CN104861738A - 一种提取花生壳黄色素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提取花生壳黄色素的方法，包括以下步骤：花生壳粉灭菌后加入无菌水和混合菌种固态发酵；发酵产物加入水，微波辅助浸提，离心，保留上清液；上清液真空浓缩，二氧化碳超临界萃取，得到黄色素。本发明的方法与现有花生壳黄色素提取方法区别在于本发明将生物和物理法结合在一起，首先利用微生物发酵花生壳，使得花生壳细胞中大分子物质水解，有利于黄色素浸出；其次利用微波辅助浸提，提高黄色素的得率；最后用二氧化碳超临界萃取，提高黄色素纯度以及进一步提高得率。本发明以花生加工副产品花生壳为原料，提取过程绿色环保，所得黄色素纯度、得率、色价高，具有抗氧化作用，可作为天然色素和天然抗氧化剂用于食品工业。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取花生壳黄色素的方法，属于花生加工副产品天然色素提取技术领域。
背景技术
中国是世界花生生产大国，年产花生壳近450万吨，这些花生壳除了少部分作为造纸、生产化工产品的原料、或用作饲料外，更多的是当作燃料或弃之农田，造成资源的极大浪费。花生壳约占花生质量的30%，其中主要含半纤维素和粗纤维素，半纤维素的含量为10.1%，粗纤维素约占花生壳质量的65.7%～79.3%。花生壳中其它营养成分包括粗蛋白4.8%～7.2%，粗脂肪1.2%～1.8%，还原糖0.3%～1.8%，双糖1.7%～2.5%，戊糖16.1%～17.8%，淀粉0.7%。此外，花生壳中还含有一些药用成分（如木犀草素、黄酮类色素、β-谷甾醇、胡萝卜素、皂草甙、木糖等）。可见，从花生壳中提取天然黄色素不仅可作为天然色素添加到食品中，由于黄色素还有抗氧化作用，还可作为天然抗氧化剂。
目前，从花生壳中提取黄色素的方法一般是超声波协助提取法和微波辅助提取法，如李山的“超声波协助提取花生壳中黄色素的实验研究”所述超声波协助 70%乙醇提取黄色素；田锐的“超声协助水提花生壳黄色素的研究”所述超声波协助水提取黄色素；林棋的“微波萃取花生壳天然黄色素及其稳定性研究”所述微波辅助70%乙醇提取黄色素；温志英的“花生壳黄色素微波辅助提取工艺”所述微波辅助50%乙醇提取黄色素，得率为3.26%，色价为8.6。这些工艺普遍采用乙醇水溶液为提取剂，提取物中目标产物得率、色价和纯度较低，后续工序还要除去乙醇等有机溶剂，操作繁琐，不能满足工业化生产需要。
微生物固态发酵法是目前新兴的提取活性功能成分的技术，与液态发酵法相比，固态发酵法的优势非常明显。首先，用于固态发酵的菌种的种类更多、工艺过程更为简化；其次，固态发酵法可以实现更大规模生产；第三，固态发酵过程中基本无对环境造成污染的废物产生。目前，还没有关于固态发酵法应用于花生壳黄色素的提取的报道和专利申请。
超临界CO2流体萃取技术是食品工业新兴的一项萃取和分离技术，与传统的有机试剂法相比，采用超临界CO2流体萃取技术生产的产品无溶剂残留、无污染，可避免萃取物在高温下的热劣化，保护生理活性物质的活性，保持萃取物的天然风味等。所以超临界CO2流体技术已经成功的应用到辣椒红素、番茄红素、β-胡萝卜素和栀子黄色素等天然食用色素的萃取和精制中。目前，还没有关于超临界CO2流体萃取技术应用于花生壳黄色素的提取的报道和专利申请。
发明内容
本发明的目的在于为解决已有的花生壳黄色素提取技术中存在的提取物中目标产物得率、色价和纯度较低，后续工序还要除去乙醇等有机溶剂，操作繁琐，不能满足工业化生产需要等技术难题，提供一种提取花生壳黄色素的方法。本发明将微生物发酵技术、生物酶解技术、微波技术和超临界CO2流体萃取技术等一系列高新加工技术结合在一起，首先利用微生物发酵花生壳，使得花生壳细胞中大分子物质水解，有利于黄色素浸出；其次利用微生物发酵过程中产生的纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶、淀粉酶等多种酶系，在微波辅助酶解条件下，将黄色素浸提出来，提高黄色素的得率；最后利用二氧化碳超临界萃取，提高黄色素纯度以及进一步提高得率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：微生物混合菌种固态发酵花生壳粉，微波辅助酶解和浸提技术，二氧化碳超临界萃取技术提取花生壳黄色素的方法，其步骤包括：
一、原料准备：花生壳清洗、烘干、粉碎、过筛；
二、固态发酵：花生壳粉灭菌，加入无菌水和混合菌种固态发酵；
三、微波辅助浸提：发酵产物加入水，微波辅助浸提，煮沸，离心，保留上清液；
四、二氧化碳超临界萃取：上清液真空浓缩，浓缩液二氧化碳超临界萃取，得到黄色素。
优选地，一种提取花生壳黄色素的方法步骤一所述的花生壳为无虫蛀、霉变的花生壳，用清水冲洗干净，在50℃烘箱鼓风烘干，用超微粉碎仪粉碎，过150目筛，取筛下物作为原料。
优选地，一种提取花生壳黄色素的方法步骤二所述的灭菌的条件是温度121℃，时间15min，加入的无菌水的量为0.5-1ml/g花生壳粉，混合菌种为纳豆芽孢杆菌（CICC10263，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中纳豆芽孢杆菌数约为108个/mL）、枯草芽孢杆菌（CICC10456，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中枯草芽孢杆菌数约为108个/mL）、短小芽孢杆菌（CICC20745，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中短小芽孢杆菌数约为108个/mL）的混合菌液，三种菌种菌悬液的比例为纳豆芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：短小芽孢杆菌=（0.5-1）：（2.6-3.8）：（1.9-3.2），混合菌种的添加量为0.05-0.2ml/g花生壳粉，固态发酵的条件为温度30-33℃，时间24-36h。
优选地，一种提取花生壳黄色素的方法步骤三所述的发酵产物中加入水的量为5-10ml/g发酵产物，微波辅助提取的条件为温度35-40℃，微波功率800-1000w，时间10-15 min，煮沸的条件为温度100℃，时间5min，离心的条件为5000r/min，离心15min。
优选地，一种提取花生壳黄色素的方法步骤四所述的真空浓缩的条件为真空度0.1 MPa，温度60-70℃，二氧化碳超临界萃取条件为压力20-30MPa，流体流量20-30kg/h，夹带剂为50%乙醇，夹带剂加入量为3%-5%，萃取温度35-40℃，萃取时间2-3h，分离温度为40-45℃。
本发明的有益效果是：根据本发明，能够得到纯度、得率和色价高，具有抗氧化和清除自由基作用，可作为天然色素和天然防腐剂的花生壳黄色素产品。
具体实施方式
实施例1
取没有虫蛀和霉变的花生壳，用清水冲洗干净，在50℃烘箱鼓风烘干，用超微粉碎仪粉碎，过150目筛，取100g筛下物作为原料；花生壳粉在温度121℃条件下灭菌15min，加入50ml无菌水，并加入20ml由纳豆芽孢杆菌（CICC10263，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中纳豆芽孢杆菌数约为108个/mL）、枯草芽孢杆菌（CICC10456，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中枯草芽孢杆菌数约为108个/mL）和短小芽孢杆菌（CICC20745，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中短小芽孢杆菌数约为108个/mL）组成的混合菌液，三种菌种菌悬液的比例为纳豆芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：短小芽孢杆菌=0.5：2.6：1.9，用无菌玻璃棒搅拌均匀，在温度30℃条件下，固态发酵24h，每隔6h搅拌发酵体系一次；发酵结束后，发酵产物中加入850ml水，在温度35℃，微波功率800w条件下，微波辅助提取10min，发酵产物在100℃条件下，煮沸5min，立即冷却，在5000r/min条件下，离心15min，保留上清液；上清液在真空度0.1MPa，温度60℃条件下真空浓缩至100ml，浓缩液在压力20MPa，流体流量20kg/h，夹带剂为50%乙醇，夹带剂加入量为3%，萃取温度35℃条件下，二氧化碳超临界萃取2h，二氧化碳超临界分离温度为40℃，获得花生壳黄色素。该实施例条件下的花生壳黄色素得率为10.35%；纯度为93.46%；色价为11.8；对羟自由基、DPPH自由基、超氧阴离子自由基、铁离子螯合力、铜离子螯合力、脂质过氧化抑制力、铁还原力、钼还原力的IC50值分别是：2.15mg/mL、4.21mg/mL、5.21mg/mL、2.38mg/mL、2.98mg/mL、1.05mg/mL、6.88mg/mL、4.24mg/mL。
实施例2
取没有虫蛀和霉变的花生壳，用清水冲洗干净，在50℃烘箱鼓风烘干，用超微粉碎仪粉碎，过150目筛，取200g筛下物作为原料；花生壳粉在温度121℃条件下灭菌15min，加入200ml无菌水，并加入20ml由纳豆芽孢杆菌（CICC10263，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中纳豆芽孢杆菌数约为108个/mL）、枯草芽孢杆菌（CICC10456，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中枯草芽孢杆菌数约为108个/mL）和短小芽孢杆菌（CICC20745，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中短小芽孢杆菌数约为108个/mL）组成的混合菌液，三种菌种菌悬液的比例为纳豆芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：短小芽孢杆菌=0.8：3.2：2.7，用无菌玻璃棒搅拌均匀，在温度31℃条件下，固态发酵36h，每隔6h搅拌发酵体系一次；发酵结束后，发酵产物中加入2520ml水，在温度37℃，微波功率1000w条件下，微波辅助提取12min，发酵产物在100℃条件下，煮沸5min，立即冷却，在5000r/min条件下，离心15min，保留上清液；上清液在真空度0.1MPa，温度62℃条件下真空浓缩至100ml，浓缩液在压力25MPa，流体流量24kg/h，夹带剂为50%乙醇，夹带剂加入量为4%，萃取温度36℃条件下，二氧化碳超临界萃取2.5h，二氧化碳超临界分离温度为42℃，获得花生壳黄色素。该实施例条件下的花生壳黄色素得率为12.15%；纯度为92.53%；色价为10.7；对羟自由基、DPPH自由基、超氧阴离子自由基、铁离子螯合力、铜离子螯合力、脂质过氧化抑制力、铁还原力、钼还原力的IC50值分别是：3.29mg/mL、5.17mg/mL、4.44mg/mL、1.57mg/mL、2.09mg/mL、1.87mg/mL、4.31mg/mL、5.91mg/mL。
实施例3
取没有虫蛀和霉变的花生壳，用清水冲洗干净，在50℃烘箱鼓风烘干，用超微粉碎仪粉碎，过150目筛，取500g筛下物作为原料；花生壳粉在温度121℃条件下灭菌15min，加入375ml无菌水，并加入25ml由纳豆芽孢杆菌（CICC10263，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中纳豆芽孢杆菌数约为108个/mL）、枯草芽孢杆菌（CICC10456，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中枯草芽孢杆菌数约为108个/mL）和短小芽孢杆菌（CICC20745，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中短小芽孢杆菌数约为108个/mL）组成的混合菌液，三种菌种菌悬液的比例为纳豆芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：短小芽孢杆菌=1：3.8：3.2，用无菌玻璃棒搅拌均匀，在温度32℃条件下，固态发酵30h，每隔6h搅拌发酵体系一次；发酵结束后，发酵产物中加入7200ml水，在温度38℃，微波功率900w条件下，微波辅助提取14min，发酵产物在100℃条件下，煮沸5min，立即冷却，在5000r/min条件下，离心15min，保留上清液；上清液在真空度0.1MPa，温度65℃条件下真空浓缩至100ml，浓缩液在压力25MPa，流体流量28kg/h，夹带剂为50%乙醇，夹带剂加入量为5%，萃取温度38℃条件下，二氧化碳超临界萃取2.5h，二氧化碳超临界分离温度为44℃，获得花生壳黄色素。该实施例条件下的花生壳黄色素得率为11.79%；纯度为94.17%；色价为12.5；对羟自由基、DPPH自由基、超氧阴离子自由基、铁离子螯合力、铜离子螯合力、脂质过氧化抑制力、铁还原力、钼还原力的IC50值分别是：2.57mg/mL、3.89mg/mL、4.96mg/mL、2.56mg/mL、3.09mg/mL、4.08mg/mL、1.97mg/mL、3.99mg/mL。
实施例4
取没有虫蛀和霉变的花生壳，用清水冲洗干净，在50℃烘箱鼓风烘干，用超微粉碎仪粉碎，过150目筛，取1000g筛下物作为原料；花生壳粉在温度121℃条件下灭菌15min，加入800ml无菌水，并加入200ml由纳豆芽孢杆菌（CICC10263，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中纳豆芽孢杆菌数约为108个/mL）、枯草芽孢杆菌（CICC10456，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中枯草芽孢杆菌数约为108个/mL）和短小芽孢杆菌（CICC20745，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中短小芽孢杆菌数约为108个/mL）组成的混合菌液，三种菌种菌悬液的比例为纳豆芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：短小芽孢杆菌=41：3.5：3.2，用无菌玻璃棒搅拌均匀，在温度33℃条件下，固态发酵36h，每隔6h搅拌发酵体系一次；发酵结束后，发酵产物中加入20000ml水，在温度40℃，微波功率1000w条件下，微波辅助提取15min，发酵产物在100℃条件下，煮沸5min，立即冷却，在5000r/min条件下，离心15min，保留上清液；上清液在真空度0.1MPa，温度70℃条件下真空浓缩至100ml，浓缩液在压力30MPa，流体流量30kg/h，夹带剂为50%乙醇，夹带剂加入量为5%，萃取温度40℃条件下，二氧化碳超临界萃取3h，二氧化碳超临界分离温度为45℃，获得花生壳黄色素。该实施例条件下的花生壳黄色素得率为14.58%；纯度为95.98%；色价为14.3；对羟自由基、DPPH自由基、超氧阴离子自由基、铁离子螯合力、铜离子螯合力、脂质过氧化抑制力、铁还原力、钼还原力的IC50值分别是：1.79mg/mL、2.37mg/mL、3.66mg/mL、1.59mg/mL、1.78mg/mL、2.07mg/mL、3.78mg/mL、2.92mg/mL。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种提取花生壳黄色素的方法，包括以下步骤：（1）花生壳清洗、烘干、粉碎、过筛、灭菌、加入无菌水和混合菌种固态发酵；（2）发酵产物加入水，微波辅助浸提，煮沸，离心，保留上清液；（3）上清液真空浓缩，浓缩液二氧化碳超临界萃取，得到黄色素。
2.根据权利要求1所述的一种提取花生壳黄色素的方法，其特征在于，步骤（1）所述的花生壳为无虫蛀、霉变的花生壳，用清水冲洗干净，在50℃烘箱鼓风烘干，用超微粉碎仪粉碎，过150目筛，取筛下物作为原料，灭菌的条件是温度121℃，时间15min，加入的无菌水的量为0.5-1ml/g花生壳粉，混合菌种为纳豆芽孢杆菌（CICC10263，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中纳豆芽孢杆菌数约为108个/mL）、枯草芽孢杆菌（CICC10456，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中枯草芽孢杆菌数约为108个/mL）、短小芽孢杆菌（CICC20745，购于中国工业微生物菌种保藏管理中心，菌悬液中短小芽孢杆菌数约为108个/mL）的混合菌液，三种菌种菌悬液的比例为纳豆芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：短小芽孢杆菌=（0.5-1）：（2.6-3.8）：（1.9-3.2），混合菌种的添加量为0.05-0.2ml/g花生壳粉，固态发酵的条件为温度30-33℃，时间24-36h。
3.根据权利要求1所述的一种提取花生壳黄色素的方法，其特征在于，步骤（2）所述的发酵产物中加入水的量为5-10ml/g发酵产物，微波辅助提取的条件为温度35-40℃，微波功率800-1000w，时间10-15 min，煮沸的条件为温度100℃，时间5min，离心的条件为5000r/min，离心15min。
4.根据权利要求1所述的一种提取花生壳黄色素的方法，其特征在于，步骤（3）所述的真空浓缩的条件为真空度0.1MPa，温度60-70℃，二氧化碳超临界萃取条件为压力20-30 MPa，流体流量20-30kg/h，夹带剂为50%乙醇，夹带剂加入量为3%-5%，萃取温度35-40℃，萃取时间2-3h，分离温度为40-45℃。
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