CN101735642B - 一种水溶性天然蓝色素的制备方法 - Google Patents

一种水溶性天然蓝色素的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水溶性天然蓝色素的制备方法。该制备方法是以京尼平为原料，蛋清作显色剂，在反应温度为30℃～80℃恒温水浴的条件下，反应48h～144h，反应得到的蓝色溶液，蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析48h～96h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到蓝色粉末，即最终产物水溶性蓝色素。本发明具有以下优点：1.本发明反应条件温和，操作简单，整个体系安全无毒，得到的蓝色素色泽鲜明，易于纯化，色价高。2.本发明原料具有较高的营养食用价值，无毒副作用，来源方便，经济实惠，用作显色剂大大降低了蓝色素的制备成本。本发明水溶性天然蓝色素属食用蓝色素应用前景广阔。

Description

一种水溶性天然蓝色素的制备方法
技术领域
本发明涉及一种天然色素的制备方法，具体是一种水溶性天然蓝色素的制备方法。
背景技术
栀子是茜草科栀子属的一种常绿灌木，从栀子的果实中可以提制如栀子黄色素、栀子蓝色素及栀子红色素等多种安全、无毒的天然色素，将它们用于食品着色，其色泽可媲美于合成的色素，而且还具有疗效作用。其中栀子蓝色素是以栀子的果实为原料制得的一种安全无毒的可用天然水溶性色素，它耐光热、耐酸碱，PH适应范围广，易溶解于水和低醇等亲水性有机溶剂，既可替代化学合成蓝色素单独使用，也可与红、黄色素调配成绿、紫、棕色等色调混合使用，在国外被广泛应用于食品、医药品、化妆品的着色。我国于1990年在制定新增食品添加剂的使用卫生标准时将其列入，用于蛋白质糖和淀粉等食品着色。
目前，国内外文献报道主要是通过微生物发酵法制备栀子蓝色素，以栀子中的化学成分京尼平苷为原料，经酶催化作用水解得到京尼平，京尼平再同氨基酸发生聚合、重排反应得到栀子蓝色素。国内很多学者对京尼平与氨基酸显色的反应工艺进行了研究，如合肥工业大学的余顺火等公开了一种栀子蓝色素的生产工艺，其特征在于包括黑曲霉菌制种、发酵、呈色、喷雾干燥等步骤，采用谷氨酸或亮氨酸或其混合物作显色剂(余顺火，李先祥等，栀子蓝色素的生产工艺方法，中华人民共和国国家知识产权局，NO.200710020158.5，2007，8)。华南理工大学的宫衡等公开了一种包括β-葡萄糖苷酶催化栀子苷反应得到京尼平，京尼平与氨基酸在适当条件下反应生成栀子蓝色素的方法，其特征在于，在β-葡萄糖苷酶催化栀子苷反应得到京尼平的反应中加入金属酶促进剂，显著提高了酶促反应的效率(宫衡，宓女等，一种天然蓝色素的生产方法，中华人民共和国国家知识产权局，NO.20071004237.1，2006，1)。
目前国内京尼平与氨基酸反应制备栀子蓝色素的生产工艺在不断优化与改进当中，然而天然食用蓝色素应用前景广阔，如何开发更经济、更安全、更简便的生产方法，仍具有很大的研究价值。
发明内容
本发明目的就在于，通过研究寻找新的反应前体，改进现有的合成方法，提供一种新型的制备水溶性天然蓝色素的方法。
本发明的水溶性天然蓝色素的制备方法包括由实验室制取得到高纯度的京尼平，京尼平直接和蛋清中的蛋白质在适当条件下反应得到水溶性蓝色素，其特征在于，用蛋清代替氨基酸作显色剂，蛋清中所含的蛋白质与京尼平在适当的条件下进行反应，其中用于显色的蛋清包括鸡蛋清、鸭蛋清及鹌鹑蛋蛋清。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种水溶性天然蓝色素的制备方法，该制备方法是以京尼平为原料，蛋清作显色剂，在适当条件下反应得到水溶性蓝色素，操作步骤如下：
(1)以蒸馏水作溶剂，反应体系PH＝7，京尼平与蛋清直接投料，蛋清质量/蒸馏水体积＝1∶5～15，京尼平与蛋清反应的质量比为1∶40～160，反应温度为30℃～80℃恒温水浴的条件下，反应48h～144h，反应得到的蓝色溶液；
(2)将得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析48h～96h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到蓝色粉末，即最终产物水溶性蓝色素。
上述制备方法的最佳条件为：
(1)蒸馏水作溶剂，反应体系PH＝7，京尼平与蛋清直接投料，投料料液比为蛋清质量/蒸馏水体积＝1∶7，京尼平与蛋清反应质量比为1∶80，反应温为60℃恒温水浴，反应时间为96h；
(2)反应得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析72h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到深蓝色粉末，即最终产物水溶性蓝色素。
上述的蛋清显色剂是鸡蛋清、鸭蛋清或鹌鹑蛋蛋清。
本发明与现有的合成方法相比，具有以下优点：
1.用高纯度的京尼平与蛋清反应，直接用蒸馏水作溶剂，反应条件温和，操作简单，整个体系安全无毒，得到的蓝色素色泽鲜明，易于纯化，色价高。
2.鸡蛋清、鸭蛋清、鹌鹑蛋蛋清均具有较高的营养食用价值，无毒副作用，来源方便，经济实惠，用作显色剂大大降低了蓝色素的制备成本。
因此，本发明所提供的水溶性天然蓝色素的合成方法具有研究的意义及开发应用的价值。
附图说明
图1为水溶性蓝色素在400nm-800nm下的紫外波长扫描图。
具体实施方式
以下实施例中使用的原材料为：京尼平(实验室自制，纯度≥98.0％)，鸡蛋清、鸭蛋清、鹌鹑蛋清和再生纤维素透析袋1000。
以下实施例中使用的分析方法如下：
水溶性蓝色素的测定：紫外可见分光光度计作全波长扫描，并在最大吸收波长584nm下测定单位浓度的蓝色素的色价。
水溶性蓝色素色价的测定：准确称量0.1g京尼平与蛋清反应生成的蓝色粉末，用蒸馏水溶解后移至容量瓶配制成100ml溶液，以1cm石英比色皿，蒸馏水作参比，在λmax＝584nm波长下测定其吸光度值，代入(1)式计算：
E 1 cm 584 nm ( 1 % ) = A × f / ( m × 100 ) - - - ( 1 )
式中：A为以1cm石英比色皿在蒸馏水中作参比，在584nm波长下测定的吸光度值；f为稀释倍数；m为蓝色素粉末的质量。
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
准确称量京尼平0.1001g，鸡蛋清16.0000g(即京尼平与鸡蛋清反应质量比为1∶160，鸡蛋清中蛋白质含量1.6g)，投入装有80ml蒸馏水的试管中(即投样料液比为1/5(g/v))，反应体系PH＝7，试管口用棉花封口后置于恒温水浴槽中，30℃恒温水浴，反应144h。每隔24h取样测定样品的最大吸收波长，及在最大吸收波长下的吸光度值，结果见表1。
表1
  反应时间(h)   24h   48h   72h   96h   120h   144h
  最大吸收波长λmax(nm)   598   598   598   596   584   584
  吸光度值   0.125944   0.190582   0.214579   0.214477   0.232951   0.242673
由表1结果可知，反应144h后产物的最大吸收波长移至584nm，吸光度值增长缓慢。反应得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析96h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到深蓝色粉末0.4867g，即最终产物水溶性蓝色素。测定该条件下反应生成蓝色素的色价为：56.8。
实施例2
准确称量京尼平0.1000g，鸡蛋清8.0200g(即京尼平与鸡蛋清反应质量比为1∶80)，投入装有56ml蒸馏水的试管中(即投样料液比为1/7(g/v))，反应体系PH＝7，试管口用棉花封口后置于恒温水浴槽中，60℃恒温水浴，反应144h。每隔24h取样测定样品的最大吸收波长，及在最大吸收波长下的吸光度值，结果见表2。
表2
 反应时间(h)   24h   48h   72h   96h   120h   144h
 最大吸收波长λmax(nm)   598   594   584   584   584   584
 吸光度值   0.805447   1.060999   1.257474   1.398836   1.386322   1.362450
由表2结果可知，反应96到120小时，最大吸收波长移至584nm，吸光度的变化趋于平稳，从效率方面考虑，以96小时作为最佳反应时间。反应得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析72h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到深蓝色粉末0.8196g，即最终产物水溶性蓝色素。测定该条件下反应生成蓝色素的色价为：126.2。
实施例3
准确称量京尼平0.1000g，鸡蛋清8.0000g(即京尼平与鸡蛋清反应质量比为1∶80，鸡蛋清中蛋白质含量0.8g，)，投入装有120ml蒸馏水的试管中(即投样料液比为1/15(g/v))，反应体系PH＝7，试管口用棉花封口后置于恒温水浴槽中，70℃恒温水浴，反应144h。每隔24h取样测定样品的最大吸收波长，及在最大吸收波长下的吸光度值，结果见表3。
表3
 反应时间(h)   24h   48h   72h   96h   120h   144h
 最大吸收波长λmax(nm)   598   594   584   584   584   584
 吸光度值   1.212136   1.567977   1.632123   1.891085   1.872650   1.862452
由表3结果可知，反应72h之后，产物的最大吸收波长移至584nm，吸光度值在反应96h之后趋于平稳。反应得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析48h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到深蓝色粉末0.7265g，即最终产物水溶性蓝色素。测定该条件下反应生成蓝色素的色价为：108.4。
实施例4
准确称量京尼平0.1000g，鸡蛋清4.0000g(即京尼平与鸡蛋清反应质量比为1∶40，鸡蛋清中蛋白质含量0.4g)，投入装有40ml蒸馏水的试管中(即投样料液比为1/10(g/v))，反应体系PH＝7，试管口用棉花封口后置于恒温水浴槽中，80℃恒温水浴，反应48h。反应结束后在400nm-800nm处对产物进行波长扫描，最大吸收波长为584nm。在80℃时，仅需48h即可得到深蓝色的产物，但蛋清的蛋白容易发生凝固，得到的产物出现较多的沉淀物，不易于后处理，得到产物0.2422g，色价为88.4。
实施例5
考察反应体系PH值对京尼平与鸡蛋清显色的影响，取5支10ml玻璃试管，编号①、②、③、④、⑤，分别加入准确称量的京尼平0.0100g、鸡蛋清0.8000g、蒸馏水6ml，及以下各组缓冲溶液：①甲酸-NaOH缓冲溶液，②NaAC-HAC缓冲溶液，③蒸馏水，④NH3-NH4Cl缓冲溶液，⑤硼酸-NaOH缓冲溶液。反应结束后各组样品在400nm-800nm波长范围内进行扫描，结果见表3。
表4
  缓冲液体系   实验①   实验②   实验③   实验④   实验⑤
  溶液PH值   3   5   7   9   12
  反应产物最大吸收峰   无   无   584   584   584
  反应产物色泽   白色胶状   红褐色   深蓝色   紫红色   暗红色
由表4可知，在酸性条件下，京尼平与鸡蛋清不发生显色反应，且在强酸性时鸡蛋清发生了变质，整个反应体系为白色乳胶状。而在碱性条件下，虽然也检测到具有栀子蓝色素的吸收峰，但显色得到为红色。只有在中性即直接以蒸馏水作溶剂体系的条件下，反应产物在UV下测定有栀子蓝色素的吸收峰，且颜色呈深蓝色。
实施例6
准确称量0.3406g京尼平，27.2483g鸡蛋清于250ml锥形瓶中，并加入190ml蒸馏水，锥形瓶口用棉花封口后置于恒温水浴槽中，60℃恒温水浴，体系PH＝7，反应96h。反应得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析72h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到深蓝色粉末2.8632g，即最终产物水溶性蓝色素。经测定，得到蓝色素产物的色价高达146.2。
实施例7
准确称量京尼平0.1060g，鸭蛋清8.5050g，量取60ml蒸馏水，加入150ml锥形瓶中，反应体系PH＝7，锥形瓶口用棉花封口后置于恒温水浴槽中，60℃恒温水浴，反应96h。反应结束后，产物在400nm-800nm处进行波长扫描，最大吸收波长为584nm。反应得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析72h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到深蓝色粉末0.8069g，即最终产物水溶性蓝色素。测定其色价为121.4。
实施例8
准确称量京尼平0.1080g，鹌鹑蛋蛋清8.4701g，量取60ml蒸馏水，加入150ml锥形瓶中，反应体系PH＝7，锥形瓶口用棉花封口后置于恒温水浴槽中，60℃恒温水浴，反应96h。反应结束后，产物在400nm-800nm处进行波长扫描，最大吸收波长为584nm。反应得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析72h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到深蓝色粉末0.7936g，即最终产物水溶性蓝色素。测定其色价为132.7。

Claims (3)

1.一种水溶性天然蓝色素的制备方法，其特征在于，该制备方法是以京尼平为原料，蛋清作显色剂，在适当条件下反应得到水溶性蓝色素，操作步骤如下：
(1)以蒸馏水作溶剂，反应体系pH＝7，京尼平与蛋清直接投料，蛋清质量/蒸馏水体积＝1∶5～15，京尼平与蛋清反应的质量比为1∶40～160，反应温度为30℃～80℃恒温水浴的条件下，反应48h～144h，反应得到的蓝色溶液；
(2)将得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析48h～96h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到蓝色粉末，即最终产物水溶性蓝色素。
2.根据权利要求1所述的一种水溶性天然蓝色素的制备方法，其特征在于，所述制备方法的最佳条件为：
(1)蒸馏水作溶剂，反应体系pH＝7，京尼平与蛋清直接投料，投料料液比为蛋清质量/蒸馏水体积＝1∶7，京尼平与蛋清反应质量比为1∶80，反应温度为60℃恒温水浴，反应时间为96h；
(2)反应得到的蓝色溶液先用再生纤维素透析袋1000在活水中透析72h，再用Sephadex-G20凝胶柱进行分离，分离得到深蓝色部位的溶液经减压浓缩及干燥后得到深蓝色粉末，即最终产物水溶性蓝色素。
3.根据权利要求1所述的一种水溶性天然蓝色素的制备方法，其特征在于，所述的蛋清显色剂是鸡蛋清、鸭蛋清或鹌鹑蛋蛋清。 
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