CN107652337B - 一种黑米、黑豆、紫薯、玫瑰、牡丹等花色苷提取制备方法 - Google Patents
一种黑米、黑豆、紫薯、玫瑰、牡丹等花色苷提取制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种提取黑米、黑豆、紫薯、玫瑰、牡丹等花色苷色素的方法。其工艺流程：拣选除杂→粉碎→去除脂溶性杂质→去除水溶性杂质→双水相浸提→电场提取→纯化→干燥→成品。本发明主要是利用高压脉冲电场提取黑米花色苷，步骤简单、操作方便、实用性强。花色苷提取物中花色苷含量均高于20％(以矢车菊素‑3‑葡萄糖苷计算)；花色苷单体(矢车菊素‑3‑葡萄糖苷、芍药素‑3‑葡萄糖苷)降解动力学稳定性显著(P＜0.05)高于传统方式。
Description
技术领域
本发明属于食品加工领域，特别涉及一种黑米、黑豆、紫薯、玫瑰、牡丹等花色苷的提 取制备方法。
背景技术
黑米、黑豆、紫薯、牡丹、玫瑰等在我国有着悠久的种植史，其含有大量的色素。这些 色素为黄酮花色苷类化合物。花色苷是植物色素，其广泛分布在各种鲜花(玫瑰、牡丹等)、 水果(尤其是浆果类)、蔬菜、及谷物中，且产生橙、红、蓝等颜色。花色苷是由花青素和糖 成苷而成。花青素的基本结构是2-苯基苯并吡喃，即花色基元(式1)，具有C6-C3-C6的分子 结构。花青素是花色基元的羟基取代衍生物，通常在3-,5-,7-碳位的取代羟基，由于B环各 碳位的取代基(羟基或甲氧基)不同，形成了多种的花青素，现已知的有20种。在自然状态 下，游离的花青素极少见，大多数以糖苷的形式纯在，成苷的糖已知有5种，根据其在各种 花色苷中的丰富程度，排列如下：葡萄糖>鼠李糖>半乳糖>木糖>阿拉伯糖，除单糖外还有可 能是由这5种单糖结合形成的二糖。如果是单糖苷，成苷位置通常在3-碳位。
式1花色基元的结构
表1花青素
花色苷显示出在植物生理、食品工业及人类健康中的重要作用。在美国，由于花色苷广 泛分布在水果和蔬菜中，其每天摄入量达180～215mg/d，远高于其他黄酮类的摄入量(23mg/d)。
花色苷由于其自身多酚类结构的原因，不稳定，容易受到热、光、pH值、金属离子、酚 类化合物、糖、糖降解产物、氧气、抗坏血酸等理化因素的影响。在不同酸碱度下，花色素苷以四种不同的结构存在。pH是通过影响花色素苷结构来改变其颜色的最重要因素，当pH<3 时，花色素苷往往显示出最强的红色，随着pH值的增加，颜色逐渐转淡为无色，最后转为紫 色或蓝色(pH>6)。花色随pH值变化比较典型的是牵牛花，随着花瓣上表皮液泡pH值逐渐增大，花冠颜色逐渐变蓝，其机制与液泡内外Na+与H+的置换有关。在花色苷提取过程中， pH值相对比较好控制。
花色苷的提取及纯化：目前在花色苷的提取的方法主要有：溶剂浸提法、微波辅助萃取 法、超声波辅助提取法、酶解提取法、超临界萃取法、超高压辅助提取法等。溶剂法最为普 遍，但是溶剂法一般需要加热(50～80℃)，且时间较长(30～90min)，容易造成花色苷分解。 酶催化反应条件温和，一般在较低温度、接近中性的条件下就能进行，所以酶解法非常适合 于天然食用色素的提取与精制。目前为止已经有了用酶解法辅助提取花色苷的报道。虽然利 用酶法提取有上述优点，但也有不足，因为酶解时也可能将花色苷的糖苷键破坏，并且容易 生成其他未知的杂质，为后来的纯化造成一定的麻烦。微波辅助提取技术主要存在于提取多 糖等物质中。随着技术的发展，已经有学者展开用微波辅助提取植物中花色苷的研究。但是 微波处理过度也会引起色素的破坏。超声波辅助提取法目前由于设备上的原因，在大型生产 上的应用较少。超临界流体萃取和超高压辅助提取法的设备昂贵，难于普及。
高压脉冲电场(PEF)被认为是一种非热加工技术，该技术能保持食品更好的质量。高电 压脉冲电场提取是利用不同分子在高强电场作用下产生不同极化反应的原理，使原料中有效 成分通过电场力的作用在溶剂中快速溶出，实现有效成分提取的目的。该技术被认为是远远 优于传统食品加热的处理方法，因为该技术在很大程度上减少了食品感官和物理特性的有害 变化，具有快速、常温、动态、低耗等特点。将给食品加工业提高产品质量、提高生产效率、 降低生产成本和开发新产品开辟一条新路。高电压能改变细胞通透性，可破坏细胞壁，导致 内部成分快速渗透出来。高压脉冲电场可辅助提取色素、多酚和挥发性成分，与传统方法比 较，高压脉冲电场辅助提取具有容易操作，可靠性强，高效率，副产物少，选择性强等优点。 关于利用高压脉冲电场辅助提取花色苷及对其稳定性的研究较少。
罗炜等关于《脉冲电场辅助提取花色苷及其影响》的研究提供了一种脉冲电场辅助提取 红莓花色苷及其影响，但提取过程中，PEF对目标提取物Cy-3-gly具有显著的降解作用。
袁亚光等关于《双水相体系精制牡丹花色苷及其稳定化方法的研究》分别考察分相盐和 乙醇的添加量对花色苷和多糖分离效果的影响；但需加入一定量的金属离子来提高花色苷的 稳定性。
黑米等原料的花色苷主要存在果皮表面，里面含有大量淀粉，蛋白质，脂肪等杂质，在 传统加热酸化乙醇的提取过程中，具有耗时长，杂质难去除等问题。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种黑米花色苷的高压脉冲电场与双水相结合提取制备 方式，减少提取时间，缩短提取过程中与氧气、光照接触时间，避免加热升温、提高效率； 能提高花色苷单体(矢车菊素-3-葡萄糖苷、芍药素-3-葡萄糖苷)降解动力学稳定性；且花色 苷含量(>20％，以矢车菊素-3-葡萄糖苷计算)达到产品标准。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种黑米花色苷提取方法，包括：双水相浸提和高压脉冲电场提取。
为了克服现有黑米等原料花色苷提取耗时长，杂质难去除的问题，本发明在系统分析上 述原料的花色苷组成和提取规律的基础上，通过大量实验摸索发现：采用预处理工艺首先脱 除脂溶性杂质和水溶性杂质，再利用双水相浸提可有效提高花色苷的提取效率。
另一方面，本发明研究中还发现：由于双水相体系对花色苷和多糖较好的分离效果，以 及对花色苷的富集作用，将双水相提取后的花色苷的醇溶液采用高压脉冲电场处理可改善花 色苷产品的稳定性，提高花色苷单体(矢车菊素-3-葡萄糖苷、芍药素-3-葡萄糖苷)的降解动 力学稳定性。
研究发现：醇溶液比例较低时，双水相体系分相困难，且上下相之比较小，不利于花色 苷的萃取和后续稳定性的提高，而醇溶液比例过高时，双水相体系不稳定，萃取过程中下相 极易析出晶体，这是因为双水相的形成过程实际上是醇溶液分子与盐离子争夺水分子的过程， 醇溶液体积分数过低时，需要一定量的盐与其争夺水分子才能形成分相，而醇溶液体积分数 较高时，由于醇溶液水化能比较大，水分子过多集中在上层有机相，导致下相析出晶体。因 此，本发明优选的，所述双水相由如下重量份的物质组成：水50～65份、醇溶液18～40份、 盐10～35份、酸0.1～5份。
优选的，所述盐为硫酸铵、磷酸二氢钠或磷酸二氢钾。
实验结果表明：磷酸氢二钠/钾和硫酸铵均能与乙醇形成稳定的双水相体系，但磷酸氢二 钠(钾)/乙醇双水相体系呈弱碱性，不利于花色苷结构的稳定性，萃取率较低；硫酸铵/乙醇 体系中花色苷的萃取效果最好，因此，本发明最优选的分相盐为硫酸铵。
优选的，所述酸为盐酸或磷酸。
优选的，所述双水相浸提的料液比1:5～30。
优选的，所述高压脉冲电场提取的条件为：
脉冲电场强度10～50kV/cm，脉冲频率数1000～4000Hz，脉冲电源波形为三角波。
优选的，所述方法还包括：除杂、粉碎、去除脂溶性杂质、去除水溶性杂质、纯化、干燥处理。
优选的，所述方法还可用于提取黑豆、紫薯、玫瑰、牡丹等植物的花色苷。
本发明还提供了任一上述方法提取的花色苷。
本发明还提供了上述的花色苷在制备清除体内自由基、增殖叶黄素、抗肿瘤、抗癌、抗 炎、抑制脂质过氧化和血小板凝集、预防糖尿病、减肥或保护视力的药物或保健品中的应用。
本发明的有益效果
(1)黑米花色苷的总含量达到标准(>20％，以矢车菊素-3-葡萄糖苷计)，可延长花色苷 提取物的贮藏时间，且花色苷单体降解动力学稳定性高于传统浸提方式。
(2)相对于传统方式，耗时短，提取总时间可缩短为原来时间的十分之一到十五分之一， 避免高温、且降低了与氧气的接触时间。
(3)双水相体系能连续进行提取，有效去除杂质，提高处理效率。
(4)高压脉冲电场制备黑米花色苷的具有成本低廉、方法简单、实用性强，易于推广。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指 明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的 相同含义。
本发明的工艺流程：拣选除杂→粉碎→去除脂溶性杂质→去除水溶性杂质→双水相浸提 →电场提取→纯化→干燥→成品。
具体包括如下步骤：
(1)捡选去杂：选取外皮色深黑米，去除黑米中小石头等杂物等；
(2)粉碎：经过粉碎过40～80目筛，制成黑米粉，目的是使富含花色苷的黑米表层与黑 米芯剥离，也提高了溶剂的接触面积；
(3)去除脂溶性杂：针对黑米存在的脂溶性和水溶性杂质，分别采用弱极性和强极性的 溶剂进行去杂；去除脂溶性杂质：称取一定量的黑米粉，加入石油醚，料液比1:5～1:10，加 热回流浸提10～60min，除去石油醚部分，以除去脂溶性杂质；
(4)去除水溶性杂质：用蒸馏水，料液比1:5～1:10，浸提10～60min，去除水部分，去除 水溶性杂质；
(5)再以高浓度(>90％)和低浓度(<20％)的纯乙醇浸提去除与花色苷色素极性相识 的杂质，料液比1:5～1:10，浸提10～60min；
(6)双水相浸提：双水相组成：水(约50～65％)，有机溶剂(乙醇，正丙醇等18-～40％)， 盐(硫酸铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾等10～35％)；双水相体系中添加(0.1％～5％盐酸或磷 酸)，料液比1:5～1：30；
(7)高压脉冲电场提取：脉冲电场强度10～50kV/cm，脉冲频率数1000～4000Hz，脉冲 电源波形为三角波；
(8)大孔树脂纯化：利用AB-8等大孔树脂，将粗提取液，过大孔树脂进行纯化；
(9)干燥：喷雾干燥或烘干；
(10)成品：花色苷提取物(>20％，以矢车菊素-3-葡萄糖苷计)。
实施例1
工艺流程如下：
工艺流程：拣选除杂→粉碎→去除脂溶性杂质→去除水溶性杂质→双水相浸提→电场提 取→纯化→干燥→成品。
具体包括如下步骤：
(1)捡选去杂：选取外皮色深黑米，去除黑米中小石头等杂物等；
(2)粉碎：经过粉碎过40目筛，制成黑米粉，目的是使富含花色苷的黑米表层与黑米 芯剥离，也提高了溶剂的接触面积；
(3)去除脂溶性杂：针对黑米存在的脂溶性和水溶性杂质，分别采用弱极性和强极性的 溶剂进行去杂；去除脂溶性杂质：称取一定量的黑米粉，加入石油醚，料液比1:5，30-60℃ 加热回流浸提10min，除去石油醚部分，以除去脂溶性杂质；
(4)去除水溶性杂质：用蒸馏水，料液比1:5，浸提10min，去除水部分，去除水溶性杂质；
(5)再以高浓度(>90wt％)和低浓度(<20wt％)的纯乙醇浸提去除与花色苷色素极性相识的杂质，料液比1:5，浸提10min；
(6)双水相浸提：双水相组成：水55％，乙醇25％，硫酸铵20％(体积分数)；双水相体系中添加0.1wt％盐酸；料液比1:10。将步骤(5)得到的粗提物加入双水相体系中，磁力搅拌30min后静置分层，收集上述有机相；
(7)高压脉冲电场提取：脉冲电场强度10kV/cm，脉冲频率数1000Hz，脉冲电源波形为三角波；将步骤(6)得到的有机相泵送至高压脉冲电场处理室处理7min中后，泵出并收集粗提取液；
(8)大孔树脂纯化：利用AB-8等大孔树脂，将粗提取液，过大孔树脂进行纯化；
(9)干燥：喷雾干燥或烘干；
(10)成品：花色苷提取物(>20％，以矢车菊素-3-葡萄糖苷计)。
实施例2：
工艺流程如下：
工艺流程：拣选除杂→粉碎→去除脂溶性杂质→去除水溶性杂质→双水相浸提→电场提 取→纯化→干燥→成品。
具体包括如下步骤：
(1)捡选去杂：选取外皮色深黑米，去除黑米中小石头等杂物等；
(2)粉碎：经过粉碎过80目筛，制成黑米粉，目的是使富含花色苷的黑米表层与黑米 芯剥离，也提高了溶剂的接触面积；
(3)去除脂溶性杂：针对黑米存在的脂溶性和水溶性杂质，分别采用弱极性和强极性的 溶剂进行去杂；去除脂溶性杂质：称取一定量的黑米粉，加入石油醚，料液比1:10，加热回 流浸提10min，除去石油醚部分，以除去脂溶性杂质；
(4)去除水溶性杂质：用蒸馏水，料液比1:10，浸提30min，去除水部分，去除水溶性杂质；
(5)再以高浓度(>90％)和低浓度(<20％)的纯乙醇浸提去除与花色苷色素极性相识 的杂质，料液比1:10，浸提30min；
(6)双水相浸提：双水相组成：水50％，乙醇40％，硫酸铵10％(体积分数)；双水相体系中添加0.5wt％盐酸；料液比1:20；将步骤(5)得到的粗提物加入双水相体系中，磁力搅拌30min后静置分层，收集上述有机相；
(7)高压脉冲电场提取：脉冲电场强度30kV/cm，脉冲频率数4000Hz，脉冲电源波形为三角波；将步骤(6)得到的有机相泵送至高压脉冲电场处理室处理7min中后，泵出并收集粗提取液；
(8)大孔树脂纯化：利用AB-8等大孔树脂，将粗提取液，过大孔树脂进行纯化；
(9)干燥：喷雾干燥或烘干；
(10)成品：花色苷提取物(>20％，以矢车菊素-3-葡萄糖苷计)。
实施例3：
工艺流程如下：
工艺流程：拣选除杂→粉碎→去除脂溶性杂质→去除水溶性杂质→双水相浸提→电场提 取→纯化→干燥→成品。
具体包括如下步骤：
(1)捡选去杂：选取外皮色深黑米，去除黑米中小石头等杂物等；
(2)粉碎：经过粉碎过60目筛，制成黑米粉，目的是使富含花色苷的黑米表层与黑米 芯剥离，也提高了溶剂的接触面积；
(3)去除脂溶性杂：针对黑米存在的脂溶性和水溶性杂质，分别采用弱极性和强极性的 溶剂进行去杂；去除脂溶性杂质：称取一定量的黑米粉，加入石油醚，料液比1:10，加热回 流浸提10min，除去石油醚部分，以除去脂溶性杂质；
(4)去除水溶性杂质：用蒸馏水，料液比1:10，浸提60min，去除水部分，去除水溶性杂质；
(5)再以高浓度(>90％)和低浓度(<20％)的纯乙醇浸提去除与花色苷色素极性相识 的杂质，料液比1:10，浸提60min；
(6)双水相浸提：双水相组成：水53％，乙醇22％，硫酸铵25％(体积分数)；双水相体系中添加0.5wt％盐酸；料液比1:20；将步骤(5)得到的粗提物加入双水相体系中，磁力搅拌30min后静置分层，收集上述有机相；
(7)高压脉冲电场提取：脉冲电场强度50kV/cm，脉冲频率数2000Hz，脉冲电源波形为三角波；将步骤(6)得到的有机相泵送至高压脉冲电场处理室处理7min中后，泵出并收集粗提取液；
(8)大孔树脂纯化：利用AB-8等大孔树脂，将粗提取液，过大孔树脂进行纯化；
(9)干燥：喷雾干燥或烘干；
(10)成品：花色苷提取物(>20％，以矢车菊素-3-葡萄糖苷计)。
高压脉冲电场提取黑米花色苷及其稳定性试验：
样品制备：(1)高压脉冲电场花色苷提取物
(2)传统乙醇盐酸水花色苷提取物
花色苷检测方法：HPLC-UV检测。
实验方法：
(1)高压脉冲电场花色苷提取物按上述实施例1的方法进行提取；
(2)乙醇盐酸水，利用50％乙醇水(0.5％盐酸)进行提取；
(3)样品总花色苷含量测定；避光室温干燥下放置60天，最后检测样品中花色苷总量 (以矢车菊素-3-葡萄糖苷计算)
(4)黑米花色苷单体(矢车菊素-3-葡萄糖苷和芍药素-3-葡萄糖苷)贮藏过程中的降解 动力学分析。黑米花色苷的降解在pH3.0，4℃下进行研究，每隔一周取一次样品，测定其含 量，贮藏90天。研究表明花色苷热降解遵循一级反应。
一级反应数率常数(k)和半衰期(t1/2)，例如花色苷降解50％可通过以下方程式计算而 来：
ln(Ct/C0)＝-k×t (1)
t1/2＝-ln0.5/k (2)
C0为花色苷初始浓度，Ct为在一定温度下t分钟后花色苷含量；t1/2为半衰期；k为一级 反应数率常数(min-1)；
实验结果：见表1。
表1花色苷含量变化
注：aP＜0.05，与正常组比较。正常对照组：酸化乙醇溶液浸提的黑米花色苷；高压脉冲 电场浸提：高压脉冲电场浸提花色苷。
结果分析：花色苷提取物中花色苷含量均高于20％(以矢车菊素-3-葡萄糖苷计算)；60 天贮藏后，高压脉冲电场浸提花色苷含量明显高于传统浸提方式；花色苷单体(矢车菊素-3- 葡萄糖苷、芍药素-3-葡萄糖苷)降解动力学稳定性显著(P＜0.05)高于传统方式。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对 前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神 和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上 述虽然结合对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领 域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳 动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (2)
1.一种黑米花色苷提取方法，其特征在于，包括：先双水相浸提，将提取获得的有机相再进行高压脉冲电场提取处理7min；
所述双水相由如下重量份的物质组成：水50～65份、醇溶液18～40份、盐10～35份、酸0.1～5份；
所述盐为硫酸铵、磷酸二氢钠或磷酸二氢钾；
或所述酸为盐酸或磷酸；
所述高压脉冲电场提取的条件为：脉冲电场强度10～50kV/cm，脉冲频率数1000～4000Hz，脉冲电源波形为三角波；
所述方法还包括：除杂、粉碎、去除脂溶性杂质、去除水溶性杂质、纯化、干燥处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双水相浸提的料液比1:5～30。
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