CN103289430A - 一种从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法 - Google Patents

一种从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法。该方法包括以下操作步骤：蓝莓打浆、浆渣分离、酶解、分离、超滤去杂、纳滤浓缩、大孔树脂纯化、纳滤回收乙醇和截流液，截流液冷冻干燥获得紫红色的蓝莓花青素粉末，蓝莓花青素粉末中花青素的含量为50～90%。本发明提高了蓝莓资源的附加值；工艺不仅简单，而且操作成本较低，适合花青素的规模化生产；整个工艺采用物理方法，不采用任何有毒有害溶剂，而且能耗较低，有效地保护环境；采用中温（25～55℃）酶解，最大程度地保留花青素不被破坏。

Description

一种从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法
技术领域
本发明属于天然色素提取纯化技术领域，具体涉及花青素的提取纯化方法。
背景技术
蓝莓又名蓝梅，为被子植物。果实呈蓝色，色泽美丽、悦目、蓝色，果肉细腻，种子极小。蓝莓果实中除了常规的糖、酸和VC外，富含VE、VA、VB、SOD、蛋白质、花青素、膳食纤维以及K、Fe、Zn、Ca等矿物元素。值得一提的是，其果皮中富含花青素。蓝莓不仅具有良好的营养保健作用，还具有防止脑神经老化、强心、抗癌、软化血管、增强免疫力等功能。
花青素(Anthocyanin)，又称花色素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，属黄酮类化合物。基本结构包含二个苯环，并由一个3碳的单位连结(C6- C3-C6)。也是植物花瓣中的主要呈色物质，水果、蔬菜、花卉等五彩缤纷的颜色大部分与之有关。最新研究表明，花青素有助于预防多种与自由基有关的疾病，包括癌症、心脏病、过早衰老和关节炎；能通过防止应激反应和吸烟引起的血小板凝集来减少心脏病和中风的发生；可通过增强免疫系统能力来抵御致癌物质；能降低感冒的次数和缩短持续时间；具有抗突变的功能从而减少致癌因子的形成；具有抗炎功效，可以预防包括关节炎和肿胀在内的炎症；能增强动脉、静脉和毛细血管弹性；能松弛血管从而促进血流和防止高血压；另外，花青素还可以促进视网膜细胞中的视紫质再生，增进视力。值得一提的是，花青素也是一种天然色素，该色素在酸性条件下，呈现鲜红色，该色素无毒无副作用，安全性能高，着色色调自然，更接近天然物质的颜色。
目前，食品工业上所用的色素多为合成色素，几乎都有不同程度的毒性，长期使用会危害人的健康，因此天然色素就越来越引起了科研领域的关注：随着科技的发展，人们对食品添加剂的安全性越来越重视，合成色素的使用种类和数量已经大幅度下降，因此，开发和应用天然色素已成为世界食用色素发展的总趋势。从20世纪60年代开始，科研工作者就着手从天然资源中分离提取花青素。到目前为止，这些方法普遍存在环境污染严重、设备昂贵，方法烦琐等缺点，且无法进行大规模的分离及纯化，在实际生产中难以得到应用。这也造成现在花青素大量缺乏，价格居高不下的局面。
发明内容
为了解决花青素大量缺乏、价格居高不下的局面，本发明提供一种从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法。
本发明的具体操作步骤如下：
从蓝莓渣中提取纯化花青素的具体操作步骤如下：
（1）将新鲜的蓝莓或者冷冻保藏解冻的蓝莓打浆，得蓝莓浆；
（2）将蓝莓浆采用浆渣分离机或者离心机将果汁与蓝莓渣分离；
（3）在蓝莓渣中添加2～20倍体积的去离子水，调节蓝莓渣溶液的pH至2.5～4.5；温度25～55℃条件下，蓝莓渣溶液中加入为蓝莓渣质量0.01～0.3%的果胶酶，混合均匀，酶解2～6小时，至蓝莓渣溶液中没有果胶被检测出为止，得酶解溶液； 
（4）将酶解溶液采用滤布为60～300目的渣分离机或者滤袋为60～300目的离心机分离，得澄清溶液和絮凝物；
（5）将澄清溶液进行超滤，去除大分子的多糖、蛋白质、纤维素、果胶等杂质，压力为0.1～0.7MPa，温度为10～50℃，直至没有花青素流出为止；如仍然有花青素流出，补加去离子水继续超滤；
（6）将步骤（5）的流出液进行纳滤，压力为0.1-0.7MPa、温度为10-30℃，使流出液得以浓缩，当流出液体积减少至原来体积的五分之一，停止纳滤操作，得浓缩液；
（7）将浓缩液加入D101大孔树脂层析柱上，浓缩液的体积为树脂体积的2～3倍，先用纯净水或者去离子水洗脱，去除不被大孔树脂吸附的杂质；再用55%～95%的乙醇洗脱，使得花青素被洗脱下来，洗脱液即为花青素乙醇溶液；
（8）将花青素乙醇溶液进行纳滤，压力为0.1～0.7MPa、温度为10～50℃，当花青素乙醇溶液体积减少至原来体积的五分之一，停止纳滤操作，得截留液和乙醇；
（9）采用冷冻真空干燥法干燥截留液，首先，在-18℃预冷冻，预冷冻时间3～4小时，至截留液完全冻结；在真空度为0.05～0.1MPa，温度为-10～-30℃条件下，冷冻干燥至水分含量≤5%，获得紫红色的蓝莓花青素粉末，蓝莓花青素粉末中花青素的含量为50～90%。
所述步骤（5）中的超滤采用截留分子量为1～500 kDa的超滤装置。
所述步骤（6）中的纳滤和步骤（8）中的纳滤均采用截留分子量为100-200Da的纳滤装置。
所述步骤（5）的流出液中花青素的检测采用三氯化铁法定性检测。
步骤（3）中蓝莓渣溶液中果胶酶的检测方法采用无水乙醇或者95%乙醇检测，具体操作是取蓝莓渣溶液2.5毫升，加入7.5毫升无水乙醇或者95%乙醇，振荡；因果胶不溶于乙醇，如有果胶则有浑浊或者沉淀。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1、蓝莓榨汁后果渣的有效利用
本发明从蓝莓榨汁后的废弃物——莓榨渣中进一步提取花青素，实现规模化生产。获得的花青素可用于食品、药物及化妆品等产品中，提高蓝莓资源的附加值；
2、蓝莓花青素提取纯化上的技术突破
长期以来，花青素大量缺乏，其传统的提取方法不仅成本高、步骤繁琐而且提取率低，制约其在相关产品中广泛的应用。本发明采用超滤去杂、纳滤浓缩、大孔树脂纯化为核心技术，其工艺不仅简单，而且操作成本较低，适合该花青素的规模化生产；
3、该提取纯化方法具有良好的环境友好性
本发明采用果胶酶酶解果渣中果胶，便于花青素溶解于水中；采用超滤法去除溶液中杂质；大孔树脂纯化时用乙醇作为洗脱剂，采用纳滤技术分离出乙醇，乙醇可循环使用。整个工艺采用物理方法，不采用任何有毒有害溶剂，而且能源较低，有效地保护环境；
4、提取及纯化过程较好地保护花青素不被破坏
在整个过程中，采用中温（25～55℃）酶解，超滤分离杂质，大孔树脂纯化，纳滤浓缩、冷冻干燥法干燥，最大程度地保留花青素不被破坏。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。
实施例1
从蓝莓渣中提取纯化花青素的具体操作步骤如下：
（1）将蓝莓去除叶、梗，再用清水洗去泥、沙等杂质；用打浆机打浆，得蓝莓浆； 
（2）浆渣分离：将蓝莓浆采用滤布为60目的浆渣分离机或者滤袋为60目的离心机将果汁与蓝莓渣分离；
（3）酶解：在蓝莓渣中添加2倍体积的去离子水，调节蓝莓渣溶液的pH至2.5，温度为25℃；在蓝莓渣溶液中加入蓝莓渣质量（m/m）0.01%的果胶酶，混合均匀，酶解2小时，至蓝莓渣溶液中没有果胶被检测出为止。蓝莓渣溶液中果胶的检测采用无水乙醇或者95%乙醇检测。具体操作是取蓝莓渣溶液2.5毫升，加入95%乙醇7.5毫升，振荡。因果胶不溶于乙醇，如有果胶则有浑浊或者沉淀；如没有果胶则停止酶解；
（4）分离：将酶解后的蓝莓渣溶液采用滤布为60目的渣分离机分离，得澄清溶液与絮凝物；
（5）超滤去杂：将澄清溶液加入截留分子量为1kDa的超滤装置中，在压力为0.1MPa、温度为10℃条件下超滤，因花青素的分子量约为400Da，去除大分子的多糖、蛋白质、纤维素、果胶等杂质；直至流出液中没有花青素流出为止。对流出液采用三氯化铁法定性检测，如仍然有花青素流出，补加去离子水继续超滤；
（6）纳滤浓缩：将获得的流出液加入截留分子量为100Da的纳滤装置中，在压力为0.01Pa、温度为10℃条件下纳滤浓缩；一方面去除小分子的无机盐，另一方面去除水分。当浓缩液的体积减少至流出液的体积的五分之一，停止纳滤浓缩；
（7）大孔树脂纯化：将浓缩液加入D101大孔树脂层析柱上，浓缩液的体积为树脂体积的2倍，先用纯净水或者去离子水洗脱，去除不被大孔树脂吸附的杂质；再用55%乙醇洗脱，使得花青素被洗脱下来，洗脱液即为花青素乙醇溶液；
（8）纳滤回收乙醇：将花青素乙醇溶液加入截留分子量为100纳滤装置中，在压力为0.1MPa、温度为10℃条件下分离，当花青素乙醇溶液的体积减少至原体积的五分之一，停止操作，得截留液和乙醇。因乙醇的分子量为46Da，透过纳滤膜，而花青素分子量约为400Da，不能透过纳滤膜，从而实现两者的分离。同时，回收乙醇；
（9）冷冻干燥：将截留液在-18℃条件下，预冷冻2小时，至流出液完全冻结；将预冷冻的截留液在真空度为0.05MPa，温度为-10℃条件下，冷冻干燥至水分含量≤5%，获得紫红色的蓝莓花青素粉末。
实施例2从蓝莓渣中提取纯化花青素的具体操作步骤如下：
（1）打浆：蓝莓去除叶、梗，再用清水洗去泥、沙等杂质；用打浆机打浆，得蓝莓浆； 
（2）浆渣分离：将蓝莓浆采用滤布为300目的浆渣分离机将果汁与蓝莓渣分离；
（3）酶解：在蓝莓渣中添加20倍体积的去离子水，调节蓝莓渣溶液的pH至4.5，温度为55℃；在蓝莓渣溶液中加入蓝莓渣质量（m/m）0.3%的果胶酶，混合均匀，酶解6小时，至蓝莓渣溶液中没有果胶被检测出为止。蓝莓渣溶液中果胶的检测采用无水乙醇或者95%乙醇检测。具体操作是取蓝莓渣溶液2.5毫升，加入95%乙醇7.5毫升，振荡。因果胶不溶于乙醇，如有果胶则有浑浊或者沉淀；如没有果胶则停止酶解；
（4）分离：将酶解后的蓝莓渣溶液采用滤布为300目的渣分离机分离，得澄清溶液与絮凝物；
（5）超滤去杂：将澄清溶液加入截留分子量为500 kDa的超滤装置中，在压力为0.7MPa、温度为50℃条件下超滤，因花青素的分子量约为400Da，去除大分子的多糖、蛋白质、纤维素、果胶等杂质；直至流出液中没有花青素流出为止。对流出液采用三氯化铁法定性检测，如仍然有花青素流出，补加去离子水继续超滤；
（6）纳滤浓缩：将获得的流出液加入截留分子量为200 Da的纳滤装置中，在压力为0.7Pa、温度为50℃条件下纳滤浓缩；一方面去除小分子的无机盐，另一方面去除水分。当浓缩液的体积减少至流出液的体积的五分之一，停止纳滤浓缩；
（7）大孔树脂纯化：将浓缩液加入D101大孔树脂层析柱上，浓缩液的体积为树脂体积的3倍，先用纯净水或者去离子水洗脱，去除不被大孔树脂吸附的杂质；再用95%的乙醇洗脱，使得花青素被洗脱下来，洗脱液即为花青素乙醇溶液；
（8）纳滤回收乙醇：将花青素乙醇溶液加入截留分子量为200Da纳滤装置中，在压力为0.7MPa、温度为50℃条件下分离，当花青素乙醇溶液的体积减少至原体积的五分之一，停止操作，得截留液和乙醇。因乙醇的分子量为46Da，透过纳滤膜，而花青素分子量约为400Da，不能透过纳滤膜，从而实现两者的分离。同时，回收乙醇；
（9）冷冻干燥：将截留液在-18℃条件下，预冷冻3小时，至流出液完全冻结；将预冷冻的截留液在真空度为0.1MPa，温度为-30℃条件下，冷冻干燥至水分含量≤5%，获得紫红色的蓝莓花青素粉末。

Claims (5)

1.一种从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法，其特征在于具体操作步骤如下：
（1）将新鲜的蓝莓或者冷冻保藏解冻的蓝莓打浆，得蓝莓浆；
（2）将蓝莓浆采用浆渣分离机或者离心机将果汁与蓝莓渣分离；
（3）在蓝莓渣中添加2～20倍体积的去离子水，调节蓝莓渣溶液的pH至2.5～4.5；温度25～55℃条件下，蓝莓渣溶液中加入为蓝莓渣质量0.01～0.3%的果胶酶，混合均匀，酶解2～6小时，至蓝莓渣溶液中没有果胶被检测出为止，得酶解溶液； 
（4）将酶解溶液采用滤布为60～300目的渣分离机或者滤袋为60～300目的离心机分离，得澄清溶液和絮凝物；
（5）将澄清溶液进行超滤，去除大分子的多糖、蛋白质、纤维素、果胶等杂质，压力为0.1～0.7MPa，温度为10～50℃，直至没有花青素流出为止；如仍然有花青素流出，补加去离子水继续超滤；
（6）将步骤（5）的流出液进行纳滤，压力为0.1～0.7MPa、温度为10～30℃，使流出液得以浓缩，当流出液体积减少至原来体积的五分之一，停止纳滤操作，得浓缩液；
（7）将浓缩液加入D101大孔树脂层析柱上，浓缩液的体积为树脂体积的2～3倍，先用纯净水或者去离子水洗脱，去除不被大孔树脂吸附的杂质；再用55%～95%的乙醇洗脱，使得花青素被洗脱下来，洗脱液即为花青素乙醇溶液；
（8）将花青素乙醇溶液进行纳滤，压力为0.1～0.7MPa、温度为10～50℃，当花青素乙醇溶液体积减少至原来体积的五分之一，停止纳滤操作，得截留液和乙醇；
（9）采用冷冻真空干燥法干燥截留液，首先，在-18℃预冷冻，预冷冻时间3～4小时，至截留液完全冻结；在真空度为0.05～0.1MPa，温度为-10～-30℃条件下，冷冻干燥至水分含量≤5%，获得紫红色的蓝莓花青素粉末，蓝莓花青素粉末中花青素的含量为50～90%。
2.根据权利要求1所述的一种从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法，其特征在于：所述步骤（5）中的超滤采用截留分子量为1～500 kDa的超滤装置。
3.根据权利要求1所述的一种从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法，其特征在于：所述步骤（6）中的纳滤和步骤（8）中的纳滤均采用截留分子量为100～200Da的纳滤装置。
4.根据权利要求1所述的一种从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法，其特征在于：所述步骤（5）的流出液中花青素的检测采用三氯化铁法定性检测。
5.根据权利要求1所述的一种从蓝莓渣中提取纯化花青素的方法，其特征在于：步骤（3）中蓝莓渣溶液中果胶酶的检测方法采用无水乙醇或者95%乙醇检测，具体操作是取蓝莓渣溶液2.5毫升，加入7.5毫升无水乙醇或者95%乙醇，振荡；因果胶不溶于乙醇，如有果胶则有浑浊或者沉淀。
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