CN104031019B - 一种紫薯花青素快速提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紫薯花青素提取方法。针对现有技术中紫薯花青素的提取需要较长工艺时间、较高工艺成本的缺陷，以及紫薯加工中花青素浪费大且造成环境污染的技术问题，本发明提供了一种紫薯花青素快速提取方法。本方法将含紫薯组分的水溶液调节至pH3～5，沉淀，固体部分即为花青素粗提物。该方法利用含紫薯组分的水溶液中的花青素在pH3～5条件下发生沉淀的特性，直接通过酸化、沉淀的方法提取得到紫薯花青素。本发明方法该方法工艺路线简单、可靠，操作耗时短，成本低廉，效率高，可以应用于多种紫薯加工领域，利于大规模生产和应用。

Description

一种紫薯花青素快速提取方法

技术领域

本发明涉及一种花青素提取方法，特别是涉及一种从紫薯中提取花青素的方法，属于与花青素相关的化工技术领域。

背景技术

花青素(Anthocyanidin)，又称花色素，是一类水溶性色素，属于类黄酮化合物。花青素作为天然色素在食品、化妆品等行业具有巨大的市场潜力，尤其是独特的抗氧化、抗突变、护肝和护心脑血管等一些生理活性，使其药物价值和保健价值更加受到人们广泛的关注。

紫薯(IpomoeabatatasL.)富含丰富的天然花青素。一般成熟紫薯中花青素类色素含量为0.2％～0.8％，有些品种可高达到1.2％。与其他含有花青素的植物(如紫甘蓝、紫葡萄等)相比，紫薯是自然界中难得的生产花青素的优质原料。由于新鲜紫薯既不耐储藏也不便运输，流通成本高，因而新鲜紫薯收获后除了少部分被直接食用外，绝大部分被加工成全粉、淀粉、粉条粉丝等便于保存、流通和应用的产品。由于花青素水溶性较好，因此在紫薯食品加工生产过程中，绝大部分花青素被水洗出并与加工废水一起排放，造成严重的优质资源浪费和环境污染。即使加工成粉丝粉条等产品，大量的花青素也会因为食用过程中的浸泡、煮熟等过程溶解于各种汤液中而被弃去，只有很少的部分被人最后食用。而被弃去的含有大部分花青素的汤液排入城市污水中，亦是资源浪费和环境污染。因此，如何有效提取紫薯中具有高附加值的花青素成分，并且减少工业化生产中导致的环境污染，是紫薯加工生产过程中亟待解决的问题。

溶剂提取是花青素最常规的提取方法。申请公布号为CN103601712A的中国发明专利申请公开了一种从紫薯中快速提取花青素的方法。该方法是将盛装紫薯粉浸泡提取溶液的容器经水浴摇床振荡1h～2h后抽滤或直接过滤获得第一次提取滤液；再将将滤渣用相同体积的酸性乙醇溶液再浸泡0.5h～1h后，水浴摇床振荡0.5h～1h，抽滤或直接过滤获得第二次提取滤液，合并提取滤液，常压蒸馏除去乙醇，最终得到花青素浓缩提取液。申请公布号为CN102432582A的中国发明专利申请公开了一种原花青素的制备方法。该方法以葡萄籽、松树皮或紫薯等含原花青素较高的植物为原料，以乙醇水溶液为提取溶剂，采用双水相萃取法高效地从原花青素粗提物中制备原花青素。申请公布号为CN102993154A的中国发明专利申请公开了一种紫薯花青素的提取方法。该方法是采用pH2～5的乙醇水溶液浸泡提取紫薯原料，提取物经过滤得到滤液，滤液通过大孔吸附树脂进行吸附，吸附后用蒸馏水洗脱，洗脱液分别浓缩至固形物。

上述三种紫薯花青素提取方法代表了现有技术中对紫薯原料中花青素溶剂提取的最主要方法，即采用甲醇、乙醇、丙酮、水或者混合溶剂作为溶剂，在酸性环境中溶解紫薯中花青素，再以蒸馏、吸附、萃取等方法从溶液中分离出花青素。这些方法都需要较长工艺时间、较高工艺成本。并且，当前我国紫薯加工多以初级、粗放型加工为主，往往要求对原料中花青素能够实现快速提取、低成本提取。现有技术均不能满足这样的生产要求。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种紫薯花青素提取方法，该方法具有快速、效率高、成本经济的特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种紫薯花青素快速提取方法，其特征在于：将含紫薯组分的水溶液调节至pH3～5，沉淀，固体部分即为花青素粗提物。

上述提取方法利用含紫薯组分的水溶液中的花青素在pH3～5条件下发生沉淀的特性，直接通过酸化、沉淀的方法提取得到紫薯花青素。

溶剂提取是花青素的常规提取方法，溶剂多选择甲醇、乙醇、丙酮、水或者混合溶剂等。但无论采用何种溶剂，现有技术都利用花青素在酸性环境下(通常是pH2左右)溶解性高的特性，首先将花青素溶解到溶剂中，再从溶剂中分离提取的方法得到花青素。本发明方法的技术方案原理则正与此相反。本发明提取方法利用研究中发现的紫薯花青素在pH3～5条件下发生沉淀的独有特性，直接采用最简单的酸化、沉淀工艺提取得到紫薯花青素。

上述方法中，酸化以后的沉淀是指自然沉降和/或离心沉淀。依照常规技术原理，离心沉淀可以节省更多时间，技术效果更优。进一步的优化操作是，在3000rpm条件下离心5min后沉淀。

本发明紫薯花青素快速提取方法，可以应用于多种紫薯加工领域，例如以紫薯为原料的食品、化工、医药领域中，对于加工生产工艺中产生的含紫薯组分的水溶液，只要其中紫薯花青素组分依然以天然形式存在，如紫薯浸泡液、紫薯淀粉及制品加工中的弃去液(常称为废水)等，便可以应用本发明方法快速提取得到其中的花青素。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种以水为溶剂提供紫薯花青素的方法，该方法工艺路线简单、可靠，操作耗时短，成本低廉，效率高，利于大规模生产和应用。提取方法既实现了资源回收利用，又解决了生产中废水的有机物含量高对环境污染大的问题，具有较高的实际应用价值。提取方法可以在多种紫薯加工领域中应用，推广应用性强。

附图说明

图1是不同pH沉淀分离后，上清和沉淀中花青素含量的比例。

图2是不同大孔树脂对紫薯花青素的提取效果(图2a上清液中花青素的减少量，图2b树脂中花青素含量的比例)

具体实施方式

下面结合优选实施例对本发明方法作进一步的描述。

实施例一

采用本发明方法提取紫薯花青素，采用盐酸酸化、离心沉淀。

1、试剂、材料

紫薯原料：绵薯-9号

含紫薯组分水溶液：模拟常规紫薯食品加工工艺中的加工废水。具体是，将紫薯原料经粉碎机粉碎后得紫薯浆，紫薯浆与自来水以1：4的比例混合后提取淀粉、200目的纱布过滤分离紫薯纤维后收集余下水溶液，即为模拟紫薯加工废水。测得OD530吸光值为0.556，pH6.6。

酸试剂：1mol/L盐酸、

2、提取试验

酸化：量取5份25ml含紫薯组分水溶液，用盐酸分别调节5份含紫薯组分水溶液pH至2、3、4、5、6，CK为不调pH的含紫薯组分水溶液。反应变化显示：pH4、pH5组，溶液变浑浊，颜色由紫红转变为深红色；pH3组，溶液略有浑浊，颜色变化不明显。

离心：将不同pH处理的含紫薯组分水溶液离心，离心条件3000rpm、5min，结果pH3、pH4、pH5溶液均产生大量的深红色沉淀，同时上清变成透明的微红色，通过倾倒上清分离各处理液的沉淀和上清。

3、提取效率计算

测定计算：向各沉淀中加盐酸(采用pH2盐酸)搅拌沉淀，此时沉淀溶解，继续调整至pH＝2，定容至25ml，用分光光度计检测其在530nm下的吸光度，同时以自来水为空白对照(CK)。结果显示，当沉淀操作中pH调至3、4、5时，沉淀中花青素含量分别为废水中总花青素的81.81％、92.01％、90.63％，相应的上清中花青素含量为18.21％、6.73％、9.43％。见图1。

花青素的浓缩倍数＝(含紫薯组分水溶液原始重量/沉淀重量)×沉淀中花青素的百分含量

实施例一结果表明，在pH4和pH5的酸化条件下，含紫薯组分水溶液中90％以上的花青素都可以沉淀提取，得到回收，且花青素的浓缩倍数高，在pH4和5时分别为9.82和9.36。

实施例二

采用本发明方法提取紫薯花青素，采用醋酸酸化、离心沉淀。

1、试剂、材料

紫薯原料、含紫薯组分水溶液同实施例一。

酸试剂：1mol/L醋酸

2、提取试验

酸化：量取2份25ml含紫薯组分水溶液，用醋酸分别调节2份含紫薯组分水溶液酸度至pH4、pH5，CK为不调pH的含紫薯组分水溶液。

其余操作同实施例一。

3、提取效率计算及结果分析

测定计算操作同实施例一。

结果显示：在pH4和pH5进行沉淀操作时，沉淀中花青素含量分别为废水中总花青素的92.26％和90.38％，花青素浓缩倍数分别为9.77和9.51。

实施例三

采用本发明方法提取紫薯花青素，采用柠檬酸酸化、离心沉淀。

1、试剂、材料

紫薯原料、含紫薯组分水溶液同实施例一。

酸试剂：1mol/L柠檬酸

2、提取试验

酸化：量取25ml含紫薯组分水溶液，用醋酸分别调节含紫薯组分水溶液pH至4，CK为不调pH的含紫薯组分水溶液。

其余操作同实施例一。

3、提取效率计算及结果分析

测定计算操作同实施例一。

结果显示：在pH4进行沉淀操作时，沉淀中花青素含量为废水中总花青素的91.78％，浓缩倍数为9.76。

实施例四

采用本发明方法提取紫薯花青素，分别采用盐酸、醋酸、柠檬酸酸化、离心沉淀。

1、试剂、材料

紫薯原料：绵薯-11号

含紫薯组分水溶液：制备方法同实施例一。测得OD530吸光值为0.571，pH6.7。

酸试剂：盐酸、醋酸、柠檬酸分别同实施例一、二、三。

2、提取试验

酸化：量取15份25ml含紫薯组分水溶液，分别用盐酸、醋酸、柠檬酸分别调节5份含紫薯组分水溶液pH至2、3、4、5、6，CK为不调pH的含紫薯组分水溶液。

其余操作同实施例一。

3、提取效率计算及结果分析

测定计算操作同实施例一。

结果显示：在pH4进行沉淀操作时，沉淀中的花青素含量为废水中总花青素的90％以上，且浓缩倍数均大于9(表1)。

表1不同酸调节不同pH离心沉淀分离后，绵薯11号紫薯的花青素回收率(单位：％)

实施例五

采用本发明方法提取紫薯花青素，分别采用盐酸、醋酸、柠檬酸酸化、自然沉降。

1、试剂、材料

紫薯原料：绵薯-9号

含紫薯组分水溶液：制备方法同实施例一。测得OD530吸光值为0.556，pH6.6。

酸试剂：盐酸、醋酸、柠檬酸分别同实施例一、二、三。

2、提取试验

酸化：量取15份25ml含紫薯组分水溶液，分别用盐酸、醋酸、柠檬酸分别调节5份含紫薯组分水溶液pH至2、3、4、5、6，CK为不调pH的含紫薯组分水溶液。

自然沉降：将不同pH处理的含紫薯组分水溶液于4℃静置过夜(12h)，结果pH4、pH5溶液均产生大量的深红色松软的絮状沉淀，同时上清变成透明的微红色，用移液枪吸出上清以分离各处理液的沉淀和上清。

3、提取效率计算及结果分析

测定计算操作同实施例一。

结果显示：在pH4、pH5进行沉淀操作时，沉淀中的花青素含量为废水中总花青素的80％以上，表明在酸化处理后，紫薯中的花青素也能够经自然沉降加以分离提取。但同时，沉淀疏松含有大量的水分，花青素的浓缩比(含紫薯组分水溶液原始重量/沉淀重量)分别为4.33、4.17，远低于离心分离的效率，且操作时间长，沉淀含水量高，不利于后续的干燥和储藏(表2)。

表2不同酸调节不同pH自然沉淀分离后，绵薯-9号紫薯的花青素回收率(单位：％)

以上实施例一、二、三、四、五结果说明，通过调节含紫薯组分水溶液(模拟紫薯加工废水)的pH值可以降低该溶液中紫薯花青素的溶解度，无论是自然沉降还是离心分离都可以提取得到花青素粗提物。并且，仅需低速离心即可将90％以上的花青素沉淀下来，沉淀中花青素的浓缩倍数高，易于干燥和储藏。

对比例一

采用pH3～pH5以外的酸化条件提取含紫薯组分水溶液中的花青素。

1、试剂、材料

紫薯原料同实施例一。

含紫薯组分水溶液制备同实施例一。

酸试剂：盐酸，同实施例一。

2、提取试验

酸化：量取15份25ml含紫薯组分水溶液，用盐酸调节含紫薯组分水溶液，在调节pH的过程中，随着pH的降低，水溶液颜色和澄清度均有所变化。当水溶液调至pH6时，溶液清澈为紫红色；当调节至pH5～3时，均有沉淀出现；调至pH2时，溶液澄清，颜色变为纯红色。在pH2、pH6和原始溶液离心后仅有极少量沉淀产生，溶液颜色几乎不变，且轻轻搅拌后，沉淀溶解。

离心操作同实施例一。

3、提取效率计算及结果分析

测定计算操作同实施例一。

结果显示，pH2、pH6和原始含紫薯组分水溶液，沉淀中花青素含量仅分别为废水中花青素含量的6.55％、6.67％和4.74％。

对比例一显示：pH3～pH5是本发明方法最适的酸化条件，采用该条件以外的酸化处理无法以直接沉淀的方法有效提取到含紫薯组分水溶液中的花青素。

对比例二

酸沉淀法提取苋菜红标准品、紫甘蓝、紫葡萄水溶液中的花青素。

1、试剂、材料

花青素水溶液：苋菜红标准品水溶液、紫甘蓝水溶液、紫葡萄水溶液

苋菜红标准品水溶液：将苋菜红标准品加入自来水混匀后沉淀20min，分离上清，通过加水调节水溶液OD530吸光值为1；

紫甘蓝水溶液：将粉碎的紫甘蓝加入自来水混匀后沉淀20min，分离上清，通过加水调节水溶液OD530吸光值为1；

紫葡萄水溶液：将紫葡萄加入自来水混匀后沉淀20min，分离上清，通过加水调节水溶液OD530吸光值分别为1。

酸试剂：盐酸同实施例一

2、提取试验

酸化：分别量取15份25ml含紫薯组分水溶液，分别用盐酸分别调节3种花青素水溶液pH至2、3、4、5、6，CK不调pH值的各原始花青素水溶液。

离心操作同实施例一。不同pH处理的花青素水溶液离心，结果离心后均无沉淀产生，溶液颜色不变。

3、提取效率计算及结果分析

将溶液调回pH2比色检测显示花青素含量。

将各处理水溶液调回pH2，比色检测显示花青素含量不变(结果见表3)。

表3苋菜红标准品、紫甘蓝、紫葡萄水溶液在不同pH值下吸光度的变化

对比例二显示：苋菜红标准品、紫甘蓝、紫葡萄花青素水溶液在pH2、3、4、5、6时花青素的水溶性较好，不易形成沉淀回收。也即表明，本发明提取方法是针对紫薯花中青素的快速提取方法，对于其他种类花青素水溶液中的花青素提取效果不佳。

对比例三

树脂吸附法提取含紫薯组分水溶液中的花青素。

1、试剂、材料

紫薯原料、含紫薯组分水溶液制备，同实施例一。

树脂柱：D101、AB-8、XAD761

2、吸附试验

树脂吸附法分离废水中的花青素：分别准确称取20g经过预处理的AB-8、X-5、D101和XAD761树脂，装入250ml具塞三角瓶中，加入紫薯花青素的粗提上清液100ml，置于恒温振荡器中，于室温25℃、150r/min的条件下均匀吸附，每隔一定时间测定色素溶液的吸光值，以吸光值来表征树脂的吸附状况。

实验中按如下方法计算提取率：

提取率％＝(起始吸光值－剩余吸光值)/起始吸光值

3、提取效率计算及结果分析

树脂吸附结果如图2所示：随着时间的延长，含紫薯组分水溶液的吸光值呈现下降趋势，即各树脂的吸附量在不断增加；在吸附1.5h后，各树脂逐渐达到吸附饱和；D101树脂吸附速率最快，AB-8和XAD761树脂的吸附速率稍慢，但与D101相差无几，它们的吸附率分别为39.82％、38.2％、38.38％。X-5树脂吸附速率最慢且吸附率较低，为31.89％。

图2是不同大孔树脂对紫薯花青素的提取效果，其中，图2a上清液中花青素的减少量，图2b树脂中花青素含量的比例

通过实验，树脂D101、AB-8、XAD761在吸附紫薯花青素上效果较X-5佳，但总体提取效率均较差，小于40％，远低于酸化离心的分离效率，并且操作复杂耗时长，和吸附后需要洗脱或梯度洗脱才能得到花青素，不利于实际应用。

Claims (7)

1.一种紫薯花青素快速提取方法，其特征在于：将含紫薯组分的水溶液调节至pH3～5，沉淀，固体部分即为花青素粗提物；所述含紫薯组分的水溶液是将紫薯原料经粉碎机粉碎后得紫薯浆，紫薯浆与自来水以1:4的比例混合后提取淀粉、200目的纱布过滤分离紫薯纤维后收集余下水溶液。

2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于：所述沉淀是自然沉降和/或离心沉淀。

3.根据权利要求2所述的提取方法，其特征在于：所述离心沉淀是在3000rpm条件下离心5min后沉淀。

4.根据权利要求1或2或3所述的提取方法，其特征在于：将含紫薯组分的水溶液调节至pH4。

5.根据权利要求1或2或3所述的提取方法，其特征在于：所述含紫薯组分的水溶液是含天然紫薯花青素的水溶液。

6.根据权利要求1或2或3所述的紫薯花青素快速提取方法在紫薯加工中的应用方法。

7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：所述紫薯加工中是紫薯淀粉及其制品加工。