CN104513217A - 一种桑椹花青素提取工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及花青素的提取方法，属于天然物提取技术领域。本发明采用超声波辅助酶法提取→絮凝→超滤→大孔径树脂吸附→纳滤浓缩→喷雾干燥→高纯度花青素的工艺，与原有工艺比，改进了原有工艺不足，有效提高了产品的得率跟品质，大大减少了有机溶剂的使用和损耗，减少能耗，降低生产成本，工艺具有实用性和先进性，处于国内领先水平。
Description
技术领域
本发明涉及天然色素提取领域，尤其是涉及一种桑椹花青素的提取工艺。
背景技术
花青素一种水溶性植物色素，化学本质是多酚类物质，自从花青素能清除人体内自由基的作用被发现后，被越来越多的人所认识。目前花青素广泛地被用于药品、保健品、化妆品等领域。花青素价格昂贵，而且其价格随着纯度的提高而成倍数增长，因此开发出纯度高的花青素具有极大的市场价值。传统方法提取花青素不仅提取率低，纯度低，而且无法去除糖份和蛋白质，因此其用途也受到局限，只能作为果汁饮料的原料。公开号为101153031A 的发明专利公开了一种从桑葚中提取花青素的方法，它是以桑果为原料，将清洗后的桑果打成果浆，搅拌均匀，然后脱水脱糖，然后在-20℃以下干燥，至其含水率低于5%，超微粉碎；然后用已知的提取手段提取。说明书中和权利要求书中也进一步公开了已知提取手段可以是有机溶剂萃取法、水提醇沉树脂吸附法、超临界CO2 萃取法。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种桑椹花青素的提取纯化工艺。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
桑椹花青素的提取方法，包括以下步骤：
①在超声条件下，先采用含有纤维素酶和果胶酶的混合酶对桑椹进行酶解，再以盐酸溶于去氧水形成的盐酸质量分数为0.1～0.2wt% 的溶液为提取剂，在75～80℃的温度下，控制料液比为1︰4～7，对酶解后的桑葚进行若干次提取，每次提取2～2.5h，合并提取液；
②在上述花青素提取液中加入聚合硫酸铁，并进行过滤，除去絮凝沉淀物，得初级滤液；
③将步骤②所得初级滤液经超滤装置进行过滤处理，得次级滤液；
④用大孔树脂对步骤③所得次级滤液进行吸附，然后采用50～ 55％的乙醇水溶液对已经吸附在大孔树脂上的花青素有效成分进行洗脱，得洗脱液；
⑤采用纳滤装置对步骤④所得洗脱液进行过滤处理，得到透过液和截留液，实现对所需溶液和洗脱溶剂的分离，对所需溶液的浓缩。
花青素难以提取，其一是它稳定地存在于植物的细胞内，受到细胞壁的保护；其二是它在细胞内还与其他多种有机物形成高度共轭的体系，范德瓦耳斯力、氢键等作用高度协调。本发明采用超声波、酶解、絮凝并且微酸水提的方法，从根本上解决花青素难以提取的问题。其原理是，超声波能产生并传递强大的能量，穿透植物组织细胞，引起空化作用使植物细胞破裂，有利于植物中有效成分的转移、扩散及提取，具有缩短提取时间、提高收率等优势，被公认为是一种经济、高效、省时、选择性好的提取方法；酶解技术主要是由于花青素被包含在细胞壁内，利用酶可以将细胞壁降解，从而使得达到最高的提取收率成为可能。
传统的方法通常是用物理破碎的方法使得植物细胞壁破碎，这种破碎相当有限。
一直以来，研究人员从植物中提取花青素都是采用有机溶剂或者有机溶剂-水作为提取剂。对于花青素，有机溶剂的提取能力顺序为丙醇<乙醇<甲醇<丙酮<四氢呋喃，因此应用较多的是丙酮一水体系和甲醇一水体系为提取剂。由于甲醇毒性更大，因此本领域技术人员通常采用丙酮占总体积的50％～ 70％的丙酮- 水的复合体系为提取剂。确实，用这种提取剂提取效果较好，但是由于花青素的特殊理化性质，花青素极易被氧化，也因此使得刚被提取出来的花青素其中一部分马上就损失了。这也是使用传统花青素提取方法提取的花青素，花青素含量很难高于16% 的重要原因。
尽管花青素是一种易溶于水的色素，但是由于花青素在植物体内通常与蛋白质、多糖等以氢键形成稳定的分子复合物，因此就算细胞壁破除后，也很难直接用水提取。氢键的形成是由于H 与电负性较大的基团形成共价键，而导致共用电子对强烈地偏移至电负性较大的基团附近从而使得H 几乎被裸露而表现出一定的吸引另一分子中的电子的能力。本发明人在水中添加了质量分数为0.1～0.2wt%的盐酸，在有H+ 的情况下，氢键则容易被破坏。再加上花青素易溶于水，使得用盐酸水溶液提取花青素成为可能。而且，经本发明人研究得出，花青素在酸性环境中的稳定性更好，如当在偏碱性环境中，花青素在常温下就会发生分解；当在酸性环境中，花青素在高于常温的温度下也不见得会分解，但在酸性环境中更容易被氧化，因此本发明人对提取剂做了去氧的处理，通常可以是通氮气除溶解氧。
盐酸水提后，其提取液中还含有大量的其他有机物，这些物质共同组成1～100纳米的胶体分散体系。从动力学观点看，由于胶体粒子的布朗运动及其带电性（以负电荷为主），使胶体溶液建立沉降平衡的时间较长。其后因胶粒的浓度梯度很小，使胶体溶液暂时保持稳定; 从热力学观点看，胶体分散体系自身存在巨大的表面能，为热力学不稳定体系，胶体粒子自发向吉氏函数减小方向逐渐聚成大粒子而产生沉降的趋势。只有当分散度极高或有高分子化合物等保护剂保护时，才能相对稳定。絮凝澄清剂则是通过絮凝剂高分子的电中和、吸附架桥、网捕和卷扫作用，使体系中粒度较大的颗粒及具有斯托克沉淀趋势的悬浮颗粒絮凝沉淀，而保留有效的物质等。本发明中，先利用聚合硫酸铁的絮凝作用，去除絮凝沉淀物，再经超滤装置处理，可将蛋白质、粘液质、皂甙等杂质除去。
作为上述技术方案的优选，所述混合酶中纤维素酶和果胶酶以1 ︰0.1～0.5的比例组成，并且在酶解时，控制温度在45～55℃之间，PH 在4.5～5.5之间。
不同的植物细胞其细胞壁中纤维素和果胶的含量明显不同，作用于桑葚时，纤维素酶和果胶酶以1︰0.1～0.5配比成的混合酶，酶解细胞壁的效果作用更优。作为上述技术方案的优选，步骤②所述的聚合硫酸铁的使用量为200～800ppm。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明方法提取花青素不采用有机溶剂，没有溶剂残留；而且本发明具有工艺简单，提取率高；使用本发明方法提取的花青素还具有纯度高的优点。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例一
①在超声条件下，先采用含有纤维素酶和果胶酶的混合酶对桑椹进行酶解，所述混合酶中纤维素酶和果胶酶以1︰0.1的比例组成，并且在酶解时，控制温度在40℃左右，PH在4.5左右；再以盐酸溶于去氧水形成的盐酸质量分数为0.1wt% 的溶液为提取剂，在70℃的
温度下，控制料液比为1︰5，对酶解后的桑葚进行3 次提取，每次提取2h，合并提取液；
②在上述花青素提取液中加入聚合硫酸铁，并进行过滤，除去絮凝沉淀物，得初级滤液；聚合硫酸铁的使用量为200ppm ；
③将步骤②所得初级滤液经超滤装置进行过滤处理，得次级滤液；
④用大孔树脂对步骤③所得次级滤液进行吸附，然后采用45％的乙醇水溶液对已经吸附在大孔树脂上的花青素有效成分进行洗脱，得洗脱液；
⑤采用纳滤装置对步骤④所得洗脱液进行过滤处理，得到透过液和截留液，实现对所需溶液和洗脱溶剂的分离，对所需溶液的浓缩。
实施例二
①在超声条件下，先采用含有纤维素酶和果胶酶的混合酶对桑椹进行酶解，所述混合酶中纤维素酶和果胶酶以1︰0.3的比例组成，并且在酶解时，控制温度在45℃左右，PH在5左右；再以盐酸溶于去氧水形成的盐酸质量分数为0.15wt% 的溶液为提取剂，在75℃的温度下，控制料液比为1︰7，对酶解后的桑葚进行3 次提取，每次提取2h，合并提取液；
②在上述花青素提取液中加入聚合硫酸铁，并进行过滤，除去絮凝沉淀物，得初级滤液；聚合硫酸铁的使用量为500ppm ；
③将步骤②所得初级滤液经超滤装置进行过滤处理，得次级滤液；
④用大孔树脂对步骤③所得次级滤液进行吸附，然后采用45％的乙醇水溶液对已经吸附在大孔树脂上的花青素有效成分进行洗脱，得洗脱液；
⑤采用纳滤装置对步骤④所得洗脱液进行过滤处理，得到透过液和截留液，实现对所需溶液和洗脱溶剂的分离，对所需溶液的浓缩。
实施例三
①在超声条件下，先采用含有纤维素酶和果胶酶的混合酶对桑椹进行酶解，所述混合酶中纤维素酶和果胶酶以1︰0.5 的比例组成，并且在酶解时，控制温度在50℃左右，PH在5.5左右；再以盐酸溶于去氧水形成的盐酸质量分数为0.2wt% 的溶液为提取剂，在80℃的
温度下，控制料液比为1︰8，对酶解后的桑葚进行3次提取，每次提取2.5h，合并提取液；
②在上述花青素提取液中加入聚合硫酸铁，并进行过滤，除去絮凝沉淀物，得初级滤液；聚合硫酸铁的使用量为800ppm ；
③将步骤②所得初级滤液经超滤装置进行过滤处理，得次级滤液；
④用大孔树脂对步骤③所得次级滤液进行吸附，然后采用50％的乙醇水溶液对已经吸附在大孔树脂上的花青素有效成分进行洗脱，得洗脱液；
⑤采用纳滤装置对步骤④所得洗脱液进行过滤处理，得到透过液和截留液，实现对所需溶液和洗脱溶剂的分离，对所需溶液的浓缩。
对比例一
①桑葚净洗后物理破碎；
②以丙酮- 水体系对所述物理破碎的桑葚在10℃以下进行低温提取，提取时控制料液比为1︰10，对桑葚果渣重复提取3次，每次提取5h，然后合并提取液，再加入质量分数为10% 的三氯醋酸进行除蛋白，然后离心处理该提取液，取上清液，再经浓缩制得桑葚粗提
液；
③对所述桑葚粗提液用HP-2MG 树脂在10℃下进行纯化时，以乙醇和去氧水以体积比为7︰3的比例制成的溶液做洗脱剂，然后用旋转蒸发仪除去洗脱液中的乙醇；最后采用喷雾干燥的方法制得花青素。
对比例二
以桑果为原料，将清洗后的桑果打成果浆，搅拌均匀，然后脱水脱糖，然后在-20℃以下干燥，至其含水率低于5%，超微粉碎；以丙酮- 水体系对所述物理破碎的桑葚在10℃以下进行低温提取，提取时控制料液比为1︰10，对桑葚果渣重复提取3次，每次提取5h，然后合并提取液，再加入质量分数为10% 的三氯醋酸进行除蛋白，然后离心处理该提取液，取上清液，再经浓缩制得桑葚粗提液；对所述桑葚粗提液用HP-2MG 树脂在10℃下进行纯化时，以乙醇和去氧水以体积比为7︰3 的比例制成的溶液做洗脱剂，然后用反渗透法除去洗脱液中的乙醇；最后采用冷冻干燥的方法制得花青素。
下表所示为本发明与现有技术的对比
| 项 目 | 桑葚总量（g） | 直接原料总量（g） | 产品质量（g） | 产品纯度（%） | 得率（%） | 澄清度 | 色泽 | 存储 |
| 实施例一 | 1000 | 563 | 6.0727 | 31.32 | 1.25 | 清澈 | 深紫 | 稳定 |
| 实施例二 | 1000 | 566 | 6.1248 | 29.88 | 1.27 | 清澈 | 深紫 | 稳定 |
| 实施例三 | 1000 | 565 | 6.2727 | 32.34 | 1.29 | 清澈 | 深紫 | 稳定 |
| 对比例一 | 1000 | 1000 | 3.57 | 14.44 | 0.37 | 浑浊 | 暗红 | 易受潮 |
| 对比例二 | 1000 | 465 | 2.54 | 23.87 | 0.55 | 浑浊 | 梅红 | 稳定 |
从上表可以看出，本发明不仅提取率高，而且经本发明制得的桑葚花青素具有稳定性好，纯度高的优点。
Claims (3)
1. 桑椹花青素的提取方法，包括以下步骤：
①在超声条件下，先采用含有纤维素酶和果胶酶的混合酶对桑椹进行酶解，再以盐酸溶于去氧水形成的盐酸质量分数为0.1 ～ 0.2wt% 的溶液为提取剂，在75～80℃的温度下，控制料液比为1︰ 4～7，对酶解后的桑葚进行若干次提取，每次提取2～2.5h，合并提取液；
②在上述花青素提取液中加入聚合硫酸铁，并进行过滤，除去絮凝沉淀物，得初级滤液；
③将步骤②所得初级滤液经超滤装置进行过滤处理，得次级滤液；
④用大孔树脂对步骤③所得次级滤液进行吸附，然后采用50～ 55％的乙醇水溶液对已经吸附在大孔树脂上的花青素有效成分进行洗脱，得洗脱液；
⑤采用纳滤装置对步骤④所得洗脱液进行过滤处理，得到透过液和截留液，实现对所需溶液和洗脱溶剂的分离，对所需溶液的浓缩。
2. 桑椹花青素的提取方法，其特征在于：所述混合酶中纤维素酶和果胶酶以1︰0.1～0.5 的比例组成，并且在酶解时，控制温度在45～50℃之间，PH 在4.5～5.5 之间。
3. 桑椹花青素的提取方法，其特征在于：步骤②所述的聚合硫酸铁的使用量为200～800ppm。
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