CN103614431A

CN103614431A - 一种利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法

Info

Publication number: CN103614431A
Application number: CN201310636244.4A
Authority: CN
Inventors: 姚忠; 万丽花; 孙芸; 仲兆祥
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: CN103614431B

Abstract

本发明公开了一种利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，将栀子果实去皮捣碎成果粉，加乙醇水溶液进行超声提取，过滤，滤液减压浓缩回收乙醇，浓缩后的固体经干燥后溶于水中，即得到栀子苷粗品水溶液；将栀子苷粗品水溶液与β-葡萄糖苷酶液混合作为水相，有机溶剂作为有机相，振荡或搅拌条件下催化水解反应获得中间产物京尼平；取有机相，加入亲水性氨基酸的水溶液后，振荡或搅拌条件下反应制得栀子蓝色素；取水相，经浓缩、真空干燥后，即得到栀子蓝色素粉末。该方法利用反应-萃取技术，有效解除了常规方法制备京尼平时的产物抑制和产物降解副反应，栀子苷的转化率高。同时，利用氨基酸溶液反萃可获得高纯度的栀子蓝，有机溶剂可循环使用。

Description

一种利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法

技术领域

本发明涉及植物提取、生物催化及食品添加剂领域中天然色素的制备，具体涉及一种利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法。

背景技术

栀子为茜草科植物，又名黄栀子、山枝子、红栀子、白蝉，长椭圆形或椭圆形，主产于我国南部和中南部地区。栀子中的化学成分很多，主要含有藏花素、藏花酸及其衍生物，和以栀子苷为主的11种环烯醚萜苷类成分，同时还含有绿原酸、鞣质、果胶、挥发油、甘露醇等；从栀子果实中可提取多种色素，用于食品着色，不仅可以与相应的合成色素媲美，而且还具有疗效作用。

栀子蓝色素为一种天然色素，是以栀子果实中的栀子苷为原料，经β-葡萄糖苷酶水解，生成葡萄糖和京尼平（Genipin），京尼平与氨基酸发生显色反应生成桅子蓝，反应路线如下。

该色素对酸碱稳定，耐光耐热性强，对蛋白质及碳水化合物的着色均良好，安全无毒，是一种良好的天然着色剂。

我国关于栀子蓝色素的研究起步较晚，国内生产栀子蓝色素的厂家很少，发酵过程收率低导致产量不高，目前了解的栀子蓝色素的生产方法大致归为两种，一是一步发酵法，即在发酵过程中同时完成栀子苷的水解和色素的合成；另一种方法为二步法，即首先水解栀子苷，经分离得到京尼平后，再通过与氨基酸的反应合成蓝色素，该方法获得的栀子蓝品质好，产物得率高，目前使用较为广泛。

但无论采用何种生产方法，制备过程均是在水相中进行。研究表明，由于中间产物京尼平溶解度低，且易发生水解等副反应，影响得率；同时，反应产生的京尼平对栀子苷的水解存在竞争性抑制，不利于反应的进行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，该方法采用反应-萃取技术，将中间产物京尼平转移至有机相，再通过与亲水性氨基酸反应制备获得。该方法步骤简单、产物分离容易、原料利用率高、产品质量高、稳定性好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，该方法包括如下步骤：

（1）将新鲜栀子果实去皮捣碎成果粉，加乙醇水溶液进行超声提取，过滤，滤液减压浓缩回收乙醇，浓缩后的固体经干燥后溶于水中，即得到栀子苷粗品水溶液；

（2）将步骤（1）得到的栀子苷粗品水溶液与β-葡萄糖苷酶液混合作为水相，有机溶剂作为有机相，振荡或搅拌条件下催化水解反应获得中间产物京尼平；

（3）取步骤（2）反应后得到的有机相，加入亲水性氨基酸的水溶液后，振荡或搅拌条件下反应制得栀子蓝色素；

（4）取步骤（3）反应后得到的水相，经浓缩、真空干燥后，即得到终产物栀子蓝色素粉末。

步骤（1）中，果粉与乙醇水溶液的质量比为1:5～18，优选1:5～10，最优选1:8；乙醇水溶液中，乙醇的体积浓度为30～70％，优选30～50％，最优选45％。

步骤（1）中，超声功率为60～200W，优选80～200W，最优选160W；超声提取时间为20～30min。

步骤（1）中，加乙醇水溶液进行超声提取次数为3～6次，优选5次，过滤后，合并滤液。

步骤（2）中，栀子苷粗品水溶液中，栀子苷粗品的质量浓度为50～2000μg/mL，优选100～2000μg/mL，最优选500μg/mL；β-葡萄糖苷酶液中，β-葡萄糖苷酶的浓度为0.473～8.325U/mL，优选0.946～7.568U/mL，最优选5.676U/mL；酶液的配制用0.2mol/LpH4.0～6.0的乙酸缓冲液为溶剂。

酶活定义：以pNPG为底物，在50℃反应条件下，每min释放出1μmol pNP所需要的酶量为1个活力单位。

步骤（2）中，有机溶剂为正辛醇、正己醇或乙酸乙酯，水相与有机相的相比（体积比）为1:1～5，最优选1:2。

步骤（2）中，催化水解反应条件为：温度为30～70℃，优选40～60℃，最优选50℃；水解时间为40～240min，优选40～200min，最优选120min；摇床转速为150～220rpm，最优选180rpm。

步骤（3）中，所述的亲水性氨基酸为甘氨酸、精氨酸、谷氨酰胺或赖氨酸，亲水性氨基酸水溶液中，氨基酸的摩尔浓度为0.05～0.5mol/L，优选0.05～0.4mol/L，最优选0.2mol/L。有机相与亲水性氨基酸的水溶液的体积比为1:0.3～1。

步骤（3）中，显色反应温度为70～100℃，优选80～100℃，最优选100℃；反应时间为10～60min，优选20～55min，最优选30min。

步骤（4）中，真空干燥条件为：真空度为400～650mmHg，优选400～550mmHg，最优选480mmHg；温度为65～80℃，最优选70℃；干燥时间为5～8h，优选5～7h，最优选6.5h。

本发明以解除产物抑制、避免副反应的发生、提高产物得率，以及简化反应工艺为目标，利用栀子苷和京尼平的极性差异，运用反应-萃取技术，在有机相/水相体系中进行栀子苷酶促水解，反应生成的京尼平迅速转移至有机相，有效解除产物抑制和避免产物分解；待栀子苷水解反应结束后，分离出有机相，并向其中加入亲水性氨基酸进行反萃，在一定的反应条件下，氨基酸与有机相中的京尼平反应生成亲水性的栀子蓝色素，并转移至水相，在完成栀子蓝色素制备的同时，实现有机相的再生。

本发明是一种比较新颖的合成手段，利用反应-萃取技术能及时将产物转移出反应体系，不仅解除了产物抑制，提高了反应效率，同时避免京尼平的分解，提高了京尼平得率；同时，利用亲水性氨基酸与京尼平的反应的选择性，在高效合成栀子蓝色素的同时，实现有机相的再生，大大简化了后续的分离操作，且色素色泽鲜亮，稳定性好，耐光耐热性能良好，色素色价明显提高，为栀子蓝色素的规模化生产和应用提供了更广阔的前景。

有益效果：本发明利用反应-萃取技术，通过将中间产物京尼平迅速转移至有机相中，解除了产物抑制和产物水解，提高了栀子苷的转化率和京尼平的得率；萃取出的京尼平与亲水性氨基酸溶液振荡反应后得到水溶性栀子蓝色素，水相经浓缩、干燥后即得栀子蓝色素产品，有机相可循环使用。该方法原料利用率高，分离简便，设备性能要求低，利于生产放大，且得到的产品产率高、质量好，色泽鲜艳，色素色价高，耐光耐酸碱性能好，是一种极具应用前景的栀子蓝色素制备新方法。

附图说明

图1为本发明的具体工艺流程图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：

新鲜栀子果实（浙江天露生物技术有限公司），用清水洗去表面附着的污物，去皮粉碎成栀子果粉，果粉与30(v/v)%乙醇水溶液按1:5质量比混合超声（100W，20min，3次），合并提取液，真空减压浓缩脱除乙醇，回收溶剂后，浓缩后的固体经干燥即得栀子苷粗品。

水相（165μg/mL栀子苷粗品+0.946U/mLβ-葡萄糖苷酶，pH4.5）-正己醇（相比1:1），45℃水解40min（220rpm），HPLC测得栀子苷的转化率为91%，京尼平的得率为88%。在萃取出的有机相中加入0.05mol/L甘氨酸水溶液(v/v2:1)，在80℃恒温水浴锅中显色反应20min，得到鲜艳的栀子蓝色素水溶液，真空干燥(400mmHg，65℃，5h)得到栀子蓝色素粉末，测的色素色价为165。

实施例2：

新鲜栀子果实（浙江天露生物技术有限公司），用清水洗去表面附着的污物，去皮粉碎成栀子果粉，果粉与40%乙醇水溶液按1:5质量比混合超声（120W，20min，4次）合并提取液，再采用真空减压脱除乙醇，回收溶剂后，即得栀子苷提取物。

水相（200μg/mL栀子苷+2.838U/mLβ-葡萄糖苷酶，pH4.5）-乙酸乙酯（相比1:3），50℃水解80min（220rpm），HPLC测得栀子苷的转化率为93%，京尼平的得率为92%。在萃取出的有机相中加入0.1mol/L甘氨酸溶液（v/v2:1），在90℃恒温水浴锅中显色反应40min，得到鲜艳的栀子蓝色素溶液，真空干燥(400mmHg，70℃，6h)得到栀子蓝色素粉末，测的色素色价为180。

实施例3：

新鲜栀子果实（浙江天露生物技术有限公司），用清水洗去表面附着的污物，去皮粉碎成栀子果粉，果粉与40%乙醇水溶液按1:8质量比混合超声（140W，20min，4次）合并提取液，再采用真空减压脱除乙醇，回收溶剂后，即得栀子苷提取物。

水相（2000μg/mL栀子苷+4.73U/mLβ-葡萄糖苷酶，pH5.0）-正辛醇（相比1:2），50℃水解80min（180rpm），HPLC测得栀子苷的转化率为94.8%，京尼平的得率为93.1%。在萃取出的有机相中加入0.2mol/L甘氨酸溶液（v/v2:1），在100℃恒温水浴锅中显色反应30min，得到鲜艳的栀子蓝色素溶液，真空干燥(450mmHg，70℃，6.5h)得到栀子蓝色素粉末，测的色素色价为185。

实施例4：

新鲜栀子果实（浙江天露生物技术有限公司），用清水洗去表面附着的污物，去皮粉碎成栀子果粉，果粉与45%乙醇水溶液按1:8质量比混合超声（160W，20min，5次）合并提取液，再采用真空减压脱除乙醇，回收溶剂后，即得栀子苷提取物。

水相（500μg/mL栀子苷+5.676U/mLβ-葡萄糖苷酶，pH5.0）-正辛醇（相比1:2），50℃水解120min（180rpm），HPLC测得栀子苷的转化率为96.1%，京尼平的得率为94.5%。在萃取出的有机相中加入0.2mol/L甘氨酸水溶液（v/v2:1），在100℃恒温水浴锅中显色反应30min，得到鲜艳的栀子蓝色素溶液，真空干燥(480mmHg，70℃，6.5h)得到栀子蓝色素粉末，测得色素色价为192。

对比例1：

常规方法生产栀子蓝色素，即200ug/mL栀子苷+4.73U/mLβ-葡萄糖苷酶，pH5.0条件下50℃水解80min，HPLC测得栀子苷的转化率为88.6%，京尼平的得率不到85%，反应液中加入0.2mol/L的甘氨酸水溶液（v/v1:1），在100℃恒温水浴锅中显色反应120min，得到鲜艳的栀子蓝色素溶液，真空干燥(480mmHg，70℃，5h)得到栀子蓝色素粉末，测得色素色价低于100。

Claims

1.一种利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，步骤（1）中，果粉与乙醇水溶液的质量比为1:5～18；乙醇水溶液中，乙醇的体积浓度为30～70％。

3.根据权利要求1所述的利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，步骤（1）中，超声功率为60～200W，超声提取时间为20～30min。

4.根据权利要求1或3所述的利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，步骤（1）中，加乙醇水溶液进行超声提取次数为3～6次，过滤后，合并滤液。

5.根据权利要求1所述的利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，步骤（2）中，栀子苷粗品水溶液中，栀子苷粗品的质量浓度为50～2000μg/mL；β-葡萄糖苷酶液中，β-葡萄糖苷酶的浓度为0.473～8.325U/mL，酶液的配制用0.2mol/L pH4.0～6.0的乙酸缓冲液为溶剂。

6.根据权利要求1所述的利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，步骤（2）中，有机溶剂为正辛醇、正己醇或乙酸乙酯，水相与有机相的相比v/v为1:1～5。

7.根据权利要求1所述的利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，步骤（2）中，催化水解反应条件为：温度为30～70℃，水解时间为40～240min，摇床转速为150～220rpm。

8.根据权利要求1所述的利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的亲水性氨基酸为甘氨酸、精氨酸、谷氨酰胺或赖氨酸，亲水性氨基酸水溶液中，氨基酸的摩尔浓度为0.05～0.5mol/L，有机相与亲水性氨基酸的水溶液的体积比为1:0.3～1。

9.根据权利要求1所述的利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，步骤（3）中，反应温度为70～100℃，反应时间为10～60min。

10.根据权利要求1所述的利用相转移催化制备栀子蓝色素的方法，其特征在于，步骤（4）中，真空干燥条件为：真空度为400～650mmHg，温度为65～80℃，干燥时间为5～8h。