CN107594473A - 一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及甜菜红素提取技术领域，尤其涉及一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，包括预处理、微波辅助酶解处理、亚临界萃取、纯化、干燥步骤。利用本发明中提取方法，可大大提高盐地碱蓬甜菜红素产品的提取率和纯度，提高了生物盐的得率，而且生物盐脱色脱重金属处理时间短。
Description
技术领域
本发明涉及甜菜红素提取技术领域，尤其涉及一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺。
背景技术
甜菜红素，是一类广泛存在于植物中的天然植物色素，由红色的甜菜红素和甜菜黄素组成，甜菜红素中主要成分为甜菜红苷，占红色素的75～95％，其余尚有异甜菜苷、前甜菜苷等。甜菜红素,其抗癌、抗病毒和抗氧化的生物活性使甜菜红素在保健品和食品添加剂领域受到广泛关注。
盐地碱蓬是一种典型的真盐生植物，在沿海滩涂等盐渍地上广泛分布，是一种很有发展潜力的天然资源，具有很大的经济效益，生态效益及社会效益。目前研究已经证实盐地碱蓬中含有丰富的甜菜红素，现有技术有以盐地碱蓬为原料提取甜菜红素或生物盐的报道，但是都是单独提取某一种成分而建立的提取方法，而且所得的产品纯度低，得率低，甜菜红素和生物盐同时提取的工艺或方法未见报道，因此针对上述问题，有必要建立一种生物盐和甜菜红素综合提取工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种可提高产品纯度和提取率的盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，所述提取工艺包括以下步骤：
(1)原料预处理：将新鲜采摘的盐地碱蓬茎叶，洗净、晾干，匀浆处理后，按照料液比1:5-1:10的比例加入提取溶剂，超声提取，过滤，分别收集上清液和沉淀物；
(2)微波辅助酶解处理：取步骤(1)收集的沉淀物，加入沉淀物重量1-3％的复合酶，混匀，调pH，经过微波处理后进行酶解反应，酶解结束后收集酶解产物；
(3)亚临界一次萃取：取步骤(2)收集的酶解产物，按照料液比1:5-1:10的比例加入萃取剂，在萃取温度为35-55℃，萃取压力为2.0-3.5Mpa，萃取15-30min，过滤，分别收集萃取物和沉淀物；
(4)亚临界二次萃取：取步骤(3)收集的沉淀物，按照料液比1:5-1:8的比例加入萃取剂，在萃取温度为40-60，萃取压力为2.0-3.5Mpa,萃取10-30min，过滤，收集滤液；
(5)纯化和干燥处理：取步骤(3)收集的萃取物，超滤后收集的截留液经过大孔树脂吸附，将洗脱收集的甜菜红素粗品溶液上葡聚糖SephadexG-10柱层析分离，再经过洗脱液洗脱后，收集洗脱组分，最后经过冷冻干燥得到甜菜红素产品；将步骤(1)收集的上清液和步骤(4)收集的滤液合并，经过脱色、脱重金属处理后，再经过过滤，收集的滤液最后经过干燥得到生物盐产品。
作为一种改进的技术方案，步骤(1)中超声提取的时间为10-30min，提取温度为30-45℃，提取功率为180-220w，提取溶剂为体积浓度为40-65％的乙醇与0.1-0.5M的HCL混合而成。
作为一种改进的技术方案，步骤(2)中的复合酶由果胶酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶和β-葡聚糖酶按照1-5:2-5:1-6:1-3的比例混合而成。
作为一种改进的技术方案，步骤(2)的酶解反应条件为：pH3.5-6.8，温度25-40℃，酶解时间为1.5-3h。
作为一种改进的技术方案，步骤(2)中微波处理的功率为150-300W，次数2-5次，每次5-15s，间隔1-3min。
作为一种改进的技术方案，步骤(3)的萃取剂由柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠和去离子水按照0.5-2:0.1-0.5:1-5的比例混合而成，且所述十二烷基苯磺酸钠的质量浓度为0.05％-0.1％。
作为一种改进的技术方案，步骤(4)的萃取剂由柠檬酸、泊洛沙姆-118和乙醇按照0.5-2:0.1-0.5:1-4的比例混合而成，且所述泊洛沙姆-118的质量浓度为5％-10％，所述乙醇的体积浓度为40-65％。
作为一种改进的技术方案，步骤(5)中脱色、脱重金属处理时加入的脱色絮凝剂由活性炭、海藻酸钠和凹土按照0.1-0.5:0.1-0.3:0.2-0.7的比例混合而成。
作为一种改进的技术方案，步骤(5)中的大孔树脂为X-5大孔树脂。
作为一种改进的技术方案，步骤(5)中的洗脱液由酒石酸、水和体积浓度为45-60％的乙醇按照1:2-5:1-3的比例混合而成，所述洗脱液的流速为1-2ml/min。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明主要具有以下优点：
(1)本发明采用超声浸提、微波辅助酶解、亚临界萃取联用技术，以盐地碱蓬为原料进行甜菜红素和生物盐提取，超声浸提时利用超声波产生的空化效应可使生物盐组份在短时间内充分释放出来，再以超声浸提得到的沉淀物为原料进行微波辅助酶解，由果胶酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶和β-葡聚糖酶组成的复合酶可对细胞壁结构进行充分降解，进一步有助于甜菜红素从细胞内部释放出来，同时还降低了蛋白和多糖组分的含量；将酶解产物用苹果酸、十二烷基磺酸钠和乙醇混合而成的萃取剂进行亚临界一次萃取，一方面可降低提取溶剂表面所产生的张力，促进甜菜红素组分溶出，另一方面可防止甜菜红素降解，大大提高了甜菜红素产品的提取率；再选用亚临界一次萃取得到沉淀物，以柠檬酸、泊洛沙姆-118和乙醇混合而成的萃取剂进行亚临界二次萃取，可降低提取溶剂表面的张力，促进生物盐及生物活性组分溶出，大大提高了生物盐产品的得率。
(2)本发明采用大孔树脂吸附和葡聚糖凝胶层析联用分离纯化方法，对重金属、有机酸等大分子物质有效分离，大大提高了甜菜红素产品的纯度。本发明采用活性炭、海藻酸钠和凹土组成的脱色絮凝剂对生物盐粗品进行脱色脱重金属处理，然后再经过过滤，大大提高了生物盐产品的纯度，而且缩短了脱色脱重金属的处理时间。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实例1
一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将新鲜采摘的盐地碱蓬茎叶，洗净、晾干，匀浆处理后，按照料液比1:5的比例加入提取溶剂(体积浓度为40％的乙醇与0.1M的HCL按照1:0.5的比例混合而成)超声提取10min，提取温度为30℃，提取功率为180w，过滤，分别收集上清液和沉淀物；
(2)微波辅助酶解处理：取步骤(1)收集的沉淀物，加入沉淀物重量1％的复合酶(由果胶酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶和β-葡聚糖酶按照1:2:1:1的比例混合而成)，混匀，调pH3.5，经过微波(功率为150W，次数2次，每次5s，间隔1.5min)处理后控制温度25℃，酶解1.5h，酶解结束后收集酶解产物；
(3)亚临界一次萃取：取步骤(2)收集的酶解产物，按照料液比1:5的比例加入萃取剂(由柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠和去离子水按照0.5:0.1:1的比例混合而成，且所述十二烷基苯磺酸钠的质量浓度为0.05％)，在萃取温度为35℃，萃取压力为2.0Mpa，萃取15min，过滤，分别收集萃取物和沉淀物；
(4)亚临界二次萃取：取步骤(3)收集的沉淀物，按照料液比1:5的比例加入萃取剂(柠檬酸、泊洛沙姆-118和乙醇按照0.5:0.1:1的比例混合而成，且泊洛沙姆的质量浓度为5％，乙醇的体积浓度为40％)，在萃取温度为40℃，萃取压力为2.0Mpa,萃取10min，过滤，收集滤液；
(5)纯化和干燥处理：取步骤(3)收集的萃取物，超滤后收集的截留液经过X-5大孔树脂吸附，将体积浓度为25％的乙醇洗脱收集的甜菜红素粗品溶液上葡聚糖SephadexG-10柱层析分离，再经过洗脱液(酒石酸、水和体积浓度为45-60％的乙醇按照1:2:1的比例混合而成，洗脱液的流速为1ml/min)洗脱后，收集洗脱组分，最后经过冷冻干燥得到甜菜红素产品的纯度99.39％，单位重量盐地碱蓬茎叶提取的甜菜红素产品可达到7.48mg/g；
将步骤(1)收集的上清液和步骤(4)收集的滤液合并，加入脱色絮凝剂(由活性炭、海藻酸钠和凹土按照0.1:0.1:0.2的比例混合而成)，经过脱色、脱重金属处理后，再经过过滤，最后经过干燥得到生物盐产品的纯度99.58％，生物盐产品的得率2.32％，脱色脱重金属处理时间为15min。
实例2
一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将新鲜采摘的盐地碱蓬茎叶，洗净、晾干，匀浆处理后，按照料液比1:8的比例加入提取溶剂(体积浓度为45％的乙醇与0.2M的HCL按照1:0.5的比例混合而成)超声提取15min，提取温度为35℃，提取功率为190w，过滤，分别收集上清液和沉淀物；
(2)微波辅助酶解处理：取步骤(1)收集的沉淀物，加入沉淀物重量1.5％的复合酶(由果胶酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶和β-葡聚糖酶按照2:3:2:1.5的比例混合而成)，混匀，调pH4.5，经过微波(功率为180W，次数3次，每次8s，间隔1.5min)处理后控制温度30℃，酶解2h，酶解结束后收集酶解产物；
(3)亚临界一次萃取：取步骤(2)收集的酶解产物，按照料液比1:8的比例加入萃取剂(由柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠和去离子水按照1:0.3:2的比例混合而成，且所述十二烷基苯磺酸钠的质量浓度为0.07％)，在萃取温度为40℃，萃取压力为2.5Mpa，萃取18min，过滤，分别收集萃取物和沉淀物；
(4)亚临界二次萃取：取步骤(3)收集的沉淀物，按照料液比1:6的比例加入萃取剂(柠檬酸、泊洛沙姆-118和乙醇按照1:0.3:2的比例混合而成，且泊洛沙姆的质量浓度为7％，乙醇的体积浓度为45％)，在萃取温度为45℃，萃取压力为2.5Mpa,萃取15min，过滤，收集滤液；
(5)纯化和干燥处理：取步骤(3)收集的萃取物，超滤后收集的截留液经过X-5大孔树脂吸附，将体积浓度为30％的乙醇洗脱收集的甜菜红素粗品溶液上葡聚糖SephadexG-10柱层析分离，再经过洗脱液(酒石酸、水和体积浓度为50％的乙醇按照1:3:1.5的比例混合而成，洗脱液的流速为1.5ml/min)洗脱后，收集洗脱组分，最后经过冷冻干燥得到甜菜红素产品的纯度99.47％，单位重量盐地碱蓬茎叶提取的甜菜红素产品可达到7.79mg/g；
将步骤(1)收集的上清液和步骤(4)收集的滤液合并，加入脱色絮凝剂(由活性炭、海藻酸钠和凹土按照0.2:0.15:0.3的比例混合而成)，经过脱色、脱重金属处理后，再经过过滤，收集的滤液最后经过干燥得到生物盐产品的纯度99.63％，生物盐产品的得率2.37％，脱色脱重金属处理时间为12min。
实例3
一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将新鲜采摘的盐地碱蓬茎叶，洗净、晾干，匀浆处理后，按照料液比1:10的比例加入提取溶剂(体积浓度为60％的乙醇与0.45M的HCL按照1：0.5的比例混合而成)超声提取25min，提取温度为42℃，提取功率为210w，过滤，分别收集上清液和沉淀物；
(2)微波辅助酶解处理：取步骤(1)收集的沉淀物，加入沉淀物重量2.5％的复合酶(由果胶酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶和β-葡聚糖酶按照4.5:3:4:2.5的比例混合而成)，混匀，调pH6.5，经过微波(功率为260W，次数4次，每次10s，间隔2min)处理后控制温度36℃，酶解2.5h，酶解结束后收集酶解产物；
(3)亚临界一次萃取：取步骤(2)收集的酶解产物，按照料液比1:8的比例加入萃取剂(由柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠和去离子水按照1.8:0.4:4.5的比例混合而成，且所述十二烷基苯磺酸钠的质量浓度为0.08％)，在萃取温度为53℃，萃取压力为3.2Mpa，萃取25min，过滤，分别收集萃取物和沉淀物；
(4)亚临界二次萃取：取步骤(3)收集的沉淀物，按照料液比1:8的比例加入萃取剂(柠檬酸、泊洛沙姆-118和乙醇按照1.8:0.4:3.5的比例混合而成，且泊洛沙姆的质量浓度为8.5％，乙醇的体积浓度为60％)，在萃取温度为56℃，萃取压力为3.2Mpa,萃取25min，过滤，收集滤液；
(5)纯化和干燥处理：取步骤(3)收集的萃取物，超滤后收集的截留液经过X-5大孔树脂吸附，将体积浓度为42％的乙醇洗脱收集的甜菜红素粗品溶液上葡聚糖SephadexG-10柱层析分离，再经过洗脱液(酒石酸、水和体积浓度为55％的乙醇按照1:4:2.5的比例混合而成，洗脱液的流速为1.8ml/min)洗脱后，收集洗脱组分，最后经过冷冻干燥得到甜菜红素产品的纯度99.78％，单位重量盐地碱蓬茎叶提取的甜菜红素产品可达到8.33mg/g；
将步骤(1)收集的上清液和步骤(4)收集的滤液合并，加入脱色絮凝剂(由活性炭、海藻酸钠和凹土按照0.5:0.27:0.65的比例混合而成)，经过脱色、脱重金属处理后，再经过过滤，收集的滤液最后经过干燥得到生物盐产品的纯度99.79％，生物盐产品的得率2.58％，脱色脱重金属处理时间为4.5min。
实例4
一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将新鲜采摘的盐地碱蓬茎叶，洗净、晾干，匀浆处理后，按照料液比1:10的比例加入提取溶剂(体积浓度为65％的乙醇与0.5M的HCL按照1：0.5的比例混合而成)超声提取30min，提取温度为45℃，提取功率为220w，过滤，分别收集上清液和沉淀物；
(2)微波辅助酶解处理：取步骤(1)收集的沉淀物，加入沉淀物重量3％的复合酶(由果胶酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶和β-葡聚糖酶按照5:5:6:3的比例混合而成)，混匀，调pH6.8，经过微波(功率为300W，次数5次，每次15s，间隔3min)处理后控制温度40℃，酶解3h，酶解结束后收集酶解产物；
(3)亚临界一次萃取：取步骤(2)收集的酶解产物，按照料液比1:10的比例加入萃取剂(由柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠和去离子水按照2:0.5:5的比例混合而成，且所述十二烷基苯磺酸钠的质量浓度为0.1％)，在萃取温度为55℃，萃取压力为3.5Mpa，萃取30min，过滤，分别收集萃取物和沉淀物；
(4)亚临界二次萃取：取步骤(3)收集的沉淀物，按照料液比1:8的比例加入萃取剂(柠檬酸、泊洛沙姆-118和乙醇按照2:0.5:4的比例混合而成，且泊洛沙姆的质量浓度为10％，乙醇的体积浓度为65％)，在萃取温度为60℃，萃取压力为3.5Mpa,萃取30min，过滤，收集滤液；
(5)纯化和干燥处理：取步骤(3)收集的萃取物，超滤后收集的截留液经过X-5大孔树脂吸附，将体积浓度为45％的乙醇洗脱收集的甜菜红素粗品溶液上葡聚糖SephadexG-10柱层析分离，再经过洗脱液(酒石酸、水和体积浓度为45-60％的乙醇按照1:5:3的比例混合而成，洗脱液的流速为2ml/min)洗脱后，收集洗脱组分，最后经过冷冻干燥得到甜菜红素产品的纯度99.73％，单位重量盐地碱蓬茎叶提取的甜菜红素产品可达到8.17mg/g；
将步骤(1)收集的上清液和步骤(4)收集的滤液合并，加入脱色絮凝剂(由活性炭、海藻酸钠和凹土按照0.5:0.3:0.7的比例混合而成)，经过脱色、脱重金属处理后，再经过过滤，最后经过干燥得到生物盐产品的纯度99.75％，生物盐产品的得率2.53％，脱色脱重金属处理时间为6.5min。
为了更好的证明利用本发明的制备方法来提取花青素时可以提高甜菜红素产品纯度和提取率，本发明同时做了3个对比例。
对比例1
与实施例3不同的是，缺少微波辅助酶解步骤，其余条件相同，对比例1提取的甜菜红素产品的纯度为99.72％，单位重量盐地碱蓬茎叶提取的甜菜红素产品可达到7.25mg/g；生物盐产品的纯度99.75％，生物盐产品的得率2.26％，脱色脱重金属处理的时间为5min。
对比例2
与实施例3不同的是，缺少亚临界萃取步骤，其余条件相同，对比例2提取的甜菜红素产品的纯度为99.77％，单位重量盐地碱蓬茎叶提取的甜菜红素产品可达到8.26mg/g；生物盐产品的纯度99.75％，生物盐产品的得率2.45％，脱色脱重金属处理的时间为5min。
对比例3
与实施例3不同的是，甜菜红素纯化时只选用大孔树脂进行吸附，生物盐脱色脱重金属处理时的脱色絮凝剂为聚合氯化铝和活性炭的混合物，其余条件相同，对比例3提取的甜菜红素产品的纯度为99.58％，单位重量盐地碱蓬茎叶提取的甜菜红素产品可达到8.18mg/g，生物盐产品的纯度99.53％，生物盐产品的得率2.53％，脱色脱重金属处理的时间为30min。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于所述提取工艺包括以下步骤：
(1)原料预处理：将新鲜采摘的盐地碱蓬茎叶，洗净、晾干，匀浆处理后，按照料液比1:5-1:10的比例加入提取溶剂，超声提取，过滤，分别收集上清液和沉淀物；
(2)微波辅助酶解处理：取步骤(1)收集的沉淀物，加入沉淀物重量1-3％的复合酶，混匀，调pH，经过微波处理后进行酶解反应，酶解结束后收集酶解产物；
(3)亚临界一次萃取：取步骤(2)收集的酶解产物，按照料液比1:5-1:10的比例加入萃取剂，在萃取温度为35-55℃，萃取压力为2.0-3.5Mpa，萃取15-30min，过滤，分别收集萃取物和沉淀物；
(4)亚临界二次萃取：取步骤(3)收集的沉淀物，按照料液比1:5-1:8的比例加入萃取剂，在萃取温度为40-60，萃取压力为2.0-3.5Mpa,萃取10-30min，过滤，收集滤液；
(5)纯化和干燥处理：取步骤(3)收集的萃取物，超滤后收集的截留液经过大孔树脂吸附，将洗脱收集的甜菜红素粗品溶液上葡聚糖SephadexG-10柱层析分离，再经过洗脱液洗脱后，收集洗脱组分，最后经过冷冻干燥得到甜菜红素产品；将步骤(1)收集的上清液和步骤(4)收集的滤液合并，经过脱色、脱重金属处理后，再经过超滤、反渗透膜过滤，最后经过干燥得到生物盐产品。
2.根据权利要求1所述的一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于：步骤(1)中超声提取的时间为10-30min，提取温度为30-45℃，提取功率为180-220w，提取溶剂为体积浓度为40-65％的乙醇与0.1-0.5M的HCL混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于：步骤(2)中的复合酶由果胶酶、纤维素酶、菠萝蛋白酶和β-葡聚糖酶按照1-5:2-5:1-6:1-3的比例混合而成。
4.根据权利要求1所述的一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于：步骤(2)的酶解反应条件为：pH3.5-6.8，温度25-40℃，酶解时间为1.5-3h。
5.根据权利要求1所述的一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于：步骤(2)中微波处理的功率为150-300W，次数2-5次，每次5-15s，间隔1-3min。
6.根据权利要求1所述的一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于：步骤(3)的萃取剂由柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠和去离子水按照0.5-2:0.1-0.5:1-5的比例混合而成，且所述十二烷基苯磺酸钠的质量浓度为0.05％-0.1％。
7.根据权利要求1所述的一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于：步骤(4)的萃取剂由柠檬酸、泊洛沙姆-118和乙醇按照0.5-2:0.1-0.5:1-4的比例混合而成，且所述泊洛沙姆-118的质量浓度为5％-10％，所述乙醇的体积浓度为40-65％。
8.根据权利要求1所述的一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于：步骤(5)中脱色、脱重金属处理时加入的脱色絮凝剂由活性炭、海藻酸钠和凹土按照0.1-0.5:0.1-0.3:0.2-0.7的比例混合而成。
9.根据权利要求1所述的一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于：步骤(5)中的大孔树脂为X-5大孔树脂。
10.根据权利要求1所述的一种盐地碱蓬生物盐和甜菜红素综合提取工艺，其特征在于：步骤(5)中的洗脱液由酒石酸、水和体积浓度为45-60％的乙醇按照1:2-5:1-3的比例混合而成，所述洗脱液的流速为1-2ml/min。
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