CN110643196A

CN110643196A - 一种花色苷的提取分离方法

Info

Publication number: CN110643196A
Application number: CN201910856967.2A
Authority: CN
Inventors: 郑洁; 周萍; 刘鹏展; 欧仕益; 李好; 黄才欢; 刘付
Original assignee: Jinan University
Current assignee: Guangzhou Welbon Biological Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2020-01-03
Anticipated expiration: 2039-09-11
Also published as: CN110643196B

Abstract

本发明公开了一种花色苷的提取分离方法，属于天然色素提取及分离技术领域，本发明改善了干燥方式，并通过深晶低共熔溶剂及微波萃取联合超声波辅助对果渣中花色苷进行提取，建立有效、系统的花色苷提取、分离、提纯的工艺，克服传统天然花色苷提取方法效率低、产品有机溶剂残留、安全性低的缺陷。同时，对果渣废弃物高值化利用提供了新途径，将果渣变废为宝，减轻果汁加工企业处理副产物的负担，具有极大的经济效益、社会效益和生态效益。

Description

一种花色苷的提取分离方法

技术领域

本发明涉及天然色素提取及分离技术领域，特别是涉及一种花色苷的提取分离方法。

背景技术

花色苷是一种广泛存在于植物，特别是果蔬中的天然色素。它赋予植物根、茎、叶、花、果实等不同组织、器官紫红、红、兰等不同的色彩。花色苷属于类黄酮类多酚化合物，由于结构中有多个酚羟基，因而具有良好的抗氧化功效。此外，花色苷还具有清除体内自由基、抑制脂质过氧化、预防肿瘤、抗炎杀菌、降低毛细血管渗透性、保护胃黏膜、保护视力等作用，因此被广泛用于食品和制药领域。目前花色苷提取大多来源于果蔬，而它们在水果加工副产物，特别是果皮、果渣中含量极高，如葡萄、桑葚、树莓等浆果渣均是花色苷的丰富来源。我国是水果生产大国，年产量达2400万吨，水果加工占38％左右，产生的果渣下脚料约620万吨，有着丰富的花色苷资源，且果渣废弃物的高值化利用是当前食品加工开发的热点，因此利用果渣提取花色苷，不仅可以提高果渣综合利用度，得到高附加值产品，还可以保护环境，提高经济效益。

然而，目前花色苷的商业化提取、分离仍然采用有机溶剂提取法，产率并不高，且存在环境不友好、工艺流程繁琐、食品中有机溶剂残留等诸多问题。以上方法一般都是将植物提取部位进行干燥、粉碎、过筛，脱脂得到粉末，再将粉末经提取、过滤、浓缩，再溶解最后固相萃取得到精制花色苷。以上方法过程繁琐，提取周期长，花色苷不稳定容易遭到破坏，尤其干燥和粉碎过程极其容易破坏花色苷的组成。因此，低共熔溶剂(Deepeutectic solvents；DESs)作为有机溶剂的替代品，随着它的出现迅速引起关注。DESs是一种新型绿色溶剂，指一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键供体(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)组合成的两组分或三组分流体。DESs廉价安全且环境友好，在溶解、萃取、分离过程及电化学、有机合成催化与功能材料等领域都有值得发掘的应用潜力，因此广受科学界关注，已成为绿色化学和生态化工的研究新热点。对于DESs的制备，将两种或更多种天然存在的，低成本、可生物降解的组分混合在一起，直到形成共晶混合物，操作方法简单。

因此，开发低共熔溶剂高效提取天然花色苷的方法，开发从DESs 溶剂中回收花色苷的有效技术，建立一套系统、环保、低成本且高效的天然色素提取工艺，不仅可以提高天然花色苷的提取效率，克服工业化提取产率低、工艺繁琐的缺点，且对降低环境污染，建设绿色化学、环境友好型社会有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种花色苷的提取分离方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现天然花色苷的绿色、环保、高效提取与制备。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种花色苷的提取分离方法，包括以下步骤：

(1)将新鲜的果渣清洗，晾干，加入体积浓度50-60％的乙醇溶液中，研磨成浆液；

(2)采用低共熔溶剂作为提取溶剂，与步骤(1)制得的浆液混合，微波辅助提取，超声辅助提取，离心、收集上清液，即得花色苷粗提液；

(3)在花色苷粗提液中加入载体吸附花色苷；

(4)水洗除去低共熔溶剂，抽滤或离心回收吸附了花色苷的载体；

(5)加入有机溶剂，解析载体上吸附的花色苷，离心收集含有花色苷的上清液；

(6)除去有机溶剂和多余水分，浓缩或干燥即得高花色苷含量的目标产品。

进一步地，清洗晾干后的果渣与低共熔溶剂的料液比(g：mL) 为1∶10～50，所述花色苷粗提液中载体的添加量为5～80mg/g。

进一步地，步骤(2)中，所述低共熔溶剂包括氢键受体和氢键供体，所述的氢键受体选自以下任意一种或其任意组合：氯化胆碱、甜菜碱、盐酸甜菜碱、L-脯氨酸、磷脂酰胆碱、硝酸胆碱、葡萄糖；氢键供体选自以下任意一种或其任意组合：乳酸、乙酸、柠檬酸、草酸、乙酰丙酸、水杨酸、咖啡酸、苯甲酸、抗坏血酸。

进一步地，配制低共熔溶剂时的加热温度为80℃。

进一步地，步骤(2)中，所述微波提取条件为：微波功率290-315W，提取温度35-45℃，提取时间50-70s；所述超声提取条件为：超声功率430-450W，提取温度51-56℃，提取时间30-50min。

进一步地，步骤(3)中，所述载体需提前加水使之充分膨胀，洗净备用。

进一步地，所述载体是聚酰胺或大孔树脂AB-8、X-5、HP-20、 HPD-750、LX-5、LX-38中的任意一种。

进一步地，步骤(4)中，水洗除去低共熔溶剂时，洗2～5次，采用pH试纸检测结果为中性即可。

进一步地，步骤(5)中，所述有机溶剂为体积分数为30～80％乙醇溶液。

进一步地，所述的果渣为葡萄皮、桑椹、黑加仑、蓝莓、黑豆皮中的一种或多种组合。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明改善干燥方式，并通过低共熔溶剂及微波萃取联合超声波辅助对果渣中花色苷进行提取，建立有效、系统的花色苷提取、分离、提纯的工艺，克服传统天然花色苷提取方法效率低、产品有机溶剂残留、安全性低的缺陷。同时，对果渣废弃物高值化利用提供了新途径，将果渣变废为宝，减轻果汁加工企业处理副产物的负担，具有极大的经济效益、社会效益和生态效益。

(2)低共熔溶剂不仅成本低而且具有生物可降解性，可作为有害有机溶剂的持续替代品，推动了“绿色提取”成为制药与食品的焦点。本工艺不仅降低了企业的生产成本投入，增加了产品的产出，且对环境不造成污染。

(3)低共熔溶剂具有粘稠、不易挥发的特点，提取活性成分后不可以采用传统的旋转蒸发或真空干燥去除溶剂，所以本发明采用大孔树脂、聚酰胺等对花色苷有吸附能力的载体，通过固定相(吸附载体)与流动相(水和乙醇水溶液)之间不同的分配比例，达到将花色苷与溶剂分离的目的，在最佳载体和条件下，花色苷回收率可达97％。

(4)花色苷不稳定容易遭到破坏，传统的烘干、粉碎的方式极其容易破坏花色苷的组成，并对花色苷生物活性造成不良影响，本发明晾干仅仅是将清洗果渣之后残留在果渣上面的水晾干，对果渣内部水分并无影响，晾干之后果渣仍然是新鲜果渣，而烘干会使果渣内部水分减少，烘干之后得到的是不含水分的干燥的果渣，而在烘干过程不可避免的会使花色苷遭到破坏，影响最终果渣含量及提取率乃至影响花色苷的生物活性。而且，废弃果渣不同于某些在茎叶中提取，果渣一般是完整果实或茎叶的一部分，其完整结构被破坏，具有保护作用的外层细胞被破坏，所以其极易与外界物质相接触，进而导致花色苷的破坏或生物活性的降低，因此，在现有技术中，无论何种方式对果渣干燥粉碎都会影响其中的花色苷，发明人在偶然机会下发现，传统的晾干再结合以乙醇研磨可以最大程度的防止干燥粉碎过程中对花色苷的破坏和损失，可以有效保留提供花色苷生物活性，乙醇溶液最佳浓度50-60％，经低共熔溶剂提取后，花色苷提取率可达96％。

(5)本发明提取工艺简单，条件可控，易于实现天然花色苷自动化、产业化提取与分离。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

以下实施例中采用桑椹果渣为提取材料，采用而得桑葚果渣均未新鲜果渣。

实施例1

一种花色苷的提取分离方法，包括以下步骤：

(1)将1g新鲜的果渣清洗，晾干，加入体积浓度50％的乙醇溶液中，研磨成浆液；

(2)按清洗晾干后的果渣与低共熔溶剂的料液比(g：mL)为1∶ 20，分3次在上述浆液加入20mL(8mL、6mL、6mL)由摩尔比为1∶ 2的氯化胆碱与柠檬酸组成，含水量为30％的低共熔溶剂，混合均匀；微波辅助提取，微波功率315W，提取温度35℃，提取时间70s，超声辅助提取，超声功率430W，提取温度56℃，提取时间30min，在 5000rpm下离心15min，收集上清液，得到的上清液即花色苷粗提液, 花色苷提取率为75％；

(3)向花色苷粗提液中加入提前溶胀好的100目聚酰胺30g，于120rpm下振荡24h；

(4)用500mL水分3次(200mL、150mL、150mL)洗去低共熔溶剂，用150mL体积分数为50％的乙醇溶液分3次(50mL、50mL、 50mL)洗脱聚酰胺颗粒，使花色苷充分的解析下来，收集洗脱液；

(5)将洗脱液用旋转蒸发仪在50℃下除去溶剂和水分，收集花色苷粉末。花色苷最终得率为54％。

实施例2

一种花色苷的提取分离方法，包括以下步骤：

(1)将2g新鲜的果渣清洗，晾干，加入体积浓度60％的乙醇溶液中，研磨成浆液；

(2)按清洗晾干后的果渣与低共熔溶剂的料液比(g：mL)为1∶ 20，分3次在上述浆液加入40mL(16mL、12mL、12mL)由摩尔比为1∶2的氯化胆碱与乳酸组成，含水量为20％的低共熔溶剂，混合均匀；微波辅助提取，微波功率290W，提取温度45℃，提取时间50s，超声辅助提取，超声功率450W，提取温度51℃，提取时间50min，在5000rpm下离心15min，收集上清液，得到的上清液即花色苷粗提液,花色苷提取率为88％；

(3)向花色苷粗提液中加入提前溶胀好的大孔树脂(HP-20)40 g，于150rpm下振荡12h；

(4)用400mL水分3次(200mL、100mL、100mL)洗去低共熔溶剂，用75mL体积分数为70％的乙醇溶液分3次(35mL、20mL、 20mL)洗脱大孔树脂颗粒，使花色苷充分的解析下来，收集洗脱液；

(5)洗脱液于40℃下减压浓缩脱去乙醇，经真空冷冻干燥得到高纯度花色苷粉末。花色苷最终得率为75％。

实施例3

一种花色苷的提取分离方法，包括以下步骤：

(1)将2g新鲜的果渣清洗，晾干，加入体积浓度57％的乙醇溶液中，研磨成浆液；

(2)按清洗晾干后的果渣与低共熔溶剂的料液比(g：mL)为1∶ 20，分3次在上述浆液加入40mL(15mL、15mL、10mL)由摩尔比为1∶1的氯化胆碱与草酸组成，含水量为30％的低共熔溶剂，混合均匀；微波辅助提取，微波功率300W，提取温度40℃，提取时间60s，超声辅助提取，超声功率440W，提取温度53℃，提取时间400min，在5000rpm下离心15min，收集上清液，得到的上清液即花色苷粗提液,花色苷提取率为97％；

(3)向花色苷粗提液中加入提前溶胀好的大孔树脂(X-5)80g，于100rpm下振荡24h；

(4)用450mL水分3次(200mL、150mL、100mL)洗去低共熔溶剂，用100mL体积分数为60％的乙醇溶液分3次(40mL、30mL、 30mL)洗脱大孔树脂颗粒，使花色苷充分的解析下来，收集洗脱液；

(5)洗脱液于45℃下减压浓缩脱去乙醇，经真空冷冻干燥得到高纯度花色苷粉末。花色苷最终得率为91％。

实施例4

一种花色苷的提取分离方法，包括以下步骤：

(1)将2g新鲜的果渣清洗，晾干，加入体积浓度55％的乙醇溶液中，研磨成浆液；

(2)按清洗晾干后的果渣与低共熔溶剂的料液比(g：mL)为1∶ 20，分3次在上述浆液加入40mL(15mL、15mL、10mL)由摩尔比为1∶1的氯化胆碱与草酸组成，含水量为30％的低共熔溶剂，混合均匀；微波辅助提取，微波功率300W，提取温度40℃，提取时间60s，超声辅助提取，超声功率440W，提取温度53℃，提取时间30min，在5000rpm下离心15min，收集上清液，得到的上清液即花色苷粗提液,花色苷提取率为96％；

(3)向花色苷粗提液中加入提前溶胀好的大孔树脂(X-5)100g，于120rpm下振荡19h；

(4)用600mL水分4次(200mL、200mL、100mL、100mL) 洗去低共熔溶剂，用80mL体积分数为70％的乙醇溶液分3次(30mL、 30mL、20mL)洗脱大孔树脂颗粒，使花色苷充分的解析下来，收集洗脱液；

(5)洗脱液于45℃下减压浓缩脱去乙醇，经真空冷冻干燥得到高纯度花色苷粉末，花色苷最终得率为89％。

实施例5

一种花色苷的提取分离方法，包括以下步骤：

(3)向花色苷粗提液中加入提前溶胀好的大孔树脂(HP-20)80 g，于120rpm下振荡12h；

(4)用600mL水分4次(200mL、200mL、100mL、100mL) 洗去低共熔溶剂，用80mL体积分数为60％的乙醇溶液分3次(30mL、 30mL、20mL)洗脱大孔树脂颗粒，使花色苷充分的解析下来，收集洗脱液；

(5)洗脱液于45℃下减压浓缩脱去乙醇，经真空冷冻干燥得到高纯度花色苷粉末，花色苷最终得率为81％。

实施例6

一种花色苷的提取分离方法，包括以下步骤：

(2)按清洗晾干后的果渣与低共熔溶剂的料液比(g：mL)为1∶ 20，分3次在上述浆液加入40mL(15mL、15mL、10mL)由摩尔比为1∶1的L-脯氨酸与草酸组成，含水量为30％的低共熔溶剂，混合均匀；微波辅助提取，微波功率300W，提取温度40℃，提取时间60s，超声辅助提取，超声功率440W，提取温度53℃，提取时间400min，在5000rpm下离心15min，收集上清液，得到的上清液即花色苷粗提液,此时花色苷提取率为91％；

(3)向花色苷粗提液中加入提前溶胀好的100目聚酰胺80g，于120rpm下振荡12h；

(4)用600mL水分4次(200mL、200mL、100mL、100mL) 洗去低共熔溶剂，用80mL体积分数为60％的乙醇溶液分3次(30mL、 30mL、20mL)洗脱聚酰胺颗粒，使花色苷充分的解析下来，收集洗脱液；

(5)洗脱液于45℃下减压浓缩脱去乙醇，经真空冷冻干燥得到高纯度花色苷粉末，花色苷最终得率为75％。

对比例1

(1)桑葚果渣匀浆后在40℃的干燥箱中烘干，粉碎，过80目筛；

(2)准确称取过筛后的桑葚果渣粉末1.0000g，按照料液比1∶10 与10mL由摩尔比为1.5∶1的氯化胆碱与苹果酸组成的低共熔溶剂混合，加35％的水稀释；经超声辅助提取，提取功率为300W，温度为 45℃，时间为30min；反应结束，得到含有花色苷的低共熔溶剂溶液体系。在4000rpm下离心20min，取上清液，即花色苷粗提液；经0.45 μm滤膜过滤，得到花色苷精提液，此时花色苷提取率为66％。

对比例2

一种花色苷的提取分离方法，包括以下步骤：

(1)将2g新鲜的桑椹渣于40℃下热泵干燥，超微粉碎；

(2)按清洗晾干后的果渣与低共熔溶剂的料液比(g：mL)为1∶ 20，分3次在上述浆液加入40mL(15mL、15mL、10mL)由摩尔比为1∶1的氯化胆碱与草酸组成，含水量为30％的低共熔溶剂，混合均匀；微波辅助提取，微波功率300W，提取温度40℃，提取时间60s，超声辅助提取，超声功率440W，提取温度53℃，提取时间40min，在5000rpm下离心15min，收集上清液，得到的上清液即花色苷粗提液,此时花色苷提取率为65％；

(5)洗脱液于45℃下减压浓缩脱去乙醇，经真空冷冻干燥得到高纯度花色苷粉末，最终花色苷得率45％。

对比例3

一种花色苷的提取分离方法，包括以下步骤：

(2)按清洗晾干后的果渣与低共熔溶剂的料液比(g：mL)为1∶ 20，分3次在上述浆液加入40mL(15mL、15mL、10mL)由摩尔比为1∶1的氯化胆碱与草酸组成，含水量为30％的低共熔溶剂，混合均匀；经超声辅助提取，提取功率为400W，温度为40℃，时间为 10min；超声结束，得到含有花色苷的低共熔溶剂溶液体系，在 5000rpm下离心15min，收集上清液，得到的上清液即花色苷粗提液, 此时花色苷提取率为68％；

(5)洗脱液于45℃下减压浓缩脱去乙醇，经真空冷冻干燥得到高纯度花色苷粉末，最终花色苷得率为52％。

对比例4

对比例4与实施例4的不同之处在于，用纯水替代低共熔溶剂，其他均同实施例4，最后计算花色苷提取率为35％。

对比例5

对比例5与实施例4的不同之处在于，用70％乙醇(体积比)替代低共熔溶剂，计算花色苷提取率为76％。

对比例6

对比例6与实施例4的不同之处在于，用70％丙酮(体积比)替代低共熔溶剂，计算花色苷提取率为82％。

本发明使用低共熔溶剂及微波萃取联合超声波辅助对果渣中天然花色苷提取和分离，提高了天然花色苷提取效率，优化了提取工艺，降低了提取成本，使果渣综合利用程度提高，提高经济效益，扩大花色苷在食品药品行业使用范围；该方法克服了传统提取有机试剂有毒有害的缺点，低共熔液体作为一种新的“绿色溶剂”应用在植物天然成分提取领域，安全、卫生、无公害，对环境友好型社会建设有重要意义。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种花色苷的提取分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

(3)在花色苷粗提液中加入载体吸附花色苷；

2.根据权利要求1所述的花色苷的提取分离方法，其特征在于，清洗晾干后的果渣与低共熔溶剂的料液比(g：mL)为1∶10～50，所述花色苷粗提液中载体的添加量为5～80mg/g。

3.根据权利要求1所述的花色苷的提取分离方法，其特征在于，步骤(2)中，所述低共熔溶剂包括氢键受体和氢键供体，所述的氢键受体选自以下任意一种或其任意组合：氯化胆碱、甜菜碱、盐酸甜菜碱、L-脯氨酸、磷脂酰胆碱、硝酸胆碱、葡萄糖；氢键供体选自以下任意一种或其任意组合：乳酸、乙酸、柠檬酸、草酸、乙酰丙酸、水杨酸、咖啡酸、苯甲酸、抗坏血酸。

4.根据权利要求3所述的花色苷的提取分离方法，其特征在于，配制低共熔溶剂时的加热温度为80℃。

5.根据权利要求1所述的花色苷的提取分离方法，其特征在于，步骤(2)中，所述微波提取条件为：微波功率290-315W，提取温度35-45℃，提取时间50-70s；所述超声提取条件为：超声功率430-450W，提取温度51-56℃，提取时间30-50min。

6.根据权利要求1所述的花色苷的提取分离方法，其特征在于，步骤(3)中，所述载体需提前加水使之充分膨胀，洗净备用。

7.根据权利要求1所述的花色苷的提取分离方法，其特征在于，所述载体是聚酰胺或大孔树脂AB-8、X-5、HP-20、HPD-750、LX-5、LX-38中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的花色苷的提取分离方法，其特征在于，步骤(4)中，水洗除去低共熔溶剂时，洗2～5次，采用pH试纸检测结果为中性即可。

9.根据权利要求1所述的花色苷的提取分离方法，其特征在于，步骤(5)中，所述有机溶剂为体积分数为30～80％的乙醇溶液。

10.根据权利要求1所述的花色苷的提取分离方法，其特征在于，所述的果渣为葡萄皮、桑椹、黑加仑、蓝莓、黑豆皮中的一种或多种组合。