CN102174617A - 一种糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法 - Google Patents

Abstract

一种糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法，属于植物中天然红色素制备技术领域。本发明以市售萝卜红色素为原料，经溶解、过滤、转糖基反应、分离、浓缩、干燥而得产品。本发明具有工艺简单，能充分利用物料资源，无废物排放，节约能源，生产成本低，提高了产品冷水溶解度，产品的纯度高达89.8％、收得率高达96.2％等特点。采用本发明方法制备出的产品可广泛用作食品、医药、保健品、化妆品、染料等行业中的红色素，并可广泛应用于萝卜红色素深加工。

Description

一种糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法

技术领域

本发明属于植物中天然红色素制备技术领域，具体涉及糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法。

背景技术

色素与人们的日常生活密切相关，已被广泛应用于食品、医药、化妆品及保健品等行业，尤其是在酒类、饮料、糖果、糕点、肉类、乳类等食品中，色泽是食品感官质量的一个重要因素。目前合成色素主宰了食用色素市场，但合成色素较为严重的毒性和致癌、致畸性，导致允许使用的品种、用量及使用范围都受到严格的限制。天然色素是指从植物、动物及微生物中提取的呈色物，由于来源于生物体系，可被人体代谢或降解，有些天然食用色素还具有营养功效，因而在国际发达国家，天然色素已经占据食用色素的主导地位。而我国，则成为出口天然色素的主要国家。随着我国经济的快速发展，人民生活水平不断提高，对色素产品的要求越来越高。因此，发展国内的天然色素产业有巨大的战略意义及应用市场。

萝卜红色素是一种以天竹竺色素为主要成分的天然色素，安全、无毒、资源丰富，是国家添加剂标准委员会批准使用的天然色素之一，且具有一定的营养和药理作用，被广泛应用于饮酒、葡萄酒、果酒、糖果、肉制品、医药、化妆品和保健品等行业着色。除着色外，萝卜红色素可显著抑制亚油酸等不饱和双键的过氧化反应，通过抑制氢过氧化物形成而终止自动氧化反应，保护必需脂肪酸，其抗氧化能力与相同浓度的BHT相近。因而，萝卜红色素也是具有广阔应用前景和市场潜力的天然抗氧化剂。

现有的制备萝卜红色素方法，如2010年7月14日公布的公开号为CN1241599A的“基于膜分离集成技术生产脱味萝卜红色素的制备方法”专利，公开的是以红心萝卜为原料，经过溶剂提取，微滤除杂，超滤和纳滤纯化，干燥的步骤，制得高纯度的脱味萝卜红色素产品。用该方法制得的萝卜红色素产品主要的缺点是：在冷水中的溶解度差，存在萝卜硫苷异味等。将该产品用于食品中，在低温下有萝卜红色素析出，严重影响食品质量。应用在化妆品等领域，由于冷水溶性不好，色素易沉淀，产品色泽不均匀。这导致该方法生产的萝卜红色素不能使用于高档食品和化妆品领域中，极大的限制了萝卜红色素的应用范围。

发明内容

本发明的目的是针对现有方法制备出的萝卜红色素的不足之处，提供一种糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法。具有加工工艺、设备及操作步骤简单实用，节约能源，无有害物质排放，资源综合利用率高的特点。采用本发明方法制备出的萝卜红色素产品纯度高，脱去了萝卜硫苷异味，并且显著提高了在冷水当中的溶解度。

本发明的原理：萝卜红色素为黄酮化合物，属花青素类色素。由于黄酮母体为平面结构，导致分子之间的引力较大，通过疏水相互作用及氢键聚合，形成排列紧密，在冷水中难溶。此外，现有萝卜红色素产品中尚存在大量多糖、寡糖、单糖、氨基酸和蛋白质等，它们在干燥时发生梅拉德反应而褐变，也影响其冷水溶性。两者相比较，前者是主要矛盾。因此，设法减小其分子间的疏水相互作用或氢键作用，可以显著提高萝卜红色素在冷水中的溶解度。

萝卜红色素的黄酮母核呈平面结构，含多个酚羟基。酚羟基在一定条件下，可与醇羟基脱水形成醚化物。麦芽糖、乳糖、木糖均为多羟基醇，可提供游离羟基。许多糖苷酶，例如半乳糖苷酶、a-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶等具有转糖苷作用，是催化形成醚化物(糖苷键)的生物催化剂，目前用于生产异麦芽糖、潘糖等支链低聚糖浆。从理论上讲，在适宜条件下，转糖苷酶可催化萝卜红色素与麦芽糖、乳糖、木糖反应，形成糖基化萝卜红色素。

此外，萝卜红色素中的褐变物，分子量巨大，水溶性差，可通过微孔过滤除去；可溶性的大分子糖类，可用超滤分离。经过转糖苷酶催化萝卜红色素与麦芽糖、蔗糖、乳糖缩合、超滤及微孔过滤，可除去大部分杂质，获得高纯度、冷水中完全溶解的糖基化萝卜红色素。

实现本发明目的的技术方案是：一种糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法，以市售萝卜红色素为原料，经过溶解和过滤，转麦芽糖、乳糖、木糖反应，超滤及浓缩，干燥的简单工艺制得产品。其具体方法步骤如下：

(1)配制萝卜红色素溶液

以市售萝卜红色素为原料，用纯净水作溶剂，按照萝卜红色素质量(g)∶纯净水体积(mL)比为1∶50～200的比例，向纯净水中加入萝卜红色素，搅拌溶解5～20分钟，将悬浊液放置于真空过滤器中，进行真空过滤，分别收集滤液和滤渣(即褐变物及不溶性颗粒)，收集的滤液通过孔径为0.22微米的微滤膜，进行微滤，收集滤过液，即为制备出的萝卜红色素溶液。

(2)制备萝卜红色素糖基化溶液

第(1)步完成后，先将第(1)步制备出的萝卜红色素溶液置于不锈钢反应釜中，在反应釜的夹层中通入蒸汽，使反应釜内的温度升至45～60℃，按萝卜红色素∶葡萄糖∶糖苷酶的质量比为1∶0.1～0.5∶0.01～0.1的比例，先加入麦芽糖或乳糖或木糖，搅拌溶解后再加入a-葡萄糖苷酶或半乳糖苷酶或β-木糖苷酶，再在45～60℃恒温下，搅拌醚化反应2～6小时，就制备出萝卜红色素糖基化溶液。

(3)制备糖基化萝卜红色素浓缩液

第(2)步完成后，先将第(2)步制备出的萝卜红色素糖基化溶液置于截留分子量为10000Da的超滤器中，在压力为0.1～0.2Mpa下，进行超滤，当超滤器中的截留液体积降低至原体积的10％～20％时，补充蒸馏水至原体积，再在0.1～0.2Mpa下，再次进行超滤，如此重复3～5次，直至超滤器中的截留液无色为止。分别收集截留液和滤过液。收集的截留液含多糖、寡糖、蛋白质，经过浓缩干燥后做饲料添加剂原料；收集的滤过液，即为糖基化萝卜红色素溶液，置于真空浓缩器中，在温度为60～80℃、真空度为0.06～0.08Mpa的条件下，进行真空浓缩，直至浓缩液中可溶性固形物含量达到25～35％时止，就制备出糖基化萝卜红色素浓缩液。

(4)制备糖基化萝卜红色素冻干粉

第(3)步完成后，先将第(3)步制备出的糖基化萝卜红色素浓缩液在-10～-18℃下，预冻2～5小时，再置于冷冻干燥机中，在压力为20～60Pa、温度为-40～-60℃的条件下，冷冻干燥24～30小时，就制备出纯度为80.4％～87.8％的糖基化萝卜红色素冻干粉产品，产品的总收得率为89.4％～95.8％。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：

1、本发明生产过程的工艺简单、节约能源。本发明仅为微孔过滤、酶法修饰、超滤、真空浓缩及冷冻干燥等简单工艺，总体节约能源、生产成本低。

2、本发明的生产过程有利于保护环境。本发明工艺全过程无废物排放，全部物料都采用循环处理，得到了回收利用，这不但进一步降低了生产成本，又不污染环境，还充分利用了物料资源。生产过程在低温和常温下进行，既无副产物生成，也没有三废产生，属于绿色生物化工产品制备方法。

3、本发明的生产过程采用酶对萝卜红色素进行糖基化改性，修饰其平面结构，减小疏水基团相互作用及氢键作用，显著提高了萝卜红色素在冷水中的溶解度。

4、本发明制得的成品纯度高。本发明的生产过程采用超滤膜截留酶和糖类大分子，将大量多糖、寡糖、单糖基氨基酸和蛋白质等杂质除去，提高了萝卜红色素含量，萝卜红色素的纯度高达80.4％～87.3％，并除去了萝卜红色素异味，从而提升了产品品质。

5、本发明制得的成品收得率高，萝卜红色素的总收得率高达95.8％。

本发明可广泛应用于萝卜红色素的提纯。采用本发明方法制备出的产品可广泛用作食品、医药、保健品、化妆品、染料等行业中的红色素，并可广泛应用于萝卜红色素深加工，提高萝卜红色素附加价值。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。

实施例1

一种半乳糖糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法，具体步骤如下：

(1)配制萝卜红色素溶液

以市售萝卜红色素为原料，用纯净水作溶剂，按照萝卜红色素质量(g)∶纯净水体积(mL)比为1∶50的比例，向纯净水中加入萝卜红色素，搅拌溶解5分钟，制备出萝卜红色素悬浊液。将该悬浊液放置于真空过滤器中，进行真空过滤，分别收集滤液和滤渣，收集的滤渣可用于生产日化类产品。收集的滤液通过孔径为0.22微米的微滤膜，进行微滤，收集滤过液，即为制备出的萝卜红色素溶液。

(2)制备萝卜红色素糖基化溶液

第(1)步完成后，先将第(1)步制备出的萝卜红色素溶液置于不锈钢反应釜中，在反应釜的夹层中通入蒸汽，使反应釜内的温度升至45℃，按萝卜红色素∶麦芽糖∶a-葡萄糖苷酶的质量比为1∶0.1∶0.01的比例，先加入麦芽糖，搅拌溶解后再加入a-葡萄糖苷酶，再在45℃恒温下，搅拌醚化反应2小时，就制备出萝卜红色素糖基化溶液。

(3)制备糖基化萝卜红色素浓缩液

第(2)步完成后，先将第(2)步制备出的萝卜红色素糖基化溶液置于截留分子量为10000Da的超滤器中，在压力为0.1MPa下，进行超滤，当超滤器中的截留液体积降低至原体积的10％时，补充蒸馏水至原体积，再在0.1MPa下，再次进行超滤，如此重复3次，直至超滤器中的截留液无色为止。分别收集截留液和滤过液。收集的截留液含多糖、寡糖、蛋白质，经过浓缩干燥后做饲料添加剂原料；收集的滤过液，即为糖基化萝卜红色素溶液，置于真空浓缩器中，在温度为60℃、真空度为0.06MPa的条件下，进行真空浓缩，直至浓缩液中可溶性固形物含量达到25％时止，就制备出糖基化萝卜红色素浓缩液。

(4)制备半乳糖糖基化萝卜红色素冻干粉

第(3)步完成后，先将第(3)步制备出的半乳糖糖基化萝卜红色素浓缩液在-10℃下，预冻2小时，再置于冷冻干燥机中，在压力为20Pa、温度为-40℃的条件下，冷冻干燥24小时，就制备出纯度为82.6％的半乳糖糖基化萝卜红色素冻干粉产品，产品的总收得率为90.4％。

实施例2

一种麦芽糖糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法，同实施例1，其中：

第(1)步中，萝卜红色素的质量(g)∶纯净水的体积(mL)比为1∶100，搅拌10分钟。

第(2)步中，萝卜红色素∶乳糖∶半乳糖苷酶的质量比为1∶0.3∶0.05，恒温水浴温度为55℃，醚化4小时。

第(3)步中，压力为0.15MPa，截留液的体积降低至原体积的15％，重复4次，真空浓缩温度为70℃，真空度为0.07MPa，可溶性固形物含量为30％。

第(4)步中，在-14℃下，预冻3小时，压力为40Pa、温度为-50℃，冷冻干燥28小时，产品的纯度为85.8％，总收得率为93.1％。

实施例3

一种木糖糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法，同实施例1，其中：

第(1)步中，萝卜红色素质量(g)∶纯净水体积(mL)比为1∶200，搅拌20分钟。

第(2)步中，萝卜红色素∶木糖∶β-木糖苷酶的质量比为1∶0.5∶0.1，恒温水浴温度为60℃，醚化6小时。

第(3)步中，压力为0.2MPa，截留液的体积降低至原体积的20％，重复5次，真空浓缩温度为80℃，真空度为0.08MPa，可溶性固形物含量为35％。

第(4)步中，在-18℃下，预冻5小时，压力为60Pa、温度为-60℃，冷冻干燥30小时，产品的纯度为89.8％，总收得率为96.2％。

Claims (4)

1.一种糖基化萝卜红色素的合成及纯化方法，其具体步骤如下：

(1)配制萝卜红色素溶液

以市售萝卜红色素为原料，用纯净水作溶剂，按照萝卜红色素质量∶纯净水体积的比为1g∶50～200mL的比例，向纯净水中加入萝卜红色素，搅拌溶解5～20分钟，将悬浊液放置于真空过滤器中，进行真空过滤，分别收集滤液和滤渣，收集的滤液通过孔径为0.22微米的微滤膜，进行微滤，收集滤过液；

(2)制备萝卜红色素糖基化溶液

第(1)步完成后，先将第(1)步制备出的萝卜红色素溶液置于不锈钢反应釜中，在反应釜的夹层中通入蒸汽，使反应釜内的温度升至45～60℃，按萝卜红色素∶葡萄糖∶糖苷酶的质量比为1∶0.1～0.5∶0.01～0.1的比例，先加入麦芽糖或乳糖或木糖，搅拌溶解后再加入a-葡萄糖苷酶或半乳糖苷酶或β-木糖苷酶，再在45～60℃恒温下，搅拌醚化反应2～6小时；

(3)制备糖基化萝卜红色素浓缩液

第(2)步完成后，先将第(2)步制备出的萝卜红色素糖基化溶液置于截留分子量为10000Da的超滤器中，在压力为0.1～0.2MPa下，进行超滤，当超滤器中的截留液体积降低至原体积的10％～20％时，补充蒸馏水至原体积，再在0.1～0.2MPa下，再次进行超滤，如此重复3～5次，分别收集截留液和滤过液，收集的滤过液置于真空浓缩器中，在温度为60～80℃、真空度为0.06～0.08MPa的条件下，进行真空浓缩，直至浓缩液中可溶性固形物含量达到25～35％时止；

(4)制备糖基化萝卜红色素冻干粉

第(3)步完成后，先将第(3)步制备出的糖基化萝卜红色素浓缩液在-10～-18℃下，预冻2～5小时，再置于冷冻干燥机中，在压力为20～60Pa、温度为-40～-60℃的条件下，冷冻干燥24～30小时。

2.按照权利要求1所述的一种葡萄糖苷化萝卜红色素的合成及纯化方法，其特征在于：

第(1)步中，萝卜红色素质量∶纯净水体积的比为1g∶50mL的比例，搅拌5分钟；

第(2)步中，萝卜红色素∶麦芽糖∶a-葡萄糖苷酶的质量比为1∶0.1∶0.01的比例，恒温水浴温度为45℃，醚化2小时；

第(3)步中，压力为0.1MPa，截留液的体积降低至原体积的10％，重复3次，真空浓缩温度为60℃，真空度为0.06MPa，可溶性固形物含量为25％；

第(4)步中，在-10℃下，预冻2小时，压力为20Pa、温度为-40℃，冷冻干燥24小时。

3.按照权利要求1所述的一种葡萄糖苷化萝卜红色素的合成及纯化方法，其特征在于：

第(1)步中，萝卜红色素的质量∶纯净水的体积的比为1g∶100mL，搅拌10分钟；

第(2)步中，萝卜红色素∶乳糖∶半乳糖苷酶的质量比为1∶0.3∶0.05，恒温水浴温度为55℃，醚化4小时；

第(3)步中，压力为0.15MPa，截留液的体积降低至原体积的15％，重复4次，真空浓缩温度为70℃，真空度为0.07MPa，可溶性固形物含量为30％；

第(4)步中，在-14℃下，预冻3小时，压力为40Pa，温度为-50℃，冷冻干燥28小时。

4.按照权利要求1所述的一种葡萄糖苷化萝卜红色素的合成及纯化方法，其特征在于：

第(1)步中，萝卜红色素质量∶纯净水体积的比为1g∶200mL，搅拌20分钟；

第(2)步中，萝卜红色素∶木糖∶β-木糖苷酶的质量比为1∶0.5∶0.1，恒温水浴温度为60℃，醚化6小时；

第(3)步中，压力为0.2MPa，截留液的体积降低至原体积的20％，重复5次，真空浓缩温度为80℃，真空度为0.08MPa，可溶性固形物含量为35％；

第(4)步中，在-18℃下，预冻5小时，压力为60Pa、温度为-60℃，冷冻干燥30小时。