CN102174608A - 一种栀子红色素的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种栀子红色素的制备方法，该方法以吸附了京尼平苷的树脂为反应介质，进行异相酯水解、酸化和酶解转化，经酸沉淀富集和后续工艺，制备栀子红色素。本发明的优点在于利用京尼平苷酸可吸附在树脂上，而经酶解等反应生成的栀子红色素则溶于反应液的特点，使反应始终朝着正反应方向进行；另一方面，树脂可不经再生而循环使用，进而简化生产工艺和降低生产成本，也有利于实现生产连续化。本专利方法反应条件温和，工艺简单、耗能低，产物易分离。经本方法制备的栀子红色素，产品在532nm出有特征吸收，具有良好的水溶性，以及光、热、酸、碱和金属离子稳定性。

Description

一种栀子红色素的制备方法

技术领域

本发明涉及一种栀子红色素的制备方法。

背景技术

栀子为茜草科植物栀子（Gardenia jasminoides Ellis）的干燥成熟果实。栀子广泛分布于我国南部，是一种可人工栽培的观赏药用植物，资源丰富。栀子红色素是栀子的深加工产品，安全性高，稳定性好，具有良好的开发应用前景。天然食品色素市场巨大，需求量逐年上升，各国竞相开发生产，且随着人们生活水平的提高，天然食品色素作为食品添加剂中重要组成部分已显得越来越重要。

栀子红色素是以京尼平苷为原料，通过碱解、酸化和酶解技术，经呈色反应制得的。然而，随着栀子红色素的规模化生产，其过程中也暴露出一些问题。

美国专利US 4247698公开了栀子红色素及其生产方法，利用化学或微生物或酶的手段制备栀子红色素。该专利采用游离的酶液水解京尼平苷，由于游离酶溶解于反应体系中，使酶无法从反应体系中分离回收，导致栀子红色素的生产成本高，不利于连续的工业化生产；又由于游离酶也参与呈色反应，使制得的色素中杂质较多，色泽不纯。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种栀子红色素的制备方法，该方法利用栀子果粉提取栀子黄色素副产的京尼平苷，采用树脂吸附酶催化法制备栀子红色素，将碱解、酸化和酶解过程用一步法在树脂上完成，从而可以减少物料损失和降低生产成本。

本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)吸附有京尼平苷的树脂的制备

将栀子果实粉碎后，以水浸泡或回流提取1～3次，过滤，滤液过吸附树脂柱；吸附完毕， 树脂用30%～100%（重量比）乙醇水溶液解吸，解吸液用于制备栀子黄色素，解吸后的树脂即为吸附有京尼平苷的树脂；

(2)栀子红色素的制备

①    反应介质：以吸附有京尼平苷的树脂为反应介质；

②    碱解：往装有反应介质的容器中泵入碱液进行循环碱解，碱解时间为1h～12h；

③    酸化：碱解结束后，弃去碱液，再往容器中泵入可食用酸溶液进行循环酸化，并调节至溶液pH=4.0～pH6.0；

④    酶解：酸化结束后，弃去酸化液，往容器中泵入酶液进行循环酶解；

⑤    与伯氨基化合物反应：酶解结束后，弃去酶液，往容器中泵入伯氨基化合物溶液进行循环反应，反应结束后，得到栀子红色素溶液；

⑥    酸沉淀：步骤⑤所得的栀子红色素溶液经过滤后，于滤液中添加酸溶液，调节滤液至pH 1～pH 3，使其沉淀，静置0.5h～24h后，收集沉淀物；

⑦    洗涤、中和：将步骤⑥得到的沉淀物用水洗涤至pH5～pH6，然后加入0.05 mol/L～5.0 mol/L的碱溶液溶解，并调节pH=7～9，得到栀子红色素水溶液；

⑧    干燥、粉碎：将步骤⑦得到的栀子红色素水溶液进行脱水、干燥处理，得到的干燥粉末即为栀子红色素。

其中所述反应介质中采用的树脂为非极性多孔聚合树脂，包括大孔树脂HPD100、HPD100A或离子交换树脂D301。

步骤②所述碱液的浓度为0.5mol/L～5.0mol/L；碱解温度为20℃～90℃，碱解时间为1h～12h，循环流速1～10BV/h；所述碱溶液中采用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢铵、碳酸氢钾和碳酸氢钠中的一种或几种的混合物。

步骤③所述可食用酸溶液的浓度为1mol/L～6mol/L，循环流速1～10BV/h；其中可食用酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸、醋酸、盐酸、碳酸、乳酸、磷酸和已二酸中的一种或几种的混合物。

步骤④所述酶液的浓度为0.1u/mL～2.0 u/mL；酶解温度为20℃～70℃，酶液pH 4.0～ pH 6.0，酶解时间为0.5h～20h，循环流速1～10BV/h；其中酶为纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和β-葡糖苷酶中的一种或几种的混合物。

步骤⑤所述伯氨基化合物溶液的浓度为1%～20%（重量比）；步骤⑤反应温度为20℃～90℃，反应时间为0.5h～96h，循环流速1～10BV/h；其中伯氨基化合物为氨基酸、蛋白质和氨基糖中的一种或几种的混合物。

步骤⑥所述酸溶液为盐酸、硫酸、醋酸、柠檬酸、磷酸和乳酸中的一种或几种的混合物的水溶液。

步骤⑦所述碱溶液中采用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸氢铵中的一种或几种的混合物。

步骤（1）中树脂用30%～100%（重量比）乙醇水溶液解吸，更优选地，采用70%～95%（重量比）乙醇水溶液进行解吸。

本发明以吸附有京尼平苷的树脂为反应介质，进行异相酯水解、酸化和酶解转化，然后通过酸沉淀富集和后续工艺，制备栀子红色素。本发明通过采用树脂吸附技术，反应结束后易从体系中分离出游离酶，使后期的呈色反应不受其影响，有利于制得高纯度栀子红色素。

本发明的反应原理为：栀子黄色素提取液经树脂吸附，使栀子黄色素和京尼平苷均被吸附，后经乙醇解吸，使栀子黄色素溶入解吸液，用于精制栀子黄色素，而水溶性京尼平苷则仍被吸附在树脂中。将吸附有京尼平苷的树脂先在碱溶液中进行碱解，使京尼平苷脱去甲氧基而转化成京尼平苷酸盐，由于酯水解可以在过量的碱溶液中反应彻底，因此最终京尼平苷将完全被水解，避免了未水解的京尼平苷与伯氨基化合物反应影响产物纯度。

碱解结束后，在体系中加酸调节pH，使京尼平苷酸盐酸化生成京尼平苷酸，再利用酶解技术进行京尼平苷酸的酶解转化，脱除京尼平苷酸上相连的糖基，生成京尼平酸，进而使其与外相中的伯氨基化合物反应，生成栀子红色素溶液。栀子红色素溶液经过滤，滤液经酸处理，使溶液中的栀子红色素沉淀，使其与溶液分离，收集沉淀物，再经洗涤、碱中和溶解、干燥，得到水溶性栀子红色素粉末，其光谱扫描图如图1所示。

本发明与传统方法相比，具有以下优点：

1、提供了一种以栀子果提取栀子黄色素副产的京尼平苷为原料，通过对吸附有京尼平苷的树脂进行一步法碱解和酶解，制备红色素的方法，可以减少物料损失和提高资源利用率。

2、树脂循环使用，且产物易分离，进而简化生产工艺和降低生产成本，也有利于实现生产连续化。

3、本发明制备的栀子红色素，产品在532nm处具有特征吸收，具有良好的水溶性，以及光、热、酸、碱和金属离子稳定性。

附图说明

图1为栀子红色素的光谱扫描图。

具体实施方式

本发明的吸附有京尼平苷的树脂的制备，步骤如下：

将栀子果实粉碎后，以水浸泡或回流提取1～3次，过滤，得到栀子黄色素提取液；将栀子黄色素提取液泵入装有树脂的容器（如：玻璃柱,不锈钢容器,搪瓷柱等）中进行吸附，饱和后的树脂经30%～100%乙醇水溶液解吸，树脂与乙醇水溶液质量体积比为1:3，于15℃～55℃解吸至树脂内只残留少量栀子黄色素，解吸液用于制备栀子黄色素，解吸后的树脂即为吸附有京尼平苷的树脂。

其次，有关栀子红色素的制备通过以下实施例进一步描述本发明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

将200ml 0.5mol/L的氢氧化钠溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在20℃左右，循环碱解7h，循环流速3BV/h。反应结束后，弃去碱液，用5mol/L的柠檬酸溶液泵入容器中反应直至溶液pH值为6.0，循环流速6BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将100ml 0.1u/mL（按酶活单位计）纤维素酶液泵入容器中，控制反应温度在70℃左右，循环酶解0.5h，循环流速5BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将100ml 20%谷氨酸溶液泵入容器中，控制反应温度在20℃左右，循环反应9h，循环流速7BV/h，得栀子红色素反应液，过滤得滤液。用5 mol/L的盐酸溶液调节滤液至pH3.0，放置10h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5，用0.1 mol/L的氢氧化钠溶液溶解沉淀物，并调节至pH8，经喷雾干燥，即得栀子红色素粉末，色价为150，色素得率为65%。

实施例2

将300ml 3.0mol/L的氢氧化钾溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在70℃左右，循环碱解6h，循环流速6BV/h。反应结束后，弃去碱液，用4.5mol/L的酒石酸溶液泵入容器中反应直至溶液pH值为4.0，循环流速3BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将150ml  2.0 u/mL（按酶活单位计）果胶酶液泵入容器中，控制反应温度在40℃左右，循环酶解9h，循环流速5BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将190ml 13%半乳糖胺溶液泵入容器中，控制反应温度在46℃左右，循环反应25h，循环流速7BV/h，得栀子红色素反应液，过滤得滤液。用5.5mol/L的硫酸溶液调节滤液至pH 2.0，放置11h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5.5，用0.3 mol/L的氢氧化钾溶液溶解沉淀物，并调节至pH8，经喷雾干燥，即得栀子红色素粉末，色价为175，色素得率为70%。

实施例3

将250ml 2.0mol/L氢氧化铵溶液与250ml 2.0mol/L碳酸钠溶液的混合液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在80℃左右，循环碱解5h，循环流速5BV/h。反应结束后，弃去碱液，用3.5mol/L的苹果酸溶液泵入容器中反应直至溶液pH值为5.5，循环流速9BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将300ml 1.5 u/mL（按酶活单位计） β-葡糖苷酶液泵入容器中，控制反应温度在52℃左右，循环酶解20h，循环流速7BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将250ml 16%苯丙氨酸溶液泵入容器中，控制反应温度在49℃左右，循环反应30h，循环流速3BV/h，得栀子红色素反应液，过滤得滤液。用4.6mol/L的醋酸溶液调节滤液至pH2.6，放置18h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5.9，用1.0 mol/L氢氧化铵溶液与1.0 mol/L碳酸钠溶液的混合液溶解沉淀物，并调节至pH8.5，经喷雾干燥，即得栀子红色素粉末，色价为180，色素得率为68%。

实施例4

将1L 5.0mol/L的碳酸氢钠溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在90℃左右，循环碱解6h，循环流速7BV/h。反应结束后，弃去碱液，用4.5mol/L醋酸溶液与1.0mol/L盐酸溶液的混合液泵入容器中反应直至溶液pH值为6.0，循环流速10BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将800ml  1.0 u/mL（按酶活单位计）半纤维素酶液泵入容器中，控制反应温度在55℃左右，循环酶解7h，循环流速5BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将850ml 20%谷氨酸钠溶液泵入容器中，控制反应温度在51℃左右，循环反应45h，循环流速8BV/h，得栀子红色素反应液，过滤得滤液。用4.8mol/L柠檬酸溶液与4.8mol/L磷酸溶液的混合液调节滤液至pH3.0，放置13h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5.5，用2.0 mol/L的碳酸钾溶液溶解沉淀物，并调节至pH8.8，经喷雾干燥，即得栀子红色素粉末，色价为190，色素得率为74%。

实施例5

将300ml 3.5mol/L的碳酸钾溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在40℃左右，循环碱解4.5h，循环流速3BV/h。反应结束后，弃去碱液，用3mol/L的碳酸溶液泵入容器中反应直至溶液pH值为5.5，循环流速5BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将190ml 含有1.0 u/mL（按酶活单位计）果胶酶和1.0 u/mL（按酶活单位计）半纤维素酶的溶液泵入容器中，控制反应温度在52℃左右，循环酶解7h，循环流速2BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将200ml 含有13%谷氨酸钠和2%谷氨酸的溶液泵入容器中，控制反应温度在52℃左右，循环反应32h，循环流速6BV/h，得栀子红色素反应液，过滤得滤液。用5 mol/L的磷酸溶液调节滤液至pH3.0，放置12h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5，用0.1 mol/L的碳酸氢钠溶液溶解沉淀物，并调节至pH8，经喷雾干燥，即得栀子红色素粉末，色价为174，色素得率为70%。

实施例6

将200ml 5.0mol/L的碳酸氢铵溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在90℃左右，循环碱解5h，循环流速4BV/h。反应结束后，弃去碱液，用3.5mol/L的乳酸溶液泵入容器中反应直至溶液pH值为5.5，循环流速5BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将300ml  2.0 u/mL（按酶活单位计） β-葡糖苷酶液泵入容器中，控制反应温度在50℃左右，循环酶解6h，循环流速3BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将250ml 1%牛血清蛋白溶液泵入容器中，控制反应温度在90℃左右，循环反应96h，循环流速4BV/h，得栀子红色素反应液，过滤得滤液。用4.6mol/L的乳酸溶液调节滤液至pH2.6，放置18h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5.9，用3.0 mol/L的碳酸氢钾溶液溶解沉淀物，并调节至pH8.5，经喷雾干燥，即得栀子红色素粉末，色价为192，色素得率为73%。

实施例7

将200ml 2.5mol/L的碳酸氢钾溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在30℃左右，循环碱解9h，循环流速8BV/h。反应结束后，弃去碱液，用6mol/L的磷酸溶液泵入容器中反应直至溶液pH值为6.0，循环流速3BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将100ml  1.0 u/mL（按酶活单位计）纤维素酶液泵入容器中，控制反应温度在50℃左右，循环酶解8h，循环流速5BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将100ml 10%谷氨酸溶液泵入容器中，控制反应温度在50℃左右，循环反应9h，循环流速3BV/h，得栀子红色素反应液，过滤得滤液。用5 mol/L的乳酸溶液调节滤液至pH3.0，放置10h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5，用0.1 mol/L的碳酸氢铵溶液溶解沉淀物，并调节至pH8，经喷雾干燥，即得栀子红色素粉末，色价为165，色素得率为73%。

实施例8

将100ml 5.0mol/L的碳酸钠溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在40℃左右，循环碱解9.5h，循环流速7BV/h。反应结束后，弃去碱液，用5mol/L的已二酸溶液泵入容器中反应直至溶液pH值为6.0，循环流速5BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将100ml 2.0 u/mL（按酶活单位计）β-葡糖苷酶液泵入容器中，控制反应温度在50℃左右，循环酶解8h，循环流速3BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将100ml 10%谷氨酸溶液泵入容器中，控制反应温度在50℃左右，循环反应9h，循环流速6BV/h，得栀子红色素反应液，过滤得滤液。用4.5 mol/L的乳酸溶液调节滤液至pH2.0，放置10h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5，用0.1 mol/L氢氧化铵溶液与0.1 mol/L碳酸氢钠溶液的混合液溶解沉淀物，并调节至pH8，经喷雾干燥，即得栀子红色素粉末，色价为170，色素得率为66%。

Claims (8)

1.一种栀子红色素的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)吸附有京尼平苷的树脂的制备

将栀子果实粉碎后，以水浸泡或回流提取1～3次，过滤，滤液过吸附树脂柱；吸附完毕， 树脂用30%～100%（重量比）乙醇水溶液解吸，解吸液用于制备栀子黄色素，解吸后的树脂即为吸附有京尼平苷的树脂；

(2)栀子红色素的制备

①反应介质：以吸附有京尼平苷的树脂为反应介质；

②碱解：往装有反应介质的容器中泵入碱液进行循环碱解，碱解时间为1h～12h；

③酸化：碱解结束后，弃去碱液，再往容器中泵入可食用酸溶液进行循环酸化，并调节至溶液pH=4.0～pH6.0；

④酶解：酸化结束后，弃去酸化液，往容器中泵入酶液进行循环酶解；

⑤与伯氨基化合物反应：酶解结束后，弃去酶液，往容器中泵入伯氨基化合物溶液进行循环反应，反应结束后，得到栀子红色素溶液；

⑥酸沉淀：步骤⑤所得的栀子红色素溶液经过滤后，于滤液中添加酸溶液，调节滤液至pH 1～pH 3，使其沉淀，静置0.5h～24h后，收集沉淀物；

⑦洗涤、中和：将步骤⑥得到的沉淀物用水洗涤至pH5～pH6，然后加入0.05 mol/L～5.0 mol/L的碱溶液溶解，并调节pH=7～9，得到栀子红色素水溶液；

⑧干燥、粉碎：将步骤⑦得到的栀子红色素水溶液进行脱水、干燥处理，得到的干燥粉末即为栀子红色素。

2.据权利要求1所述的一种栀子红色素的制备方法，其特征在于：所述反应介质中采用的树脂为非极性多孔聚合树脂，包括大孔树脂HPD100、HPD100A或离子交换树脂D301。

3.根据权利要求1所述的一种栀子红色素的制备方法，其特征在于：步骤②所述碱液的浓度为0.5mol/L～5.0mol/L；碱解温度为20℃～90℃，碱解时间为1h～12h，循环流速1～10BV/h；所述碱溶液中采用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢铵、碳酸氢钾和碳酸氢钠中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种栀子红色素的制备方法，其特征在于：步骤③所述可食用酸溶液的浓度为1mol/L～6mol/L，循环流速1～10BV/h；其中可食用酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸、醋酸、盐酸、碳酸、乳酸、磷酸和已二酸中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种栀子红色素的制备方法，其特征在于：步骤④所述酶液的浓度为0.1u/mL～2.0 u/mL；酶解温度为20℃～70℃，酶液pH 4.0～ pH 6.0，酶解时间为0.5h～20h，循环流速1～10BV/h；其中酶为纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和β-葡糖苷酶中的一种或几种的混合物。

6.据权利要求1所述的一种栀子红色素的制备方法，其特征在于：步骤⑤所述伯氨基化合物溶液的浓度为1%～20%（重量比）；步骤⑤反应温度为20℃～90℃，反应时间为0.5h～96h，循环流速1～10BV/h；其中伯氨基化合物为氨基酸、蛋白质和氨基糖中的一种或几种的混合物。

7.据权利要求1所述的一种栀子红色素的制备方法，其特征在于：步骤⑥所述酸溶液为盐酸、硫酸、醋酸、柠檬酸、磷酸和乳酸中的一种或几种的混合物的水溶液。

8.据权利要求1所述的一种栀子红色素的制备方法，其特征在于：步骤⑦所述碱溶液中采用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸氢铵中的一种或几种的混合物。

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