CN107459838A - 亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，是将枸杞干果在‑20℃~‑4℃冷冻2~24小时，粉碎成枸杞粉末；将枸杞粉末经压坯处理后，加入萃取溶剂，在20℃~40℃、压力0.2 MPa~0.4Mpa、避光条件下进行亚临界萃取，萃取结束后，抽出萃取溶剂，并对萃取物料和萃取溶剂分别进行蒸发脱溶，萃取溶剂脱溶后即得枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物；然后将提取物采用30~70µm的微滤膜管进行微滤，去除枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物中的纤维、大分子化合物；最后采用膜200Da~500Da超纳滤膜进行纳滤纯化浓缩，得到枸杞类胡萝卜素类天然色素。

Description

亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类 天然色素的方法

技术领域

本发明涉及植物提取物领域，具体为一种具有抗氧化、抗肿瘤、延缓衰老、明目等多种功效的枸杞类胡萝卜素类天然色素的提取方法，尤其涉及一种亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法。

背景技术

枸杞作为一种传统的中药，具有人体所需的各类营养成分，其富含枸杞多糖、黄酮类、游离氨基酸、脂肪、类胡萝卜素等活性组分，尤其是类胡萝卜素含量，是所有食物中类胡萝卜素含量最高的。分析表明，每百克鲜重枸杞果中类胡萝卜素含量为19.6 mg，其β-胡萝卜素的含量甚至比胡萝卜还高。1988 年，我国卫生部食品卫生监督检验所正式公布枸杞“既是药品，又是食品”。21 世纪初，枸杞在欧洲和北美也快速流行，枸杞相关保健食品被大量开发，这使得枸杞作为药食同源的名贵资源已引起国内外学者的广泛关注。

枸杞色素是存在于枸杞浆果中各种呈色物质的总称,由类胡萝卜素及其它有色物质组成。研究表明, 枸杞类胡萝卜素色素可分为游离类胡萝卜素和类胡萝卜素脂肪酸酯，游离类胡萝卜素包括β-胡萝卜素、叶黄素、β-隐黄质和玉米黄质,类胡萝卜素脂肪酸酯主要是玉米黄质双棕榈酸酯、玉米黄质单棕榈酸酯和β-隐黄质棕榈酸酯，并测定枸杞干果色素物质含量分别为β-胡萝卜素142.8mg/100g，β-隐黄质3.25mg/100g，玉米黄质14.90mg/100g，β-隐黄质棕榈酸酯14.57 mg/100g，玉米黄质单棕榈酸酯192.20 mg/100g。

研究表明，枸杞具有明目功能与其所含类胡萝卜素有关。枸杞中叶黄素具有抗肿瘤作用。玉米黄质具有很强的单线态氧清除能力，主要集中在入射光最强的视网膜黄斑区中心。流行病学研究显示，短期增加玉米黄质摄入量，可以使黄斑色素增加，从而增强黄斑区对抗有害物质和光射线损害的能力，预防和减缓老年性黄斑变性。玉米黄质摄入量高的人群比低摄入量人群患白内障的可能性降低20%左右。此外，玉米黄质还具有预防心血管疾病，减缓动脉硬化进程；防止紫外线照射对上皮细胞的DNA破坏；防止脂质过氧化从而抑制肿瘤的生长，减少癌症的发生和提高机体免疫等重要生理功能。目前，枸杞色素的抗氧化、调节血脂、保护血管内皮细胞、预防心血管疾病、延缓衰老、明目、增强免疫功能及抗肿瘤等作用均得到实验证实，因此枸杞色素的具有非常的大的开发价值。

目前制备植物色素常用的提取方法有：溶剂萃取法、超声提取法、微波提取法、超临界流体萃取。这些方法都存在着许多的问题，比如提取温度高，提取时间长，色素损耗较大、成本高和污染环境等。CN105232774A公开了一种枸杞色素提取物及其制备方法，CN105327001A一种黑果枸杞色素提取物及其制备方法，CN1273970A公开了超临界CO2萃取枸杞色素中β-胡萝卜素的方法，都是采用超临界二氧化碳萃取制备得到枸杞色素，该方法工艺复杂，超临界二氧化碳萃取色素的生产成本约1万元/吨，生产成本高。CN106543769A公开了从枸杞中提取玉米黄质为主的类胡萝卜素类单体色素的方法，是通过超声提取制备、分离、纯化、精制等步骤提取枸杞色素，该方法使用了乙醇、氢氧化钾、磷酸、盐酸、四氢呋喃、二氯乙烷等大量有机溶剂，且不可回收循环使用，生产成本高，安全性低。CN102850820A公开了锐孔法制备黑果枸杞色素微胶囊的方法，采用酸性乙醇浸提与微波提取枸杞色素，酸性乙醇浸提12小时-20小时，微波提取20分钟-30分钟，重复提取2-3次。该方法存在提取时间过长，温度高，微波能耗大等问题。CN105130867B公开了一种提取富集枸杞子中玉米黄质的方法，是将干燥枸杞子与萃取剂按一定比例投入到亚临界流体萃取装置的萃取釜中连续萃取得到萃取物；再在一定压力和温度下对萃取物分离得到萃取液；然后将萃取液室温下静置后用乙酸乙酯萃取，回收有机相后浓缩至浸膏；最后稀释浸膏，上大孔吸附树脂柱，用乙醇洗脱，所得洗脱液回收乙醇后，用乙醇结晶得玉米黄质。由于该方法的目标产物是玉米黄质，成分单一，且使用乙酸乙酯与乙醇等有机溶剂，安全性不高，溶剂量大，成本高，并且大孔吸附树脂柱一般只在实验室使用，不适合于大型规模化生产。

目前世界上的类胡萝卜素的产量小，一般是化学合成,且安全性差。从枸杞中开发丰富安全无毒的天然类胡萝卜素的枸杞色素，不仅有着广阔的应用前景，同时也为枸杞综合开发利用和从植物体中提天然类胡萝卜素的生产开辟了新的途径。

亚临界萃取具有产品中溶剂残留少，残留量是ppm级；不会对物料中热敏性成分造成损害，尤其适用于植物色素的提取；具有节能的特点，萃取溶剂蒸发耗能少，脱溶过程不必对物料加热，且萃取溶剂可循环使用，亚临界萃取色素生产成本约300元/吨，生产成本低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中提取枸杞色素存在的问题，提供一种亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合的方法制备枸杞类胡萝卜素类天然色素。

本发明提取枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，是将枸杞干果在-20℃~-4℃冷冻干燥2~24小时，粉碎成粒径10~100μm的枸杞粉末；再将枸杞粉末经压坯处理后，按料溶比1:1.3~1:2kg/L加入萃取溶剂（液态丁烷、丙烷或二甲醚），在20℃~40℃、压力0.2 MPa~0.4Mpa、避光条件下亚临界萃取40 ~200分钟；萃取结束后，抽出萃取溶剂，并对萃取物料和萃取溶剂分别进行蒸发脱溶，萃取溶剂脱溶后即得枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物；从物料和萃取溶剂中蒸发出的气体溶剂，经过隔膜压缩机压缩液化后进行溶剂回收。上述亚临界萃取得到的枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物先采用30~70µm的微滤膜管进行微滤，压力为2~10 bar，温度为10℃~50℃，时间为10~300min，通过微滤去除枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物中的纤维、果胶、大分子化合物等杂质；最后采用膜孔径为200Da~500Da超纳滤膜进行纳滤纯化浓缩，压力为2~20bar，温度为10℃~50℃，得到枸杞类胡萝卜素类天然色素。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明将亚临界萃取技术应用于枸杞色素的提取，克服了传统提取方法高温导致热敏性物质发生分解氧化，溶剂残留等缺点，提高了枸杞色素的提取效率，并降低了生产成本；

2、本发明采用冷冻粉碎与压坯技术处理枸杞干果，既解决了枸杞变黏不易粉碎，粉碎效果差等问题，而且避免了粉碎过程中高温导致枸杞热敏性色素物质的损失；

3、采用微滤与超纳滤膜的膜分离纯化浓缩技术分离枸杞色素，该分离过程是常温、低压，且时间短，分离纯化浓缩效率高，色素在常温低压条件下，短时间保存具有稳定性好的优点；且整个过程中没有使用如何有机溶剂，没有溶剂残留，安全性高；并且膜分离纯化浓缩技术适合大型规模化生产。

4、膜分离技术具有分离效率高，可重复利用，无溶剂残留等特点，在水、饮料、色素等提取分离领域已经得到广泛应用。但是目前关于膜分离技术应用于枸杞色素分离还未见报道，将膜分离技术应用于枸杞色素研究，将为枸杞深加工产品的发展提供重要的技术支撑。

5、本发明生产工艺简单，而且可连续生产，绿色环保无污染；溶剂可回收循环利用，成本低，适合规模化工业生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明枸杞色素的提取方法作进一步说明。

实施例1

将枸杞干果在-10℃下冷冻12小时后，粉碎成粒径50μm的枸杞干果粉末；再将枸杞干果粉末18.7kg进行压坯处理后，按料溶比1:1.5kg/L与液态丁烷混合，然后在萃取温度为35℃，萃取压力0.35MPa，避光条件下进行亚临界萃取120min，亚临界萃取结束后，抽出液态丁烷溶剂，并对萃取物料和萃取溶剂分别进行蒸发脱溶，萃取溶剂脱溶后即得枸杞色素提取物967.2g，提取率为5.17%。从物料和萃取溶剂中蒸发出的气体溶剂，经过隔膜压缩机压缩液化后进行溶剂回收。

然后，将亚临界萃取得到的枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物967.2g，采用50µm的微滤膜管进行微滤，压力为7.2 bar，温度为26℃，时间为110min，通过微滤去除枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物中的纤维、果胶、部分脂溶性成分、大分子化合物等杂质，得到763g色素澄清液；最后采用膜孔径为350Da超纳滤膜进行纳滤纯化浓缩，压力为7.6bar，温度为17℃，得到枸杞类胡萝卜素类天然色素559.5g，色素得率为2.992%。

将枸杞类胡萝卜素类天然色素进行HPLC检测，安捷伦高效液相色谱仪（Agilent1200），色谱柱YMC Carotenoid C30(4.6mm×250mm，5um)，流动相A：乙腈：水：三乙胺=80:20:0.05；流动相B：乙腈：甲醇：乙酸乙酯：三乙胺=68:5:27:0.05。梯度洗脱：0-4min，1%-10%B；4-25min，10%-80%B；25-60min，80%-100%B。流速1mL/min；进样量2uL。DAD紫外检测器，检测波长450nm。枸杞色素中β-胡萝卜素135.2mg/100g，β-隐黄质3.94mg/100g，玉米黄质14.71mg/100g，β-隐黄质棕榈酸酯14.65mg/100g，玉米黄质单棕榈酸酯198.93mg/100g。

检测结果表明：该生产工艺生产得到的枸杞类胡萝卜素类天然色素中，β-胡萝卜素，β-隐黄质，玉米黄质，β-隐黄质棕榈酸酯与玉米黄质单棕榈酸酯的含量高于传统高温提取分离工艺得到的，主要是因为色素在高温条件下不稳定，易发生氧化分解。

实施例2

将枸杞干果在-20℃冷冻8小时后，粉碎成粒径100μm的枸杞干果粉末；将枸杞干果粉末20.3kg经过压坯处理后，与丙烷按料溶比1:2kg/L混合，然后在萃取温度为20℃，萃取压力0.2MPa，避光条件下进行亚临界萃取160 min；亚临界萃取结束后，抽出液态丁烷溶剂，并对萃取物料和萃取溶剂分别进行蒸发脱溶，萃取溶剂脱溶后即得枸杞色素提取物1046.4g，提取率为5.15%。从物料和萃取溶剂中蒸发出的气体溶剂，经过隔膜压缩机压缩液化后进行溶剂回收。

然后，将亚临界萃取得到的枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物1046.4g，采用60µm的微滤膜管进行微滤，压力为8 bar，温度为30℃，时间为225min，通过微滤去除枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物中的纤维、果胶、部分脂溶性成分、大分子化合物等杂质, 得到856g色素澄清液；最后采用膜孔径为360Da超纳滤膜进行纳滤纯化浓缩，压力为10bar，温度为25℃，得到枸杞类胡萝卜素类天然色素691.5g，色素得率为3.406%。

将枸杞类胡萝卜素类天然色素进行HPLC检测，安捷伦高效液相色谱仪（Agilent1200），色谱柱YMC Carotenoid C30(4.6mm×250mm，5um)，流动相A：乙腈：水：三乙胺=80:20:0.05；流动相B：乙腈：甲醇：乙酸乙酯：三乙胺=68:5:27:0.05。梯度洗脱：0-4min，1%-10%B；4-25min，10%-80%B；25-60min，80%-100%B。流速1mL/min；进样量2uL。DAD紫外检测器，检测波长450nm。枸杞色素中β-胡萝卜素152.5mg/100g，β-隐黄质3.69mg/100g，玉米黄质15.85mg/100g，β-隐黄质棕榈酸酯15.98mg/100g，玉米黄质单棕榈酸酯196.38mg/100g。

检测结果表明：该生产工艺生产得到的枸杞类胡萝卜素类天然色素中，β-胡萝卜素，β-隐黄质，玉米黄质，β-隐黄质棕榈酸酯与玉米黄质单棕榈酸酯的含量高于传统高温提取分离工艺得到的，主要是因为色素在高温条件下不稳定，易发生氧化分解。

实施例3

将枸杞干果在-15℃冷冻20小时，粉碎成粒径100μm的枸杞干果粉末；将枸杞干果粉末30kg经过压坯处理后，与二甲醚按料溶比1:1.3kg/L混合，在萃取温度40℃，萃取压力0.4MPa，避光条件下进行亚临界萃取200min，亚临界萃取结束后，抽出液态丁烷溶剂，并对萃取物料和萃取溶剂分别进行蒸发脱溶，萃取溶剂脱溶后即得枸杞色素提取物1950g；提取率为6.50%。从物料和萃取溶剂中蒸发出的气体溶剂，经过隔膜压缩机压缩液化后进行溶剂回收。

然后，将亚临界萃取得到的枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物1950g，采用30µm的微滤膜管进行微滤，压力为7 bar，温度为27℃，时间为150min，通过微滤去除枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物中的纤维、果胶、部分脂溶性成分、大分子化合物等杂质，得到1284.8g色素澄清液；最后采用膜孔径为500Da超纳滤膜进行纳滤纯化浓缩，压力为7.5bar，温度为15℃，得到枸杞类胡萝卜素类天然色素988.5g，色素得率为3.295%。

将枸杞类胡萝卜素类天然色素进行HPLC检测，安捷伦高效液相色谱仪（Agilent1200），色谱柱YMC Carotenoid C30(4.6mm×250mm，5um)，流动相A：乙腈：水：三乙胺=80:20:0.05；流动相B：乙腈：甲醇：乙酸乙酯：三乙胺=68:5:27:0.05。梯度洗脱：0-4min，1%-10%B；4-25min，10%-80%B；25-60min，80%-100%B。流速1mL/min；进样量2uL。DAD紫外检测器，检测波长450nm。枸杞色素中β-胡萝卜素156.95mg/100g，β-隐黄质3.86mg/100g，玉米黄质14.95mg/100g，β-隐黄质棕榈酸酯15.86mg/100g，玉米黄质单棕榈酸酯208.95mg/100g。

检测结果表明：该生产工艺生产得到的枸杞类胡萝卜素类天然色素中，β-胡萝卜素，β-隐黄质，玉米黄质，β-隐黄质棕榈酸酯与玉米黄质单棕榈酸酯的含量高于传统高温提取分离工艺得到的，主要是因为色素在高温条件下不稳定，易发生氧化分解。

Claims (8)

1.亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，是先将枸杞干果冷冻干燥，粉碎成枸杞粉末；再将枸杞粉末经压坯处理，然后加入萃取溶剂进行亚临界萃取；萃取结束后，抽出萃取溶剂，并对萃取物料和萃取溶剂分别进行蒸发脱溶，萃取溶剂脱溶后即得枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物；从物料和萃取溶剂中蒸发出的气体溶剂，经过隔膜压缩机压缩液化后进行溶剂回收；上述亚临界萃取得到的枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物先采用微滤膜管进行微滤，去除枸杞类胡萝卜素类天然色素提取物中的纤维、果胶、大分子化合物；再采用超纳滤膜进行纳滤纯化浓缩，得到枸杞类胡萝卜素类天然色素。

2.如权利要求1所述亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，其特征在于：所述冷冻干燥是在-20℃~-4℃下冷冻2~24小时。

3.如权利要求1所述亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，其特征在于：所述枸杞粉末的粒径10~100μm。

4.如权利要求1所述亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，其特征在于：所述萃取溶剂采用液态丁烷、丙烷或二甲醚。

5.如权利要求4所述亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，其特征在于：经压坯处理的枸杞粉末按料溶比1:1.3~1:2kg/L加入萃取溶剂中。

6.如权利要求1~5所述任何一种亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，其特征在于：亚临界萃取工艺：在20℃~40℃、压力0.2 MPa~0.4Mpa、避光条件下萃取时间为40 ~200min。

7.如权利要求1~5所述任何一种亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，其特征在于：所述微滤膜管进行微滤的工艺：采用30~70µm的微滤膜管，温度为10℃~50℃，压力为2~10 bar，时间为10~300min。

8.如权利要求1~5所述任何一种亚临界萃取与膜分离纯化浓缩相结合制备枸杞类胡萝卜素类天然色素的方法，其特征在于：所述纳滤纯化浓缩的工艺：采用膜孔径为200Da~500Da超纳滤膜，压力为2~20bar，温度为10℃~50℃。