CN1680576A - 黑米花色素苷的提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种黑米花色素苷的提取方法，以黑米的糙米粒为原料，用纤维素酶酶解黑糙米粒的表层，使花色素苷易于分离，从而提高了萃取率。用90－95％乙醇浸提和终止酶解反应，去醇溶性杂质后，再用45－55％乙醇萃取黑米花色素苷，所得黑米花色素苷产品纯度高，通常无需进一步纯化即可用作食品添加剂，提取后的米粒带红黑色，仍可用作黑米食品的原料。

Description

黑米花色素苷的提取方法

技术领域

本发明属于天然色素提取技术，涉及花色素苷的提取方法，具体为一种以黑米的糙米粒为原料提取黑米花色素苷的方法。

背景技术

花色素(anthocyanidin)属黄酮类物质，在自然界中是植物彩色的重要来源，以花色素苷(anthcyanin)的形式天然存在。其色泽随pH而变化，偏碱时呈蓝色，偏酸时呈红色。因其苷元和糖基的结构不同，天然花色素的种类很多，都有抗氧化和消灭自由基的能力。所以花色素在植物体中不仅止于艳丽其颜色而且具备自身抗病功效。近十几年来陆续发现花色素对动物和人类的保健功能。归纳起来大致有：抗氧化、延缓衰老、调节血脂和血压、保护心脑血管作用、辅助抑制肿瘤、抗辐射、美容、改善视力、调节免疫、抗突变、抗过敏等。我们检索过MEDLINE(医学索引刊物)收载的有关花色素的科学论文，在上世纪80年代以前每年平均不过10篇上下，进入90年代逐渐上升到100篇以上，到了本世纪已上200篇，说明了学术界对花色素开发的重视。

尽管花色素苷广泛分布于植物界，但是其量较少，类别很多，例如，有些葡萄含有16种以上的花色素苷。我们分析过多种可食用和药用的植物样本，如水果、蔬菜和药材，一般花色素苷的含量在百万分之几到万分之几，被认为含花色素苷高的紫葡萄也大体在20-300毫克/100克。而黑米的情况恰相反，黑米中花色素苷的含量特高，全米粒在千分之二到接近百分之二之间，而且其组成很简单，是矢车菊色素葡萄糖苷(cyanidin 3-glucoside)和较少量的芍药素葡萄糖苷(peonidin 3-glucoside)。两者的比例大致在9∶1范围。

可以生产花色素的原料受很多因素的限制，国际上目前使用的是葡萄皮和葡萄籽(后者是前花色素)，近年来发掘出来蓝莓，若干地区采用黑米。葡萄皮和葡萄籽是酿造葡萄酒的副产品，蓝莓是把整个浆果都用掉。

黑米的黑米颖(粗糠)中花色素虽可用，但含量极少，花色素大量地存在于外果皮(细糠)中，即它90％分布在占总重量10％以下的种皮中，民间吃黑米习惯于吃糙米(连同细糠一起吃)，黑米碾除糠之后即为白米，民间不能认同，黑米糠是整粒黑米不可分割的部分而不是可以去掉的多余部分。即黑米糠不是副产品。

我国已有主要用黑米糠为原料生产的花色素粗提出物，被称为‘红米红色素’如已公开的专利CN 1049099C黑米天然食用色素及其制造方法：所述色素为将黑米经精米机碾轧而制得的糙米的果皮、种皮、糊粉层及胚的混合物研磨成100目以上、含水＜13.5％的粉状固体。CN 1030008公开了黑糯米天然食用色素及其提取方法：以黑糯米或黑糯米糠为原料，提取的一种天然食用色素，方法是，将黑糯米或黑糯米糠在室温下，用自来水浸泡4-6小时后用过滤机进行过滤，米糠滤出，保留滤液。CN 1099050公开了黑米天然食用色素及其制造方法：一种黑糯米天然食用色素，经碾轧、研磨、干燥等工序即可制得。

上述现有技术黑米花色素提取的生产工艺均为水提，由于花色素苷在水中溶解性并不太大，因此溶媒体积大，浓缩过程成本高，并且产品纯度低。而报道的一些研究性工艺还有酸性水提取，也有个别选用乙醇为基本溶剂，但均为先提取、后除杂纯化工艺，工艺复杂，设备投资大，成本提高。

如何在经济有效地提取花色素苷后仍然保持可食用的颗粒状的黑米，可实现较为可观的经济效益，这是本发明需要解决的问题。

发明内容：

黑米糠中的花色素苷包裹在大量纤维素和半纤维素以及其他植物纤维之中，本发明提出用纤维素酶处理黑米粒的表层，使花色素苷易于分离，提取后余留的米粒仍使其留有少量花色素苷，且再加工的食品因已经过纤维素酶处理可有较好的口味。

本发明的方案是：以黑米的糙米粒为原料，精选去杂后，用纤维素酶酶解黑糙米粒的表层，再用90-95％的乙醇浸提，沥去醇溶性杂质，将经过酶解并去除醇溶性杂质后的黑糙米粒用45-55％浓度的乙醇萃取，将萃取后的溶液减压去除乙醇，将去除乙醇后的萃取液喷雾干燥成黑米花色素苷粉末。

本发明所述纤维素酶可以用真菌纤维素酶，它是以内切1，4-β-D-葡聚糖酶为主的复合型酶群，其中包含了外切1，4-β-D-葡聚糖酶和β-D-葡聚糖苷酶。

纤维素酶的使用浓度为1升水溶液中含80000-120000内切酶活力单位的纤维素酶；所述纤维素酶水溶液的用量按重量占精选去杂黑糙米粒的5-10％。

纤维素酶酶解的温度为30-60℃，酶解时间为1-2小时。

黑米花色素苷分布于黑米糙米的浅表层，为了提取花色素可以充分利用这个米粒的广大表面和米粒之间构成的溶剂萃取空间，若将米粒碾成细糠则反而破坏了如此有利的萃取表面和溶剂空间。因此，用全米粒浸提有较好的效益。

因为人们习惯于吃黑米糙米而不习惯于吃碾白了的‘白色的黑米’，全米粒浸提带来了提取花色素苷后完整的黑米粒，也就扩大了黑米后续开发利用的空间。

萃取率与溶剂用量有这样的关系：溶剂用得越多萃取率越高，但另一方面是随着溶剂量的加大每单位体积的溶剂所能提出的花色素苷越来越少，提取成本加大。我们克服这个矛盾的办法是对萃取率的要求适可而止，即‘不完全提取’。换句话说，就是用黑米2倍量的溶剂‘有控’提取，留下约20％的花色素苷在原米粒中，以备后续开发之用，仍然能保持黑米加工产品“黑”的特色。

通过对黑米中花色素苷品种的结构分析和理化性质探讨，并经多次实验室试验确定使用乙醇(食用酒精)为溶剂。实验发现0-95％乙醇溶液提取花色素苷，其效果因乙醇浓度有很大的差别，而以50±5％乙醇-水溶液效果最好(且在45-55％浓度范围内效果基本相似)，这有利于控制杂质溶出；在0-40℃的温度范围内，提取的效果虽随温度上升而提高，但提取的最佳乙醇浓度维持在50±5％不变；并且食用酒精原料价廉，长年供应无问题，用后回收也容易，花色素苷在酒精溶液中较稳定；酒精又可使酶灭活和有灭菌作用。若不再挥发掉酒精或仅挥去部分水和酒精。直接以含酒精的液体状态作为终产品，用于酒类着色也是合宜的。

具体实施方式：

实施例

原料用精选黑米500公斤，真菌纤维素酶(主要由三类基本酶学构成的复合型酶群，即内切1，4-β-D-葡聚糖酶、外切1，4-β-D-葡聚糖酶和β-D-葡聚糖苷酶)80000-120000单位/克，95％乙醇(食用级)。

原料黑米过20目不锈钢筛去杂，得精选黑米500公斤，倒入不锈钢槽中，喷入0.1％真菌纤维素酶水溶液25-50升，充分拌匀，再倒入不锈钢萃取桶中30-60℃放置1-2小时，将90-95％乙醇1000公斤倾入萃取桶中缓慢搅拌3小时，沥出乙醇，90-95％的乙醇使酶解终止，同时去除了不含花色素苷的醇溶性杂质成分，如磷脂和植物固醇。

分批离心取出酶解后的黑米粒，在酶解后的黑米粒中加入45-50％的乙醇800-1000公斤萃取1-2次，滤取萃取液，减压浓缩回收乙醇，得到浓缩的花色素苷萃取液，喷雾干燥成花色素苷粉末435克。萃取后的黑米粒约450公斤，外观带红黑色。

生产过程中有效成分的抽提是要讲效率的。黑米粒中花色素苷是被纤维素之类的物质紧裹，破坏这个结构会有利于提取，为说明本发明的效益特提供以下试验：

将精选了的黑米原料100克，喷以不同浓度的纤维素酶(100000单位/克)水溶液5毫升，拌匀，在室温下放置不同时间，然后在烧杯中将60％乙醇100毫升(连同米粒的含水量加酶溶液的水折算，则实际乙醇浓度为50％)倾入此潮湿的黑米粒，搅拌浸泡10分钟，装入层析柱(代作渗漉管用)以50％乙醇渗漉。条件如下：柱的内直径为4厘米，柱身长100厘米，下部烧结玻璃滤器，再铺滤纸2层，上端全玻璃结口，共9支。在每100毫升酶溶液中酶用量为0，0.2，0.6克；酶反应时间为：0，2，4小时。保温温度为40℃。保温箱相对湿度在80％。在酶反应初及在反应毕(此时米粒外表液层未干)，pH不变，均在5.5。渗漉液流出速度控制在每分钟约1.7毫升，即每小时流出100毫升。测定每小时流出液中的花色素苷的总量，并计算流出累计量，至第5小时毕为止。使用L₉(3⁴)正交表设计。结果如下：

       表：正交试验因素水平表，L₉(3 ⁴ )

                        因素

水平      A酶用量(克)      B反应时间(小时)

1          0                 0

2          0.2               2

3          0.6               4

       表  纤维素酶的量和作用时间对黑米花色素苷提出量的影响

		处理		累计流出花色素苷的量(毫克)，小时数
									酶用量	反应时间	1	2	3	4	5
		渗漉管号	1	0	0	322	498	581								669	743
2	0								2	310	487	589	660	745
			3	0	4	298	480	588							667	733
4	0.2								0	321	502	594	663	741
			5	0.2	2	563	867	934							955	981
6	0.2								4	574	879	941	963	986
			7	0.6	0	330	505	609							669	744
8	0.6								2	588	871	929	966	985
			9	0.6	4	598	870	938							960	988
K1+K2+K3＝										3904	5959	6703	7172	7646

    A1    B1     A2    B2     A3    B3     A4    B4     A5    B5

K1  930   973     1465  1505    1758  1784    1996  2001    2221  2228

K2  1458  1461    2248  2225    2469  2452    2581  2581    2708  2711

K3  1516  1470    2246  2229    2476  2467    2595  2590    2717  2707

       A3B3          A2B3          A3B3          A3B3          A3B2

显然，经酶处理的黑米，花色素苷的提出量高于无酶或虽加酶但立即被酒精抑制的各管；加酶处理诸管中酶量增多虽开始时使提出量有所增多，但随着时间延长此差别逐渐不再显见；经过酶解反应各管，不论酶浓度是0.2％或0.6％各5毫升，以及反应时间是2小时还是4小时，其流出的花色素苷的量只在1小时有小差别，在2小时之后己基本一致；经测定，该受试黑米含有花色素苷是1124毫克/100克，换言之，到2小时止经酶反应的各渗漉管已流出花色素苷接近其80％的量(1124×80％＝899)，到三小时止经酶反应了的渗漉管累计流出花色素苷的量超过80％的总量；二小时后除无酶或虽加酶但立即被酒精抑制的各管流出较多的花色素苷外，凡是有酶反应过的各管单位时间内流出的花色素苷在不断地明显减少。

上述结果提示：(一)在萃取前用少量纤维素酶对全米粒轻度处理可使萃取率提高。(二)由于萃取时间越长即耗用溶剂越多，从既要有效提取又要节约溶剂消耗出发，萃取溶剂以黑米重两倍的溶剂量为合适，可以预期进一步控制渗漉流出液的流速，要达到如此比例的黑米∶溶剂比是可行的。

花色素苷具有中等的极性，在水和高浓度乙醇中均有一定的溶解性，但溶解度均不大，而在中等浓度的乙醇-水溶液中具有非常好的溶解性。我们利用花色素苷这一理化特性，选用了先用90-95％乙醇除杂，再用45-50％乙醇提取的工艺。有助于减少在用45-50％乙醇萃取时混入的醇溶性杂质，产品纯度高，通常无需进一步纯化即可用作食品添加剂，大大降低了生产成本。

Claims (4)

1.黑米花色素苷的提取方法，其特征在于：以黑米的糙米粒为原料，精选去杂后，用纤维素酶酶解黑糙米粒的表层，再用90-95％的乙醇浸提，沥去醇溶性杂质，将经过酶解并去醇溶性杂质后的黑糙米粒用45-55％浓度的乙醇萃取，将萃取后的溶液减压去除乙醇，将去除乙醇后的萃取液喷雾干燥成黑米花色素苷粉末。

2、按权利要求1所述黑米花色素苷的提取方法，其特征在于：所述纤维素酶可以用真菌纤维素酶，它是以内切1，4-β-D-葡聚糖酶为主的复合型酶群，其中包含了外切1，4-β-D-葡聚糖酶和β-D-葡聚糖苷酶。

3、按权利要求1或2所述黑米花色素苷的提取方法，其特征在于：所述纤维素酶的使用浓度为1升水溶液中含80000-120000内切酶活力单位的纤维素酶；所述纤维素酶水溶液的用量按重量占精选去杂黑糙米粒的5-10％。

4、按权利要求1所述黑米花色素苷的提取方法，其特征在于：所述纤维素酶酶解的温度为30-60℃，酶解时间为1-2小时。