CN111848568A - 高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统及其纯化方法 - Google Patents

Abstract

高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统及其纯化方法，属于蓝莓花青素加工技术领域。管式储罐水平设置，管式储罐与多个大孔树脂柱的入口连通，低纯卧式罐和高纯卧式罐均分别通过管道与所有大孔树脂柱的出口连通。一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化方法，包括以下步骤，S1.用纯化水冲洗大孔树脂柱；S2.大孔树脂柱吸附浓缩液；S3.纯水同时冲洗大孔树脂柱内部；S4.检测大孔树脂柱排出的液体内的水的多糖含量；S5.配有20％乙醇的解脱液同时进入多个大孔树脂柱内部进行解脱；S6.注入60％乙醇的解脱液；S7.纯化水进行树脂冲洗。本发明的分离纯化系统降低了成本，提高了分离纯化效率。本发明的分离纯化方法，利用梯度解析法，可以得到高纯度花青素。

Description

高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统及其纯化方法

技术领域

本发明属于蓝莓花青素加工技术领域，特别是涉及一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统及其纯化方法。

背景技术

国内外现有野生蓝莓花青素的分离纯化工业化生产目前遇到的问题：1).花青素分离纯化后的纯度较低，目前国际最高纯度一般在36％HPLC，杂质并没有较大去除，与花青素极性相似，分子量相近的物质较多，因此纯度较低，影响其活性及应用范围；2).分离纯化系统原始，无法实现在线监控、连续、自动化、产量化等；3).分离纯化方法单一，未用到最佳系统及洗脱溶剂配比；4).分离纯化过程中，容易出现色谱拖尾，导致分离不均匀出现杂质；5).大孔吸附树脂洗脱溶剂残留、花青素残留洗脱不净；6).大孔吸附树脂使用生命周期较短，洗脱成本较高；7).人工操作繁琐，方法原始，生产成本较高；

发明内容

为彻底解决以上问题，提高野生蓝莓花青素的纯度及活性，又实现工业化自动化量产，本发明提供一种分离纯化系统及分离纯化方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统，包括管式储罐、高纯卧式罐、低纯卧式罐及多个大孔树脂柱；所述管式储罐水平设置，管式储罐与多个大孔树脂柱的入口连通，所述低纯卧式罐和高纯卧式罐均分别通过管道与所有大孔树脂柱的出口连通。

一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化方法，包括以下步骤，

S1.用纯化水冲洗大孔树脂柱后，保持大孔树脂柱内的水分侵过大孔树脂；

S2.将花青素浓缩液打满管式储罐后，管式储罐内的浓缩液同时下降至多个大孔树脂柱内部，大孔树脂柱吸附浓缩液；

S3.将纯水打入管式储罐后，纯水同时流入多个大孔树脂柱内部，用于同时冲洗大孔树脂柱内部；

S4.检测大孔树脂柱排出的液体内的水的多糖含量，当发现无多糖时，进行下一步操作，当发现有多糖时，继续冲洗，直至检测到无糖时进行下一步操作；

S5.将配有20％乙醇的解脱液打满管式储罐后，配有20％乙醇的解脱液同时进入多个大孔树脂柱内部进行解脱，解脱后的花青素溶液流入高纯卧式罐中；

S6.当解脱后的液体没有颜色后，停止注入20％乙醇的解脱液，开始注入60％乙醇的解脱液，并将解脱后花青素溶液流入低纯卧式罐中；

S7.当解脱后的液体没有颜色后，停止注入60％乙醇的解脱液，纯化水进行树脂冲洗，冲洗至无酒精后待用。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的分离纯化系统解决了高纯度野生蓝莓花青素工业化量产的问题，解决了拖尾及洗脱不均等问题、解决了溶剂残留、花青素残留问题、解决了产品差异化问题、同时可生产出两种纯度花青素、解决了在线监控问题、节省了人工、只需一人即可操作、节省了三分之一溶剂，降低了成本，提高了分离纯化效率。

2.本发明的分离纯化方法，国内首创了针对花青素的梯度解析法，利用梯度解析法，可以得到高纯度花青素(≥45％UV检测、≥64.8％HPLC检测)，解决了国际上无高纯度花青素的生产能力，解决了同一批次两种产品纯度的问题，解决了花青素残留在树脂柱上的问题，节约了溶剂，降低了生产成本，提高了分离纯化效率。

附图说明

图1是本发明分离纯化系统结构示意图；

图2是本发明分离纯化方法流程图；

其中：1-管式储罐；2-树脂柱；3-高纯卧式罐。

具体实施方式

本发明从分离纯化系统及分离纯化方法两个方向设计出最佳工艺系统及最佳工艺参数

分离纯化系统：

花青素的分离纯化系统对树脂柱的径高比、大孔树脂填充的型号(针对野生蓝莓花青素吸附性选型)、管径的大小、液体流速的控制、以及在线监测的探测条件都有要求，本发明针对系所有参数进行探索，数据显示除了系统最佳参数配比，并结合最佳参数配比进行工艺设计及系统制作，并应用于本公司花青素生产中。

首先分离纯化过程为：

1.花青素的浓缩液上树脂柱吸附；

由于花青素浓缩液的上样需要稳定流速、均匀流速、无压力自由落体下降，因此本分离纯化系统根据10根树脂柱2，每根载样量800g，100L的浓缩液上样极限进行设计，设计出上端管式储罐1用来储存浓缩液、洗脱液、解脱液，根据树脂柱2径高比，30cm：250cm，树脂填充至240cm高度，横向排列10根，每根间隙10cm，因此管式储罐1长度设计为400cm，并且向下开出对应的10个口径为5cm的出液口与下端树脂柱2无缝对接，其中电动阀门进行各管径的开关，因此管式储罐1的长度为400cm，外直径为60cm，并配有液位电子感应器，排气阀门回流管、纯化水进口、排污口、并且可储存液体1000L；

结论：绝对水平的管式储罐1，均匀向下开出10个出液口与下方树脂柱2利用电控阀无缝衔接，同时配有电子液位计、排气阀回流管、纯化水进口、排污口、直径60cm、长度400cm、可储存1000L液体、同时开启电控阀可均匀匀速自由落体下降，使得浓缩液、洗脱液、解脱液可均匀下降至树脂柱2内，实现了匀速、等量、均匀、无压力等，并探索出最佳极限上样量100L/根，浓度8g/L、载样量每根800g；

2.完全吸附；

待浓缩液完全自由下降并吸附至树脂柱2的大孔树脂内部后，探索吸附过程中出现的拖尾、非等面下降等因素，探索了直径20cm、30cm、40cm、50cm直径的树脂柱，分别结合1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15径高比进行吸附，结果得出直径为30cm、高度为240cm时候，浓缩液在160L/h的下降速度下，发现37.5min完全被大孔树脂吸附，并且浓缩液出现等面下降，无拖尾现象，未有浓缩液溢出；

结论：探索出直径30cm、高度250cm(含10cm上下盖子，实际填充240cm)为最佳色谱柱形状参数，同时增加透可视视镜，5cm宽，高30可以使得浓缩液下降均匀、等面下降、无拖尾现象、吸附效率最快、速度最快；

3.纯化水洗脱有机酸及多糖；

同上原理，利用纯化水进行花青素的固定，并清除多余多糖及有机酸，利用纯化水进行第一步除杂，除去与极性无关的杂质，洗脱均匀等量、等速冲洗树脂柱；

4.梯度解脱法；

国内外常花青素大孔树脂的解脱为60％乙醇进行解脱，解脱杂质含量高、极性相近的分子也一同被吸附被解脱下来，为进行第二部除杂；本发明利用梯度解脱法进行探索，利用纯度10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％解脱液进行解脱，然后实验监测解脱液花青素含量，发现20％乙醇解脱下来的花青素含量最高，可高达(≥45％UV检测、≥64.8％HPLC检测)，同时再统一用60％乙醇再次解脱(因花青素在60％乙醇中溶解性最大，再次解脱是为清除残留)，发现60％乙醇再次冲洗下来的解脱液纯度之前被20％解脱后的为10％纯度，其余解脱液花青素纯度均高于10％；

结论：利用梯度解脱法，先用20％乙醇解脱可得高纯度花青素(≥45％UV检测、≥64.8％HPLC检测)，再用60％乙醇进行解脱可得花青素为10％UV检测，且花青素质量比为4比1，即得到了大量的高纯度花青素，又第二步去除了极性相近的杂质，并且此部分极性相近的杂质与第二次解脱液一起解脱下来。此种方法均优于所有其他浓度的解脱方法，为目前花青素分离纯化最佳解脱方法，此种方法的解脱液中高纯度花青素纯度最高、产量最大；

5.高纯浓缩、低纯浓缩并真空冷冻干燥制得花青素

高纯度、低纯度解脱液进行低温浓缩、浓缩至固形物8％，进行真空冷冻干燥，制得花青素冻干粉纯度高、活性极高、ORAC-5.0≥37200μmol/g

分离纯化方法：

1)将树脂用纯化水冲洗好后保持树脂柱2内有水分刚好浸过大孔树脂，大孔树脂型号为LSA-12，比较了国内外所有的花青素类吸附树脂，发现LSA-12的树脂吸附量大、吸附纯度相对高、使用寿命长、不易残留和滋生微生物；

2)将花青素浓缩液(8g/L浓度)利用定量泵缓慢打入上述分离纯化系统的管式储罐1中，待管式储罐1的电子液位计提示满载后关闭，此时，同时打开管式储罐1与多个树脂柱2之间的电控阀，同时树脂柱2的下端阀门同时打开，使得花青素浓缩液匀速、缓慢、等量、等面下降至树脂柱2的大孔树脂内部进行吸附，同时将大孔树脂内部的纯化水排出，此时无压力，浓缩液为自由落体速度，为避下端免纯化水排的太快，控制树脂柱2的下端流量定为160L/h，待管式储罐1内的浓缩液完全进入树脂柱2内后，关闭树脂柱2的下端阀门，使其花青素进行固定化，固定化1h后，待入下一步；

3)洗脱：打开纯水流量泵，将纯水匀速打入分离纯化系统的管式储罐1，同时开启下端阀门，使得纯化水将大孔树脂柱中的有机酸、多糖等与吸附极性无关的杂质去除掉，待下排液体为乳白色，则说明排出的先是有机酸，待乳白色液体消失呈透明水时，在打入两满罐的管式储罐1的纯化水，待全部用完后检测排出的水多糖含量，如发现未有时，则说明有机酸、多糖等杂质全部去除，只剩下与花青素极性相近的分子固定在大孔树脂内部。

4)梯度解脱：

打开流量泵将配有20％乙醇储罐的液体匀速打入分离纯化系统的管式储罐1中，待满罐后，同时开启10个电磁阀，使其20％乙醇等速、等量、均匀下降至10根树脂柱2中进行解脱，同时开启树脂柱2的下端阀门，同时切换至高纯卧式罐中，流速控制在160L/h，此时高纯度花青素被从大孔树脂中解析出来并流入高纯卧式罐中，待解析液未有颜色后停止注入20％解脱液，切换至60％乙醇储罐并开启流量泵，将全部的花青素及极性相近的杂质一同解析下来，同时切换至低纯卧式罐中，待解析液未有颜色后，停止注液体，同时开启纯化水进行树脂冲洗，冲洗至无酒精后待用；

本发明分离纯化系统可解决：

1.量产化

涉及50根直径：高＝1:8的树脂柱，上端设计5个1吨管式储罐1，每个管式罐1横配10根树脂柱2，形成五个单位的洗脱系统，每个洗脱系统下方配一个高纯卧式罐3、一个低纯卧式罐，所有管道及阀门电控；实现量产化可一次上液体5吨花青素浓缩液，每根树脂柱2上样量等量、等速、均匀洗脱除杂，上样量100L/根；每根载样量极限为800g/根，因此，50根可吸附40kg花青素；上液浓度从1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L、6g/L、7g/L、8g/L、9g/L、10g/L进行试验，发现8g/L的上液浓度吸附效率最高，流速控制在160/h的流速，吸附效率、吸附率均为最高；

2.高效化

实验设计径高比从1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15等11组树脂柱模型，按大孔树脂填充体积及上样量等纯化效率综合比，发现1:8的径高比的树脂柱2，每升载样量相对最高，洗脱时间最短、效率最高；

3.自动化

本系统设计中全部采用PLC电控系统控制开关机阀门，从浓缩液的上样，纯化水冲洗、显色对比、洗脱多糖、洗脱有机酸、解脱花青素等、都实现自动化控制，整个系统实现1人操作即可；

4.在线监测

对于洗脱流速、流量、压力、温度、液位、阀门开关等均在系统内可实现人员监测，并配有异常报警系统，人员可及时进行解决；

本发明纯化方法可解决：

1.高纯度花青素制备

本发明方法利用梯度解脱法，将杂质进一步去除，将产品纯度可以分为两个纯度，首先将高纯度的花青素解脱下来，然后待显色变浅，将低纯度花青素解脱下来。可以做到高纯度(≥45％UV检测、≥64.8％HPLC检测)，低纯度(≥10％UV检测、≥14.4％HPLC检测)，而高低纯质量比为4:1；

2.差异化

同一批次生产出两个不同纯度的花青素，实现了高纯、低纯搭配，产品实用性更灵活

3.溶剂节省

照比普通洗脱解脱方式，节省30％溶剂

4.无花青素残留

本发明经过梯度解脱法后，花青素在大孔树脂上无残留，避免了花青素生产的损耗，提高了纯化利用度；

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (9)

1.一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统，其特征在于：包括管式储罐(1)、高纯卧式罐(3)、低纯卧式罐及多个树脂柱(2)；所述管式储罐(1)水平设置，管式储罐(1)与多个树脂柱(2)的入口连通，所述低纯卧式罐和高纯卧式罐(3)均分别通过管道与所有树脂柱(2)的出口连通。

2.根据权利要求1所述的一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统，其特征在于：所述多个树脂柱(2)并列设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统，其特征在于：所述管式储罐(1)设置在多个树脂柱(2)上方，管式储罐(1)的出液口与多个树脂柱(2)的入口之间利用电控阀无缝衔接。

4.根据权利要求3所述的一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统，其特征在于：所述管式储罐(1)上装配有电子液位计、排气阀回流管、纯化水进口和排污口。

5.根据权利要求1所述的一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统，其特征在于：每个所述树脂柱(2)的径高比为1:8。

6.一种利用权力要求1、2、3、4或5所述的高纯度野生蓝莓花青素工业纯化系统的纯化方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1.用纯化水冲洗树脂柱(2)后，保持树脂柱(2)内的水分浸过树脂柱(2)内的大孔树脂；

S2.将花青素浓缩液打满管式储罐(1)后，管式储罐(1)内的浓缩液同时下降至多个树脂柱(2)内部，树脂柱(2)吸附浓缩液；

S3.将纯水打入管式储罐(1)后，纯水同时流入多个树脂柱(2)内部，用于同时冲洗树脂柱(2)内部；

S4.检测树脂柱(2)排出的液体内的水的多糖含量，当发现无多糖时，进行下一步操作，当发现有多糖时，继续冲洗，直至检测到无糖时进行下一步操作；

S5.将配有20％乙醇的解脱液打满管式储罐(1)后，配有20％乙醇的解脱液同时进入多个树脂柱(2)内部进行解脱，解脱后的花青素溶液流入高纯卧式罐(3)中；

S6.当解脱后的液体没有颜色后，停止注入20％乙醇的解脱液，开始注入60％乙醇的解脱液，并将解脱后花青素溶液流入低纯卧式罐中；

S7.当解脱后的液体没有颜色后，停止注入60％乙醇的解脱液，纯化水进行树脂冲洗，冲洗至无酒精后待用。

7.根据权利要求6所述的一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化方法，其特征在于：在S2中，待管式储罐(1)内的浓缩液完全进入树脂柱(2)内后，关闭树脂柱(2)的下端阀门，使其花青素浓缩液进行固定化，固定化1h后，待入下一步。

8.根据权利要求6或7所述的一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化方法，其特征在于：在S2中，多个树脂柱(2)的下端阀门流速控制在160L/h。

9.根据权利要求6所述的一种高纯度野生蓝莓花青素工业纯化方法，其特征在于：在S5中，多个树脂柱(2)的下端阀门流速控制在160L/h。

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