CN102321061B - 一种紫参薯花青素的提取方法 - Google Patents

一种紫参薯花青素的提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种紫参薯花青素的提取方法，属于植物功能活性成分的提取技术领域。方法包括：(1)原料预处理；(2)α淀粉酶水解处理；(3)紫参薯花青素的水浴或间歇式超声提取；(4)提取混合物的分离与浓缩；(5)浓缩液大孔树脂的洗脱、纯化与干燥等步骤。本发明由于对原料进行了淀粉酶水解处理，提高了提取体系的液化程度，使花青素提取率由常规的80％左右提高到95％以上；且其制备过程条件温和、低能耗，并保持了花青素天然的功能构效关系，产品纯正，色价(中国定义)达40以上。本发明可在紫参薯栽培地区推广应用。

Description

一种紫参薯花青素的提取方法
【技术领域】
本发明涉及植物功能活性成分的提取技术领域，具体涉及从紫参薯块茎中提取纯化花青素的方法。
【背景技术】
参薯(Dioscorea alata Linn.)又名“脚板薯”、“草鞋薯”、“淮山药”，为薯蓣科薯蓣属(Dioscorea L.)植物，属藤本植物。主要分布于东南亚、太平洋热带岛屿、非洲、美洲等地，在我国浙江、江西、福建、台湾、湖北、湖南、广西、贵州、台湾等省广泛栽培，为世界上重要的粮食作物。参薯块茎作为蔬菜食用，部分地区作“淮山药”入药，具有滋补强壮的作用。我国参薯栽培变异大，紫参薯为其中一种，其含有丰富的类黄酮化合物、多糖化合物、淀粉、蛋白质、氨基酸、微量元素等物质。紫参薯由于其极高的营养价值也被称为“紫人参”，经常食用具有增强免疫力、改善记忆、抑制肿瘤、预防心脑血管、促进肠胃消化等功效。
花青素(anthocyanins)是一类广泛存在于植物细胞液中的天然水溶性色素，属于类黄酮类化合物，自然状态下花青素常与各种单糖形成花青素苷，由于其特殊吸光性常表现出红色、紫色、蓝色等颜色。花青素作为天然色素，不仅具有较高的安全性能，而且具有抗突变、抗氧化、降血压、保护肝脏等保健功能，属于功能性产品添加剂，被誉为七大必需营养。意大利、德国、法国等欧洲国家已把含量大于24％花青素提取物作为药用，并收载药典中。可见，花青素在医疗保健方面的应用开发已越来越受到人们的关注。
目前，已知花青素约有50余种，大部分来源于天竺葵色素(pelargonidin)、飞燕草色素(delphinidin)、失车菊色素(cyanidin)、芍药色素(peonidin)、牵牛色素(petunidin)、锦葵色素(malvidin)等6种花青素及其衍生物，大部分存在于植物的花、果实、茎、叶、块根等组织器官中。紫参薯块茎中含有丰富的花青素物质，但尚未进入深入开发利用阶段。
现有紫参薯中花青素的提取方法是：利用0.50～1.00％柠檬酸或0.5％的硫酸溶液作为提取剂，浸提或恒温加热提取，提取液通过大孔树脂或离子交换纯化，减压浓缩制得花青素物质(占达东，“参薯紫色素的提取”，《琼州大学学报》，2005年第12卷第5期；陆国权等，“脚板薯花青素提取及其纯化技术研究”，《油料食品科技》，2006年第16卷第1期)。但在现有技术中主要存在有以下的问题：(1)在方法中未消除淀粉大分子化合物对于目标成份溶出的影响，阻碍了目标成份的溶出；(2)作为功能性原料产品的开发，本更应注重并保持产品的天然特性与安全性，而利用硫酸等强酸作为提取剂相对于食用安全不宜提倡；(3)糖类等水溶性杂质与目标成份的溶解性质相近，不易分离，导致产品纯度不高；(4)提取制备方法粗糙，不详细，缺乏在工业上操作性指导。
因此，紫参薯本身所含有的丰富淀粉，在很大程度上既影响了水溶性花青素物质的溶出、扩散，也对含有大分子淀粉提取液的过滤形成了障碍。因此，解决淀粉对目标成份溶出与扩散的影响，以提高提取率，采用温和提取方法以保证紫参薯中花青素及其衍生物原有的构效关系，无疑是紫参薯花青素作为功能产品开发的技术关键。
【发明内容】
本发明目的是：针对紫参薯中大量含有淀粉大分子化合物，导致目标成分溶出难、成本较高的缺陷，提出一种花青素提取率高、操作性强、成本低、环境友好的紫参薯花青素的提取方法。
本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种紫参薯花青素的提取方法，该方法按以下步骤进行：
(1)原料预处理：取新鲜、无腐烂、无褐变的紫参薯块茎，经洗净、去皮、机械捣碎至浆状后，备用；
(2)酶水解处理：将步骤(1)的浆状原料与α淀粉酶及水按重量体积100g∶0.06-0.1g∶400ml的比例混匀，并用柠檬酸调节pH至6.0-6.5后，在40-50℃水浴下进行酶水解处理30-40min；
(3)紫参薯花青素的提取：向上述酶水解混合物中加入步骤(2)用水量1-2.5倍体积的无水乙醇并混匀，以使整个提取混合物体系中乙醇浓度在50-71％，用柠檬酸调pH至3.0-4.0后，在50-60℃下进行水浴提取30-50min，或置40KHz超声器中进行间歇式超声提取2-3次，每次超声10-15min后，收集提取混合物；
(4)提取混合物的分离与浓缩：上述提取混合物置5000-8000r/min条件下离心10min实施固液分离；将上清液置温度50-60℃、真空度0.06-0.09Mpa下减压浓缩至原体积的1/10-1/30，收集浓缩液；
(5)浓缩液的洗脱纯化与干燥：将上述浓缩液加入到大孔树脂柱中静态吸附1-2h后，用去离子水冲柱洗杂至洗出液Molish反应成阴性时，再用浓度为85-95％并经柠檬酸调节pH至3.0-4.0的乙醇水溶液，在速率为1.0-1.5ml/min下进行洗脱，收集洗脱液至洗脱液呈无色透明状时停止，并停止洗脱；将收集到的洗脱液在50-60℃、真空度0.06-0.09Mpa下减压浓缩至原体积的1/10-1/30，并将该浓缩液置干燥设备中在50-60℃下进行干燥，即获得按中国定义的色价达40以上的紫参薯花青素紫红色粉末状产品。
所述的大孔树脂型号为HPD-500或AB-8。
本发明有益效果是：
1、与现有紫参薯花青素提取报道方法相比较，本发明方法的关键区别之一在于，首先应用α淀粉酶对淀粉含量高达70％以上的原料进行酶水解处理，使淀粉水解成麦芽糖、葡萄糖等低聚糖，增加了物料的液化程度，再进行水浴或超声提取，这既有利于花青素物质的浸出、扩散与提取，又利于在提取过程中的料液分离。发明人经实验证明：常规方法其花青素提取率在80％左右，而经α淀粉酶水解后进行提取的，其物料颜色较直接提取后的物料颜色更白，提取率达到95％以上，提取率较直接提取法提高了10％以上。
2、本发明花青素提取过程中，使用常用的食品添加剂柠檬酸维持体系中的pH值，保证了制备产品的安全性。因为花青素保健功能的作用机制需由花青素及其衍生物的协同作用来维持，任何结构形式的改变都有可能影响紫参薯花青素的保健功能，因此使用柠檬酸调节提取体系的pH值，不仅减少了提取浓缩过程中花青素物质的降解，还避免了HCl、H2SO4等强酸对花青素物质结构的影响，从而保证了紫参薯花青素保健的天然特性。
3、本发明通过大孔树脂柱层析，并结合采用Molish反应监测糖类物质的洗脱程度，保证了紫参薯花青素物质的纯度，按照中国色价的定义，其色价可大于40，符合食品开发和色素添加剂的要求，可用于功能性食品和色素添加剂的开发。
4、本发明设计的紫参薯花青素提取制备工艺清晰、简便，提取制备过程未使用任何有毒危害试剂，反应条件温和并减少了能源消耗，体现了“环保、高效、低能耗”生产技术工艺特点，适于工业化推广。
5、本发明产业价值大。紫参薯已经在我国浙江、江西、云南、广东、湖南等南部各省广泛栽培，人们已逐渐意识到其极高的食用价值，但其功能性产品开发还处于空白。本发明可以利用丰富的紫参薯资源，为积极开发功能保健型产品，提高紫参薯附加值，促进紫参薯保健产业发展奠定基础，具有很好的经济和社会效益。
【具体实施方式】
通过以下实施例子对本发明作进一步的详细说明，但本发明的内容并不局限于此。
对实施例所涉材料、设备的说明：
α淀粉酶：酶活力≥2000.0U/g，国药集团化学试剂有限公司。
柠檬酸：GB/T9855-1988，无锡市民丰试剂厂。
恒温干燥箱：ZJ101-3型，浙江省诸暨市实验仪器厂。
超声器：KQ-500型，昆山市超声仪器有限公司。
实施例1：
(1)原料预处理：称取100g新鲜、无腐烂、无褐变的紫参薯块茎，经洗净、去皮、机械捣碎至浆状后，备用；
(2)酶水解处理：将步骤(1)浆状原料与α淀粉酶及水按重量体积100g∶0.06g∶400ml的比例混匀于1000ml的烧杯中，用柠檬酸调混合物pH至6.0后，在40℃水浴下进行酶水解处理30min；
(3)参薯花青素的提取：向上述酶水解混合物中加入步骤(2)用水体积1倍的无水乙醇400ml并混匀，使整个提取混合物中的乙醇浓度达到50％，用柠檬酸调pH至3.0后，在50℃下水浴30min进行提取，结束后收集提取混合物；
(4)提取混合物的分离与浓缩：将上述提取混合物置5000r/min条件下离心10min实施固液分离；将上清液置温度50℃、真空度0.06Mpa下减压浓缩至原体积的1/10，收集浓缩液；
(5)浓缩液的洗脱纯化与干燥：将上述浓缩液加入到型号为HPD-500的大孔树脂柱(柱规格为3cm×20cm)中，静态吸附1h后，用去离子水冲柱洗杂至洗出液Molish反应呈阴性时；再换用浓度为85％并经柠檬酸调节pH至3.0的乙醇水溶液，在速率为1.0ml/min下进行洗脱，收集洗脱液至洗脱液呈无色透明状时停止，并停止洗脱；将收集到的洗脱液在温度50℃、真空度0.06Mpa减压浓缩至原体积的1/10后，再将该浓缩液置恒温干燥箱中50℃下进行干燥，即获得紫参薯花青素紫红色粉末状产品560mg；
(6)花青素色价的测定：准确称取花青素纯品25mg，50％乙醇液定容至25ml，取出2.5ml，以pH为3.0的0.02M盐酸液定容至100ml；稀释液用紫外分光光度计测定吸光度，测定波长529nm，参比液为pH3.0的盐酸液，测定吸光度等于0.159；按照我国色价的定义等于100ml溶液中单位质量(g)，液层厚度为1cm时的吸光值，即色价
Figure BSA00000494550900061
式中：A为吸光度，C为花青素浓度，L为比色杯的厚度1cm，计算本例花青素色价为63.6。
实施例2：
本例中，步骤(2)酶水解处理：浆状原料与α淀粉酶及水按重量体积100g∶0.1g∶400ml的比例混匀于2000ml的烧杯中，用柠檬酸调混合物pH至6.5，在50℃水浴下进行酶水解处理40min；步骤(3)参薯花青素的提取：向酶水解混合物中加入步骤(2)用水体积2.5倍的无水乙醇1000ml，使整个提取混合物中的乙醇浓度达到71％，用柠檬酸调pH至4.0后，在60℃下水浴50min进行提取；步骤(4)提取混合物的分离与浓缩：将提取混合物置8000r/min下离心10min实施固液分离；将上清液置温度60℃、真空度0.09Mpa下减压浓缩至原体积的1/30；步骤(5)浓缩液的洗脱纯化与干燥：将浓缩液加入到型号为AB-8的大孔吸附树脂柱中，静态吸附2h；换用浓度为95％并经柠檬酸调节pH至4.0的乙醇水溶液，在速率为1.5ml/min下进行洗脱；收集到的洗脱液在温度60℃、真空度0.09Mpa下减压浓缩至原体积的1/30后，再将该浓缩液在60℃下进行干燥，获得花青素紫红色粉末状产品660mg；步骤(6)花青素色价的测定：配制pH为3.0花青素酸溶液，测定溶液吸光度等于0.165，计算本例花青素色价为66.0。其余步骤、工艺同于实施例1。
实施例3：
本例中，步骤(2)酶水解处理：浆状原料与α淀粉酶及水按重量体积100g∶0.08g∶400ml的比例混匀于2000ml的烧杯中，用柠檬酸调混合物pH至6.2，在45℃水浴下进行酶水解处理35min；步骤(3)参薯花青素的提取：向酶水解混合物中加入步骤(2)用水体积1.8倍的无水乙醇720ml，使整个提取混合物中的乙醇浓度达到64％，用柠檬酸调pH至3.5后，在55℃下水浴40min进行提取；步骤(4)提取混合物的分离与浓缩：将提取混合物置6000r/min下离心10min实施固液分离；将上清液置温度55℃、真空度0.07Mpa下减压浓缩至原体积的1/20；步骤(5)浓缩液的洗脱纯化与干燥：将浓缩液加入到型号为AB-8的大孔吸附树脂柱中，静态吸附1.5h；换用浓度为90％并经柠檬酸调节pH至3.5的乙醇水溶液，在速率为1.2ml/min下进行洗脱；收集到的洗脱液在温度55℃、真空度0.07Mpa下减压浓缩至原体积的1/20后，再将该浓缩液在55℃下进行干燥，获得花青素紫红色粉末状产品630mg；步骤(6)花青素色价的测定：配制pH为3.0花青素酸溶液，测定花青素溶液吸光度等于0.173，计算本例花青素色价为69.2；其余步骤、工艺同于实施例1。
实施例4：
本例中，在步骤(3)紫参薯花青素的提取：当加入无水乙醇并用柠檬酸调pH至3.0后，置40KHz超声器中进行间歇式超声提取3次，每次超声10min，中间停止5min，结束后收集提取混合物；其余步骤、工艺同于实施例1。该例提取获得花青素紫红色粉末状产品568mg，经测定其花青素色价为56.5。
实施例5：
本例中，在步骤(3)紫参薯花青素的提取：当加入无水乙醇并用柠檬酸调pH至4.0后，置40KHz超声器中进行间歇式超声提取3次，每次超声13min，中间停止5min，结束后收集提取混合物；其余步骤、工艺同于实施例2。该例提取获得花青素紫红色粉末状产品658mg，经测定其花青素色价为67.0。
实施例6：
本例中，在步骤(3)紫参薯花青素的提取：当加入无水乙醇并用柠檬酸调pH至3.5后，置40KHz超声器中进行间歇式超声提取2次，每次超声15min，中间停止5min，再继续超声，结束后收集提取混合物；其余步骤、工艺同于实施例3。该例提取获得花青素紫红色粉末状产品639mg，经测定其花青素色价为65.5。

Claims (1)

1.一种紫参薯花青素的提取方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)原料预处理：取新鲜、无腐烂、无褐变的紫参薯块茎，经洗净、去皮、机械捣碎至浆状后，备用；
(2)酶水解处理：将步骤(1)的浆状原料与α淀粉酶及水按重量体积100g∶0.06-0.1g∶400ml的比例混匀，并用柠檬酸调节pH至6.0-6.5后，在40-50℃水浴下进行酶水解处理30-40min；
(3)紫参薯花青素的提取：向上述酶水解混合物中加入步骤(2)用水量1-2.5倍体积的无水乙醇并混匀，以使整个提取混合物体系中乙醇浓度在50-71％，用柠檬酸调pH至3.0-4.0后，在50-60℃下进行水浴提取30-50min，或置40KHz超声器中进行间歇式超声提取2-3次，每次超声10-15min后，收集提取混合物；
(4)提取混合物的分离与浓缩：上述提取混合物置5000-8000r/min条件下离心10min实施固液分离；将上清液置温度50-60℃、真空度0.06-0.09Mpa下减压浓缩至原体积的1/10-1/30，收集浓缩液；
(5)浓缩液的洗脱纯化与干燥：将上述浓缩液加入到型号为HPD-500或AB-8大孔树脂柱中静态吸附1-2h后，用去离子水冲柱洗杂至洗出液Molish反应成阴性时；再用浓度为85-95％并经柠檬酸调节pH至3.0-4.0的乙醇水溶液，在速率为1.0-1.5ml/min下进行洗脱，收集洗脱液至洗脱液呈无色透明状时停止，并停止洗脱；将收集到的洗脱液温度50-60℃、真空度0.06-0.09Mpa下减压浓缩至原体积的1/10-1/30，并将该浓缩液置干燥设备中在50-60℃下进行干燥，即获得按中国定义的色价达40以上的紫参薯花青素紫红色粉末状产品。
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