CN102942550A - 一种从黑豆皮中提取花青素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从黑豆皮中提取花青素的方法，所述提取方法包括：A）黑豆皮洗净后，向所述黑豆皮中加入水及乙醇进行浸提，得到提取液；B）对所述提取液进行离心分离并得到上清液，然后对所述上清液进行陶瓷膜除杂并得到陶瓷膜透过液；C）所述陶瓷膜透过液经有机纳滤膜浓缩后得到浓缩液，然后对所述树脂进行洗脱并得到洗脱液；和D）对所述洗脱液进行喷雾干燥以便得到花青素。本发明采用离心机分离、膜分离与树脂集成技术，可有效降低生产成本，缩短提取分离时间，提高产品率及产品纯度。

Description

一种从黑豆皮中提取花青素的方法

技术领域

本发明涉及一种花青素的提取，具体涉及一种膜集成分离提纯工艺提取黑豆皮中花青素的方法，属于天然产物提取技术领域。

背景技术

花青素(anthocyanins)又称花色素，是一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，多以糖苷的形式存在，也称花色苷。最早而最丰富的花青素是从红葡萄渣中提取的葡萄皮红，它于1879年在意大利上市。花青素的结构母核是22苯基苯并吡喃阳离子，属于类黄酮化合物。

花青素（黑豆皮提取物）是一种多酚类物质，它是一种新型高效抗氧化剂，具有促进血液循环、保护视力、消除水肿、分解和排除胆固醇、消炎、预防癌症和抗氧化、抗辐射等功效，可广泛用于食物增补剂、健康食品和化妆品等。

花青素的分离与纯化方法是花青素领域的研究重点，目前报道的主要方法萃取、树脂吸附、高效液相、膜分离技术等。中国专利CN1431205A公布了一种用于从植物中提取原花青素的萃取剂及提取方法，选水作为提取剂，浸提耗时长，温度高，溶出杂质较多，花青素损失率高。发明专利CN102260587A公布了一种提取葡萄籽油及原花青素的方法，采用有机超滤膜纯化提取液得到花青素，该法未采用前处理方法控制进入有机超滤膜物料，有机超滤膜污染严重；另外有机膜污染后很难保持高通量。申请号CN101525325A公布了一种从越橘中提取花青素的方法，该法包括粉碎、提取、过滤、树脂纯化等步骤，采用无机膜有效解决了有机膜污染严重通量难恢复等问题，但存在树脂进料量大，纯化耗时长，洗脱量大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有花青素提取过程中存在的问题，尤其是为了降低生产成本，缩短提取分离时间，提高产品率及产品纯度，采用膜分离与树脂集成技术，提取黑豆皮中花青素。

为实现发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种从黑豆皮中提取花青素的方法，包括醇溶液浸提黑豆皮中花青素、离心分离与无机膜除杂、纳滤膜浓缩、树脂吸附和喷雾干燥，具体包括如下步骤：

A）黑豆皮洗净后，向所述黑豆皮中加入水溶性提取介质进行至少一次浸提，得提取液；

B）对提取液进行离心分离，得上清液；对所述上清液进行陶瓷膜除杂得到陶瓷膜透过液；

C）所述陶瓷膜透过液经有机纳滤膜浓缩，得浓缩液；所述浓缩液经树脂纯化洗脱得到洗脱液； 

D）对所述洗脱液进行喷雾干燥，得花青素。

本发明所述的提取方法，所述步骤A为：黑豆皮洗净后，向其中加入10-20倍重量的水溶性提取介质，在30～70℃条件下浸提至少一次，每次50～100min，得提取液。其中，所述水溶性提取介质可以为纯水、乙醇溶液或者是稀盐酸，所述乙醇溶液的体积浓度为40%～60%，所述稀盐酸的体积浓度为0.5%～2%。

本发明所述的提取方法，步骤B）中，将黑豆皮提取液先经过离心机去除其中的大颗粒物质，所述离心在转速3000～6000rpm下离心5-15min。离心后取上清液进入陶瓷膜过滤器。所述陶瓷膜材质为氧化铝、氧化锆或者氧化钛，孔径范围为10~200nm。所述步骤B）中对所述上清液进行陶瓷膜除杂时压力为0.1～0.6MPa，膜面流速为0.01～5m/s。

本发明所述的提取方法，所述步骤C）中，有机纳滤膜的截留分子量为150~300。

采用有机纳滤膜浓缩过程中，浓缩温度为30～45℃，压力为0.3～1.5MPa，膜面流速为0.1～3m/s。

所述步骤C）中的树脂为LSA-10、HPD-400、或AB-8。树脂吸附温度为30～45℃，吸附时间为2~6h。

本发明中，所述步骤C中树脂纯化的解吸溶液为质量浓度为1%~15%的NaOH水溶液、体积浓度为20~40%的乙醇或体积比为1:2~2:1的10% NaOH水溶液和无水乙醇的混合液，洗脱液与柱体积比2:1~4:1。

以下对本发明作进一步地详细介绍：

一种从黑豆皮中提取花青素的方法，包括如下步骤：

A）黑豆皮洗净后，向所述黑豆皮中加入水溶性提取介质进行至少一次浸提，得提取液；

B）对提取液进行离心分离，得上清液；对所述上清液进行陶瓷膜除杂得到陶瓷膜透过液；

C）所述陶瓷膜透过液经有机纳滤膜浓缩，得浓缩液；所述浓缩液经树脂纯化洗脱得到洗脱液； 

D）对所述洗脱液进行喷雾干燥，得花青素。

其中，步骤A）所述浸提采用纯水、乙醇溶液或稀盐酸作为提取介质，如体积浓度为40%～60%的乙醇溶液，优选乙醇的体积浓度为50%；稀盐酸的体积浓度可以为0.5%～2%，优选为1%。本步骤中，浸提温度控制为30～70℃，优选地，浸提温度可以为40~60℃，进一步优选地，浸提温度最佳为50℃，这样可以最大程度地提高浸提效率。所述浸提的时间可任意的选择50～100min，有利地，浸提时间可以为60~90min；浸提次数为1~3次为宜，优选2~3次，多次浸提后合并提取液。

浸提结束后对黑豆皮提取液用离心机在3000～6000rpm条件下离心5-10min进行离心分离，离心机可采用现有技术公开的任一种，本发明优选碟式离心机。离心过程结束后取上清液，将上清液经陶瓷膜过滤器进行过滤处理，可以利用孔径为10~200nm的陶瓷膜来进行进一步除杂。优选地，陶瓷膜孔径可以为20~100nm，进一步优选地，陶瓷膜孔径可以为50nm。这样可以最大限度地去除提取液中的颗粒杂质，为下一步纳滤膜及树脂减轻负荷，还可以保证过滤通量。

具体地，除杂过程中可以利用增压泵对所述上清液进行增压，然后将增压后的所述上清液经过陶瓷膜进行进一步除杂，该过程中温度可以为30～70℃，操作压力可以为0.1～0.6MPa，膜面流速可以为0.01～5m/s。优选地，温度为50℃，操作压力为0.2～0.5MPa，膜面流速为0.1～4m/s。更优选地，操作压力为0.3 MPa，膜面流速为3 m/s，此时能够更充分的除杂，进一步保证花青素的纯度和收率。

除杂过程结束后，陶瓷膜透过液经有机纳滤膜浓缩后得到浓缩液，所述纳滤膜的截留分子量可以为150~300，浓缩温度为30～45℃，优选的，温度为35℃。此外，浓缩时控制操作压力为0.3～1.5MPa，优选0.5~1.2 MPa，更优选操作压力为1 MPa，这样可以达到更好的浓缩效果。该步骤中，膜面流速控制为0.1～3m/s，更理想的膜面流速为2.5 m/s。

本发明所述的提取方法中，经上述有机纳滤膜浓缩后的浓缩液再经大孔树脂吸附，所述步骤C）中树脂可以是LSA-10、HPD-400或者AB-8，进一步地，大孔树脂优选为AB-8，该树脂更有利于花青素的提纯。吸附过程中，所述吸附温度控制在30～45℃的范围内，吸附时间以2~6h为宜。优选吸附温度为40℃，吸附时间为4h。所述吸附过程中，解吸溶液优选质量浓度为1%~15%的NaOH水溶液、体积浓度为20~40%的乙醇或体积比为1:2~2:1的10% NaOH水溶液和无水乙醇的混合液。最理想的解吸溶液为体积浓度为30% 的乙醇溶液。所述洗脱液与柱体积体积比2:1~4:1，优选体积比3:1。

本发明的主要特点是利用离心机分离作预处理，膜分离与树脂集成技术从黑豆皮中提取花青素，具体特点如下：

1、利用离心机分离大颗粒物质，控制进入后续系统的颗粒物，降低大颗粒物质对膜通道及膜孔径污染的机率。

2、与传统的分离方法相比，膜分离技术具有无相变、能耗低、分离效率高、环境友好等优点。

3、本发明采用的膜分离包括陶瓷膜除杂和纳滤膜浓缩两个部分。陶瓷膜除杂是利用其筛分机理，分离离心液中的小分子颗粒物和大分子物质。与常规的有机超滤膜相比，具有化学稳定性佳、耐酸碱、耐氧化、易清洗等优点，利用陶瓷膜最为纳滤膜的预处理，可有效控制纳滤膜的污染。

4、纳滤膜浓缩陶瓷膜透过液，花青素成分不断浓缩的同时，去除溶液体系中溶解灰分，提高成品含量。

5、树脂纯化浓缩液，进一步提高成品含量。

 

具体实施方式

实施例1：

称取干黑豆皮100g，用清水洗净，采用40%乙醇溶液浸提，乙醇溶液的质量为1kg，在40℃的温度下浸提2次，每次50min，合并2次提取液；所得提取液在3000rpm/min条件下，离心10min，得上清液；

将所得上清液用100nm陶瓷膜过滤，控制所述过滤在温度为30℃，膜面流速为0.5m/s，压力为0.1MPa的操作条件下运行，收集陶瓷膜透过液；

将陶瓷膜透过液用截留分子量为150的卷式纳滤膜进行浓缩，所述浓缩在温度为30℃， 膜面流速为1m/s，压力为0.5MPa的操作条件下运行，浓缩结束后收集浓缩液。所得纳滤膜浓缩液经过LAS-10型树脂吸附2h进行纯化，吸附温度控制在40℃，纯化过程中采用20%的乙醇溶液进行洗脱，洗脱液经过喷雾干燥，得4.7g花青素产品，其中花青素含量74.1%。

实施例2：

称取干黑豆皮100g，用清水洗净，采用相当于黑豆皮10倍用量的纯水在50℃的温度下浸提3次，每次100min，合并3次提取液；所得提取液在4000rpm/min条件下，离心10min，得上清液；

将所得上清液用20nm陶瓷膜过滤，控制所述过滤在温度为50℃，膜面流速为3m/s，压力为0.3MPa的操作条件下运行，收集陶瓷膜透过液；

将陶瓷膜透过液用截留分子量为300卷式纳滤膜进行浓缩，所述浓缩在温度为45℃，膜面流速为1m/s，压力为1.0MPa的操作条件下运行，浓缩结束后收集浓缩液。所得纳滤膜浓缩液经过AB-8型树脂吸附4h进行纯化，吸附温度控制在30℃，纯化过程中采用40%的乙醇溶液进行洗脱，洗脱液经过喷雾干燥，得4.2g花青素产品，其中花青素含量80.0%。

实施例3：

称取干黑豆皮100g，用清水洗净，采用相当于黑豆皮20倍量的体积浓度为0.5%的稀盐酸在70℃的温度下浸提100min，得提取液；将提取液在5000rpm/min条件下，离心10min，得上清液；

将所得上清液用50nm陶瓷膜过滤，控制所述过滤在温度为70℃，膜面流速为4m/s，压力为0.5MPa的操作条件下运行，收集陶瓷膜透过液；

将陶瓷膜透过液用截留分子量为200卷式纳滤膜进行浓缩，所述浓缩在温度为40℃，膜面流速为1m/s，压力为1.0MPa的操作条件下运行，浓缩结束后收集浓缩液。所得纳滤膜浓缩液经过HPD-400型树脂吸附5h进行纯化，吸附温度控制在45℃，纯化过程采用10%的NaOH溶液进行洗脱，洗脱液经过喷雾干燥，得4.3g花青素产品，其中花青素含量81.3%。

实施例4：

称取干黑豆皮100g，用清水洗净，采用相当于黑豆皮15倍用量的体积浓度为60%的乙醇溶液在50℃的温度下浸提2次，每次100min，合并两次提取液；将提取液在6000rpm/min条件下，离心10min，得上清液；

将所得上清液用200nm陶瓷膜过滤，控制过滤在温度为70℃，膜面流速为4m/s，压力为0.5MPa的操作条件下运行，收集陶瓷膜透过液；

将陶瓷膜透过液用截留分子量为300卷式纳滤膜进行浓缩，所述浓缩在温度为40℃，膜面流速为1m/s，压力为1.5MPa的操作条件下运行，收集浓缩液。所得纳滤膜浓缩液经过AB-8型树脂吸附6h进行纯化，吸附温度控制在35℃，纯化过程中采用40%的乙醇溶液进行洗脱，洗脱液经过喷雾干燥，得4.8g花青素产品，其中花青素含量79.6%。

实施例5：

称取干黑豆皮100g，用清水洗净，采用相当于黑豆皮10倍用量的体积浓度为50%的乙醇溶液在30℃的温度下浸提3次，每次60min，合并3次提取液；所得提取液在4000rpm/min条件下，离心5min，得上清液；

将所得上清液用10nm陶瓷膜过滤，控制所述过滤在温度为45℃，膜面流速为0.01m/s，压力为0.2MPa的操作条件下运行，收集陶瓷膜透过液；

将陶瓷膜透过液用截留分子量为150卷式纳滤膜进行浓缩，所述浓缩在温度为35℃，膜面流速为0.1m/s，压力为1.2MPa的操作条件下运行，浓缩结束后收集浓缩液。所得纳滤膜浓缩液经过AB-8型树脂吸附4h进行纯化，吸附温度控制在30℃，纯化过程中采用体积比为1:1的10%的NaOH溶液和无水乙醇混合液进行洗脱，洗脱液经过喷雾干燥，得3.9g花青素产品，其中花青素含量83.3%。

实施例6：

称取干黑豆皮100g，用清水洗净，采用相当于黑豆皮15倍量的体积浓度为1%的稀盐酸在60℃的温度下浸提90min，得提取液；将提取液在5000rpm/min条件下，离心15min，得上清液；

将所得上清液用50nm陶瓷膜过滤，控制所述过滤在温度为70℃，膜面流速为4m/s，压力为0.5MPa的操作条件下运行，收集陶瓷膜透过液；

将陶瓷膜透过液用截留分子量为200卷式纳滤膜进行浓缩，所述浓缩在温度为40℃，膜面流速为3m/s，压力为0.6 MPa的操作条件下运行，浓缩结束后收集浓缩液。所得纳滤膜浓缩液经过HPD-400型树脂吸附5h进行纯化，吸附温度控制在45℃，纯化过程采用15%的NaOH溶液进行洗脱，洗脱液经过喷雾干燥，得4.1g花青素产品，其中花青素含量81.3%。

实施例7：

称取干黑豆皮100g，用清水洗净，采用相当于黑豆皮18倍用量的体积浓度为2%的稀盐酸在70℃的温度下浸提2次，每次90min，合并两次提取液；将提取液在6000rpm/min条件下，离心8min，得上清液；

将所得上清液用200nm陶瓷膜过滤，控制过滤在温度为60℃，膜面流速为0.1m/s，压力为0.5MPa的操作条件下运行，收集陶瓷膜透过液；

将陶瓷膜透过液用截留分子量为300卷式纳滤膜进行浓缩，所述浓缩在温度为40℃，膜面流速为2m/s，压力为1.5MPa的操作条件下运行，收集浓缩液。所得纳滤膜浓缩液经过AB-8型树脂吸附3h进行纯化，吸附温度控制在38℃，纯化过程中采用体积比为1:2的10%的NaOH溶液和无水乙醇混合液进行洗脱，洗脱液经过喷雾干燥，得4.7g花青素产品，其中花青素含量72.9%。

实施例8：

称取干黑豆皮100g，用清水洗净，采用相当于黑豆皮18倍用量的体积浓度为50%的乙醇溶液在50℃的温度下浸提2次，每次70min，合并两次提取液；将提取液在4000rpm/min条件下，离心10min，得上清液；

将所得上清液用50nm陶瓷膜过滤，控制过滤在温度为50℃，膜面流速为3m/s，压力为0.3MPa的操作条件下运行，收集陶瓷膜透过液；

将陶瓷膜透过液用截留分子量为150卷式纳滤膜进行浓缩，所述浓缩在温度为35℃，膜面流速为2.5m/s，压力为1MPa的操作条件下运行，收集浓缩液。所得纳滤膜浓缩液经过AB-8型树脂吸附4h进行纯化，吸附温度控制在40℃，纯化过程中采用30%的乙醇溶液进行洗脱，洗脱液经过喷雾干燥，得4.8g花青素产品，其中花青素含量82.5%。

Claims (10)

1.一种从黑豆皮中提取花青素的方法，其特征在于，所述提取方法包括如下步骤：

A）黑豆皮洗净后，向所述黑豆皮中加入水溶性提取介质进行至少一次浸提，得提取液；

B）对提取液进行离心分离，得上清液；对所述上清液进行陶瓷膜除杂得到陶瓷膜透过液；

C）所述陶瓷膜透过液经有机纳滤膜浓缩，得浓缩液；所述浓缩液经树脂纯化洗脱得到洗脱液； 

D）对所述洗脱液进行喷雾干燥，得花青素。

2.根据权利要求1所述的提取花青素的方法，其特征在于，所述步骤A为：黑豆皮洗净后，向其中加入10-20倍重量的水溶性提取介质，在30～70℃条件下浸提至少一次，每次50～100min，得提取液。

3.根据权利要求2所述的提取花青素的方法，其特征在于，所述水溶性提取介质可以为纯水、乙醇溶液或者稀盐酸溶液，其中所述乙醇溶液的体积浓度为40%～60%，所述稀盐酸的体积浓度为0.5%～2%。

4.根据权利要求1的提取花青素的方法，其特征在于，所述步骤B）中的离心分离为在转速3000～6000rpm下离心5-15min。

5.根据权利要求1所述的提取花青素的方法，其特征在于，所述步骤B）中的陶瓷膜材质为氧化铝、氧化锆或者氧化钛，孔径范围为10~200nm。

6.根据权利要求1所述的提取花青素的方法，其特征在于，所述步骤B）中对所述上清液进行陶瓷膜除杂时温度为30～70℃，压力为0.1～0.6MPa，膜面流速为0.01～5m/s。

7.根据权利要求1所述的提取花青素的方法，其特征在于，所述步骤C）中，有机纳滤膜的截留分子量为150~300。

8.根据权利要求1所述的提取花青素的方法，其特征在于，所述步骤C）中浓缩温度为30～45℃，压力为0.3～1.5MPa，膜面流速为0.1～3m/s。

9.根据权利要求1所述的从黑豆皮中提取花青素的方法，其特征在于，所述步骤C）中的树脂为LSA-10、HPD-400或AB-8；树脂吸附温度为30～45℃，吸附时间为2~6h。

10.根据权利要求1所述的从黑豆皮中提取花青素的方法，其特征在于，所述步骤C中树脂纯化的解吸溶液为质量浓度为1%~15%的NaOH水溶液、体积浓度为20~40%的乙醇或体积比为1:2~2:1的10% NaOH水溶液和无水乙醇的混合液，洗脱液与柱体积比2:1~4:1。