CN110305097B - 一种从蔓越橘中提取花青素的方法 - Google Patents
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Abstract
一种从蔓越橘中提取花青素的方法,包括以下步骤:(1)将蔓越橘破碎后,加复合酶水溶液,酶解后,浸提,离心,得上清液;(2)向上清液加入絮凝剂并搅拌,离心,得上清液;(3)将上清液上柱Ⅰ,当达到泄漏点时,开始串联柱Ⅱ,并继续上柱后停止上柱;(4)串联条件下水赶,再针对柱Ⅱ单独依次碱洗、水洗和酸洗处理;(5)用不同浓度乙醇水溶液对柱Ⅰ和柱Ⅱ分别进行解吸并单独收集解吸液;(6)将各解吸液进行浓缩后进行冷冻干燥,即成。利用本发明可在获得原花青素的同时,获得高含量花青素产品,直接提高蔓越橘的利用率,实现更高的商品价值;本发明具有收率高、提取和纯化条件柔和,环境友好,工艺简单、适宜于产业化生产等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取花青素的方法,具体涉及一种从蔓越橘中提取花青素的方法。
背景技术
蔓越橘是北美三大传统水果之一,在美国非常风靡,被誉为“北美的红宝石”,同时目前也正在被引进中国市场。蔓越橘含有丰富的原花青素,同时也含有一定数量的花青素,蔓越橘原花青素含量高,性质相对稳定,目前提取和纯化工艺相对较为成熟,所以对蔓越橘的研究大多数集中在原花青素的提取和纯化方法,对蔓越橘中花青素的分离研究颇少。作为一种天然色素,花青素具有很好的抗氧化功能,研究表明,花青素的抗氧化能力是维生素C的20倍,是维生素E的50倍。从蔓越橘中分离花青素具有非常广阔的市场前景。
CN109761946A公开了一种蔓越莓花青素的提取分离方法,该方法通过原料去籽、干燥、粉碎、二次醇提、真空浓缩、加水沉淀去杂、再浓缩、超临界萃取、分离、配料、干燥后,即得产品。该方法没有对花青素进行保护,易造成花青素降解,且超临界萃取对设备和工艺要求较高,处理能力也比较有效,最终获得的产品纯度也不高。
CN102336794A公开了一种从蔓越橘中提取分离锦葵花素-3-O-葡萄糖苷的方法,通过水(醇)提取、大孔树脂吸附、乙醇解吸、聚酰胺吸附、乙醇梯度洗脱,浓缩、干燥即得产品。该方法分离使用了两种吸附柱子,第一根解吸液必须回收酒精后再上柱,过程较为繁琐,且多次高温回收酒精可能会直接加速活性成分的降解,导致收率低。同时该方法只关注单一成分锦葵花素-3-O-葡萄糖苷的提取,极有可能导致其他活性成分的流失。
CN106632204A公开了一种从越橘中提取纯化花青素的方法,该方法通过微生物降解、水提、絮凝除杂、树脂纯化、浓缩、喷雾干燥后,得到产品。该方法得到的花青素产品含量低,且含有部分花青素、花色苷或原花青素的低度乙醇水溶剂解吸液被直接浪费了,且该方法得到的花青素产品很有可能含有相当比例的花青素糖苷(花色苷)。
CN102786506A公开了一种快速从越橘中制备25%花青素的工艺,该方法通过酸性水溶液浸泡、高压脉冲电池浸提、滤布过滤、膜处理、膜浓缩、酸性树脂纯化、醇水溶液解吸、膜浓缩、微波干燥后即得产品。该方法反复进行膜处理,直接可能导致收率低,且该方法得到的产品极可能含有相当比例的花青素糖苷(花色苷)。
CN105294633A公开了一种从越橘中制备越橘花青素的工业化方法,该方法通过酸水溶液提取、絮凝除杂、大孔树脂吸附纯化、减压浓缩、喷雾干燥后得到产品。该方法提取温度较高易造成花青素降解、乙醇水溶液一次解吸会直接导致产品含量低。
CN101525327A公开了一种从越橘中提取花青素的方法,通过粉碎、水提、膜超滤、过滤树脂纯化、解吸、干燥后即得产品。该方法可能用到硫酸及有毒甲醇,且一次解吸可能直接导致含量不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种从蔓越橘中提取花青素的方法,利用本发明,可在获得原花青素的同时,获得高含量花青素产品,直接提高蔓越橘的利用率,实现更高的商品价值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种从蔓越橘中提取花青素的方法,包括以下步骤:
(1)酶解浸提:将蔓越橘破碎后,加复合酶水溶液,酶解后,浸提,离心,得上清液;
(2)絮凝沉淀:向步骤(1)所得的上清液加入絮凝剂并搅拌,离心,得上清液;
(3)上柱吸附:将步骤(2)所得的上清液上柱Ⅰ,当达到泄漏点时,开始串联柱Ⅱ,并继续上柱Ⅰ后停止上柱;
(4)柱水赶:串联条件下水赶,再针对柱Ⅱ单独依次碱洗、水洗和酸洗处理;
(5)解吸:用不同浓度乙醇水溶液对柱Ⅰ和柱Ⅱ分别进行解吸并单独收集解吸液;
(6)浓缩干燥:将各解吸液进行浓缩后进行冷冻干燥,分别得到原花青素产品和花青素产品。
优选地,步骤(1)中,所述的蔓越橘为鲜果蔓越橘或冰冻蔓越橘,优选鲜果蔓越橘。
优选地,步骤(1)中,所述的复合酶为纤维素酶与果胶酶的混合物(更优选纤维素酶:果胶酶为3:1),复合酶水溶液的质量为原料重量的4~8倍(更优选5~6倍),质量浓度为0.05~0.1%(更优选0.07~0.09%),酶解温度为30±5℃,酶解时间为1~4h(更优选2.5h)。
花青素一般存在于植物细胞内,受植物细胞壁的保护,通过酶解技术可有效的破坏细胞壁而释放花青素,且酶解条件温和,对花青素破坏小。
优选地,步骤(1)中,所述浸提加水的总量为蔓越橘质量的15~40倍(更优选20~30倍);所述浸提的温度为4~40℃(更优选10~20℃),浸提的次数≥2~5次(更优选3~4次),每次浸提的时间为1~4h(更优选2~3h)。用于浸提的水按照浸提的次数分次加入。
花青素性质较不稳定,相对较低的温度可有效的缓解花青素的降解,同时分多次,较长时间浸提有利于浸提充分。
优选地,步骤(1)中,离心为卧螺离心机离心或蝶式离心机离心中的一种或两种结合。优选卧螺离心机离心。
卧螺离心机处理速度快,可以初步除去提取液中不溶物质,使提取液比较清澈。
优选地,步骤(2)中,所述絮凝剂为壳聚糖,添加量为步骤(1)所得上清液中可溶性固形物质量的0.05~0.5%(更优选0.07~0.08%),絮凝时间为1~4h(更优选2~3h)。
优选地,步骤(2)中,离心为卧螺离心机离心或蝶式离心机离心中的一种或两种结合。优选蝶式离心机离心。
优选地,步骤(3)中,柱Ⅰ为聚酰胺树脂,所述聚酰胺树脂为100~200目(更优选140~170目);聚酰胺树脂含有丰富的酰胺键,相比花青素,含有更加丰富羟基的原花青素及花色苷更易与其形成氢键而被吸附。
优选地,步骤(3)中,柱Ⅰ树脂柱的高径比为3~7:1(更优选4~6:1)。
优选地,步骤(3)中,柱Ⅰ上柱流速为0.1~1.5BV/h(更优选0.5~1.0BV/h)。
优选地,步骤(3)中,柱Ⅱ为XDA-7、LX-10G、LSA-10、XDA-6、LX-68G型大孔树脂中的一种(更优选LSA-10、XDA-6)。
优选地,步骤(3)中,柱Ⅱ树脂柱的高径比为3~7:1(更优选4~6:1)。
优选地,步骤(3)中,泄漏点为流出液花青素的浓度达到上柱液原花青素浓度的1/40时,即判定到达泄漏点。
优选地,步骤(3)中,串柱后继续上柱Ⅰ已上柱液质量的0.2~0.4倍(更优选0.3倍)后停止上柱。
柱Ⅰ过饱和吸附之后开始竞争性吸附,相对原花青素及花色苷,与聚酰胺结合能力较弱的花青素被竞争下来进入柱Ⅱ再次吸附。
优选地,步骤(4)中,串联条件水赶所用水的体积为1.0~3.0BV(更优选1.5~2.0BV),水赶流速为0.5~4.0BV/h(更优选1.0~2.0BV/h);
优选地,步骤(4)中,碱洗液为抗氧化剂与碱的混合水溶液,抗氧化剂为亚硫酸钠或硫代硫酸钠中的一种,质量分数为0.005~0.08%(更优选0.005~0.02%)。碱洗溶液中加入抗氧化剂可以保护花青素,从而减慢花青素的降解速度。
优选地,步骤(4)中,柱Ⅱ碱洗液pH为7.5~9(更优选8~8.5),碱洗体积为0.8~2.0BV(更优选1~1.5BV),碱洗流速为0.5~2.0BV/h(更优选1~1.5BV);水洗为以0.5~3.0BV/h的流速,水洗3~6.0BV;柱Ⅱ酸洗液pH为4~6(更优选4.5~5),酸洗体积为2~4BV(更优选1~1.5BV),酸洗流速为0.5~3.0BV/h(更优选1~1.5BV)。
酸碱处理柱Ⅱ的目的是为了将柱子的杂质解吸而流出液除去,达到纯化的目的。
优选地,步骤(5)中,所述对柱Ⅰ以流速为0.5~3BV/h(更优选0.8~1.4BV/h),体积为2.5~4BV(更优选3~3.5BV),体积分数为65~80%(更优选70~75%)乙醇水溶液解吸,并单独收集。
优选地,步骤(5)中,所述对柱Ⅱ以流速为0.5~3BV/h(更优选0.8~1.4BV/h),体积为2.5~4BV(更优选3~3.5BV),体积分数为40~60%(更优选45~50%)乙醇水溶液解吸,并单独收集。
优选地,步骤(6)中,所述浓缩为反渗透膜浓缩,浓缩至浓缩液的Brix(白利度)值为20~40%(更优选25~30%)。
优选地,步骤(6)中,所述干燥为真空冷冻干燥,温度为-10~-70℃,真空度为5~15Pa。
浓缩的目的是除去大部分的醇和水,减小溶液体积,便于后续快速干燥。且膜浓缩及冷冻真空干燥的温度低,对花青素的影响小。
本发明的有益效果:
(1)利用本发明可在获得原花青素的同时,获得高含量花青素产品,直接提高蔓越橘的利用率,实现更高的商品价值;
(2)本发明具有收率高、提取和纯化条件柔和,环境友好,工艺简单、适宜于产业化生产等特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例中花青素含量的检测方法为植物提取物 越橘提取物SW/T-2013 附录A.2花青素的测定方法;原花青素含量的检测方法为植物提取物 葡萄籽提取物SW/T-2015 附录A.2原花青素值的测定方法。
本发明实施例所使用的原料或化学试剂,如无特殊说明,均通过常规商业途径获得。
本发明实施例所使用的聚酰胺树脂及大孔树脂在使用前先进行活化,具体的方法为:将新鲜树脂用体积分数95%的乙醇溶液浸泡24h后,用蒸馏水冲洗至无醇味,然后,用2.5BV、质量分数3.5%的NaOH溶液浸泡5.5h,用蒸馏水冲洗至中性,再用2.5BV、质量分数2.5%的醋酸溶液浸泡5.5h,用蒸馏水冲洗至中性,即成。
实施例1
(1)酶解浸提:将1000g新鲜蔓越橘,加入4000ml质量浓度0.05%的酶制剂(纤维素酶:果胶酶=1:1)水溶液,在温度30℃条件下酶解2h,而后分3次加水(加水的量依次为15kg、15kg、10kg),并分别在4℃下,搅拌浸提,每次浸提的时间为4h,而后过卧螺离心机后,得清液;
(2)絮凝沉淀:向步骤(1)所得的清液中加入其可溶性固形物质量0.1%的壳聚糖,并搅拌均匀,絮凝4h后,蝶式离心机离心,取清液;
(3)上柱吸附:将步骤(2)所得的清液直接上100目聚酰胺树脂柱Ⅰ吸附,柱Ⅰ树脂体积为400ml,高径比为3:1,上柱流速为0.1BV/h,当到达泄漏点时,开始串XDA-6型大孔树脂柱Ⅱ,并开始上已上柱重量的0.2倍的清液后,停止上柱,柱Ⅱ的体积为150ml,高径比为3:1;
(4)水洗:用1BV的水,以3BV/h的流速,在串联状态条件下,水赶步骤(3)吸附后的柱Ⅰ,然后解开串联状态,针对柱Ⅱ用0.8BV、pH为7.5、亚硫酸钠浓度为0.07%的氢氧化钠水溶液,以3BV/h的流速碱洗,然后用3BV的水,以0.7BV/h水洗柱Ⅱ,最后用2BV、pH为4的盐酸水溶液,以0.8BV/h酸洗柱Ⅱ;
(5)解吸:将步骤(4)水洗后的柱Ⅰ用2.5BV、体积质量分数65%的乙醇水溶液,以0.5BV/h的流速解吸,单独收集得解析液A;对柱Ⅱ用2.5BV、体积质量分数60%的乙醇水溶液,以0.5BV/h的流速解吸,单独收集得解析液B;
(6)浓缩、干燥:将步骤(5)所得的各解吸液A、B分别进行反渗透膜浓缩,浓缩至20birx,然后进行真空冷冻干燥,即分别得到原花青素产品3.71g和花青素产品1.31g。
经检测,原花青素产品含量为86.31%、收率为93.64%,花青素产品含量为61.20%、收率为91.52%。
实施例2
(1)酶解浸提:将1000g冰冻蔓越橘,加入6000ml质量浓度0.08%的酶制剂(纤维素酶:果胶酶=1:1)水溶液,在温度32℃条件下酶解3h,而后分3次加水(加水的量依次为10kg、10kg、10kg),并分别在20℃下,搅拌浸提,每次浸提的时间为2h,而后过蝶式离心机后,得清液;
(2)絮凝沉淀:向步骤(1)所得的清液中加入其可溶性固形物质量0.5%的壳聚糖,并搅拌均匀,絮凝2h后,分别过卧螺离心机和蝶式离心机离心,取清液;
(3)上柱吸附:将步骤(2)所得的清液直接上200目聚酰胺树脂柱Ⅰ吸附,柱Ⅰ树脂体积为400ml,高径比为4:1,上柱流速为1.5BV/h,当到达泄漏点时,开始串LSA-10型大孔树脂柱Ⅱ,并开始上已上柱重量的0.4倍的清液后,停止上柱,柱Ⅱ的体积为150ml,高径比为4:1;
(4)水洗:用2BV的水,以1BV/h的流速,在串联状态条件下,水赶步骤(3)吸附后的柱Ⅰ,然后解开串联状态,针对柱Ⅱ用1.5BV、pH为8.0、硫代硫酸钠浓度为0.01%的氨水水溶液,以1BV/h的流速碱洗,然后用4BV的水,以1.5BV/h水洗柱Ⅱ,最后用3BV、pH为5的盐酸水溶液,以2.0BV/h酸洗柱Ⅱ;
(5)解吸:将步骤(4)水洗后的柱Ⅰ用3BV、体积质量分数70%的乙醇水溶液,以1.5BV/h的流速解吸,单独收集得解析液A;对柱Ⅱ用3BV、体积质量分数40%的乙醇水溶液,以2.0BV/h的流速解吸,单独收集得解析液B;
(6)浓缩、干燥:将步骤(5)所得的各解吸液A、B分别进行反渗透膜浓缩,浓缩至30birx,然后进行真空冷冻干燥,即分别得到原花青素产品4.11g和花青素产品1.47g。
经检测,原花青素产品含量为90.10%、收率为92.10%,花青素产品含量为57.30%、收率为87.20%。
实施例3
(1)酶解浸提:将1000g新鲜蔓越橘,加入8000ml质量比0.10%的酶制剂(纤维素酶:果胶酶=1:1)水溶液,在温度35℃条件下酶解4h,而后分2次加水(加水的量依次为15kg、10kg),并分别在40℃下,搅拌浸提,每次浸提的时间为1h,而后过卧螺离心机后,得清液;
(2)絮凝沉淀:向步骤(1)所得的清液中加入其可溶性固形物质量0.3%的壳聚糖,并搅拌均匀,絮凝3h后,蝶式离心机离心,取清液;
(3)上柱吸附:将步骤(2)所得的清液直接上140目聚酰胺树脂柱Ⅰ吸附,柱Ⅰ树脂体积为400ml,高径比为7:1,上柱流速为1BV/h,当到达泄漏点时,开始串XDA-7型大孔树脂柱Ⅱ,并开始上已上柱重量的0.3倍的清液后,停止上柱,柱Ⅱ的体积为150ml,高径比为7:1‘
(4)水洗:用3BV的水,以0.6BV/h的流速,在串联状态条件下,水赶步骤(3)吸附后的柱Ⅰ,然后解开串联状态;针对柱Ⅱ用2.0BV、pH为9、亚硫酸钠浓度为0.005%的碳酸氢钠水溶液,以2BV/h的流速碱洗,然后用6BV的水,以3.0BV/h水洗柱Ⅱ,最后用4BV、pH为6的盐酸水溶液,以3BV/h酸洗柱Ⅱ;
(5)解吸:将步骤(4)水洗后的柱Ⅰ用4BV、体积质量分数75%的乙醇水溶液,以3BV/h的流速解吸,单独收集得解析液A;对柱Ⅱ用4BV、体积质量分数50%的乙醇水溶液,以3BV/h的流速解吸,单独收集得解析液B;
(6)浓缩、干燥:将步骤(5)所得的各解吸液A、B分别进行反渗透膜浓缩,浓缩至40birx,然后进行真空冷冻干燥,即分别得到原花青素产品3.98g和花青素产品1.18g。
经检测,原花青素产品含量为88.41%、收率为94.98%,花青素产品含量为71.40%、收率为88.78%。
Claims (5)
1.一种从蔓越橘中提取花青素的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)酶解浸提:将蔓越橘破碎后,加复合酶水溶液,酶解后,浸提,离心,得上清液;
(2)絮凝沉淀:将步骤(1)所得的上清液加入絮凝剂并搅拌,离心,得上清液;
(3)上柱吸附:将步骤(2)所得的上清液上柱Ⅰ,当达到泄漏点时,开始串联柱Ⅱ,并继续上柱Ⅰ后停止上柱;
(4)柱水赶:串联条件下水赶,再针对柱Ⅱ单独依次碱洗、水洗和酸洗处理;
(5)解吸:用不同浓度乙醇水溶液对柱Ⅰ和柱Ⅱ分别进行解吸并单独收集解吸液;
(6)浓缩干燥:将各解吸液进行浓缩后进行冷冻干燥,分别得到原花青素产品和花青素产品;
步骤(3)中,所述柱Ⅰ为100~200目聚酰胺树脂,高径比为3~7:1,上柱流速为0.1~1.5BV/h;柱Ⅱ为XDA-7、LX-10G、LSA-10、XDA-6、LX-68G型大孔吸附树脂中的一种,高径比为3~7:1;
步骤(3)中,所述继续上柱Ⅰ后停止上柱,为继续上已上柱液质量的0.2~0.4倍后停止上柱;
步骤(4)中,所述串联条件下水赶1~3BV,水赶流速为0.5~4.0BV/h;针对柱Ⅱ碱洗的碱液为抗氧化剂与碱的混合水溶液,抗氧化剂为亚硫酸钠或硫代硫酸钠中的一种,质量分数为0.005~0.08%;
步骤(4)中,碱液pH为7.5~9,碱洗液为氢氧化钠、氨水、碳酸氢钠或碳酸钠的水溶液中的一种,碱洗体积为0.8~2.0BV,碱洗流速为0.5~2.0BV/h;酸洗液pH为4~6,酸为盐酸水溶液,酸洗体积为2~4BV,酸洗流速为0.5~3.0BV/h;
步骤(5)中,所述对柱Ⅰ以流速为0.5~3BV/h,体积为2.5~4BV,体积分数为65~80%乙醇水溶液解吸,并单独收集;以流速为0.5~3BV/h,体积为2.5~4BV,体积分数为40~60%乙醇水溶液解吸,并单独收集。
2.根据权利要求1所述的从蔓越橘中提取花青素的方法,其特征在于:步骤(1)中,复合酶为纤维素酶与果胶酶的混合物,复合酶水溶液的质量为原料重量的4~8倍,质量浓度为0.05~0.1%,酶解温度为30±5℃,酶解时间为1~4h。
3.根据权利要求1或2所述的从蔓越橘中提取花青素的方法,其特征在于:步骤(1)中,浸提为水提,用水总量为原料的15~40倍,浸提次数为2~5次,浸提温度为4~40℃,时间为1~4h/次;离心为卧螺离心机或蝶式离心机离心中的一种或两种结合。
4.根据权利要求1或2所述的从蔓越橘中提取花青素的方法,其特征在于:步骤(2)中,絮凝剂为壳聚糖,添加量为步骤(2)所得上清液中可溶性固形物质量的0.05~0.5%,絮凝时间为1~4h;离心为卧螺离心机或蝶式离心机离心中的一种或两种结合。
5.根据权利要求1或2所述的从蔓越橘中提取花青素的方法,其特征在于:步骤(6)中,所述浓缩为反渗透膜浓缩,浓缩至浓缩液的Brix值为20~40%,干燥为真空冷冻干燥。
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- 2019-07-04 CN CN201910598321.9A patent/CN110305097B/zh active Active
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