一种紫甘薯花色苷的分离提取方法 【技术领域】
本发明属于功能活性成分的提取方法，具体涉及到一种从紫甘薯中分离提取获得花色苷的方法。
背景技术
紫甘薯(Ipomoes batatas L.)属旋花科甘薯属一年或两年生草质藤本植物，肉质块根紫红色。原产日本kyushu南部，由日本人山川先生改良成富含色素的新品种，并推广种植。我国于1988年左右引进该品种，由于它含有花色苷成分，具有抗氧化，改善肝功能，抑制遗传因子突变，预防高血压，改善视力等保健作用，且容易大面积的推广种植，从天津、山东到江西、福建，均有种植报道，具有广阔的市场前景。
花色苷(Anthocyanidins)，是一类广泛存在于植物的花、果实、茎、叶、根器官的细胞液中的水溶性天然色素，属黄酮类化合物，结构母核为2-苯基苯并吡喃阳离子。其分布27个科，73个属植物中，自然界已知的花色苷有20多种，食品中重要的有6类，即矢车菊素、天竺葵色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛色素和锦葵色素，自然条件下游离的花青素极少见，多以糖苷的形式存在，即称为花色苷(anthocyanin)。
紫甘薯块根浸提得到的色素是一种优质的天然食用花色苷类色素，存在于细胞液泡中，其主要成分为被咖啡酸、阿魏酸等芳香酸酰化的矢车菊苷和芍药苷等，目前文献报道鉴定出的组分如下：
目前，天然着色剂存在的最大问题就是在产品中多数不稳定，因此在一定程度上影响了其在工业中的应用，但是有资料报道，酰基化的色素分子可以使色素的稳定性提高。由于紫甘薯色素分子式酰基化的色素分子，其稳定性较强，作为一种天然食用色素，相对于目前食品工业上所用的合成色素，安全、无毒而且具有一定的抗氧化、抗突变、预防心血管疾病等营养和药理作用，在食品、化妆品、医药等方面有着巨大的应用潜力。
目前，关于紫甘薯的分离提取方法时有报道。专利“紫甘薯天然红色素的乙醇提取方法”(公开号00127847.9)中使用酸化乙醇和无水乙醇提取，用阳离子交换树脂纯化，喷雾干燥。专利“一种利用柠檬酸化水萃取紫甘薯花色苷的工艺”(CN1460694A)，用4～5％柠檬酸化水提取紫甘薯花色苷后采用AB-8或DM-130大孔吸附树脂进行精制。专利“一种发酵法提取紫甘薯红色素的生产工艺”(CN200620098347.X)，通过对制备紫甘薯糖化液进行发酵，过滤发酵醪，去残渣，浓缩后获得紫甘薯红色素，过程较复杂。专利“紫甘薯红色素的生产方法”(200710192250.X)，采用柠檬酸和柠檬酸钠酸化的去离子水提取，经明胶去杂、纳滤、反渗透等操作精制后加β-环糊精处理得到红色素，专利“紫甘薯色素分离提取方法”(200810020364.0)，采用酸化水浸提，除杂，加多酚氧化酶抑制剂，加CuCl2沉淀清液夜中的多元酚、鞣质，膜过滤分离，通入H2S，沉淀除去CuCl2，浓缩干燥获得成品，其色价达到200以上，但该过程繁复，不利用工业大规模生产。
总之，目前紫甘薯中花色苷的提取，专利报道多采用酸化水溶液或酸化乙醇溶液浸提的方法，单靠升高温度及延长提取时间很难达到较好的提取效果。近年来，超声波技术在植物有效成分提取方面应用广泛，可加速有效成分的溶出，有利于使植物中有效成分的转移、扩散及提取。该技术具有提取时间短、提取量高等特点，同时可防止提取物在长时间高温或者空气暴露条件下发生降解、褪色等变化。但对于紫甘薯这一富含淀粉的花色苷原料，超声过程中可能会由于操作条件不当而造成淀粉的大量浸出甚至糊化现象，进而影响后续的传质及分离效果，因此，应用过程中要选择适当的超声处理条件。
在花色苷的精制方法上，由于提取物中成分复杂，目前报道的纳滤、反渗透等膜分离方法大规模生产的可操作性较低，大孔吸附树脂分离是目前较为可行的天然产物分离方法，特别是在黄酮类化合物的分离纯化过程中应用较为广泛，但对花色苷这一具有离子结构的化合物，如何选择适当的、选择性吸附特性较好的树脂种类及操作条件，是分离工作的关键。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种紫甘薯花色苷的分离提取方法，该方法有利于产业化生产，且产品品质高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种紫甘薯花色苷的分离提取方法，包括如下步骤：
(1)将新鲜紫甘薯清洗后打浆破碎，此过程无需干燥程序；
(2)将步骤(1)得到的粉碎料放入酸性乙醇水溶液中，采用超声波辅助浸提；
(3)步骤(2)得到的浸提液经过滤后，采用非极性大孔吸附树脂NKA吸附，用水洗杂，用酸性乙醇水溶液洗脱；
(4)步骤(3)得到的洗脱液浓缩干燥得紫甘薯花色苷产品。
步骤(2)中，所述的酸性乙醇水溶液为pH1.0～4.0、10～80％(v/v)的乙醇水溶液，优选pH1.0～2.0、20～50％(v/v)的乙醇水溶液。可用盐酸调节pH值。
步骤(2)中，对于每千克粉碎料，使用的酸性乙醇水溶液体积为5～30L，优选15～20L。
步骤(2)中，超声波辅助浸提条件为：超声功率100～800W，优选100～400W；浸提温度20～60℃，优选50～60℃；浸提次数1～3次；浸提总时间为1～4h。
步骤(3)中，减压浓缩条件为：真空度0.075～0.095MPa，温度40～50℃，浓缩体积比1∶20～1∶50。
步骤(3)中，吸附条件为：树脂柱径高比1∶5～20，优选1∶10；吸附pH值1.0～4.5，优选1.0～2.0；吸附流速1～5mL/min，优选1～3mL/min；吸附温度20～40℃，优选20～30℃。
步骤(3)中，洗脱条件为：酸性乙醇水溶液为pH1.0～4.0、30～90％(v/v)的乙醇水溶液，优选pH1.0～2.5、40～60％(v/v)的乙醇水溶液，洗脱流速0.5～3mL/min，洗脱剂用量为3～6倍树脂柱体积。
步骤(4)中，浓缩条件为：真空度0.075～0.095MPa，温度40～50℃，浓缩至无醇味。
有益效果：本发明的紫甘薯花色苷的分离提取方法与现有技术相比具有如下优点：
1、原料品种新，来源广，我国大多数地区都适合紫甘薯地种植，面积大，产量高，含酰化的花色苷色素，稳定性好。
2、本发明利用超声波辅助提取，提取率远高于非超声辅助的浸提效果。
3、生产过程中未使用任何有毒有害溶剂，无污染，产品安全卫生。
4、本发明设计的工艺路线简捷，设备投入少，工业化前景可行。
5、本发明方法采用超声波辅助提取及NKA大孔吸附树脂分离纯化，保证了紫甘薯中花色苷的高效提取及理想的分离纯化效果，紫甘薯中花色苷提取率可达，提取率得到的产品色价可达130～160，工艺简单，产品质量高，优于现有的技术水平，为紫甘薯花色苷资源的利用及产业化开发奠定基础。
【具体实施方式】
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
以下实施例中的NKA树脂购自于天津南开大学化工厂。
以下实施例中，花色苷含量及色价的检测和计算方法如下：
1)花色苷含量的检测采用pH示差法：
采用pH示差法：先确定合适的稀释因子，使样品在λvis-max下(以下实施例中最大吸收波长为528nm)的吸光度在风光光度计的线性范围内(0.2～1.2)；然后制备两个样品稀释液，其中一个用氯化钾缓冲液(0.025M，pH1.0)稀释，另一个用醋酸钠缓冲液(0.4M，pH4.5)稀释，将稀释液平衡15min后，用蒸馏水做空白，分别测定两种样品稀释液在λvis-max和700nm处的吸光值A。
X=ΔA×MW×DF×Vϵ×L×W×100%]]>
其中X-紫甘薯花色苷总含量，％；
ΔA＝(Avis-max-A700)pH 1.0-(Avis-max-A700)pH 4.5；
MW-矢车菊素-3-葡萄糖苷为摩尔质量，449.2；
DF-稀释倍数；
V-稀释体积(L)；
ε-矢车菊素-3-葡萄糖苷为摩尔吸光系数，29600(L/mol·cm)；
L-为比色皿光路长(cm)；
W-样品重量，g
2)花色苷色价的检测和计算方法如下：
精确称取干燥后的花色苷样品1g，用pH为3.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液定容至100mL，取1mL溶液进一步稀释至适宜的倍数，使其吸光值控制在0.2～0.7，用1cm比色皿，以缓冲溶液作空白，在528nm下测其吸光值。根据下式计算色价：
E1cm1%=A528×DFw]]>
其中：A528：528nm吸光值
DF：稀释倍数
W：样品质量(g)
实施例1：
新鲜紫甘薯原料(江苏盐城海篷子绿苑食品有限公司，Z110)，用清水洗去表面附着的泥土、尘沙等污物，沥干水分，用打浆机破碎。
将粉碎后的紫甘薯浆放入酸性乙醇水溶液中，采用超声波辅助浸提。超声波辅助提取条件为：酸性乙醇水溶液为pH2.0(用HCl调节)、20％(v/v)的乙醇水溶液，紫甘薯重量(kg)∶酸性乙醇水溶液体积(L)＝1∶20，超声波功率400W，控制温度为50℃，超声浸提次数2次，即酸性乙醇水溶液分两次浸提，每次超声浸提时间为30min。
上述浸提液合并后经过滤，再采用真空减压浓缩脱除乙醇，真空度0.085MPa，温度45℃，浓缩比1∶25，其中花色苷浓度为0.63mg/mL。
将浓缩液采用NKA大孔吸附树脂吸附分离，具体方法为：NKA大孔吸附树脂，经预处理后湿法装柱，直径2cm，柱高20cm；吸附条件：上样流速3mL/min，样品吸附温度20℃，吸附pH2.0，至吸附饱和后，用4BV(4倍树脂体积)去离子水洗去未吸附的成分，再用酸性乙醇水溶液进行解吸；解吸条件：酸性乙醇水溶液为pH1.5(用HCl调节)、60％(v/v)的乙醇水溶液，洗脱流速1.5mL/min，洗脱剂用量为4倍树脂体积，收集洗脱液，采用真空减压浓缩脱除乙醇，真空度0.085MPa，温度45℃，浓缩至无乙醇味后冷冻或喷雾干燥，得紫甘薯花色苷产品。经测定，产品中花色苷含量可达28.8％，色价为132。
实施例2：
新鲜紫甘薯原料(盐城海篷子绿苑食品有限公司，Z110)，用清水洗去表面附着的泥土、尘沙等污物，沥干水分，用打浆机破碎。
将粉碎后的紫甘薯浆放入酸性乙醇水溶液中，采用超声波辅助浸提。超声波辅助提取条件为：酸性乙醇水溶液为pH1.0(用HCl调节)、40％(v/v)的乙醇水溶液，紫甘薯重量(kg)∶酸性乙醇水溶液体积(L)＝1∶15，超声波功率100W，控制温度为60℃，超声浸提次数3次，即酸性乙醇水溶液分3次浸提，每次超声浸提时间为60min。
上述浸提液合并后经过滤，再采用真空减压浓缩脱除乙醇，真空度0.09MPa，温度50℃，浓缩比1∶40。其中花色苷浓度为0.92mg/mL。
将浓缩液采用NKA大孔吸附树脂吸附分离，具体方法为：NKA大孔吸附树脂，经预处理后湿法装柱，直径2cm，柱高20cm；吸附条件：上样流速3mL/min，样品吸附温度30℃，吸附pH1.0，至吸附饱和后，用4BV(4倍树脂体积)去离子水洗去未吸附的成分，再用酸性乙醇水溶液进行解吸；解吸条件：酸性乙醇水溶液为pH2.5(用HCl调节)、40％(v/v)的乙醇水溶液，洗脱流速2.0mL/min，洗脱剂用量为4倍树脂体积，收集洗脱液，采用真空减压浓缩脱除乙醇，真空度0.095MPa，温度50℃，浓缩至无乙醇味后冷冻或喷雾干燥，得紫甘薯花色苷产品。其中花色苷含量可达31.2％，色价为146。