CN112724116B - 一种从紫玉米轴中提取花青素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从紫玉米轴中提取花青素的方法。提取步骤包括：紫玉米轴粉碎后，加入花青素提取液，提取液为乙醇:水:盐酸，超声辅助提取后，经沸水浴水解花色苷中的糖苷键，释放出游离的花青素，最后采用减压浓缩和真空冷冻干燥技术得到紫玉米轴花青素成品。该发明可用于对紫玉米轴中花青素的提取，大大提高了花青素的提取率，节约了花青素的提取成本。本发明可解决目前花青素原材料昂贵的成本问题，将紫玉米轴资源“变废为宝”。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取花青素的方法，具体涉及一种从紫玉米轴中提取花青素的方法。
背景技术
花青素属于黄酮类化合物，其基本碳骨架为C6-C3-C6，具有3,5,7-三羟基-2-苯基苯并吡喃阳离子结构。现已知花青素有20多种，主要存在于植物中的有天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、芍药色素、矮牵牛色素及锦葵色素等。自然条件下游离的花青素极少见，主要以糖苷形式存在，常与一个或多个单糖、二糖类通过糖苷键形成花色苷，个别花色苷中还有3,5-双葡萄糖存在。
紫玉米原产于南美地区，与普通玉米大小相同，但由于含有大量花青素，其籽粒、苞叶、轴和秸秆呈现紫黑色。紫玉米在南美地区常备用来制成饮料、玉米片或作为其他食品的着色剂。16世纪紫玉米传入我国，主要种植于山西和安徽等地。经过长期发展，我国紫玉米品种资源已经有了一定的基础，极大地丰富了我国的紫玉米品种资源。研究表明，紫玉米轴中花青素含量居各部位之首，然而作为副产物其常被用作饲料或燃料，造成了花青素资源的极大浪费。因此，我们从紫玉米轴中提取花青素为廉价花青素的获得提供了一种原料来源，同时也将废弃资源“变废为宝”。
另外，因为玉米轴中含有大量的纤维，包括可溶性纤维和不可溶性纤维，给予花青素提取带来了极大的困难。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种从紫玉米轴中提取花青素的方法。
本发明先将紫玉米轴粉碎过筛后，加入花青素提取液超声辅助萃取，然后利用水浴加热水解花色苷，利用减压旋蒸得到花青素粗提物，然后利用乙酸乙酯萃取除杂，利用大孔树脂纯化，洗脱液经减压旋蒸、冷冻干燥获得紫玉米轴花青素产品。该方法使用的原材料为废弃资源，降低了提取成本，且玉米轴位于玉米内部，避免了农药残留等安全风险；另外提取步骤简单，方便。
为了能够达到上述所述目的，本发明采用以下技术方案：
一种从紫玉米轴中提取花青素的方法，步骤包括：
(1)将紫玉米轴粉碎得紫玉米轴粉；
(2)将步骤(1)中得到的紫玉米轴粉加入花青素提取液提取；
(3)将步骤(2)得到的混合物水解成花青素，离心取上清液得紫玉米轴花青素提取上清液；
(4)将上清液浓缩与纯化。
进一步的，步骤包括：
(1)将风干的紫玉米轴粉碎后，过筛得紫玉米轴粉；
(2)将步骤(1)中得到的紫玉米轴粉加入花青素提取液，充分混匀后置于超声提取；
(3)将步骤(2)得到的混合物水浴处理，将提取的花色苷水解成花青素，离心取上清液得紫玉米轴花青素提取上清液；
(4)将步骤(3)中的提取上清液减压浓缩后，得到花青素粗提物；
(5)将步骤(4)中的花青素粗提物溶于水后，乙酸乙酯萃取除杂后上样于大孔树脂，经水、盐酸乙醇溶液洗脱，得到纯化后的花青素溶液；
(6)将步骤(5)中的花青素溶液减压浓缩、冷冻干燥后，得到所述的花青素。
进一步的，花青素提取液含有浓盐酸；
进一步的，花青素提取液含有浓盐酸占花青素提取液的量不低于15％，优选的不低于16.7％、优选的不低于20％、优选的不低于25％。
进一步的，浓盐酸氯化氢的质量分数不低于20％，优选的不低于30％，优选的30％-38％，优选的36％。
进一步的，花青素提取液包括乙醇、水和浓盐酸。
进一步的，花青素提取液包括95％乙醇、水和浓盐酸。
进一步的，花青素提取液包括95％乙醇、水和浓盐酸，95％乙醇:水:浓盐酸优选为(1-5):(1-5):(0.5-5)，优选的(1-3):(1-3):(0.5-3)，优选的2.1:0.9:1。95％乙醇:水:浓盐酸还可以为2:1:1，95％乙醇:水:浓盐酸还可以为2:2:1，95％乙醇:水:浓盐酸3:2:1。
CN111704598A中公开了从怀山药根皮中提取花青素的方法，同样采用的盐酸，但采用的盐酸0.5％盐酸甲醇1000mL，盐酸用量极低，如采用此用量提取紫玉米轴的花青素，无法达到高效提取紫玉米轴花青素的目的。也采用了大量的甲醇，增加了极大的不安全性。
又如CN111205260A一种原花青素含量高的葡萄籽提取物提取方法，同样采用低浓度、少量盐酸。另外如CN110606836A一种利用不老莓果渣制备花青素的方法，虽然添加了浓盐酸，但果渣中加入3L无水乙醇，加入125mL盐酸(10mol/L)，加入0.3g柠檬酸铁铵，混匀；浓盐酸的用量依然非常低。
再如CN110452209A一种黑加仑花青素的提取工艺，虽然公开了述提取液的各化学组成以重量份计为乙醇80-100份、苯甲酸35-50份、氯化铜10-13份以及盐酸50-70份；但提取液中添加盐酸，从而防止非酰基化的花青素降解。且黑加仑为果实，也不含有大量纤维素，因此盐酸在CN110452209A中与本发明中作用完全不同。也采用了大量的有机溶剂，增加了极大的不安全性。
本发明还提供了一种高纤维含量的原料提取花青素的方法，步骤包括：
(1)将高纤维含量的原料粉碎得粉；
(2)将步骤(1)中得到的粉加入花青素提取液提取；
(3)将步骤(2)得到的混合物水解成花青素，离心取上清液得高纤维含量的原料花青素提取上清液；
(4)将步骤(3)中的提取上清液浓缩后，得到花青素粗提物；
(5)将步骤(4)中的花青素粗提物溶于水后，乙酸乙酯萃取除杂后上样于大孔树脂，经水、盐酸乙醇溶液洗脱，得到纯化后的花青素溶液；
(6)将步骤(5)中的花青素溶液减压浓缩、冷冻干燥后，得到所述的花青素。
进一步的，步骤包括：
(1)将风干的高纤维含量的原料粉碎后，过筛得高纤维含量的原料粉；
(2)将步骤(1)中得到的高纤维含量的原料粉加入花青素提取液，充分混匀后置于超声提取；
(3)将步骤(2)得到的混合物水浴处理，将提取的花色苷水解成花青素，离心取上清液得高纤维含量的原料花青素提取上清液；
(4)将步骤(3)中的提取上清液液减压浓缩后，得到花青素粗提物；
(5)将步骤(4)中的花青素粗提物溶于水后，乙酸乙酯萃取除杂后上样于大孔树脂，经水、盐酸乙醇溶液洗脱，得到纯化后的花青素溶液；
(6)将步骤(5)中的花青素溶液减压浓缩、冷冻干燥后，得到所述的花青素。
进一步的，花青素提取液含有浓盐酸；
进一步的，花青素提取液含有浓盐酸占花青素提取液的量不低于15％，优选的不低于16.7％、优选的不低于20％、优选的不低于25％。
进一步的，浓盐酸氯化氢的质量分数不低于20％，优选的不低于30％，优选的30％-38％，优选的36％。
进一步的，花青素提取液包括乙醇、水和浓盐酸。
进一步的，花青素提取液包括95％乙醇、水和浓盐酸。
进一步的，花青素提取液包括95％乙醇、水和浓盐酸，95％乙醇:水:浓盐酸优选为(1-5):(1-5):(0.5-5)，优选的(1-3):(1-3):(0.5-3)，优选的2.1:0.9:1。95％乙醇:水:浓盐酸还可以为2:1:1，95％乙醇:水:浓盐酸还可以为2:2:1，95％乙醇:水:浓盐酸3:2:1。
进一步的，高纤维含量的原料包括紫玉米须和/或紫玉米苞衣和/或紫玉米轴。
从上面所述可以看出，本发明提供的提取花青素的方法采用了适合高纤维原料的花青素提取液，另外超声辅助溶剂萃取的方法提取紫玉米轴花青素，本申请的有机溶剂用量少、减少的有机溶剂的后处理、尤其是有毒有害的有机溶剂的去除，快速、提取效率高，且原料来源具有创新性。
附图说明
附图1为具体实施方式一所得提取紫玉米轴花青素组成。
附图2为具体实施方式二所得提取紫玉米轴花青素组成。
附图3为具体实施方式三所得提取紫玉米轴花青素组成。
附图4为具体实施方式四所得提取紫玉米轴花青素组成。
附图5为对照实施方式五所得提取紫玉米轴花青素组成。
附图6为对照实施方式六所得提取紫玉米轴花青素组成。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
具体实施方式一：一种从紫玉米轴中提取花青素的方法，按以下步骤进行：
(1)将风干的紫玉米轴粉碎后，过60目筛，得到紫玉米轴粉末；
(2)配制花青素提取液，花青素提取液为无水乙醇:水:浓盐酸，体积比例为2:1:1。
(3)分别称取1g紫玉米轴粉末，置于50mL花青素提取液中，充分混匀后，置于超声提取装置中，超声功率300W，避光提取30min；
(4)将上述提取混合物，置于沸水浴中提取60min，4000rpm离心10min，上清液即为紫玉米轴花青素提取物；
(5)提取物经50℃水浴减压旋转浓缩后得到花青素粗提物；
(6)将花青素粗提物溶于10mL蒸馏水后，经20mL乙酸乙酯萃取除杂3次，减压浓缩后上样于大孔树脂D101(1.5cm×20cm)，25mL蒸馏水洗脱除去多糖后，70mL 0.3％盐酸乙醇洗脱，收集合并洗脱液；
(7)洗脱液经50℃水浴减压旋转浓缩、真空冷冻干燥，所得产品为紫玉米轴花青素，其组成及含量见图1及表1。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(2)中花青素提取液组成为95％乙醇:水:浓盐酸，体积比例为2.1:0.9:1，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见图2及表1。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(2)中花青素提取液组成为无水乙醇:水:浓盐酸，体积比例为2:2:1，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见图3及表1。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(2)中花青素提取液组成为无水乙醇:水:浓盐酸，体积比例为3:2:1，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见图4及表1。
对照实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(2)中花青素提取液组成为无水乙醇:水:浓盐酸，体积比例为4:2:1，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见图5及表1。
对照实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(2)中花青素提取液组成为无水乙醇:水:浓盐酸，体积比例为2:1:0.3，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见图6及表1。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(1)中风干的紫玉米的玉米须粉碎后，过60目筛，得到紫玉米须粉末，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见表2。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(1)中风干的紫玉米的玉米花粉碎后，过60目筛，得到紫玉米花粉末，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见表2。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(1)中风干的紫玉米的叶片粉碎后，过60目筛，得到紫玉米叶叶粉末，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见表2。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(1)中风干的紫玉米的秸秆粉碎后，过60目筛，得到紫玉米秸秆粉末，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见表2。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(1)中风干的紫玉米的苞衣粉碎后，过60目筛，得到紫玉米苞衣粉末，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见表2。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤(1)中风干的紫玉米的籽粒粉碎后，过60目筛，得到紫玉米籽粒粉末，其他步骤及参数与具体实施方式一相同，其组成及含量见表2。
表1各具体实施方式提取紫玉米轴的花青素含量及组成
注：P值为具体实施方式二-六中所得紫玉米轴花青素总量与具体实施方式一所得紫玉米轴花青素总量的统计学分析值，其中P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。
表1为取步骤(4)得到的上清液，过0.22μm滤膜后，经高效液相色谱测定的其花青素含量。
由表1可知，实施方式一-六所得到的紫玉米轴花青素含量分别为12.36±0.13g/kg、13.36±0.17g/kg、5.76±1.20g/kg、4.51±0.27g/kg、2.76±0.23g/kg和2.48±0.28g/kg。具体实施方式二所得花青素含量与具体实施方式一所得花青素含量无差异(P>0.05)，而其他具体实施方式所得花青素含量均显著少于具体实施方式一所得花青素含量(P<0.01)，且水解程度不高，存在一些杂质峰(图3-6)，尤其是对照实施方式六。此外，花青素提取液中浓盐酸含量对花青素提取效果具有决定性作用，具体实施方式一-六中花青素提取液浓盐酸的含量依次为25％、25％、20％、16.7％、11.1％和9.09％，浓盐酸含量的降低，花青素的提取效率也随之降低，且杂质增加很多，给后续的纯化等带来了严重的负担，且产品的性质和功效变得不稳定。因此，过量的浓盐酸是保证紫玉米轴花青素充分水解的重要因素。具体实施方式二提取液的乙醇含量和盐酸含量与具体实施方式一相同，但是95％乙醇的价格低于无水乙醇的价格，因此具体实施方式二有效降低了花青素提取的成本，因此，在提取花青素含量无差异的情况下，具体实施方式二优于具体实施方式一。
表2紫玉米不同部位花青素含量及组成
注：“--”表示未检出。
由表2可知，具体实施方式二、七-十二所得到的紫玉米轴、玉米须、玉米花、秸秆、苞衣和籽粒的花青素含量分别为13.36±0.17g/kg、12.94±2.55g/kg、1.09±0.09g/kg、0.71±0.26g/kg、19.01±1.45g/kg和0.39±0.08g/kg。具体实施方式十一中所得苞衣花青素含量、具体实施七所得玉米须花青素含量高于具体实施方式二中玉米轴花青素含量，而其他具体实施方式所得花青素含量均显著少于具体实施方式二所得花青素含量。然而，紫玉米中玉米须和苞衣所占比例少，亩产量低，而玉米轴亩产量高且位于玉米穗内部，无需担忧农药残留风险，因此，具体实施方式二有效降低了花青素提取的成本，实现了废弃资源的“变废为宝”。
具体实施方式二中一种从紫玉米轴中提取花青素的方法，其创新性在于紫玉米轴一般为废弃资源、原材料价格低廉，降低了提取花青素的成本；选用的花青素提取液为乙醇、水和盐酸的组合，无需有毒、有害的有机试剂，过量盐酸可用碳酸氢钠等中和反应产生对环境无害的氯化钠和二氧化碳、水等物质，对生产操作人员和环境十分友好，符合现在环境友好型和可持续发展的理念；所用仪器设备简单、价格便宜、易获取，且无需昂贵的消耗品，提取过程用时少、高效便捷。因此，具体实施方式二是一种理想的从紫玉米轴中提取花青素的方法。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种从紫玉米轴中提取花青素的方法，其特征在于，步骤包括：
(1)将紫玉米轴粉碎得紫玉米轴粉；
(2)将步骤(1)中得到的紫玉米轴粉加入花青素提取液提取；
(3)将步骤(2)得到的混合物水解成花青素，离心取上清液得紫玉米轴花青素提取上清液；
(4)将上清液浓缩与纯化；
花青素提取液包括95％乙醇、水和浓盐酸；
95％乙醇:水:浓盐酸体积比为(1-3):(1-3):(0.5-3)；
花青素提取液含有浓盐酸占花青素提取液的量不低于15％；
浓盐酸氯化氢的质量分数不低于20％。
2.一种如权利要求1的方法，其特征在于，步骤包括：
(1)将风干的紫玉米轴粉碎后，过筛得紫玉米轴粉；
(2)将步骤(1)中得到的紫玉米轴粉加入花青素提取液，充分混匀后置于超声提取；
(3)将步骤(2)得到的混合物水浴处理，将提取的花色苷水解成花青素，离心取上清液得紫玉米轴花青素提取上清液；
(4)将步骤(3)中的提取上清液减压浓缩，得到花青素粗提物；
(5)将步骤(4)中的花青素粗提物溶于水后，乙酸乙酯萃取除杂后上样于大孔树脂，经水、盐酸乙醇溶液洗脱，得到纯化后的花青素溶液；
(6)将步骤(5)中的花青素溶液减压浓缩、冷冻干燥后，得到所述的花青素。
3.一种如权利要求1的方法，其特征在于，花青素提取液含有浓盐酸占花青素提取液的量不低于20％。
4.一种如权利要求1的方法，其特征在于，花青素提取液包括95％乙醇、水和浓盐酸，95％乙醇:水:浓盐酸体积比为2:1:1。
5.一种高纤维含量的原料提取花青素的方法，其特征在于，步骤包括：
(1)将高纤维含量的原料粉碎得粉；
(2)将步骤(1)中得到的粉加入花青素提取液提取；
(3)将步骤(2)得到的混合物水解成花青素，离心取上清液得高纤维含量的原料花青素提取上清液；
(4)将步骤(3)中的提取上清液减压浓缩后，得到花青素粗提物；
(5)将步骤(4)中的花青素粗提物溶于水后，乙酸乙酯萃取除杂后上样于大孔树脂，经水、盐酸乙醇溶液洗脱，得到纯化后的花青素溶液；
(6)将步骤(5)中的花青素溶液减压浓缩、冷冻干燥后，得到所述的花青素；
花青素提取液包括95％乙醇、水和浓盐酸；
95％乙醇:水:浓盐酸体积比为(1-3):(1-3):(0.5-3)；
花青素提取液含有浓盐酸占花青素提取液的量不低于15％；
浓盐酸氯化氢的质量分数不低于20％。
6.一种如权利要求5的方法，其特征在于，步骤包括：
(1)将风干的高纤维含量的原料粉碎后，过筛得高纤维含量的原料粉；
(2)将步骤(1)中得到的高纤维含量的原料粉加入花青素提取液，充分混匀后置于超声提取；
(3)将步骤(2)得到的混合物水浴处理，将提取的花色苷水解成花青素，离心取上清液得高纤维含量的原料花青素提取上清液；
(4)将步骤(3)中的提取上清液液减压浓缩后，得到花青素粗提物；
(5)将步骤(4)中的花青素粗提物溶于水后，乙酸乙酯萃取除杂后上样于大孔树脂，经水、盐酸乙醇溶液洗脱，得到纯化后的花青素溶液；
(6)将步骤(5)中的花青素溶液减压浓缩、冷冻干燥后，得到所述的花青素；
高纤维含量的原料包括紫玉米须和/或紫玉米苞衣。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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