子苷的浓度为10-12mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4.5-5;
(2)栀子苷水解液的转蓝:对步骤(1)所得到的栀子苷水解液中,加入氨基酸,使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液,其中,氨基酸的用量为每克已水解栀子苷添加20g,反应温度为100℃,反应时间为20min;
(3)栀子蓝色素的超滤分离:使用膜通量为6-8K道尔顿超滤膜,对步骤(2)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤,以滤去溶液中残留的栀子苷,其中,过滤压差为0.06-0.08MPa,温度为室温15-25℃,洗滤次数为2次,分离后分别收集截留液和透过液;
(4)栀子蓝色素的萃取纯化:将步骤(3)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干,得到栀子蓝色素粉末,将此栀子蓝色素粉末继续与90%-95%的甲醇或乙醇按固液比1:30-40,在水浴中磁力搅拌下萃取1h,萃取温度为50-60℃,萃取次数为2次,得到高色价的栀子蓝色素;
所述步骤(1)的栀子苷酶水解后,还对栀子苷水解液进行水解酶的回收:对栀子苷水解液,在压差为0.03MPa条件下,使用6~10K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为2次,回收水解液中的β-葡萄糖苷酶。
2.根据权利要求1所述的制备高色价栀子蓝色素的方法,其特征在于:所述步骤(1)还对栀子黄废液中的栀子苷进行粗分离:采用超滤法粗分离栀子苷,在压差为0.03-0.1MPa,使用6~80K的道尔顿超滤膜进行过滤,洗滤次数为1-4次,得到除去大分子杂质后的栀子黄废液。
3.根据权利要求2所述的制备高色价栀子蓝色素的方法,其特征在于:所述栀子苷粗分离中的压差为0.05-0.08MPa,超滤膜为20~50K的道尔顿超滤膜,洗滤次数为2-3次。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备高色价栀子蓝色素的方法,其特征在于:所述超滤膜为中空纤维超滤膜;所述步骤(2)中所述的氨基酸为甘氨酸。
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