CN103525883B - 一种制备高色价栀子蓝色素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备高色价栀子蓝色素的方法。本发明的目的是提供一种充分利用栀子黄废液中的大量栀子苷，制备高色价栀子蓝色素的方法，该制备方法所得到栀子蓝色素具有色价高、品质佳、纯度高，并且环保绿色等特点。一种制备高色价栀子蓝色素的方法，它包括以下步骤：（1）栀子苷酶水解：以β-葡萄糖苷酶为水解酶，对栀子黄废液进行酶水解；（2）栀子苷水解液的转蓝：对步骤（1）所得到的栀子苷水解液中，加入氨基酸反应；（3）栀子蓝色素的超滤分离：使用超滤膜，对步骤（2）转蓝后的溶液进行超滤；（4）栀子蓝色素的萃取纯化：将步骤（3）所得到的截留液干燥，然后继续甲醇或乙醇混合进行萃取，得到高色价的栀子蓝色素。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备高色价栀子蓝色素的方法。
背景技术
栀子蓝色素是一种水溶性的天然色素，水溶液呈明亮纯正的蓝色，干燥粉末呈蓝黑色，无毒，无异味，极易溶于水，着色力强、性能稳定，我国已于1989年将其列入许可使用的食品添加剂新品种中，正逐渐代替合成色素靛蓝和亮蓝，应用于食品、医药及化妆品等行业中。栀子蓝色素的制备多采用栀子苷经微生物发酵法或β-葡萄糖苷酶水解转化。栀子蓝色素的分离纯化方法主要有大孔吸附树脂法和膜分离法。若单纯采用大孔吸附树脂法和膜分离法，得到的栀子蓝色素通常杂质含量较高、色价较低、品质较差。
在工业上，分离纯化栀子黄色素的过程中会产生大量的栀子黄废液，主要包括大孔树脂漏出液、水洗液及超滤膜的透过液，这些栀子黄废液中的主要成分是栀子苷，但大孔树脂漏出液及水洗液中同时也存在多糖、蛋白质、胶质等大分子粘性物质。工业上通常将该废液弃之，如此不仅浪费有用的资源，而且会造成环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充分利用栀子黄废液中的大量栀子苷，以栀子苷为底物制备高色价栀子蓝色素的方法，该制备方法所得到栀子蓝色素具有色价高、品质佳、纯度高，并且环保绿色等特点。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种制备高色价栀子蓝色素的方法，它包括以下步骤：
(1)栀子苷酶水解：以β-葡萄糖苷酶为水解酶，对栀子黄废液进行酶水解，得到栀子苷水解液，其中，所述栀子黄废液的水解温度为55℃，水解时间为60min，所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为360U/g，所述栀子黄废液中栀子苷的浓度为10-12mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4.5-5；
(2)栀子苷水解液的转蓝：对步骤(1)所得到的栀子苷水解液中，加入氨基酸，使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液，其中，氨基酸的用量为每克已水解栀子苷添加20g，反应温度为100℃，反应时间为20min；
(3)栀子蓝色素的超滤分离：使用膜通量为6-8K道尔顿超滤膜，对步骤(2)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤，以滤去溶液中残留的栀子苷，其中，过滤压差为0.06-0.08MPa，温度为室温15-25℃，洗滤次数为2次，分离后分别收集截留液和透过液；
(4)栀子蓝色素的萃取纯化：将步骤(3)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干，得到栀子蓝色素粉末，将此栀子蓝色素粉末继续与90％-95％的甲醇或乙醇按固液比1：30-40，在水浴中磁力搅拌下萃取1h，萃取温度为50-60℃，萃取次数为2次，得到高色价的栀子蓝色素。
所述步骤(1)的栀子苷酶水解后，还对栀子苷水解液进行水解酶的回收：对栀子苷水解液，在压差为0.03MPa条件下，使用6～10K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为2次，回收水解液中的β-葡萄糖苷酶。
进一步地，所述步骤(1)还对栀子黄废液中的栀子苷进行粗分离：采用超滤法粗分离栀子苷，在压差为0.03-0.1MPa，使用6～80K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为1-4次，得到除去大分子杂质后的栀子黄废液；
栀子黄废液，主要包括大孔树脂漏出液、水洗液及超滤膜的透过液，这些栀子黄废液中的主要成分是栀子苷，但大孔树脂漏出液及水洗液中同时也存在多糖、蛋白质、胶质等大分子粘性物质，这些大分子粘性物质若不事先除去，将不利于后续栀子苷的水解及转蓝反应。
优选地，所述栀子苷粗分离中的压差为0.05-0.08MPa，超滤膜为20～50K的道尔顿超滤膜，洗滤次数为2-3次。
进一步地，步骤(2)中所述的氨基酸为甘氨酸；所述超滤膜为中空纤维超滤膜。
较之现有技术而言，本发明的优点在于：
1、本专利申请的出发点在于：以栀子为出发物料，可以制备出栀子黄、蓝、红三种优质天然色素，广泛用于食品添加剂、化妆品等行业，应用前景十分广阔。目前，在制备栀子黄色素的过程中会产生大量的栀子黄废液(其主要成分是栀子苷)，而栀子苷是制备栀子蓝色素的出发物料，利用栀子黄废液来制备栀子蓝色素，可以变废为宝，综合利用、减少环境污染。
2、栀子苷是小分子物质，而栀子黄废液中含有的杂质，如多糖、蛋白质、果胶等均为大分子物质，利用超滤法对栀子黄废液进行初分离，可以除去绝大多数的大分子杂质，从而极大提高栀子苷酶水解后得到的中间产物栀子苷的得率。
3、栀子蓝色素采用超滤分离的优点在于：经栀子苷水解液的转蓝后得到的水解液中还含有少量的栀子苷，根据栀子苷是小分子物质，而栀子蓝色素是聚合物，为大分子物质，采用超滤法可以将其分开。
4、栀子蓝色素采用甲醇或乙醇萃取纯化的优点在于：栀子蓝色素粉末中还含有极少量的栀子苷、少量的栀子黄和绿原酸等水溶性杂质，而它们不溶于高浓度的甲醇或乙醇，因此，采用溶剂萃取可以纯化栀子蓝色素。
5、超滤法和溶剂萃取法联用得到高色价、品质佳的栀子蓝色素的工艺简单，对设备要求不高，投资成本低，经济效益高。
具体实施方式
一种制备高色价栀子蓝色素的方法，它包括以下步骤：
(1)栀子苷酶水解：以β-葡萄糖苷酶为水解酶，对栀子黄废液进行酶水解，得到栀子苷水解液，其中，所述栀子黄废液的水解温度为45-60℃，水解时间为40-120min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为200-500U/g，所述栀子黄废液中栀子苷的浓度为5-15mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4-6；
(2)栀子苷水解液的转蓝：对步骤(1)所得到的栀子苷水解液中，加入氨基酸，使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液，其中，氨基酸的用量为10-30g/g已水解栀子苷，反应温度为60-100℃，反应时间为10-30min；
(3)栀子蓝色素的超滤分离：使用膜通量为3-80K道尔顿超滤膜，对步骤(2)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤，以滤去溶液中残留的栀子苷，其中，过滤压差为0.02-0.10MPa，温度为室温15-45℃，洗滤次数为1-4次，分离后分别收集截留液和透过液；
(4)栀子蓝色素的萃取纯化：将步骤(3)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干，得到栀子蓝色素粉末，将此栀子蓝色素粉末继续与80％-100％的甲醇或乙醇按固液比1：10-50，在水浴中磁力搅拌下萃取0.5-4h，萃取温度为30-70℃，萃取次数为1-3次，得到高色价的栀子蓝色素。
下面结合具体实施例对本发明内容进一步详细说明：
实施例1
一种制备高色价栀子蓝色素的方法，它包括以下步骤：
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离：采用超滤法粗分离栀子苷，在压差为0.03MPa，使用35K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为4次，得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液；
(2)栀子苷酶水解：以β-葡萄糖苷酶为水解酶，对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解，得到栀子苷水解液，其中，所述栀子苷溶液的水解温度为60℃，水解时间为80min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为360U/g，所述栀子苷溶液的浓度为15mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4；
(3)水解酶的回收：对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液，在压差为0.04MPa条件下，使用6K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为3次，回收水解液中的β-葡萄糖苷酶；
(4)栀子苷水解液的转蓝：在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中，加入甘氨酸，使甘氨酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液，其中，甘氨酸的用量为25g/g已水解栀子苷，反应温度为100℃，反应时间为20min；
(5)栀子蓝色素的超滤分离：使用膜通量为80K道尔顿超滤膜，对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤，以滤去溶液中残留的栀子苷，其中，过滤压差为0.02MPa，温度为室温45℃，洗滤次数为2次，分离后分别收集截留液和透过液；
(6)栀子蓝色素的萃取纯化：将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干，得到栀子蓝色素粉末，将此栀子蓝色素粉末继续与100％的甲醇或乙醇按固液比1：10，在水浴中磁力搅拌下萃取2h，萃取温度为60℃，萃取次数为2次，得到高色价的栀子蓝色素。
实施例2
一种制备高色价栀子蓝色素的方法，它包括以下步骤：
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离：采用超滤法粗分离栀子苷，在压差为0.06MPa，使用50K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为2次，得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液；
(2)栀子苷酶水解：以β-葡萄糖苷酶为水解酶，对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解，得到栀子苷水解液，其中，所述栀子苷溶液的水解温度为55℃，水解时间为60min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为300U/g，所述栀子苷溶液的浓度为12mg/mL,栀子苷溶液的PH值为5；
(3)水解酶的回收：对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液，在压差为0.03MPa条件下，使用10K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为2次，回收水解液中的β-葡萄糖苷酶；
(4)栀子苷水解液的转蓝：在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中，加入甘氨酸，使甘氨酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液，其中，甘氨酸的用量为20g/g已水解栀子苷，反应温度为100℃，反应时间为20min；
(5)栀子蓝色素的超滤分离：使用膜通量为6K道尔顿超滤膜，对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤，以滤去溶液中残留的栀子苷，其中，过滤压差为0.06MPa，温度为室温20℃，洗滤次数为2次，分离后分别收集截留液和透过液；
(6)栀子蓝色素的萃取纯化：将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干，得到栀子蓝色素粉末，将此栀子蓝色素粉末继续与95％的甲醇或乙醇按固液比1：30，在水浴中磁力搅拌下萃取1h，萃取温度为50℃，萃取次数为2次，得到高色价的栀子蓝色素。
实施例3
一种制备高色价栀子蓝色素的方法，它包括以下步骤：
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离：采用超滤法粗分离栀子苷，在压差为0.08MPa，使用20K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为1次，得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液；
(2)栀子苷酶水解：以β-葡萄糖苷酶为水解酶，对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解，得到栀子苷水解液，其中，所述栀子苷溶液的水解温度为45℃，水解时间为120min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为500U/g，所述栀子苷溶液的浓度为5mg/mL,栀子苷溶液的PH值为6；
(3)水解酶的回收：对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液，在压差为0.01MPa条件下，使用50K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为3次，回收水解液中的β-葡萄糖苷酶；
(4)栀子苷水解液的转蓝：在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中，加入氨基酸(谷氨酸、赖氨酸、酪氨酸或甲硫氨酸)，使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液，其中，氨基酸的用量为10g/g已水解栀子苷，反应温度为90℃，反应时间为30min；
(5)栀子蓝色素的超滤分离：使用膜通量为20K道尔顿的中空纤维超滤膜，对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤，以滤去溶液中残留的栀子苷，其中，过滤压差为0.10MPa，温度为室温15℃，洗滤次数为4次，分离后分别收集截留液和透过液；
(6)栀子蓝色素的萃取纯化：将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干，得到栀子蓝色素粉末，将此栀子蓝色素粉末继续与80％的甲醇或乙醇按固液比1：40，在水浴中磁力搅拌下萃取0.5h，萃取温度为70℃，萃取次数为1次，得到高色价的栀子蓝色素。
实施例4
一种制备高色价栀子蓝色素的方法，它包括以下步骤：
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离：采用超滤法粗分离栀子苷，在压差为0.05MPa，使用80K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为2次，得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液；
(2)栀子苷酶水解：以β-葡萄糖苷酶为水解酶，对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解，得到栀子苷水解液，其中，所述栀子苷溶液的水解温度为55℃，水解时间为50min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为200U/g，所述栀子苷溶液的浓度为11mg/mL,栀子苷溶液的PH值为5；
(3)水解酶的回收：对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液，在压差为0.05MPa条件下，使用8K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为1次，回收水解液中的β-葡萄糖苷酶；
(4)栀子苷水解液的转蓝：在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中，加入氨基酸(组氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸或甘氨酸)，使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液，其中，氨基酸的用量为30g/g已水解栀子苷，反应温度为60℃，反应时间为15min；
(5)栀子蓝色素的超滤分离：使用膜通量为3K道尔顿的中空纤维超滤膜，对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤，以滤去溶液中残留的栀子苷，其中，过滤压差为0.08MPa，温度为室温25℃，洗滤次数为1次，分离后分别收集截留液和透过液；
(6)栀子蓝色素的萃取纯化：将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干，得到栀子蓝色素粉末，将此栀子蓝色素粉末继续与90％的甲醇或乙醇按固液比1：50，在水浴中磁力搅拌下萃取1h，萃取温度为50℃，萃取次数为3次，得到高色价的栀子蓝色素。
实施例5
一种制备高色价栀子蓝色素的方法，它包括以下步骤：
(1)栀子黄废液中栀子苷粗分离：采用超滤法粗分离栀子苷，在压差为0.10MPa，使用6K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为3次，得到除去大分子杂质后的栀子苷溶液；
(2)栀子苷酶水解：以β-葡萄糖苷酶为水解酶，对步骤(1)中所得栀子苷溶液进行酶水解，得到栀子苷水解液，其中，所述栀子苷溶液的水解温度为50℃，水解时间为40min,所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为420U/g，所述栀子苷溶液的浓度为10mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4.5；
(3)水解酶的回收：对步骤(2)酶水解后得到的栀子苷水解液，在压差为0.02MPa条件下，使用20K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为2次，回收水解液中的β-葡萄糖苷酶；
(4)栀子苷水解液的转蓝：在步骤(3)对β-葡萄糖苷酶进行过滤回收后的栀子苷水解液中，加入氨基酸(酪氨酸、甲硫氨酸、组氨酸或甘氨酸)，使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液，其中，氨基酸的用量为15g/g已水解栀子苷，反应温度为80℃，反应时间为10min；
(5)栀子蓝色素的超滤分离：使用膜通量为8K道尔顿的中空纤维超滤膜，对步骤(4)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤，以滤去溶液中残留的栀子苷，其中，过滤压差为0.08MPa，温度为室温30℃，洗滤次数为3次，分离后分别收集截留液和透过液；
(6)栀子蓝色素的萃取纯化：将步骤(5)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干，得到栀子蓝色素粉末，将此栀子蓝色素粉末继续与90％的甲醇或乙醇按固液比1：40，在水浴中磁力搅拌下萃取4h，萃取温度为30℃，萃取次数为3次，得到高色价的栀子蓝色素。
上述5个实施所制得的栀子蓝色素，经检测，其色价值高达202-230，相比现有市场销售的栀子蓝色素所测得的色价值(约150左右)高出不少。
Claims (4)
1.一种制备高色价栀子蓝色素的方法，它包括以下步骤：
(1)栀子苷酶水解：以β-葡萄糖苷酶为水解酶，对栀子黄废液进行酶水解，得到栀子苷水解液，其中，所述栀子黄废液的水解温度为55℃，水解时间为60min，所述β-葡萄糖苷酶的酶用量为360U/g，所述栀子黄废液中栀子苷的浓度为10-12mg/mL,栀子苷溶液的PH值为4.5-5；
(2)栀子苷水解液的转蓝：对步骤(1)所得到的栀子苷水解液中，加入氨基酸，使氨基酸与栀子苷进行反应得到栀子蓝色素溶液，其中，氨基酸的用量为每克已水解栀子苷添加20g，反应温度为100℃，反应时间为20min；
(3)栀子蓝色素的超滤分离：使用膜通量为6-8K道尔顿超滤膜，对步骤(2)转蓝后的栀子蓝色素溶液进行超滤，以滤去溶液中残留的栀子苷，其中，过滤压差为0.06-0.08MPa，温度为室温15-25℃，洗滤次数为2次，分离后分别收集截留液和透过液；
(4)栀子蓝色素的萃取纯化：将步骤(3)所得到的截留液真空干燥、喷雾干燥或真空冻干，得到栀子蓝色素粉末，将此栀子蓝色素粉末继续与90％-95％的甲醇或乙醇按固液比1：30-40，在水浴中磁力搅拌下萃取1h，萃取温度为50-60℃，萃取次数为2次，得到高色价的栀子蓝色素；
所述步骤(1)的栀子苷酶水解后，还对栀子苷水解液进行水解酶的回收：对栀子苷水解液，在压差为0.03MPa条件下，使用6～10K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为2次，回收水解液中的β-葡萄糖苷酶。
2.根据权利要求1所述的制备高色价栀子蓝色素的方法，其特征在于：所述步骤(1)还对栀子黄废液中的栀子苷进行粗分离：采用超滤法粗分离栀子苷，在压差为0.03-0.1MPa，使用6～80K的道尔顿超滤膜进行过滤，洗滤次数为1-4次，得到除去大分子杂质后的栀子黄废液。
3.根据权利要求2所述的制备高色价栀子蓝色素的方法，其特征在于：所述栀子苷粗分离中的压差为0.05-0.08MPa，超滤膜为20～50K的道尔顿超滤膜，洗滤次数为2-3次。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备高色价栀子蓝色素的方法，其特征在于：所述超滤膜为中空纤维超滤膜；所述步骤(2)中所述的氨基酸为甘氨酸。
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- 2013-10-23 CN CN201310504179.XA patent/CN103525883B/zh not_active Expired - Fee Related
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