CN109646993B - 一种提取植物叶绿素的红色降解物的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种提取植物叶绿素的红色降解物的方法与装置，首先将绿色植物叶片与无水乙醇在无光条件下混合进行浸提处理，无光浸提处理后得到浸提液，然后将浸提液过滤得到浸提滤液与浸提滤渣；然后将浸提滤液在阳光直射下进行光降解反应，控制光照强度、反应温度、溶液pH值和含水率，光降解反应中叶绿素光降解生成红色降解物，光降解反应完成后得到包含红色降解物且带有红色的溶液，然后将带有红色的溶液进行色素分离处理，得到粉末状、红褐色的叶绿素降解物粗制品；本发明以绿色植物叶片为原料，来源充足，成本低廉，操作简便，适合工业化生产，为全天候、大批量生产植物性红色素提供潜在的物质基础，天然色素价格高，经济收益大。
Description
技术领域
本发明涉及植物色素降解和转化技术领域，尤其是涉及一种提取植物叶绿素的红色降解物的方法与装置。
背景技术
在植物叶片中存在着许多种色素物质，其中包括叶绿素、花色素、类胡萝卜素、类黄酮等。植物色素是食品加工业和医药工业的天然原料和添加剂。天然植物色素的提取中主要包括提取植物中存在的色素，如从花卉和果实中提取花色素和原花青素、从绿色叶片中提取叶绿素。也有用粮食生产所需的色素产品的，如应用大米、大豆等为原料生产红曲红素，应用葡萄等生产原花青素等。植物叶片同样有潜力成为植物色素的重要来源。现有技术中，以植物叶片为原料生产红色素的研究有茶红素的发明和报道，也有从绿色松针中提取红色素的发明报道。
从植物花卉或果实甚至树皮中提取时，色素产量受季节的影响，受花、果或树皮的生产量的影响。相对于其他的植物器官而言，绿色植物叶片资源量巨大，而且具有巨大的生产潜力，这为大量生产植物性色素创造了条件。植物叶绿素来源广泛，分离提取方便，在一定条件下，可以使叶绿素a脱去中心金属镁络合离子或打开其外环而得到一系列的叶绿素a的降解产物，其中有些降解产物具有促进人体造血机能、增强体质等多方面的生理活性。有研究称，活体植物内叶绿素经光分解后首先生成叶绿醇和叶绿酸酯，然后在酶的作用下进一步分解为脱镁叶绿酸a，然后再生成红色水溶性降解产物和蓝色荧光产物，最终在液泡中转化为无色的非荧光物质。其中脱镁叶绿酸a分子在吡咯环间发生氧化裂解反应，生成一种红色水溶性降解物。由于红色降解物还原酶的存在，使这些红色降解物被充分地还原成蓝色荧光或无色的降解物质。因此，这种脱镁叶绿酸a在氧化酶作用下生成的红色降解物，无论在活体或离体细胞中都难以检出。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种提取植物叶绿素的红色降解物的方法与装置。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种提取植物叶绿素的红色降解物的方法，首先将绿色植物叶片与无水乙醇在无光条件下混合进行浸提处理，无光浸提处理后得到浸提液，然后将浸提液过滤得到浸提滤液与浸提滤渣；
然后将浸提滤液在阳光直射下进行光降解反应，光降解反应中控制浸提滤液的含水率＜4wt％，光照强度为50000-100000Lux，光降解时浸提滤液的温度为30℃～50℃，光降解反应中的浸提滤液的pH值为7～8，光降解反应中叶绿素光降解生成红色降解物，光降解反应完成后得到包含红色降解物且带有红色的溶液，然后将带有红色的溶液进行色素分离处理，得到粉末状、红褐色的叶绿素降解物粗制品。
优选的，所述绿色植物叶片为女贞、淡竹、垂柳、黑杨或无花果的叶片。
优选的，先将绿色植物叶片依次洗净、风干、粉碎，再与无水乙醇在无光条件下混合。
优选的，所述绿色植物叶片与无水乙醇的配比为1g：(20～25ml)。
优选的，所述无光浸提处理的时间为5～9周，无光浸提处理的温度为自然温度。
优选的，将绿色植物叶片与无水乙醇在无光条件下混合后每隔4-8小时搅拌一次，48小时后开始静止无光浸提5-9周。
优选的，选择5-10月中的光照强度为50000-100000Lux的晴天，且在每一天中的11-14时将浸提滤液在阳光直射下进行光降解反应。
优选的，所述色素分离处理包括依次进行的吸附、洗脱、回收、蒸干，最后得到粉末状、红褐色的叶绿素降解物粗制品。
一种提取植物叶绿素的红色降解物的装置，用于实现上述中的任意一项所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，包括用于无光浸提处理的非透明避光保温浸泡桶以及用于在阳光直射下进行光降解反应的光降解箱；
所述非透明避光保温浸泡桶上设置有用于进无水乙醇与绿色植物叶片的进料口、用于排出浸提滤渣的排渣口以及用于排出浸提滤液的滤液出液口，所述滤液出液口处设置有滤网以用于过滤浸提液，所述非透明避光保温浸泡桶由支撑杆支撑；
所述光降解箱为矩形透明塑料箱，所述矩形透明塑料箱中设置有用于盛装浸提滤液的空腔，所述矩形透明塑料箱的箱壁上设置有浸提滤液上限刻度，所述光降解箱上设置有用于向空腔中进浸提滤液的进液管，所述光降解箱上设置有用于从空腔中向外排液的排液管，所述光降解箱由支撑杆支撑以呈倾斜姿态摆放接受阳光直射；
所述非透明避光保温浸泡桶的滤液出液口通过输液软管与所述光降解箱上的进液管连通；
所述非透明避光保温浸泡桶的滤液出液口处设置有阀门；所述光降解箱的排液管上设置有阀门。
本申请提供了一种提取植物叶绿素的红色降解物的方法，首先将绿色植物叶片与无水乙醇在无光条件下混合进行浸提处理，无光浸提处理后得到浸提液，然后将浸提液过滤得到浸提滤液与浸提滤渣；然后将浸提滤液在阳光直射下进行光降解反应，光降解反应中控制浸提滤液的含水率＜4wt％，光照强度为50000-100000Lux，光降解时浸提滤液的温度为30℃～50℃，光降解反应中的浸提滤液的pH值为7～8，光降解反应中叶绿素光降解生成红色降解物，光降解反应完成后得到包含红色降解物且带有红色的溶液，然后将带有红色的溶液进行色素分离处理，得到粉末状、红褐色的叶绿素降解物粗制品；
本申请还提供了一种提取植物叶绿素的红色降解物的装置；
本发明利用植物叶绿素的无水乙醇浸提液在光降解过程中能产生红色降解物的机理，开发出一种从绿色植物叶片中直接提取红色物质的方法和装置，为全天候、大批量生产植物性红色素提供潜在的物质基础；
本发明是以资源丰富的绿色植物叶片为原料，通过叶绿素光降解提取红色降解物，绿色植物叶片的充分利用可以节约大量的粮食和果品，其来源丰富、成本低廉、操作简便，适合大规模的工业化生产，相对于人造色素而言，天然色素价格高，经济收益潜力大。
附图说明
图1为绿色龟甲冬青、朱蕉和马齿苋叶片的无水乙醇浸提滤液在光降解时的热温值和光降解后的G/L数字图像颜色值(G/L值是溶液的数字图像解析法中获得的绿色G和亮度L值的比值，溶液呈绿色时该值较大，一般>1.0，溶液呈红色时该值较小，一般<1.0，深红颜色溶液的G/L值在0.7-0.8之间)；
图2为女贞3月1日(N31-a)和5月14日(N514-a)开始浸提的浸提滤液，在6月20日开始的光降解的历程和最终G/L数字图像颜色值(图2是浸提滤液随光降解时间的延长而从绿到红的过程，3月1日和5月14日开始浸提的浸提液到6月20日分别浸提了82天和35天，随后同时在6月20日开始光降解反应，其光降解的过程各异，且最终颜色也不同，说明在无水乙醇中浸提和酝酿的时间越长，红色降解物产生的越多)；
图3为无水乙醇与50％乙醇水溶液中叶绿素光降解最终产物的G/R数字图像颜色值对比，其中无水乙醇溶液的G/R值为0.76±0.01，50％乙醇水溶液的G/R数字图像颜色值为0.948±0.01(G/R值是溶液的数字图像解析法中获得的绿色G和红色R值的比值，溶液呈绿色时该值较大，一般>1.0，溶液呈红色时该值较小，一般<1.0，深红颜色溶液的G/R值在0.4-0.5之间)；
图4为散射光和阳光直射光下叶绿素光降解后溶液中的黄酮含量的对比；
图5为碱性和中性条件下叶绿素光降解后溶液的G/L数字图像颜色值的对比；
图6为本申请的实施例提供的一种提取植物叶绿素的红色降解物的装置的结构示意图。
图中：1 非透明避光保温浸泡桶，101 进料口，102 排渣口，103 滤液出液口，104输液软管；
2 光降解箱，202 进液管，203 排液管,204 空腔；
3 支撑杆；
4 阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“轴向”、“径向”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-6，图1为绿色龟甲冬青、朱蕉和马齿苋叶片的无水乙醇浸提滤液在光降解时的热温值和光降解后的G/L数字图像颜色值；图2为女贞3月1日(N31-a)和5月14日(N514-a)开始浸提的浸提滤液，在6月20日开始的光降解的历程和最终G/L数字图像颜色值；图3为无水乙醇与50％乙醇水溶液中叶绿素光降解最终产物的G/R数字图像颜色值对比，其中无水乙醇溶液的G/R值为0.76±0.01，50％乙醇水溶液的G/R数字图像颜色值为0.948±0.01；图4为散射光和阳光直射光下叶绿素光降解后溶液中的黄酮含量的对比；图5为碱性和中性条件下叶绿素光降解后溶液的G/L数字图像颜色值的对比；图6为本申请的实施例提供的一种提取植物叶绿素的红色降解物的装置的结构示意图。
本申请提供了一种提取植物叶绿素的红色降解物的方法，首先将绿色植物叶片与无水乙醇在无光条件下混合进行浸提处理，无光浸提处理后得到浸提液，然后将浸提液过滤得到浸提滤液与浸提滤渣；
然后将浸提滤液在阳光直射下进行光降解反应，光降解反应中控制浸提滤液的含水率＜4wt％，光照强度为50000-100000Lux，光降解时浸提滤液的温度为30℃～50℃，光降解反应中的浸提滤液的pH值为7～8，光降解反应中叶绿素光降解生成红色降解物，光降解反应完成后得到包含红色降解物且带有红色的溶液，然后将带有红色的溶液进行色素分离处理，得到粉末状、红褐色的叶绿素降解物粗制品。
在本申请的一个实施例中，所述绿色植物叶片为女贞、淡竹、垂柳、黑杨或无花果的叶片。
在本申请的一个实施例中，先将绿色植物叶片依次洗净、风干、粉碎，再与无水乙醇在无光条件下混合。
在本申请的一个实施例中，所述绿色植物叶片与无水乙醇的配比为1g：(20～25ml)。
在本申请的一个实施例中，所述无光浸提处理的时间为5～9周，无光浸提处理的温度为自然温度。
在本申请的一个实施例中，将绿色植物叶片与无水乙醇在无光条件下混合后每隔4-8小时搅拌一次，48小时后开始静止无光浸提5-9周。
在本申请的一个实施例中，选择5-10月中的光照强度为50000-100000Lux的晴天，且在每一天中的11-14时将浸提滤液在阳光直射下进行光降解反应。
在本申请的一个实施例中，所述色素分离处理包括依次进行的吸附、洗脱、回收、蒸干，最后得到粉末状、红褐色的叶绿素降解物粗制品。
本申请还提供了一种提取植物叶绿素的红色降解物的装置，用于实现上述中的任意一项所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，包括用于无光浸提处理的非透明避光保温浸泡桶1以及用于在阳光直射下进行光降解反应的光降解箱2；
所述非透明避光保温浸泡桶1上设置有用于进无水乙醇与绿色植物叶片的进料口101、用于排出浸提滤渣的排渣口102以及用于排出浸提滤液的滤液出液口103，所述滤液出液口处设置有滤网以用于过滤浸提液，所述非透明避光保温浸泡桶1由支撑杆3支撑；
所述光降解箱2为矩形透明塑料箱，所述矩形透明塑料箱中设置有用于盛装浸提滤液的空腔204，所述矩形透明塑料箱的箱壁上设置有浸提滤液上限刻度，所述光降解箱2上设置有用于向空腔204中进浸提滤液的进液管202，所述光降解箱2上设置有用于从空腔204中向外排液的排液管203，所述光降解箱2由支撑杆3支撑以呈倾斜姿态摆放接受阳光直射；
所述非透明避光保温浸泡桶1的滤液出液口103通过输液软管104与所述光降解箱2上的进液管202连通；
所述非透明避光保温浸泡桶1的滤液出液口103处设置有阀门4；所述光降解箱2的排液管203上设置有阀门4。
现有技术中，在从绿色松针中提取红色素的研究中已经证明：红色的原花青素和花色素是在提取过程中产生的。进一步的，本发明通过研究发现：可以从常绿阔叶植物或落叶阔叶植物的绿色叶片中直接提取出叶绿素然后光降解转化成红色降解物，具体操作为：用无水乙醇浸提女贞、竹、垂柳和黑杨等几十种常绿阔叶树或落叶阔叶树的叶片，经过持续数周或数月的无水乙醇浸提和酝酿，该无水乙醇浸提液在强光直射条件下伴随着叶绿素的逐渐光降解有大量红色降解物产生出来。
本发明利用这一新发现，通过延长无水乙醇浸提的时间，使得树叶中的叶绿素在光照降解过程中大量转化成红色降解物，从而创造出一种简单易行的从绿色植物叶片中提取叶绿素的红色降解物的方法。且进一步研究发现，绿色叶片的无水乙醇浸提液中的叶绿素浓度越高，且光降解时产生的热量越高，最后产出的红色降解物也趋于更多，尤其是那些维持浓绿叶片的本地树种。
如图1所示，相对于局部红色的朱蕉叶片以及富含水分的马齿苋叶片，浓绿的龟甲冬青叶片中的叶绿素含量高、光降解时测得的热温也高，其光降解后的溶液呈紫红色，G/L数字图像颜色值很小(0.87)；
叶绿素含量很低的马齿苋的绿色叶片，光降解时测得的热温较低，其光降解后的溶液呈无色的透明状，G/L数字图像颜色值较大(1.02)：
朱蕉叶片的叶绿素含量、光降解时的热温以及光降解后的G/L数字图像颜色值均居中(0.98)。
本申请经研究发现，在秋季，叶色变红的叶片或者将要变红的叶片往往因叶片中的叶绿素含量较少，光降解时产生的热量相对也少，导致按照本申请提供的方法生成的红色物质不多，甚至没有红色降解物的生成。
如图2所示，本发明是离体叶片先在无水乙醇中持续避光浸提数周到数月的时间，然后在无水、强光照射和高温的条件下发生的叶绿素的光降解反应。绿色叶片在无水乙醇中浸提的时间越长，则光降解时生成的红色物质越多，在光降解过程中变色的幅度也更大。
对于本申请中的叶绿素的光降解反应生成红色降解物的反应机理，由于在无水乙醇中相关的酶类难以发挥作用，所以本申请中的光降解反应不能归结为酶促反应。
本申请的研究发现，若将本申请中的绿色叶片的无水乙醇浸提液放在室内散射光的环境中进行缓慢地光降解，叶绿素最终则分解成无色的降解物。
本申请经研究发现，如图3所示，在本申请提供的提取植物叶绿素的红色降解物的方法中，如果用50％(体积分数)乙醇代替上述的无水乙醇来进行实验，采用50％(体积分数)乙醇进行光降解的最终产物也是无色透明的，其G/R数字图像颜色值接近1.0。
如图4所示，进一步经定性化验检测表明，无水乙醇浸提液的无色和红色的光降解产物都含有黄酮类物质。但是用硝酸铝络合分光光度法定量测定时，无水乙醇浸提液在室内散射光中缓慢光降解得到的无色光降解产物中，其总黄酮含量远低于阳光直射条件下红紫色的光降解物中的总黄酮含量，红紫色的光降解产物中的总黄酮含量甚至可以达到无色光降解产物中总黄酮含量的2倍以上。应用高效液相色谱法定量测定女贞叶片的红色光降解溶液的总黄酮含量表明，尽管不同样品中的含量测定存在差异，黄酮类物质含量较多时可达75mg/g干叶。
如图5所示，对叶绿素的红色的光降解物的定性分析中发现，往红色溶液中加入1％的NaOH调节其pH值到碱性或强碱性，溶液颜色从红或紫红色转变成淡黄绿色，在碱性溶液中的G/R数字图像颜色值比中性溶液中的G/R数字图像颜色值大得多。
鉴于在植物色素中除了脂溶性的类胡萝卜素以外，主要还有水溶性的类黄酮和花色素，在不同pH值的溶液中类黄酮和花色素的呈色特征差异较大。一般情况下，花色素随溶液从酸性到中性、再到碱性时，颜色由红到紫再到蓝色，而类黄酮物质从酸性到中性、再到碱性时，其黄色逐渐加深。
因此，本发明的试验，在调整pH到碱性或强碱性时呈现的淡黄绿色，可以理解为较多的黄色类黄酮物质和少量的蓝色花色素的混合物。
因此，该红色降解物是叶绿素光降解的红色中间产物，且含有大量黄酮类物质和微量的花色素，是叶绿素在无水乙醇中浸取酝酿、强光照射和高温作用下的光降解产物。
本申请，光降解反应完成后得到包含红色降解物且带有红色的溶液，此处的带有红色的溶液是指该溶液的颜色中包含红色，即该溶液的颜色属于红色系。现有技术中提到红色的分类包括绛红、大红、朱红、嫣红、深红、水红、橘红、杏红、粉红、桃红、玫瑰红、玫瑰茜红、茜素深红、土红、铁锈红、浅珍珠红、壳黄红、橙红、浅粉红、鲑红、猩红、鲜红、枢机红、勃艮第酒红、灰玫红、杜鹃红、枣红、灼红、绯红、殷红、紫红、宝石红、晕红、幽红、银红等等。本申请中此处的带有红色的溶液，其根据实验条件的不同，可以是紫红色、棕红色等，颜色并不固定，但都属于红色系。
本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种提取植物叶绿素的红色降解物的方法，其特征在于，首先将绿色植物叶片与无水乙醇在无光条件下混合进行浸提处理，无光浸提处理后得到浸提液，然后将浸提液过滤得到浸提滤液与浸提滤渣；
然后将浸提滤液在阳光直射下进行光降解反应，光降解反应中控制浸提滤液的含水率＜4wt％，光照强度为50000-100000Lux，光降解时浸提滤液的温度为30℃～50℃，光降解反应中的浸提滤液的pH值为7～8，光降解反应中叶绿素光降解生成红色降解物，光降解反应完成后得到包含红色降解物且带有红色的溶液，然后将带有红色的溶液进行色素分离处理，得到粉末状、红褐色的叶绿素降解物粗制品。
2.根据权利要求1所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，其特征在于，所述绿色植物叶片为女贞、淡竹、垂柳、黑杨或无花果的叶片。
3.根据权利要求1所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，其特征在于，先将绿色植物叶片依次洗净、风干、粉碎，再与无水乙醇在无光条件下混合。
4.根据权利要求1所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，其特征在于，所述绿色植物叶片与无水乙醇的配比为1g：(20～25ml)。
5.根据权利要求1所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，其特征在于，所述无光浸提处理的时间为5～9周，无光浸提处理的温度为自然温度。
6.根据权利要求5所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，其特征在于，将绿色植物叶片与无水乙醇在无光条件下混合后每隔4-8小时搅拌一次，48小时后开始静止无光浸提5-9周。
7.根据权利要求1所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，其特征在于，选择5-10月中的光照强度为50000-100000Lux的晴天，且在每一天中的11-14时将浸提滤液在阳光直射下进行光降解反应。
8.根据权利要求1所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，其特征在于，所述色素分离处理包括依次进行的吸附、洗脱、回收、蒸干，最后得到粉末状、红褐色的叶绿素降解物粗制品。
9.一种提取植物叶绿素的红色降解物的装置，其特征在于，用于实现权利要求1～8中的任意一项所述的提取植物叶绿素的红色降解物的方法，包括用于无光浸提处理的非透明避光保温浸泡桶以及用于在阳光直射下进行光降解反应的光降解箱；
所述非透明避光保温浸泡桶上设置有用于进无水乙醇与绿色植物叶片的进料口、用于排出浸提滤渣的排渣口以及用于排出浸提滤液的滤液出液口，所述滤液出液口处设置有滤网以用于过滤浸提液，所述非透明避光保温浸泡桶由支撑杆支撑；
所述光降解箱为矩形透明塑料箱，所述矩形透明塑料箱中设置有用于盛装浸提滤液的空腔，所述矩形透明塑料箱的箱壁上设置有浸提滤液上限刻度，所述光降解箱上设置有用于向空腔中进浸提滤液的进液管，所述光降解箱上设置有用于从空腔中向外排液的排液管，所述光降解箱由支撑杆支撑以呈倾斜姿态摆放接受阳光直射；
所述非透明避光保温浸泡桶的滤液出液口通过输液软管与所述光降解箱上的进液管连通；
所述非透明避光保温浸泡桶的滤液出液口处设置有阀门；所述光降解箱的排液管上设置有阀门。
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