CN106432399A - 水栀子综合提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水栀子综合提取方法，以水为溶剂超声浸提水栀子得上清液和固体残渣，将所述上清液过微滤膜得含有栀子苷和栀子黄色素的滤液A，将滤液A与β－葡萄糖苷酶液混合作为水相，有机溶剂作为有机相，通过两相体系中β－葡萄糖苷酶把滤液A中的栀子苷转变为京尼平并转移到有机相中，反应后提取得栀子蓝色素；然后对剩余水溶液中的栀子黄色素进行分离纯化；将所述固体残渣用乙醇浸提后取上清液分离纯化得到熊果酸。本发明方法成本低、工艺简单实用，不仅实现栀子黄色素的纯化和栀子苷转化为栀子蓝色素的有效途径，而且还实现栀子残渣中熊果酸的提取、固定化的β‑葡萄糖苷酶回收重复使用，实现水栀子利用的最大化。

Description

水栀子综合提取方法
技术领域
本发明涉及植物提取、生物催化、中药技术领域以及食品添加剂领域中天然色素的制备，具体涉及一种水栀子综合提取方法。
背景技术
水栀子为茜草科大花栀子的干燥果实，水栀子和栀子形状相似而较大，果实直径为1.2～1.7cm，颜色为棕褐色至棕黄色，味道微酸带苦，气味较淡。水栀子的化学成分很多，主要含有大量的藏花素、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、熊果酸、果胶、挥发油、甘露醇等，其中色素类的成分含量比栀子中含量要高，提取的色素用于食品着色，不仅可以与相应的合成色素相媲美，而且还具有疗效作用，是提取天然色素的理想物质。
目前，对栀子的研究主要以栀子黄色素、栀子苷和熊果酸等单组份利用为主，对其综合利用缺乏研究，如《一种膜分离纯化技术提取高纯度栀子黄色素新工艺》(CN101659794A)、《一种利用相转移催化制备桅子蓝色素的方法》(CN 103614431 A)、《一种高纯度熊果酸的制备方法》(CN 105503994 A)都只是对栀子中单个成分进行分析研究。而在制备栀子黄色素的过程中会产生大量的栀子黄废液(其主要成分是栀子苷)和栀子残渣，而栀子苷是制备栀子蓝色素的重要原料；经测定，栀子残渣中含有大量熊果酸，利用栀子黄废液来制备栀子蓝色素，栀子残渣制备熊果酸。现阶段制备栀子黄色素、栀子蓝色素和熊果酸的工艺路线较长，生产成本高，产品及技术的市场竞争力差，需要一种简单、高效的方法实现对栀子中栀子黄色素、栀子蓝色素和熊果酸的制备提取，缩短工艺路线，减少生产成本，也可以变废为宝，综合利用、减少环境污染。
发明内容
发明目的：针对现有技术中工艺复杂以及有效成分未得到综合提取利用等缺陷，本发明提供了一种水栀子综合提取方法。
技术方案：本发明所述的水栀子综合提取方法，包括如下步骤：
(1)初提：取水栀子粉碎为水栀子粉末，以固液比1：(5～20)加入水中，在30～60℃条件下浸提1～4次，每次1～3小时，合并浸提液，进行固液分离，得到含有栀子黄色素和栀子苷的滤液A和含有熊果酸的滤渣；
(2)栀子蓝色素的提取：将步骤(1)制备得到的滤液A用孔径0.1～0.6μm的无机陶瓷微滤膜过滤，得到澄清的滤液B；将所述澄清的滤液B与固定化β-葡萄糖苷酶混合作为水相，有机溶剂作为有机相，振荡或搅拌条件下进行催化水解反应获得转移到有机相中的京尼平和栀子黄色素水溶液；取反应得到的有机相，加入亲水性氨基酸水溶液，振荡或者搅拌条件下反应制得栀子蓝色素，经浓缩干燥，即得栀子蓝色素粉末；
(3)栀子黄色素的提取：收集步骤(2)中得到的栀子黄色素水溶液，吸附于大孔吸附树脂柱；先用水洗涤，再用体积分数为30％～60％的乙醇溶液进行洗脱，收集洗脱液进行浓缩干燥，即得栀子黄色素粉末；
(4)取步骤(1)得到的含有熊果酸的滤渣与体积分数为60％～100％的乙醇溶液混合，超声提取得到提取液，固液分离后取上清液，脱除溶剂后吸附于大孔吸附树脂柱，先用水洗涤，再用60％～90％的乙醇溶液进行洗脱，收集洗脱液进行浓缩干燥，即得熊果酸粉末。
由于对栀子的研究主要以栀子黄色素、栀子苷和熊果酸等单组份利用为主，所以本技术方案也是用于综合提取水栀子中的栀子黄色素、栀子苷和熊果酸。其中，栀子黄与栀子苷是水溶性的可以用水提，也可以用醇提，但熊果酸不溶于水，综合考虑后在步骤(1)初提直接采用水作为溶剂，从而减少熊果酸在前续提取工艺中的损失，便于综合提取利用有效成分。
优选的，步骤(1)中，水栀子粉末过40目筛。
优选的，步骤(1)中，水栀子粉末和水的固液比为1：(5～15)；最优选为1：10。
上述固液比，即w/v，单位为(g/mL)。
优选的，步骤(1)中，加入超声波助提，超声功率为50～300W，进一步优选50～200W，最优选150W。
优选的，步骤(1)中，使用离心机进行固液分离，其中离心机转速为8000～15000rpm，离心时间为5～20min；最优选为在10000rpm下离心15min。
优选的，步骤(2)中，所述无机陶瓷滤膜孔径0.5μm，操作温度30～60℃，最优选40℃；操作压力0.4～0.9Mpa，最优选0.75Mpa。
优选的，步骤(2)中，所述澄清的滤液B中栀子苷的质量浓度是50～2200μg/mL；所述固定化β-葡萄糖苷酶溶液中，β-葡萄糖苷酶浓度为0.325～9.175U/mL，酶液的配制用0.2mol/L，pH4.0～6.0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，每分钟释放1μmol pNP所需要的酶量为1个活力单位。
进一步优选的，所述固定化β-葡萄糖苷酶以介孔分子筛SBA-15为载体。
进一步优选的，步骤(2)中，所述澄清的滤液B中栀子苷的质量浓度是500μg/mL；所述固定化β-葡萄糖苷酶溶液中，β-葡萄糖苷酶浓度为0.937～7.598U/mL。
最优选的，步骤(2)中，所述澄清的滤液B中栀子苷的质量浓度是100～2000μg/mL；所述固定化β-葡萄糖苷酶溶液中，β-葡萄糖苷酶浓度为5.584U/mL。
优选的，步骤(2)中，所述有机溶剂为正辛醇、正丁醇或乙酸乙酯。
优选的，步骤(2)中，水相与有机相的相比v/v为1:1～8。
进一步优选的，步骤(2)中，水相与有机相的相比v/v为1:1～5，最优选为1：2。
优选的，步骤(2)中，催化水解反应温度为20～75℃，时间为40～300min，摇床转速为100～250rpm。
进一步优选的，步骤(2)中，催化水解反应温度为40～60℃，时间为40～200min。
最优选的，步骤(2)中，催化水解反应温度为50℃，时间为120min，摇床转速为180rpm。
优选的，步骤(2)中，所述亲水性氨基酸为甘氨酸、苯丙氨酸或赖氨酸，亲水性氨基酸水溶液中，氨基酸的摩尔浓度为0.03～0.8mol/L，有机相与亲水性氨基酸水溶液的体积比为1:0.2～1.5。
进一步优选的，步骤(2)中，亲水性氨基酸水溶液中，氨基酸的摩尔浓度为0.05～0.4mol/L，有机相与亲水性氨基酸水溶液的体积比为1:0.5～1。
最优选的，步骤(2)中，亲水性氨基酸水溶液中，氨基酸的摩尔浓度为0.2mol/L，有机相与亲水性氨基酸水溶液的体积比为1：0.6。
优选的，步骤(2)中，催化水解反应温度为20～75℃，时间为40～300min，摇床转速为100～250rpm。
优选的，步骤(2)中，加入亲水性氨基酸水溶液后反应温度为65～100℃，反应时间为15～75min。
进一步优选的，步骤(2)中，加入亲水性氨基酸水溶液后反应温度为80～100℃，反应时间为20～55min。
最优选的，步骤(2)中，加入亲水性氨基酸水溶液后反应温度为100℃，反应时间为30min。
优选的，步骤(2)中，浓缩干燥温度为30～60℃，最优选40℃。
优选的，步骤(3)中，所述大孔吸附树脂柱填充HPD100A型树脂，HPD100A型树脂的重量为步骤(1)所用水栀子粉重量的5％～20％，最优选10％。
优选的，步骤(3)中，洗涤用水量以及乙醇用量为5～10倍栀子黄色素水溶液的量。
进一步优选的，步骤(3)中，洗涤用水量为6倍栀子黄色素水溶液的量，乙醇用量为8倍栀子黄色素水溶液的量，其中优选使用体积分数为45％乙醇。
优选的，步骤(3)中，浓缩干燥温度为30～60℃，最优选40℃。
优选的，步骤(4)中，所述含有熊果酸的滤渣含水量为20％～25％，与60％～100％的乙醇溶液以固液比为1:5～20混合后，在30～50℃、超声功率为50～240W下超声提取30～120min。
进一步优选的，步骤(4)中，所述含有熊果酸的滤渣与90％的乙醇溶液以固液比为1:10混合后，在40℃、超声功率为150W下超声提取60min。
优选的，步骤(4)中，所述大孔吸附树脂柱填充AB-8大孔吸附树脂，AB-8大孔吸附树脂的重量为所述含有熊果酸的滤渣重量的5％～15％，最优选10％。
优选的，步骤(4)中，使用离心机进行固液分离，其中离心机转速为8000～15000rpm，离心时间为5～20min。
优选的，步骤(4)中，所述洗涤用水量以及乙醇用量为5～15倍上清液的量。
进一步优选的，步骤(4)中，所述洗涤用水量以及乙醇用量为8倍上清液的量，其中，优先选用体积分数为80％乙醇。
优选的，步骤(4)中，浓缩干燥温度为30～60℃，最优选40℃。
有益效果：本发明的水栀子综合提取方法利用膜分离技术先去除大分子杂质，大大降低了后续分离的难度；制备栀子蓝色素利用反应一萃取技术，不需要预先制备高纯度的栀子苷，通过将具有疏水性的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，提高了桅子苷的转化率和京尼平的得率，而且栀子黄色素水溶液会与有机相分开，得到高浓度的栀子黄色素，再通过大孔吸附树脂吸附得到高纯度的栀子黄色素水溶液，经浓缩、喷雾干燥后得到栀子黄色素粉末；萃取得到的京尼平与亲水性氨基酸溶液振荡反应后得到水溶性桅子蓝色素，水相经浓缩、干燥后即得桅子蓝色素产品，有机相可循环使用；选用的以介孔分子筛SBA-15为载体的固定化β-葡萄糖苷酶不仅酶活高，而且还可以回收循环使用，大大降低了成本。
综合而言，该方法原料利用率高，分离简便，设备性能要求低，大大缩短了工艺路线，利于生产放大，减少了生产成本，而且将栀子黄废液和栀子残渣变废为宝，减少环境污染。制备所得产品产率高、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水栀子综合提取方法。
附图说明
图1为本发明的水栀子综合提取方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
实施例1
将水栀子洗净干燥后粉碎过40目筛得水栀子粉末，然后加入固液比(w/v)1:5的水，在超声功率100W、温度30℃下浸提1次，1h后将浸提液经过离心机(转速：8000rpm，5min)进行固液分离，收集滤液，得到滤渣。将滤液先用孔径0.5μm的无机陶瓷微滤膜(MF)过滤，操作温度30℃，压力：0.4Mpa；得到的澄清液(栀子苷浓度1.6mg/mL)与以介孔分子筛SBA-15为载体的固定化β-葡萄糖苷酶(0.937U/mL，pH5.0)混合作为水相-正辛醇为有机相(相比1:1)，40℃水解40min(100rpm)。在萃取的有机相中加入0.05mol/L的甘氨酸溶液(v/v2:1)，在80℃恒温水浴锅中显色反应20min，得到栀子蓝色素溶液，喷雾干燥后得到栀子蓝色素粉末，测得色素色价为153.7。
将栀子黄色素溶液吸附于大孔吸附树脂吸附柱，大孔吸附树脂柱填充HPD100A型树脂，HPD100A型树脂重量为栀子粉重量的5％。先用栀子黄色素溶液5倍的水量进行洗涤，弃去洗涤液，再用5倍栀子黄色素溶液的体积分数为30％乙醇量洗脱，收集洗脱液，将洗脱液进行浓缩、喷雾干燥后得到栀子黄色素粉末，测得色素色价为375.2。
将栀子残渣(含水量20.75％)中以固液比(w/v)1:5加入体积分数为70％乙醇的溶液，在超声功率80W，温度30℃下浸提45min，将浸提液经过离心机(转速：8000rpm，5min)进行固液分离，收集上清液。将上清液脱除溶剂后吸附于AB-8大孔吸附树脂柱，AB-8大孔吸附树脂重量为滤渣重量的5％。先用5倍量的水洗涤，弃去洗涤液，再用5倍量的体积分数为60％的乙醇洗脱，收集洗脱液，将洗脱液进行浓缩、喷雾干燥后得到熊果酸粉末，HPLC法测得熊果酸的纯度为76.8％。
实施例2
将水栀子洗净干燥后粉碎过40目筛得水栀子粉末，然后加入固液比(w/v)1:15的水，在超声功率200W、温度50℃下浸提3次，每次1h，将浸提液经过离心机(转速：15000rpm，20min)进行固液分离，收集滤液，得到滤渣。将滤液先用孔径0.5μm的无机陶瓷微滤膜(MF)过滤，操作温度60℃，压力：0.9Mpa；得到的澄清液(栀子苷浓度1.8mg/mL)与以介孔分子筛SBA-15为载体的固定化β-葡萄糖苷酶(4.347U/mL，pH5.0)混合作为水相-正辛醇为有机相(相比1:5)，60℃水解200min(250rpm)。在萃取的有机相中加入0.05mol/L的甘氨酸溶液(v/v1:1)，在100℃恒温水浴锅中显色反应55min，得到栀子蓝色素溶液，经浓缩、喷雾干燥后得到栀子蓝色素粉末，测得色素色价为175.3。
将栀子黄色素溶液吸附于大孔吸附树脂吸附柱，大孔吸附树脂柱填充HPD100A型树脂，HPD100A型树脂重量为栀子粉重量的20％。先用栀子黄色素溶液10倍的水量进行洗涤，弃去洗涤液，再用10倍栀子黄色素溶液60％乙醇(v/v)量洗脱，收集洗脱液，将洗脱液进行浓缩、喷雾干燥后得到栀子黄色素粉末，测得色素色价为390.8。
将栀子残渣(含水量20.75％)中以固液比(w/v)1:20加入浓度为100％乙醇(v/v)溶液，在超声功率200W，温度50℃下浸提75min，将浸提液经过离心机(转速：15000rpm，20min)进行固液分离，收集上清液。将上清液脱除溶剂后吸附于AB-8大孔吸附树脂柱，AB-8大孔吸附树脂重量为滤渣重量的15％。先用15倍量的水洗涤，弃去洗涤液，再用15倍量的90％乙醇(v/v)洗脱，收集洗脱液，将洗脱液进行浓缩、喷雾干燥后得到熊果酸粉末，HPLC法测得熊果酸的纯度为83.7％。
实施例3
将水栀子洗净干燥后粉碎过40目筛得水栀子粉末，然后加入固液比(w/v)1:8的水，在超声功率120W、温度35℃下浸提2次，每次1h，将浸提液经过离心机(转速：8000rpm，10min)进行固液分离，收集滤液，得到滤渣。将滤液先用孔径0.5μm的无机陶瓷微滤膜(MF)过滤，操作温度35℃，压力：0.5Mpa；得到的澄清液(栀子苷浓度1.9mg/mL)与以介孔分子筛SBA-15为载体的固定化β-葡萄糖苷酶(4.329U/mL，pH5.0)混合作为水相-正辛醇为有机相(相比1:2)，45℃水解60min(180rpm)。在萃取的有机相中加入0.2mol/L的甘氨酸溶液(v/v2:1)，在85℃恒温水浴锅中显色反应40min，得到栀子蓝色素溶液，经浓缩、喷雾干燥后得到栀子蓝色素粉末，测得色素色价为177.6。
将栀子黄色素溶液吸附于大孔吸附树脂吸附柱，大孔吸附树脂柱填充HPD100A型树脂，HPD100A型树脂重量为栀子粉重量的10％。先用栀子黄色素溶液5倍的水量进行洗涤，弃去洗涤液，再用6倍栀子黄色素溶液40％乙醇(v/v)量洗脱，收集洗脱液，将洗脱液进行浓缩、喷雾干燥后得到栀子黄色素粉末，测得色素色价为392.4。
将栀子残渣(含水量20.75％)中以固液比(w/v)1:10加入浓度为60％乙醇(v/v)溶液，在超声功率100W，温度45℃下浸提60min，将浸提液经过离心机(转速：12000rpm，10min)进行固液分离，收集上清液。将上清液脱除溶剂后吸附于AB-8大孔吸附树脂柱，AB-8大孔吸附树脂重量为滤渣重量的15％。先用6倍量的水洗涤，弃去洗涤液，再用8倍量的70％乙醇(v/v)洗脱，收集洗脱液，将洗脱液进行浓缩、喷雾干燥后得到熊果酸粉末，HPLC法测得熊果酸的纯度为80.2％。
实施例4
将水栀子洗净干燥后粉碎过40目筛得水栀子粉末，然后加入固液比(w/v)1:10的水，在超声功率150W、温度40℃下浸提2次，每次1h，将浸提液经过离心机(转速：10000rpm，15min)进行固液分离，收集滤液，得到滤渣。将滤液先用孔径0.5μm的无机陶瓷微滤膜(MF)过滤，操作温度40℃，压力：0.75Mpa；得到的澄清液(栀子苷浓度2mg/mL)与以介孔分子筛SBA-15为载体的固定化β-葡萄糖苷酶(5.584U/mL，pH5.0)混合作为水相-正辛醇为有机相(相比1:2)，50℃水解120min(180rpm)。在萃取的有机相中加入0.2mol/L的甘氨酸溶液(v/v5:3)，在100℃恒温水浴锅中显色反应30min，得到栀子蓝色素溶液，经浓缩、喷雾干燥后得到栀子蓝色素粉末，测得色素色价为198.7。
将栀子黄色素溶液吸附于大孔吸附树脂吸附柱，大孔吸附树脂柱填充HPD100A型树脂，HPD100A型树脂重量为栀子粉重量的10％。先用栀子黄色素溶液6倍的水量进行洗涤，弃去洗涤液，再用8倍栀子黄色素溶液45％乙醇(v/v)量洗脱，收集洗脱液，将洗脱液进行浓缩、喷雾干燥后得到栀子黄色素粉末，测得色素色价为421.5。
将栀子残渣(含水量20.75％)中以固液比(w/v)1:10加入浓度为90％乙醇(v/v)溶液，在超声功率150W，温度40℃下浸提60min，将浸提液经过离心机(转速：12000rpm，15min)进行固液分离，收集上清液。将上清液脱除溶剂后吸附于AB-8大孔吸附树脂柱，AB-8大孔吸附树脂重量为滤渣重量的10％。先用8倍量的水洗涤，弃去洗涤液，再用8倍量的80％乙醇(v/v)洗脱，收集洗脱液，将洗脱液进行浓缩、喷雾干燥后得到熊果酸粉末，HPLC法测得熊果酸的纯度为90.8％。
制备所得产物的性能测试结果
对实施例1-4中采用水栀子综合提取方法制备所得产物进行性能测试，其中对栀子蓝色素和栀子黄色素测定了色素色价；熊果酸则采用HPLC法进行了纯度测定。结果如表1。
表1
序号 栀子蓝色素色价 栀子黄色素色价 熊果酸纯度(％)
实施例1 153.7 375.2 76.8
实施例2 175.3 390.8 83.7
实施例3 177.6 392.4 80.2
实施例4 198.7 421.5 90.8
由表可见，采用本发明水栀子综合提取方法将栀子黄废液和栀子残渣变废为宝，减少乐环境污染，同时制备所得产品产率高、质量好，色泽鲜艳，色素色价高。

Claims (10)

1.一种水栀子综合提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)初提：取水栀子粉碎为水栀子粉末，以固液比1：5～20加入水中，在30～60℃条件下浸提1～4次，每次1～3小时，合并浸提液，进行固液分离，得到含有栀子黄色素和栀子苷的滤液A和含有熊果酸的滤渣；
(2)栀子蓝色素的提取：将步骤(1)制备得到的滤液A用孔径0.1～0.6μm的无机陶瓷微滤膜过滤，得到澄清的滤液B；将所述澄清的滤液B与固定化β-葡萄糖酶混合作为水相，有机溶剂作为有机相，振荡或搅拌条件下进行催化水解反应获得转移到有机相中的京尼平和栀子黄色素水溶液；取反应得到的有机相，加入亲水性氨基酸水溶液，振荡或者搅拌条件下反应制得栀子蓝色素，经浓缩干燥，即得栀子蓝色素粉末；
(3)栀子黄色素的提取：收集步骤(2)中得到的栀子黄色素水溶液，吸附于大孔吸附树脂柱；先用水洗涤，再用体积分数为30％～60％的乙醇溶液进行洗脱，收集洗脱液进行浓缩干燥，即得栀子黄色素粉末；
(4)取步骤(1)得到的含有熊果酸的滤渣与体积分数为60％～100％的乙醇溶液混合，超声提取得到提取液，固液分离后取上清液，脱除溶剂后吸附于大孔吸附树脂柱，先用水洗涤，再用体积分数为60％～90％的乙醇溶液进行洗脱，收集洗脱液进行浓缩干燥，即得熊果酸粉末。
2.根据权利要求1所述的水栀子综合提取方法，其特征在于，步骤(1)中，水栀子粉末与水的固液比为1:5～15。
3.根据权利要求1所述的水栀子综合提取方法，其特征在于，步骤(2)中，所述澄清的滤液B中栀子苷的质量浓度是50～2200μg/mL；所述固定化β-葡萄糖苷酶以介孔分子筛SBA-15为载体，所述固定化β-葡萄糖苷酶溶液中β-葡萄糖苷酶浓度为0.325～9.175U/mL。
4.根据权利要求1所述的水栀子综合提取方法，其特征在于，步骤(2)中，有机溶剂为正辛醇、正丁醇或乙酸乙酯；水相与有机相的相比v/v为1:1～8。
5.根据权利要求1所述的水栀子综合提取方法，其特征在于，步骤(2)中，催化水解反应温度为20～75℃，时间为40～300min，摇床转速为100～250rpm。
6.根据权利要求1所述的水栀子综合提取方法，其特征在于，步骤(2)中，所述亲水性氨基酸为甘氨酸、苯丙氨酸或赖氨酸，亲水性氨基酸水溶液中，氨基酸的摩尔浓度为0.03～0.8mol/L。
7.根据权利要求1所述的水栀子综合提取方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机相与亲水性氨基酸水溶液的体积比为1:0.2～1.5。
8.根据权利要求1所述的水栀子综合提取方法，其特征在于，步骤(3)中， 所述大孔吸附树脂柱填充HPD100A型树脂，HPD100A型树脂的重量为步骤(1)所用水栀子粉重量的5％～20％。
9.根据权利要求1所述的水栀子综合提取方法，其特征在于，步骤(4)中，所述含有熊果酸的滤渣含水量为20％～25％，与体积分数为60％～100％的乙醇溶液以固液比为1:5～20混合后，在30～50℃、超声功率为50～240W下超声提取30～120min。
10.根据权利要求1所述的水栀子综合提取方法，其特征在于，步骤(4)中，所述大孔吸附树脂柱填充AB-8大孔吸附树脂，AB-8大孔吸附树脂的重量为所述含有熊果酸的滤渣重量的5％～15％。
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