CN105669633A

CN105669633A - 一种板栗苞联产多酚、色素、单宁、原花青素及木粉的方法

Info

Publication number: CN105669633A
Application number: CN201610155833.4A
Authority: CN
Inventors: 李斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-03-20
Filing date: 2016-03-20
Publication date: 2016-06-15

Abstract

本发明涉及一种板栗苞联产多酚、色素、单宁、原花青素及木粉的方法，将板栗苞粉碎至30～80目，与碱性去离子水共入罐中，以微波辐射并搅拌浸提复三次，水提液经多道膜分离，浓缩干燥后得多酚、色素、单宁、原花青素干粉，滤渣经干燥成木粉。本方案可实现废弃板栗苞的资源化综合利用，属一种清洁高效无污染的生态模式产业。

Description

一种板栗苞联产多酚、色素、单宁、原花青素及木粉的方法

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，涉及天然生物质资源综合利用技术，特别涉及一种利用废弃的板栗苞资源（含粟壳、粟衣）联产多酚、色素、单宁、原花青素及木粉的新方法。

背景技术

板栗是壳斗科粟属经济乔木的果实，味美且富含对人体有益的营养成份及微量元素，是人们喜爱的坚果之一。我国板栗资源居世界首位，年产量已超过100万吨，占世界总产量的75%以上，板栗苞是板栗的带刺外壳，板栗壳是板栗的内层硬壳，板栗衣是板栗果仁的种皮，三种合计约占板栗总重的3/5以上，板栗采收季及加工时被视为废弃物而抛于荒野，数量巨大，既污染环境又浪费资源。

板栗苞、壳、衣除木质纤维素等组份外，还富含天然多酚及棕色素、单宁酸、原花青素等多元酚类组织成份。植物多酚是广泛存在于植物体内的次生代谢物，为天然多元酚结构，是植物生长和自身防御及种子保护等所需的重要物质，具有清除自由基、抗氧化衰老、抑菌消炎、促进生长和免疫调节等功效，提取后有极其宽广的用途；植物色素是一种天然着色剂，具多酚的共同特性，可广泛用于食品、药品、保健品、化妆品、纺织品的染色；植物单宁除多酚共性外，尚有独特的理化性质，可广泛用于医药、食品、制革、日化、选矿、污水处理、尾气处理等方面；原花青素具有很强的清除自由基和抗氧化生物活性，能改善心血管疾病，抗癌抗辐射抗病毒，有很好的医疗效果。随着社会的进步，纯天然多酚及色素、单宁、原花青素的用途越来越广，需求量也越来越大，仅靠原有的植物资源明显不足，因此对数量巨大的废弃板栗苞、壳、衣资源（以下简称板栗苞）加以更深入广泛的研究开发，相信我国将成为板栗苞新材料及其制品的首要产出大国。

传统提取植物功效成份的方法，如浸渍法、渗漉法、蒸煮法等，目前仍在一定范围内沿用，但存在溶剂用量大，生产周期长，收效低，有机溶剂残留等问题，亟待改进提高；近些年来出现的超声法、微波法、膜分离等新技术，在植物提取方面显示出广泛的应用前景和优越性，但大多属实验室阶段，或只是在生产的某些环节点上有所试用，仍需大量的实践积累，修验提高，方能适应现代化生产的需要；另外如超临界法效果较好，但存在设备投资大，运行成本高的缺点；酶解法收效高，但用时长，精准控制难，生产效率较低。

现今大部分进行植物功效成份提取的企业，都遭遇使用化学溶剂易造成环境污染和自身生产过程安全性低、以及提取后的大量植物残渣处理难的问题，困扰着企业的发展及使用木质废弃原料的积极性。随着现代科技的进步，纯粹以水为溶剂耦合其他手段，在水溶性溶质提取方面的收率及纯度，已不亚于使用化学溶剂的收率及纯度，而板栗苞中的多酚类产物恰是水溶性的，经水解提取后的产品及残渣没有化学残留，属安全生产过程；况且随着纯天然物质的用途不断扩展，纤维质木粉的需求量也日益增大，如木塑地板、纤维板、鸡蛋托、机制炭、纸质内包装等均以木粉为主要原料，而经水提后的板栗苞残渣，成了更为纯净的理想木质纤维材料，稍加干燥处理即成商品木粉。

从目前的专利及文献报导来看，对于板栗苞的利用还停留在某些单一产品的开发层面，尚未形成真正意义上的综合利用，现在每逢板栗采收季节，大量的板栗苞被抛于荒野，造成污染和浪费，因此，建立板栗苞资源清洁高效无污染的生态产业链，实现板栗苞资源最大化利用，利国利民，意义重大。

发明内容

本发明针对数量巨大的板栗苞资源被废弃的现状，整合多种植物提取方法的优点，提供了一种板栗苞联产多酚、色素、单宁、原花青素及木粉的方法，其特征包括以下步骤。

（1）将干燥板栗苞去杂粉碎至30～80目，按固液比1:10与PH值8～12的去离子水共入罐中，室温搅拌浸提20～30分钟。

（2）之后在搅拌状态下，用辐射功率密度50W/g的微波向罐内辐射，使罐内物料迅速升温至55℃，保温搅拌10～20分钟后出罐固液分离。

（3）滤渣重新入罐，按固液比1:8注入新的碱性去离子水，设定罐内温度60℃，重复以上微波辐射升保温及固液分离过程。

（4）滤渣与又一批新的去离子水按1:5第三次入罐，罐内温度设定为65℃，再次重复以上微波辐射升保温及固液分离过程。

（5）该板栗苞经三次提取后，欲提成份基本提尽，残渣经干燥处理成为商品木粉（夏季自然晾晒，冬季烘干）。

（6）合并上述三次的提取液，用平均孔径1um的陶瓷膜进行微滤澄清分离，以去除其中淀粉、蛋白质、果胶、油脂等悬浮物及各种微粒杂质。

（7）将微滤澄清后的透过液用平均孔径200nm的陶瓷膜进行超滤初提分离，截留液成为多酚溶液。

（8）将超滤透过液用相对分子量范围1200的卷式超滤膜进行脱色分离，其中的相对大分子成份被截留成为色素溶液，相对小分子成份透膜成为单宁溶液。

（9）将上述多酚、色素、单宁三种溶液分别用相对分子量范围500的卷式纳滤膜进行浓缩分离，其中大量的溶剂裹同细微溶质透膜成为多酚、色素、单宁清液，而被浓缩的多酚、色素、单宁溶液的固含量均被提至8%左右，成为多酚、色素、单宁浓液。

（10）合并上述三种清液，用相对分子量范围200的卷式纳滤膜进行提取分离，截留液成为低聚原花青素溶液，透过液经去离子处理，所得去离子水可继续回用、循环浸提。

（11）将上述多酚、色素、单宁浓液及原花青素溶液分别经减压蒸发浓缩，使固含量进一步提至50%以上，再经干燥处理（喷雾或冷冻），即得多酚、色素、单宁、原花青素干粉。

本方案以去离子水为溶剂，采用微波破壁，滤膜筛分，浓缩干燥的纯物理提取方法，对板栗苞资源进行了多层次多产品的综合开发利用，并以尽可能简洁的生产工艺、尽可能简约的设备投入，来实现生物量全利用和无污染安全生产，综合效益大幅提升。

价廉易得的去离子水耦合生物碱，对板栗苞多酚的溶解率已不亚于有机溶剂；微波破壁省时节能效率高；数道膜装置构成分子层面的分离提取机型，实行多品种一条线产出，减少、缩短了生产线，降低运行成本；减压浓缩和冷冻或喷雾干燥，完整保留了提取产物的原有纯天然结构和性能及功效。

现今，高品质的纯天然多酚类产品多为国外所把持，价格居高不下，而国产品种多为低端产品，价位较低且生产成本偏高。究其原因，除工艺流程、生产设备低下外，综合利用不足、产品单—、物耗高可能是更为现实的因素，且浪费资源易造成污染。生物量全利用可以增加品种、加大产出，形成高低档产品全覆盖，从而极大提高整体综合经济效益。

本方案中的多酚粗提物，是为确保色素的高品质而在较大质量分子段范围内进行提取的，设定为低品位多酚产品。该多酚以低价位作为饲料添加剂，具有促进动物生长，抗菌消炎，提高免疫力，改善肉、蛋品质并利于保鲜等作用。特别是在规模化畜禽养殖中，滥用抗生素不仅造成动物体内的残留和毒素蓄积、致病菌产生耐药性、动物免疫力下降，甚至严重威胁到人体健康。迄今实践证明，植物多酚没有残留和毒副作用及不产生耐药性现象，是抗生素理想的替代品，因此多酚作为饲料添加剂应是行业发展的趋势。本方案中由于进行了多酚的适当提取，从而确保了色素在较适宜段分子量范围内进行提取，由此该色素是高品质的。同理，色素下段位的单宁也是在较适宜的分子量范围内进行提取的，也是高品质的。而最后段的小分子成份活性最强，归入单宁之中作用不大且有拖累品质之嫌，但弃之可惜，按其本来面目独自提为原花青素，成就了高品质高价位产品。经上述水解提取后的板栗苞残渣，木质素及次生物大为减少，纤维素含量得到提高且较为疏松，属高质量木粉。可见，运用本方案可以实现废弃板栗苞资源全生物量综合利用，是一种生态模式的现代化工业生产。

本方案相较于已有的化学提取方法，有以下有益效果。

1，去离子水价廉易得易回用，降低了生产成本，生产过程安全无隐患，对环境无污染，所得产品无任何化学残留和毒害，属纯天然产品。

2，工艺流程短而精，生产设备投入小，运行和维护费用少，并有效缩短了提取的时间，减少了溶剂的用量，节能降耗成本低。

3，废弃板栗苞资源的全部生物量转化为多个产品，综合利用率高，整体效益高。

具体实施方式

本方案实施例1。

1，将已粉碎的板栗苞干粉与PH值8的去离子水按1:10的固液比（重量计）共入罐内，搅拌浸提20分钟，设定罐内温度为55℃，启动罐外微波发生器，向罐内被搅动的物料辐射功率密度为50W/g的微波约2～6分钟，使物料迅速升温至55℃（辐射精准时间由智能监控仪按实测温度自动调控），保温浸提10分钟后将物料出罐进行固液分离。

2，将上述首次水提后的滤渣再次入罐，按固液比1:8加入新的PH8去离子水，设定罐内温度为60℃，重复上述微波辐射和保温浸提及固液分离过程。

3，将二次水提后的滤渣第三次入罐，按固液比1:5加入新的PH8去离子水，设定罐内温度为65℃，再次重复上述微波辐射和保温浸提及固液分离过程。

4，该板栗苞经三次水解提取后，欲提成份基本提尽，将该残渣进行自然晾晒，待含水率达7～10%时，即成商品木粉。

5，合并以上三次的水提液，用平均孔径1um的陶瓷膜进行微滤澄清分离，以除去溶液中的淀粉、蛋白质、果胶、油脂等悬浮物及各种微粒杂质。

6，将微滤澄清后的透过液用平均孔径200nm的陶瓷膜进行超滤初提分离，截留液成为多酚溶液。

7，将超滤透过液，用相对分子量范围1200的卷式超滤膜进行脱色分离，其中的相对大分子成份被截留成为色素溶液，相对小分子成份透膜成为单宁溶液。

8，将上述多酚、色素、单宁三种溶液，分别用相对分子量范围500的卷式纳滤膜进行浓缩分离，其中大量溶剂裹同部分细微溶质透膜成为多酚、色素、单宁清液，被浓缩的多酚、色素、单宁溶液的固含量均被提至8%左右，成为多酚、色素、单宁浓液。

9，合并上述三种清液，用相对分子量范围200的卷式纳滤膜进行提取分离，截留液成为低聚原花青素溶液，透过液经去离子处理，所得去离子水可继续回用，循环浸提。

10，将上述多酚、色素、单宁浓液及原花青素溶液分别经减压蒸发浓缩，使固含量均提至50%以上，再将原花青素浓缩液经冷冻干燥，得原花青素干粉，另外三种浓缩液分别经喷雾干燥，得多酚、色素、单宁干粉。

11，实测该板栗苞多酚提取率为28.07%；原花青素提取率为2.46%；参照GB8818-2008《可可壳色素》检测分析该板栗苞色素，各项指标数值均优于国标规定，得率为6.3%；参照LY/T1642-2005《单宁酸分析实验方法》检测分析该板栗苞单宁，各项指标数值均符合规定，其中单宁含量为93.09%，得率为4.8%。

本方案实施例2。

1，将已粉碎的板栗苞干粉与PH值12的去离子水按1:10的固液比（重量计）共入罐内，搅拌浸提30分钟，设定罐内温度为55℃，启动罐外微波发生器，向罐内被搅动的物料辐射功率密度为50W/g的微波约2～6分钟，使物料迅速升温至55℃（辐射精准时间由智能监控仪按实测温度自动调控），保温浸提20分钟后将物料出罐进行固液分离。

2，将上述首次水提后的滤渣再次入罐，按固液比1:8加入新的PH12去离子水，设定罐内温度为60℃，重复上述微波辐射和保温浸提及固液分离过程。

3，将二次水提后的滤渣第三次入罐，按固液比1:5加入新的PH12去离子水，设定罐内温度为65℃，再次重复上述微波辐射和保温浸提及固液分离过程。

4，该板栗苞经三次水解提取后，欲提成份基本提尽，将该残渣进行烘干，待含水率达7～10%时，即成商品木粉。

8，将上述多酚、色素、单宁三种溶液，分别用相对分子量范围500的卷式纳滤膜进行浓缩分离，其中大量溶剂裹同部分细微溶质透膜成为多酚、色素、单宁清液，被截留的多酚、色素、单宁溶液的固含量均被提至8%左右，成为多酚、色素、单宁浓液。

10，将上述多酚、色素、单宁浓液及原花青素溶液分别进行减压蒸发浓缩，使固含量均提至50%以上，再将该原花青素浓缩液经冷冻干燥，得原花青素干粉，另外三种浓缩液分别经喷雾干燥，得多酚、色素、单宁干粉。

10，实测该板栗苞多酚提取率为32.61%；原花青素提取率为2.53%；参照GB8818-2008《可可壳色素》检测分析该板栗苞色素，各项指标数值均优于国标规定，得率为6.8%；参照LY/T1642-2005《单宁酸分析实验方法》检测分析该板栗苞单宁，各项指标数值均符合规定，其中单宁含量为92.86%，得率为5.2%。

Claims

1.一种板栗苞联产多酚、色素、单宁、原花青素及木粉的方法，其特征包括以下步骤：

（1）将干燥板栗苞去杂粉碎至30～80目，按固液比1:10与PH值8～12的去离子水共入罐中，搅拌浸提20～30分钟；

（2）在搅拌状态下，用辐射功率密度50W/g的微波向罐内辐射，使罐内物料迅速升温至55℃，保温搅拌10～20分钟后出罐进行固液分离；

（3）该滤渣重新入罐，按固液比1:8注入新的碱性去离子水，设定罐内温度60℃，重复以上微波辐射升保温及固液分离过程；

（4）二次滤渣与又一批新的碱性去离子水按1:5第三次入罐，罐内温度设定为65℃，再次重复以上微波辐射升保温及固液分离过程；

（5）该板栗苞经三次水提后，欲提成份基本提尽，残渣经干燥处理成商品木粉；

（6）合并上述三次的水提液，用平均孔径1um的陶瓷膜进行微滤澄清分离，以去除其中淀粉、蛋白质、果胶、油脂等悬浮物及各种微粒杂质；

（7）微滤澄清后的透过液，用平均孔径200nm的陶瓷膜进行超滤初提分离，截留液成为多酚溶液；

（8）超滤透过液，用相对分子量范围1200的卷式超滤膜进行脱色分离，其中的相对大分子成份被截留成为色素溶液，相对小分子成份透膜成为单宁溶液；

（9）将上述多酚、色素、单宁三种溶液，分别用相对分子量范围500的卷式纳滤膜进行浓缩分离，其中大量溶剂裹同部分细微溶质透膜成为多酚、色素、单宁清液，被截留的多酚、色素、单宁溶液的固含量均被提至8%左右，成为多酚、色素、单宁浓液；

（10）合并上述纳滤后的三种清液，用相对分子量范围200的卷式纳滤膜进行提取分离，截留液成为低聚原花青素溶液，透过液经去离子处理，所得去离子水可继续回用，循环浸提；

（11）将上述多酚、色素、单宁浓液及原花青素溶液分别经减压蒸发浓缩，使固含量均提至50%以上，再经干燥处理，得多酚、色素、单宁、原花青素干粉。

2.根据权利要求1所述的一种板栗苞联产多酚、色素、单宁、原花青素及木粉的方法，其特征是所述步骤（5）中固体残渣的干燥，夏季经自然晾晒，冬季经烘干处理。

3.根据权利要求1所述的一种板栗苞联产多酚、色素、单宁、原花青素及木粉的方法，其特征是所述步骤（11）中，多酚、色素、单宁分别经喷雾干燥成粉，原花青素经冷冻干燥成粉。