CN105777697A

CN105777697A - 一种从紫薯中提取高纯花青素方法

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Publication number: CN105777697A
Application number: CN201610307121.XA
Authority: CN
Inventors: 杨再波; 贺银菊; 向红梅; 李云萍; 毛海立
Original assignee: Qiannan Normal University for Nationalities
Current assignee: Qiannan Normal University for Nationalities
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2016-07-20

Abstract

本发明涉及花青素提取技术领域，尤其是一种从紫薯中提取高纯花青素方法，通过弱酸性乙醇水溶液与纤维素酶加入浸提后，过滤、高速离心、超滤、大孔树脂吸附、采用去离子水溶液洗涤，再采用60％‑80％的乙醇水溶液解析，避免了使用氯仿、乙酸乙酯等有机溶剂进行反萃取提纯的步骤，并将花青素的洗脱液在常压下浓缩，避免了乙醇水溶液的残留，降低了生产成本，提高了花青素的品质，使得制备出来的花青素产品经过检测分析，其花青素含量≥80％，水分≤8.0％；未检测出农药残留、重金属离子。

Description

一种从紫薯中提取高纯花青素方法

技术领域

本发明涉及花青素提取技术领域，尤其是一种从紫薯中提取高纯花青素方法。

背景技术

花青素是属类黄酮化合物，它以黄酮核为基础的一类物质中能呈现红色的一族化合物。是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，存在于植物的花、果实、茎、叶和根器官的细胞液中。自然条件下游离状态的花青素极少见，主要以糖苷形式存在，花青素常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷。

花青素具有独特的功能，现代药理研究表明，其具有抗氧化而清楚体内自由基，增值叶黄素、抗肿瘤、抗癌、消炎、抑制脂质过氧化、预防老年痴呆症、保护血管、抗动脉粥样硬化、预防糖尿病、保护视力等功效；并且由于其存在环境的特殊性，使得其是一种天然、安全、无毒的色素，被健康及医学界誉为是“保护心脑血管之星”。被应用于食品、保健品、化妆品、医药等各个行业。

紫薯，旋花科番薯属植物，又叫黑薯，薯肉呈紫色至深紫色。它除了具有普通红薯的营养成分外，还富含硒元素和花青素。近年来，对于从紫薯中提取花青素的技术得到了空前的发展，尤其是花青素的提取、分离、纯化等技术领域，更是发展较快，使得现有技术中对于紫薯中花青素的提取技术较多，如双水相技术、超临界萃取法、连速逆流色谱法、高速逆流色谱法等等。

而上述的这些从紫薯中进行分离纯化提取的技术主要体现在以下两步：1、从紫薯中提取含有杂质的粗花青素；2、将粗花青素进行分离浓缩、提纯花青素；并且，这样的提纯处理方法在现有技术中，其是以溶剂为主进行的，主要采取的溶剂包括弱酸性的水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等；再将其采用CuCl₂沉淀法除去多元酚、鞣质等除去杂质、石油醚脱脂肪等；并通入H₂S除去CuCl₂，然后经过反萃取的方式，使得花青素从上述溶剂中被反萃取出来，再经色谱法等实现纯化处理。

综上可见，对于从紫薯中提取花青素的技术，目前还处在不断的发展和探索的过程中，并且现有技术中的花青素的提取方法的成本较高，操作不方便，并且容易导致花青素中的有机溶剂成分较多，重金属离子的含量较高，严重影响了花青素的品质。

鉴于此，现有技术中出现了将紫薯在进行花青素提取过程，采用酶辅助进行提取的方法，如专利法申请号为201410298558.2的《一种紫薯精华液的提取方法》其公开了采用对紫薯进行预处理、酶解(淀粉酶-糖化酶-纤维素酶)得到复合酶解液后，再将其与白砂糖进行配制而成紫薯精华液的方案；但是其并未从花青素的提取角度来对花青素的提取、分离、提纯进行研究。

基于此，本研究者结合现有技术中的从紫薯中提取花青素的方法，并对花青素提取过程中采用酶解辅助提取，使得花青素的提取量增大，纯度提高，降低提取成本，为从紫薯中提取花青素提供了一种新思路。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种从紫薯中提取高纯花青素方法。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

在将紫薯粉碎后，采用弱酸-乙醇水溶液加入混合，并加入占紫薯重量0.1-0.5％的纤维素酶，并同时在30-50℃下采用超声波浸提处理2次后，每次处理时间为30-50min，再过滤、离心、超滤、大孔树脂吸附、洗脱剂洗脱、常压浓缩，再真空浓缩，喷雾干燥，得到花青素。

具体在操作和试验处理的过程中，是根据紫薯的化学成分，并对化学成分的性质和花青素、多糖、果胶、鞣质的提取分离方法进行探索，通过将原料进行粉碎后，采用弱酸性乙醇的水溶液浸提处理后，并将浸提液进行过滤处理，再将滤液进行高速离心除去悬浮杂质，使得浸提液变得澄清；再将澄清液进行超滤处理，除去多糖、果胶等杂质后，使得获得的超滤液中的分子量被控制，进而降低在后续大孔树脂吸附柱进行吸附的难度，实现大孔树脂吸附柱的大量吸附花青素成分，再将大孔树脂吸附柱采用去离子水溶液洗涤，脱除吸附的低分子量糖类和鞣质等杂质，达到纯化大孔树脂吸附柱上吸附的花青素；再将大孔树脂吸附柱上的花青素成分进行解析洗脱处理，并在此过程中采用常用的60％-80％的乙醇水溶液进行解析，避免了反萃取采用有毒有机溶剂，提高了花青素的品质；再将解析下来的花青素先在常压下浓缩除去醇后，再在真空下浓缩成浓缩液，再将其采取喷雾干燥成粉末，即可获得花青素成品。

具体的操作方法是将满足以下指标要求：色紫红色、无霉变和臭味，颗粒大于80目；以质量百分比计，花青素含量≥5.0％；农药残留≤10ppm，重金属铅(Pb)/(mg/Kg)≤2.0，砷(As)/(mg/Kg)≤1.0，汞(Hg)/(mg/Kg)≤0.1。

具体在操作过程中，是将一定质量的原料粉碎过筛后，装入带加热和搅拌装置的超声波浸提罐中，将其采用30-50℃的弱酸性乙醇水溶液，并且加入纤维素酶浸提处理30-50min后，有得到浸提液；再将浸提液过滤除去滤渣杂质，得到浸提液；再将浸提液泵入离心机中，高速离心处理，如采用10000-12000r/min下连续离心分离14-16min；除去浸提液中悬浮的杂质，降低了杂质对超滤膜的污染，增加了膜通量，实现了浸提液澄清成澄清液；

再将澄清液泵入超滤设备中进行超滤，脱除澄清液中的多糖、果胶等杂质，达到进一步的纯化目的；并在超滤过程中选择超滤膜截留分子量为3000-10000Dalton的永久亲水性改性PS特种超滤膜；并且在超滤过程中，应当控制超滤的工艺条件，如控制超滤温度为30-50℃，最优为45℃；料液进口压力为2-5bar，料液出口压力为1bar。超滤结束后，得到超滤液；

将超滤液在常温常压下用大孔树脂进行吸附处理，选用的大孔树脂为多种型号，如AB-8、AB-28、D101等型号。其孔径为13-14nm，比表面积为450-530m²/g；再进行上大孔树脂吸附柱时，洗脱液流速1.0-4.0mL/min或根据吸附柱的高、吸附柱的孔径来确定，按照常规的上大孔树脂吸附柱的方式进行。

将上完超滤液的大孔树脂吸附柱先采用去离子水溶液进行洗涤处理，使得将大孔树脂吸附柱上吸附的低分子量的糖、鞣质脱除；达到纯化花青素的目的，实现了在吸附提纯，避免了反萃取提纯，避免了有毒有机溶剂的使用，降低了其中重金属离子的含量，提高了花青素的品质。

将洗脱液在常压下浓缩除去醇后，再在真空条件下进行浓缩，除去大部分溶剂后，即至少浓缩至三分之一倍。得到浓缩液后，再将浓缩液喷雾干燥处理，真空浓缩干燥时候控制真空度在0.02-0.09MPa为较优；喷雾干燥时，工艺条件为进口温度为135-200℃，出口温度为70-80℃，干燥时间为35-45s左右。得到花青素粉末，再将其经过混合、过筛、检测品格后包装，即可得到花青素成品。

通过弱酸性乙醇水溶液与纤维素酶加入浸提后，过滤、高速离心、超滤、大孔树脂吸附、采用去离子水溶液洗涤，再采用60％-80％的乙醇水溶液解析，避免了使用氯仿、乙酸乙酯等有机溶剂进行反萃取提纯的步骤，并将花青素的洗脱液在常压下浓缩，避免了乙醇水溶液的残留，降低了生产成本，提高了花青素的品质，使得制备出来的花青素产品经过检测分析，其花青素含量≥80％，水分≤8.0％；未检测出农药残留、重金属离子和沙门氏菌。具有较优的品质，能够作为抗氧化、抗衰老、降血脂、抗肿瘤、抗癌、抗炎、预防老年痴呆症、保护血管、抗动脉粥样硬化、预防糖尿病、减肥、防辐射、预防高血压和保护视力等方面应用，适用于食品、饮料、医药、保健品、日用化学品等领域。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1

一种从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，在将紫薯粉碎后，采用弱酸-乙醇水溶液加入混合，并加入占紫薯重量0.3％的纤维素酶，并同时在40℃下采用超声波浸提处理2次后，每次处理时间为40min，再过滤、离心、超滤、大孔树脂吸附、洗脱剂洗脱、常压浓缩，再真空浓缩，喷雾干燥，得到花青素。

实施例2

一种从紫薯中提取高纯花青素方法，在将紫薯粉碎后，采用弱酸-乙醇水溶液加入混合，并加入占紫薯重量0.5％的纤维素酶，并同时在50℃下采用超声波浸提处理2次后，每次处理时间为50min，再过滤、离心、超滤、大孔树脂吸附、洗脱剂洗脱、常压浓缩，再真空浓缩，喷雾干燥，得到花青素。所述的弱酸-乙醇水溶液，其质量百分浓度为60％。所述的弱酸-乙醇水溶液为柠檬酸-乙醇水溶液。所述的弱酸-乙醇水溶液的pH值为6。所述的超声波，其功率为800W。所述的纤维素酶的酶活是10u/mg。

实施例3

一种从紫薯中提取高纯花青素方法，在将紫薯粉碎后，采用弱酸-乙醇水溶液加入混合，并加入占紫薯重量0.1％的纤维素酶，并同时在30℃下采用超声波浸提处理2次后，每次处理时间为30min，再过滤、离心、超滤、大孔树脂吸附、洗脱剂洗脱、常压浓缩，再真空浓缩，喷雾干燥，得到花青素。所述的弱酸-乙醇水溶液，其质量百分浓度为10％。所述的弱酸-乙醇水溶液为柠檬酸-乙醇水溶液。所述的弱酸-乙醇水溶液的pH值为3。所述的超声波，其功率为100W。所述的纤维素酶的酶活是10u/mg。所述的紫薯粉碎，其是将紫薯粉碎成80目筛；所述的过滤是将超声波处理完成的混合浆液进行过滤；所述的离心是将过滤得到的滤液采用10000r/min离心处理14min后，得到离心液；所述的超滤是采用切割分子量为3000的超滤膜，在温度为30℃，进口压力为2bar，出口压力为1bar进行超滤处理后，得到超滤液。所述的大孔树脂吸附石将超滤液采用平均孔径为13nm，比表面积为450m²/g的大孔树脂进行上吸附柱处理，再将其采用去离子水洗涤大孔树脂吸附柱；所述的洗脱剂洗脱是采用质量百分浓度为60-80％的乙醇水溶液解析大孔树脂吸附柱，得到洗脱液；所述的常压浓缩是将洗脱液中的乙醇除去后，再采用真空浓缩至洗脱液的三分之一倍，得到浓缩液。所述的真空浓缩，其真空度为0.02MPa。所述的喷雾干燥，其是将真空浓缩得到的浓缩液，控制进口温度为135℃，出口温度为70℃，干燥处理35s，再过筛，检测包装。

实施例4

在实施例1的基础上，一种从紫薯中提取花青素方法，将紫薯粉碎，采用弱酸性乙醇水溶液浸提过滤，得到浸提液；将浸提液再高速离心脱除悬浮性杂质，超滤，得到超滤液；将超滤液上大孔树脂吸附柱进行吸附分离并纯化；再采用去离子水溶液作为洗涤剂洗涤大孔树脂吸附柱，再采用60％-80％乙醇水溶液解析大孔树脂吸附柱，得到洗脱液；将洗脱液在常压下浓缩成无醇的浓缩液，再将浓缩液真空浓缩三分之之一倍后进行喷雾干燥，得到粉状花青素。所述的紫薯原料，其应当满足以下指标要求：色紫红色、无霉变和臭味，颗粒大于80目；以质量百分比计，花青素含量≥5.0％；农药残留≤10ppm，重金属铅(Pb)/(mg/Kg)≤2.0，砷(As)/(mg/Kg)≤1.0，汞(Hg)/(mg/Kg)≤0.1。

实施例5

在实施例4的基础上，其他均同实施例4，一种从紫薯中提取花青素方法，将紫薯粉碎并过筛。再将其采用pH4.0的30％的弱酸性乙醇水溶液、并加入相当于紫薯重量0.3％纤维素酶，其酶活为10u/mg，在酶解温度40℃下和功率在800W超声波浸提二次，每次50min。将其过滤后进行高速离心处理后，再经超滤，得超滤液；将超滤液上平均孔径为14nm的大孔树脂(AB-8、AB-28和D101等)吸附柱，再将大孔树脂吸附柱采用去离子水洗涤除去杂质，再采用质量百分数为80％的乙醇水溶液解析大孔树脂吸附柱，洗脱液流速4.0mL/min，得到洗脱液；将洗脱液在常压下浓缩除去醇后，再在真空下至少浓缩成三分之二倍，得到浓缩液，然后喷雾干燥，得到粉状花青素产品，即得花青素含量为80％以上。未检测出农药残留、重金属离子和沙门氏菌。

实施例6

在实施例4的基础上，其他均同实施例4，一种从紫薯中提取花青素方法，将紫薯粉碎成并过80目的筛，取筛底料。将其装入带有加热和搅拌装置的超声辅助浸提罐中，向其中加入pH5.0的50％的酸性乙醇水溶液、并加入相当于紫薯重量0.2％纤维素酶，其酶活为10u/mg，功率在500W下进行浸提后过滤；第一次加入原料9-10倍重量的酸性乙醇水溶液，搅拌加热到50℃，控制搅拌速度为18r/min，搅拌浸提30min，然后过滤，得到一次滤液和一次滤渣；将一次滤渣装入带有加热和搅拌装置的浸提罐中，加入筛底料7-8倍重量的酸性乙醇水溶液，搅拌加热到40℃，搅拌速度为22r/min，搅拌提取30min，过滤后，得到二次滤液和二次滤渣；将一次滤液和二次滤液合并成浸提液。然后将浸提液泵入管式离心机中，控制离心机转速为12000r/min，连续离心16min，得离心液；将离心液泵入超滤设备中，采用切割分子量为10000Dalton的永久亲水性改性PS特种超滤膜作为超滤膜，调整温度为50℃，控制进口压力为5bar，料液出口压力为1bar，得到超滤液；将超滤液采用平均孔径为14nm，比表面积为530m²/g的大孔树脂(AB-8、AB-28和D101等)进行上吸附柱；再采用去离子水溶液洗涤大孔树脂吸附柱除去杂质后，并采用质量百分数为80％的乙醇水溶液解析大孔树脂吸附柱，得洗脱液；将洗脱液在常压下浓缩除去醇后，再在真空下至少浓缩至三分之一倍，得到浓缩液；再将浓缩液进行喷雾干燥，喷雾干燥得进口温度为200℃，出口温度为80℃，干燥时间为45s，再将其混合、过筛、检测，包装即可。所述的花青素，其纯度为80％以上，无有机溶剂和重金属离子。所述的弱酸性水溶液为柠檬酸水溶液。

实施例7

在实施例4的基础上，其他均同实施例4，一种从紫薯中提取花青素方法，将紫薯粉碎成并过80目的筛，取筛底料。再将其采用pH4.5的20％的弱酸性乙醇水溶液、并加入相当于紫薯重量0.4％纤维素酶，其酶活为10u/mg，在酶解温度40℃下和功率在300W超声波浸提二次，每次40min。将其过滤后进行高速离心处理后，再经超滤，得超滤液；将超滤液上平均孔径为13nm的大孔树脂(AB-8、AB-28和D101等)吸附柱，再将大孔树脂吸附柱采用去离子水洗涤除去杂质，再采用质量百分数为70％的乙醇水溶液解析大孔树脂吸附柱，洗脱液流速1.0mL/min，得到洗脱液；将洗脱液在常压下浓缩除去醇后，再在真空下至少浓缩成三分之二倍，得到浓缩液，然后喷雾干燥，得到粉状花青素产品，即得花青素含量为80％以上。未检测出农药残留、重金属离子和沙门氏菌。所述的弱酸性水溶液为柠檬酸水溶液。所述的真空，其真空度为0.09MPa。

实施例8

在实施例1的基础上，其他均同实施例1，一种从紫薯中提取花青素方法，将紫薯粉碎成并过80目的筛，取筛底料。将其装入带有加热和搅拌装置的超声辅助浸提罐中，向其中加入pH5.0的55％的酸性乙醇水溶液、并加入相当于紫薯重量0.35％纤维素酶，酶活为10u/mg，功率在400W下进行浸提后过滤；第一次加入原料10倍重量的酸性乙醇水溶液，搅拌加热到30℃，控制搅拌速度为22r/min，搅拌浸提30min，然后过滤，得到一次滤液和一次滤渣；将一次滤渣装入带有加热和搅拌装置的浸提罐中，加入筛底料7倍重量的酸性乙醇水溶液，搅拌加热到40℃，搅拌速度为18r/min，搅拌提取50min，过滤后，得到二次滤液和二次滤渣；将一次滤液和二次滤液合并成浸提液。然后将浸提液泵入管式离心机中，控制离心机转速为11000r/min，连续离心15min，得离心液；将离心液泵入超滤设备中，采用切割分子量为9000Dalton的永久亲水性改性PS特种超滤膜作为超滤膜，调整温度为40℃，控制进口压力为3bar，料液出口压力为1bar，得到超滤液；将超滤液采用平均孔径为14nm，比表面积为490m²/g的大孔树脂(AB-8、AB-28和D101等)进行上吸附柱；再采用去离子水溶液洗涤大孔树脂吸附柱除去杂质后，并采用质量百分数为70％的乙醇水溶液解析大孔树脂吸附柱，洗脱液流速3.0mL/min，得洗脱液；将洗脱液在常压下浓缩除去醇后，再在真空下至少浓缩至三分之一倍，得到浓缩液；再将浓缩液进行喷雾干燥，喷雾干燥得进口温度为180℃，出口温度为75℃，干燥时间为40s，再将其混合、过筛、检测，包装即可。所述的花青素，其纯度为80％以上，无有机溶剂和重金属离子。所述的弱酸性水溶液为柠檬酸水溶液；所述的真空，其真空度为0.07MPa。

在上述实施例中，其仅仅是对本发明的技术方案做进一步的解释和说明，并不是对本发明的技术方案的操作方式进行穷尽式的撰写，在上述撰写的基础上，并未撰写的数值范围，若落在上述保护范围，并且未在实施例中做出说明的，则应当理解为本发明的实施例中可操作的点，并且为本发明的保护范围的端点值，其是能够满足对本发明的说明的；另外，在某些实施例中，其可以对温度、搅拌速度、截留的分子量进行适当宽度的调整和处理，并且该调整和处理并未给本发明带来实质性的特征和显著的进步，其属于本发明的保护范围。

本发明中采用的分子量为3000-10000Dalton的永久亲水性改性PS特种超滤膜作为超滤膜，即就是只要能够截留上述分子量的膜均可以被应用于该方案中。

除无特殊说明外，本发明中的操作方法按照传统的操作工艺进行，如如何进行大孔树脂吸附柱的上柱处理以及上柱的速度如何进行控制等等，均按照常规工艺进行即可。

Claims

1.一种从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，在将紫薯粉碎后，采用弱酸-乙醇水溶液加入混合，并加入占紫薯重量0.1-0.5％的纤维素酶，并同时在30-50℃下采用超声波浸提处理2次后，每次处理时间为30-50min，再过滤、离心、超滤、大孔树脂吸附、洗脱剂洗脱、常压浓缩，再真空浓缩，喷雾干燥，得到花青素。

2.如权利要求1所述的从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，所述的弱酸-乙醇水溶液，其质量百分浓度为10-60％。

3.如权利要求1或2所述的从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，所述的弱酸-乙醇水溶液为柠檬酸-乙醇水溶液。

4.如权利要求1或2所述的从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，所述的弱酸-乙醇水溶液的pH值为3-6。

5.如权利要求1所述的从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，所述的超声波，其功率为100-800W。

6.如权利要求1所述的从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，所述的纤维素酶的酶活是10u/mg。

7.如权利要求1所述的从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，所述的紫薯粉碎，其是将紫薯粉碎成80目筛；所述的过滤是将超声波处理完成的混合浆液进行过滤；所述的离心是将过滤得到的滤液采用10000-12000r/min离心处理14-16min后，得到离心液；所述的超滤是采用切割分子量为3000-10000的超滤膜，在温度为30-50℃，进口压力为2-5bar，出口压力为1bar进行超滤处理后，得到超滤液。

8.如权利要求1所述的从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，所述的大孔树脂吸附将超滤液采用平均孔径为13-14nm，比表面积为450-530m²/g的大孔树脂进行上吸附柱处理，再将其采用去离子水洗涤大孔树脂吸附柱；所述的洗脱剂是采用质量百分浓度为60-80％的乙醇水溶液解析大孔树脂吸附柱，得到洗脱液；所述的常压浓缩是将洗脱液中的乙醇除去后，再采用真空浓缩至洗脱液的三分之一倍，得到浓缩液。

9.如权利要求1或8所述的从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，所述的真空浓缩，其真空度为0.02-0.09MPa。

10.如权利要求1所述的从紫薯中提取高纯花青素方法，其特征在于，所述的喷雾干燥，其是将真空浓缩得到的浓缩液，控制进口温度为135-200℃，出口温度为70-80℃，干燥处理35-45s，再过筛，检测包装。