（化学工程专业论文）栀子黄色素的提取及其废液分离栀子甙的研究.pdf

硕士学位论一文 摘要 栀予果实被广泛用束作为一种天然的食品着色剂，在中医临床上用于治疗黄 疸型月1 ：炎、商j 6 l 压、糖尿病等症。本文主要探讨了从栀子果实中提取、精制栀子 黄色素的工艺，为进一步工业化提取和精制栀子黄色素提供了理论基础。同时， 针对提取色素后的废液作了进一步的研究，从中分离出高附加值的有效成分栀子 甙，对黄栀子的综合开发利用和环境保护等方面有着重大的意义。 通过实验确定了水浴浸提法和超声波提取法制备栀子黄色素的工艺条件。水 浴浸提法的最佳工艺：6 0 的乙醇水溶液为提取剂；提取温度5 0 。c ；提取时间2 h ： 利液比1 ：1 0 。在此条件下色素的提取率为8 8 8 i ，产品色价5 0 1 9 。超声波提 取法的最佳工艺：提取溶剂为5 0 的乙醇水溶液：提取温度2 04 c ；提取时间l h ： 利液比l ：1 2 。在此条件下色素的提取率为9 8 8 4 ，产品色价7 0 7 2 。 用大孔吸附树脂柱层析分离天色产物栀予黄，有目的地筛选了一些吸附树脂 用于分离栀予黄，通过对各种树脂的静念单位体积吸附量和选择性的研究，选择 a b 一8 大孑l 吸附树脂作为分离栀子黄的吸附剂。以a b 一8 大孑l 吸附树脂为研究对象， 探讨了树脂对桅子黄的静态吸附率和吸附曲线、吸附流速、洗脱溶剂、沈脱流速 刑栀子黄色素精制效果的影响，得到a b - 8 精制栀子黄较为合适的工艺：吸刚流 速1 5 m l m i n 洗脱流速2 m l m i n ；梯度洗脱法洗脱，洗脱液中的几。彳，。从2 9 0 降到0 2 2 ，得率为8 9 2 7 ，色素色价达到2 2 1 2 4 。 考察了脱色树) 指y w d 0 3 k 对含甙废液的脱色性能研究，研究了h p d 4 0 0 大孔吸 阳树脂列栀子甙的柱层析分离效果，探讨t h p d 一4 0 0 树脂对栀子甙的静态吸附率 和吸附l 饱线、吸附流速对树脂吸附的影响，得到h p d 一4 0 0 树脂吸附栀子甙较为合 适的i ：艺条件。分析了吸附后树脂柱的杂质洗脱和产晶洗脱问题，最后得到的产 品巾栀了甙含量大于8 0 。 关键词：栀子黄色素栀子甙提取精制超声波树脂吸附 硕士掌位- 地文 a b s t r a c t g a r d e n i af r u i ti sw i d e l yu s e da san a t u r a lf o o dc o l o r a n ta n da sat r a d i t i o n a l c h i n e s em e d i c i n ef o rt r e a t m e n to f j a u n d i c eh e p a t i t i s h y p e r t e n s i o na n dd i a b e t e s t h i s p a p e rm a i n l yd e a l tw i t ht h ee x t r a c t i o na n dp u r i f i c a t i o nc o n d i t i o n so fg a r d e n i ay e l l o w a n ds t a b i l i t yo f t h ec o l o r a n t t h es t u d yl a i dt h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rl a r g e s c a l e e x t r a c t i o na n dp u r i t i c a t i o no fg a r d e n i ay e l l o w i na d d i t i o n ，t h ew a s t es o l u t i o no ft h e e x t r a c t i o n o f g a r d e n i ay e l l o w i sr e c l a i m e dt o s e p a r a t e e f f e c t i v e c o m p o s i t i o n g e n i p o s i d e ，i t i s v e r yi m p o r t a n tt ou t i l i z es y n t h e t i c a l l ya n dp r o t e c t e n v i r o n m e n t t h r o u g he x p e r i m e n t s ，t h eo p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o n s o fe t h a n o le x t r a c t i o n a n du l t r a s o n i ce x t r a c t i o nw e r eo b t a i n e d t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fe t h a n o le x t r a c t i o n w e r ee t h a n o l w a t e r ( 6 ：4 ) ，e x t r a c t i o nt i m e2 ha t5 0 ，g a r d e n i af r u i t ：s o l v e n t = 1 ：1 0 a sar e s u l t ，t h ey i e l da n dt h ec o l o rv a l u eo ft h ee x t r a c t e dp i g m e n ta c h i e v e d 8 8 81 a n d 5 0 。1 9 ，r e s p e c t i v e l y 。t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fu l t r a s o n i c e x t r a c t i o nw e r e e t h a n o l w a t e r ( 5 ：5 ) ，e x t r a c t i o nt i m el ha t2 0 ，g a r d e n i af r u i t ：s o l v e n t2 1 ：1 2 a sa r e s u l t ，t h ey i e l da n dt h ec o l o rv a l u eo ft h ee x t r a c t e dp i g m e n ta c h i e v e d9 8 8 4 a n d 7 0 7 2 r e s p e c t i v e l y ， i l lt h i s p a p e r ，t h es e p a r a t i o nr e s u l to ft h ec r o c i nw i t hm a c r o p o r o u sa d s o r p t i o n r e s i n sc o l u m nc h r o m a t o g r a p h yw a ss t u d i e d s o m ea d s o r p t i o nr e s i n sw e r ec h o s e nf o r t h ep n r p o s eo fs e p a r a t i n gc r o c i n b yt h ee x p e r i m e n t so nt h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo f s t a l i cu n i tv o l u m ea n df i l e s e l e c t i v i t yo fe v e r yk i n do fr e s i n s f o rc r o c i n ，a b 一8 m a c r o p o r ea d s o r p t i o nr e s i nw a sc h o s e na st h ea d s o r b e n to ft h ec r o c i n r e g a r d i n g a b 一8m a e r o p o r o u sa d s o r p t i o nr e s i na st h er e s e a r c ho b j e c t t h ee x p e r i m e n t so nt h e s t a t i ca d s o r p t i o nr a t eo ft h er e s i nf o rc r o c i n ，t h ea d s o r p t i o nc u r v eo ft h er e s i nf o r c r o c i n ，t h ef l o wr a t eo na d s o r p t i o n ，t h ef l o wr a t eo nd e s o r p t i o na n dt h es o l v e n to f d e s o r p t i o no nt i l eb e h a v i o ro f t h er e s i na d s o r p t i o nw e r em a d ea n db e t t e rc o n d i t i o n so f a b 一8a b s o r b i n gc r o c i nw e r eo b t a i n e d w h i l e1 5 m l m i na st h ef l o wr a t eo n 硕士学位论文 a d s o r p t i o n ，2 m l m i na st h ef l o wr a t eo nd e s o r p t i o na n ds t e p w i s ee l u t i o nw e r ea d o p t e d t h ea ：3 s , m a 4 4 0 。，w a sl o w e dt o0 2 2f r o m2 9 0 ，t h er e c o v e r yw a su pt o8 9 2 7 ，a n d c o l o u r i t yw a s2 2 1 2 4 ，r e s p e c t i v e l y i na d d i t i o n ，t h ed e c o l o rc a p a b i l i t yo fw a s t es o l u t i o no fg a r d e n i ay e l l o ww i t h y w d 0 3 km a c r o p o r o u sa d s o r p t i o nr e s i n sw a sd i s c u s s e d t h es e p a r a t i o nr e s u l to f g e n i p o s i d ew i t hh p d 一4 0 0m a c r o p o r o u sa d s o r p t i o nr e s i n sb yc o l u m nc h r o m a t o g r a p h y w a ss t u d i e d t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t so ut h es t a t i ca d s o r p t i o nr a t eo ft h eh p d 一4 0 0 r e s i nf o rg e n i p o s i d e ，t h ea d s o r p t i o nc u r v eo f t h eh p d 一4 0 0r e s i nf o rg e n i p o s i d ea n dt h e b e h a v i o ro ft h er e s i na d s o r p t i o ni nt h ef l o wr a t eo na d s o r p t i o n ，t h eo p t i m a lc o n d i t i o n s o i lh p d 一4 0 0r e s i na b s o r b i n gg e n i p o s i d ew e r eo b t a i n e d a f t e rs t u d i e dt h ew a s ho ft h e i m p u r i t ya n dt h ep r o d u c to na d s o r p t i o nc o l u m n ，t h ep u r i t yo fg e n i p o s i d ei sm o r et h a n 8 0 a f t e rd r y i n gg e n i p o s i d es o l u t i o n k e yw o r d ：g a r d e n i ay e l l o w ；g e n i p o s i d e ；e x t r a c t i o n ；p u r i f i c a t i o n ；u l t r a s o n i c r e s i na d s o r p t i o n x i ef e n g x l a ( c h e m i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rq i uz u m i n 独创性声u 月 泖s 9 9 , ；0 小人声j j j p r i 定的学化沦文足本人在导师指导下进行的研究一r 作投取得的 川。越j ，e 小，f k 所知除了史l t 特i j l j 以桐；注和致滂j 的地力外，论文一i ，不包含妓 f 也 l i 维处& 喊 踺“过的 i j | 究成果，也1 j 包含为获得南昌大学或其他教行机 l ，j 、化! 女。汁i 轴j 仕川过i ：| ( j 材制。与我一同二1 ：作的同志对本研究所做纳任何贞献 l 玑j ，| ! i 0 迁1 ：j 确的观叫外投示谢意。 仑洲睹掺钒：相 吼毂签科 _ l j ：珊年“翟 二 学位论文版权使用授权二日 1 、。、列沦足 1 7 阿宽仝丁解 壹墨叁堂 有关保钌、使川学位论文的规定， f j 女f 泶m 川i t j i f j 冻“火滞j 或机构送交论文的复印件平磁捣。，允y i ：论文被查阅刷 训 小 、授权壹曼叁堂可以将学位论文n q 今部或部分内容编入有火数州库进 奈，】l l 浆川彤、缩印或 二f 拙等复制手段保仔、扩编学他论艾。 【f * 水f i ，j 。m 沧殳在解密后适用本授权书) f 、，滁虢碣寸吼霞 料l j j ：埘：f i “8 日 。、产f i 仑吨nh 卜、f 址j f u i ：1f 1 似： 徊l 刚1 1 i jr 1 ： 签名：卯帆 签字川卿：删i 年6 j j 3 | _ i l b 话 i j l j ；编 司e 士掌位论文 第一章文献综述及立题思路 前言 食品问题，是人类赖以生存和提高民族素质的最根本的物理基础，是任何国 家和民族需要重点关注的问题，随着人民生活水平的进一步提高，回归大自然、 食用天然原料的产品必将成为今后食品消费的主流，这也势必要在色素产业掀起 一场“绿色革命”全天然食用色素取代食用合成色素。 十八世纪出现的合成色素，由于具有色泽鲜艳、性质稳定、着色力强、坚牢 度大、使用方便、成本低廉等特点，得到了广泛的应用。然而人们逐渐认识到人 共和成色素不但毫无营养可言，而且不少品种会损害人体健康，近二十年来，国 内外陆续发现合成色素有致癌、致畸等严重毒副作用，很多品种相继被禁止使用。 另一方面，天然色素不仅安全性较好，而且大多具有一定的营养价值和保健作用。 所以天然色素敬代合成色素已是必然趋势。 桅子黄色素是从栀子果实中提取出来的一类着色力强的天然水溶性类胡萝 h 素，是国内外市场需求量占第二位的天然色素，广泛应用于食品、化妆品、药 品等行业。我国是世界上产栀予最多的国家，也是最早利用栀子果实的民族。但 是我囡的研究主要集中在栀子黄色素的一般性质的研究上，因此生产栀子黄色素 的技术水平较低，一是产品的凹值常高达2 3 以上，无法满足国际上对栀子黄 的值要求；二是从栀予果实中提取栀子黄的得率较低，目前得率一般在1 0 左右，而栀子中栀子黄色素的含量一般可达1 5 以上。因此通过改进分离的工艺， 使栀子黄的质量得到明显的提高，对于提高产品的经济附加值具有重要的意义。 栀子果实中还合有5 以上的栀子甙，因此，栀子黄提取后的废液中还含有 大量的栀予甙。而栀子甙经过微生物发酵、精制去杂可以得到栀予蓝、栀子红、 栀子绿等天然栀子色素，其产品色泽鲜亮、透明、水溶性好，能单独使用或调配 成其它色调。目前，我国工业上应用的栀子黄提取工艺，把栀子黄提取后的废液 作为废液排掉，造成了资源浪费和环境污染。 所以改进桅子黄的生产工艺，降低栀予黄产品的值。提高得率，利用废 液提取高附加值的栀予甙已成为急待解决的课题。本文主要进行从栀子果实中提 取、精制栀子黄和栀子甙的分离研究，为进一步j ：业化设计、生产提供了理论基 础和参考数掘。 硕士学位论文 1 1 栀子概述 栀子始载于神农本草经，列为中品，是茜革科( r u b i a c e a s e ) 栀子属 ( g a r d e n i a ) 植物，别名黄栀子、山栀、白蟾，长椭圆形或椭圆形，呈深红色或 红黄色，是一种常绿灌木。生于山野阃，适应性强，广泛分稚于热带和亚热带 地区，全世界约有2 5 0 种。我国有4 种”1 ，为栀予( g j a s m i n o i d e se l l i s ) 、匙叶栀 子( g a n g k o r e n s i sp i t a r d ) 、狭叶栀予( g s t e n o p h y l l am e r r ) 和海南扼子( g h a n a n e n s i s m e r r ) ，但它还有其他几个变种，如水栀子、大花栀子、朝鲜栀子等。栀子也可 分为栽培栀子( 大栀子) 和野生栀子，二者化学成分种类相同，仅外形大小不一 样。“。桅子药材主要采用栀子( 山栀子) 的果实入药，历代主要本草都有记载， 沿用至今其它各种应用较少，现代常用于提取工业染料和食用色索。古代桅子 ，“j 二河南、江苏、江西、湖北、福建等地，道地产区为江西清江、福建建瓯、湖 北江陵。现代文献报道“1 ，栀子原产于我国，分布于中南部地区，多数生于1 0 0 0 m 以下的低坡红壤山地，喜温暖向阳，不耐寒，全国大部分地区均有栽培。江西是 药用栀子的主要产区“1 ，产量较多的还有福建、湖北、湖南、广东、广西等省区。 栀子j 蔺卫生部颁发的首批食药两用资源，是传统中药，性苦寒，无毒。明朝 李时珍的本草纲目中已有详细汜载：桅子入心、肝、肺、胃经，能清热泻火、 凉血具有护肝、利胆、降压、镇静、止m 、消肿等作用“1 。中医临床上用于治 疗黄疸型肝炎、扭伤肿痛、高血压、糖尿病、热病虚烦不眠、淋病、消渴、目赤、 【j 冈痛、吐血、血痢、尿血、热毒疮疡等症”1 。现在医学发现栀子对金黄色葡萄球 菌，双球菌等有抑制作用。 扼子果实的主要活性成分是藏红花素和栀予甙，迄今为止，从栀子属植物中 分离鉴定的化合物有数1 0 种，其中该属植物的特征化合物有4 0 种，包括环烯醚 萜类1 1 个、三萜类6 个、黄酮类1 7 个、有机酸酯类6 个、二萜类等。 栀予在国内市场主要用于中药配方和中成药，是用于清热泻火的常用中药， 原料药市场极大年需求量( 千品) 在2 0 万吨以上。利用黄栀子提取的栀子甙、 京尼s 严甙及天然黄色素可用作肝脏保护、抗肿瘤、抗氧化、抗辐射的药物或功能 食品，是重要的药物合成原料和中间体，还是名贵的天然食用色素。随着新用途、 新功能的发现，相信国际市场的需求量将会逐渐扩大，因此该项目具有广阔的市 场前景。 ! 查竺苎丝墨 1 2 栀子黄色素概述 栀予黄色素足从桅子的果实中提取得到的黄色素的总称”，一利r 自然界罕见 的水溶性胡萝h 素类色素”，包括藏花素和藏花酸“”，藏花素的分子式为 c 。从0 ，分子肇为9 9 7 2 1 熔点为1 8 6 ，可见光部分最大吸收波峰的波长为 d 4 0 n m ，藏花酸的分子式为c 。0 1 ，分子量为3 2 8 3 9 ，熔点为2 8 5 ，可见光部 分晟火吸收波峰的波长为4 6 3 n m 。其中主要色素成分是减花素，一般山栀子的全 果实、利，予、累皮中藏花素的含量分别约为0 2 0 1 5 、0 2 5 4 3 、0 1 2 0 8 ”“，但 是其含量也随产地与采集时间的不同而变化“3 。 我国对栀子黄色素的使用有着悠久的历史。史记货殖传记载，公元前 2 2 i 年以前的东周时期就有：“茜栀千亩，办比千剩之家”之说，足见当时种植 茜草和栀予的规模之大。茜草和栀子当时用途之一是制备染色剂。北宋末年，农 学家贾思勰所著的齐民要术一书中就有从植物中提取色素的记载”。在古代 的印度，以藏红花为原料，进行蒸馏提取出金黄色的水溶性的纤维染色剂藏花 素。藏红花主要种植在西班牙、法国、意大利等地中海沿岸国家，一直到现在， 欧洲国家都使用藏红花为藏花素的提取原料。 1 2 1 栀子黄色素的性质与分子结构 栀子黄为深咖啡粉末颗粒或红褐色粘稠液体，是种无色无气味的天然食品 着色荆，色调自然，对光、热、金属离子等的稳定性均较好，其色调几乎不受 f 胃值的影响。它极易溶于水，溶液透明清亮，水溶液的最大吸收波长4 4 0 h m ，难 溶- _ j 二无水乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂。桅子黄色素对蛋白质和淀粉等具有优良 的染色能力，被广泛应用于糕点、面食、饮料、糖果等各种食品上“，也用于医 药和化妆品领域中。由于栀子黄色素为天然色素，其安全性高，稳定性好，无毒 龙剐作 j ，因此，对它的需求量正在逐步增长，并在不断开发新用途。但栀子黄 色素的抗氧和抗光性能较差，并且易受酶作用而褪色。这是因为藏花素的分子中 具有许多全反式的共轭双键，容易引起双键异构化：受氧氧化经由环氧化等氧化 分解；在植物体内存在的脂质氧化酶的作用下发生氧化分解。 栀子黄色素的主要成分主要是藏花素，其为藏花酸与右旋龙胆双糖成甙键， 山于是反式，所以在栀子黄色素的7 种藏花酸的衍生物是最稳定的“。结构式如 图卜1 和l 一2 所示”6 ”1 。 硕士j 攀位论文 。 图1 - 1藏花素的结构式 o h o 嘲“ o h 图1 2 龙胆二糖( c ：h 0 。) 的分子结构式 1 2 h 2 2 0 o 1 2 2 栀予黄色素的提取工艺 栀予黄色素的提取工艺对提高黄色素的质量，加快栀予开发起着至关重要的 作用。从栀予中提取分离出栀子黄色素的方法有很多，常用的提取方法有浸提法 ( 溶剂萃取法) 、微波萃取法、超声波提取法、超临界萃取法、生物技术提取法 等。 ( i ) 浸提法( 溶剂萃取法) 这是目f ；i 最常用的天然色素的提取方法，栀予黄色素属于类胡萝h 素类色 素。大部分的类胡萝h 素类色素都具有较强的亲脂性，易溶于氯仿、丙酮等溶剂， 几乎不溶于水、乙醇和甲醇。但栀子黄色素的结构中含有含氧基团，则亲脂性减 弱，亲水性增加，在乙醇和甲醇中的溶解度增加。它的提取是以此性质为基础的。 采用浸提法提取栀子黄色素多用乙醇浸提。先用石油醚脱脂，荐用乙醇提取，直 至提取液无色为i f “”1 。但采用此法存在着耗时、低效、低品质、操作复杂等缺 点，这也就更促使人们去寻求新的提取方法。 ( 2 ) 超声波提取法 超声提取技术的应用原理是利用超声波的空化作用加速植物有效成分的溶 出，另外超声波的次级效应，如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应等也能 加速欲提取成分的扩散释放并充分与溶剂混合，利于提取。“。陔技术具有提取时 间短、产率商、无需加热、低温提取，有利于有效成分的保护等优点。 司e 士掌位论文 张德权等”“应用超声技术从栀子中提取栀子甙成分的研究中，比较了超声振 荡法、索式提取法和水浴回流法对提取效果的影响结果表明超声振荡法提取时 l n j 最短，且提出率还最高，并且超声波对浸出物的成分没有影响。吕茂平等“2 利用超声波法从不同产地栀子生品中提取栀子甙，发现超声处理时间较短，产率 高，能耗少。 中草药药用成分大多为细胞内产物，提取时往往需要将细胞破碎，而现有的 j ! l i l 械或化学破碎方法有时难于取得理想的破碎结果，超声波在中草药的提取中已 显示出了明显的优势。 ( ：；) 微波萃取法 微波萃取技术的应用原理是在微波场中。吸收微波能力的差异使得基体物质 的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体 和体系中分离。进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中 2 1 1o 该技 术具有选择性高、操作时间短、溶剂消耗量小、有效成分得率高、不产生噪音、 适用于热不稳定物质等特点。从生物样品中提取药物及其代驸物，提取效率大大 高于索式提耿器，而且消耗溶剂少，时间短。 姚中铭等“”比较了微波提取法与传统浸提法对栀子黄色素提取效果的影响。 结果用微波法提取栀子黄色素时，采用提取功率2 1 0 w 、5 0 0 9 l 乙醇水溶液为提 取剂、提取时间8 0 s 、提取级数2 级、料液比1 ：1 2 ，色素提取率可达9 8 4 ， 色价5 6 9 4 ，优于传统工艺。 微波萃取技术在中药提取中还刚刚起步，微波对各种类型成分的选择性以及 微波萃取用于中药提取的工业化前景还有待于进一步研究和开发。 ( 4 ) 超临界萃墩法 超旆界流体萃取是一种新型的提取分离技术，它利用流体在临界点附近某区 域内，与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶 解能力随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动，这种流体可以是单一的， i j 三可以是复合的，添加适当的夹带剂可以大大增加其溶解性和选择性。最常用的 s f 为c 0 。应用c o ：一s f e 技术提取分离天然药物有效成分，具有萃取速度快、效 率高、操作简单等特点，产品中没有残留有机溶剂，特别对湿热不稳定物的萃取 尤为使用，所提取的有效成分具有最大的生物活性。 硬士掌位论文 张德权等”在应用c 0 2 - s f e 技术提取栀子黄色素的研究中着重探讨了超临界 状念卜萃瞅压力、温度、时间、c o 。流量、央带剂对栀予黄色素值比率的影响， 结果表明，高温、高压、添加夹带剂的条件下有利于降低栀子黄色素值比率， 达到精制的目的。 s f e 技术也有局限性，常用的c o 厂s f e 只适用于提取亲脂性、分子量小的物 质，剥分子量大、极性大的化合物提取需大幅度提高萃取压力，且设备投资大， 运行成本高，这就给应用带来了一定的难度，但随着高压技术的发展和夹带剂的 深入研究，必将促进s f e 的推广应用。 ( 5 ) 也物技术提取法 山于天然色素使用天然原料来提取，随自然条件的变动，原料的质量、产量 和价格均易波动。为了解决这个问题，人们丌始采用生物技术求生产天然色素。 采用生化技术选取含有植物色素的细胞，在人工精制条件下，进行培养、增殖， 可在短期内培养出大量的色素细胞，然后用通常方法提取。这种方法不受自然条 件的限制，能在短期内生产大量的色素( 如用甜菜根的根心细胞生产红色色素) 。 现在我因不断地研究开发可使用的天然色素。，如：从苋菜中提取的天然苋菜红、 从乌树中提取的黑色素。使用此法提取栀子黄色素不仅安全性高，而且均具有一 定的生理机能或药用价值，气味清香，易被消费者接受。 1 2 3 栀子黄色素的精制工艺 如果仅通过一般的提取工艺进行萃取，浓缩得到的液体产品或由此经干燥得 到的固体产品都是粗提栀子黄色素。出于没有精制，产品色价低、杂质含量高， 有的具有原料本身带有的特殊的异味，有的具有强烈的吸水性，无法使用。这些 都将直接影响到天然栀子黄色素的稳定性和着色性，限制了它的应用 t g lo 所以国 外的天然栀子黄色素生产工艺都引入了先进的化工技术进行精制，将 日制的天然 扼子黄色素进一步制成精制品这样就大大改善了食用天然色素的性能，并扩大 了它的应用范围。黄色素的精制工艺主要有大孔树脂吸附精制法、酶精制法、膜 提取分离法、凝胶层析法等。 ( i ) 大孔树脂吸附精制法 大孔吸附树脂是2 0 世纪6 0 年代发展起来的有机高聚物吸附剂，具有很好的 大孔网状结构和较大的比表面积，可以通过物理吸附从水溶液中有选择地吸附有 硕士掌位论文 机物“。它的吸附作用是通过表面吸附、表面电性或形成氢键来完成。采用特殊 n 勺吸附剖，利用其吸附性和筛选性相结合，从中药复方煎液中有选择的吸附其中 的自效成分，去除无效成分，具有1 艺流程短，得率高，纯度高，树脂再生容易 等特点。犬孔吸附树脂已在环保、食品、医药领域得到了广泛的应用，在中草药 有效成分精制纯化中的应用也逐年增加，在中草药化学成分的分离、富集中的应 用也越来越受到人们的重视。 郭克琳等”利用自制的树脂g 2 。纯化从栀子果实中提取出藏红花素类色素的 方法结果表明：分离后得到的粉末，测定其色价为1 7 2 1 ，为原判色价( 1 1 7 2 3 5 ) 的1 4 ，6 倍，表明原料栀子黄经该树脂吸附后品质大大提高了，且方法简单，消 耗低分离效果较好。 ( 2 ) 酶精制泫 火部分的中药材的细胞壁是由纤维素构成，植物的有效成分往包裹着细胞壁 内。目自“，酶法用于中药提取方面研究较多的是纤维素酶，纤维素酶可能破坏植 物自l i 胞壁，有利于对有效成分的提取。故酶解不失为一种最大限度从植物体内提 取有效成分的方法之一。这是一项很有前途的新技术。在国内，上海中药一厂首 先应用酶法成功地制备了生脉饮口服液1 。 韩冲等叫用酶法制取栀子红色素的研究中，比较了同本进口的纤维素酶和上 海_ i 物化学研究所的纤维素酶和甘肃省科学院生产的果胶酶对制取的红色素色 价的影响，发现三种色价都较好，且相差不大，说明酶解不失为一种最大限度从 植物体内提取有效成分的方法之一。 应用酶法可以提高中药材中有效成分的提取率，但酶的浓度、底物的浓度、 温度、酸碱度、抑制剂和激动剂等对提取物有何影响，还需要进一步研究。 ( 3 ) 膜提取分离法 膜提取分离技术是现代分离技术领域中先进的技术之一。使用膜技术( 包括 超滤膜、微孔滤膜、半透膜、反渗透膜等) ，使水分子甚至小分子杂质通过膜， l m 使溶剂巾有效成分被阻留，从而在原生物体系环境下实现物质分离，可以高效 浓缩富集产物，有效去除杂质。在常温下操作，无相变，能耗低。”。国外早已经 使用超滤膜精制天然色素。 陈顺伟等”1 应用超滤法制取栀子黄色素的研究中，与沉淀法相比，避免了色 硕士掌位论文 索提取液在酸性条件下加热浓缩易导致栀子黄分解。简化了提取：【序，缩短了热 接触时问，节省能耗，提高了效率，降低了生产成本。 ( 4 ) 凝胶层析法 凝胶层析( 凝胶过滤) 的应用在5 0 年代初期已有报道，在6 0 年代得到了迅 速的发展，成为分离分析生物大分子和有机多聚物的非常有效的方法。它的原 理是分子筛作用，即被分离物质的分子大小不同，它们能够进入凝胶内部的能力 不同。当色素溶液通过凝胶柱时，比凝胶空隙小的分子可以自由进入凝胶内部， 而比凝胶空隙小的分子不能进入凝胶内部，只能通过凝胶颗粒的间隙，因此移动 速率有差异。分子大的物质不被排阻而随移动相走在前面，分子小的物质山于在 孔隙内扩散，移动被滞留，随移动相走在后面，从而使二者分离。凝胶层析具有 设备简单、操作方便、每次层析都无需再生等优点。凝胶层析不仅适用于分析而 且适用于大规模的制备。现在已经成为分离提纯蛋白质、酶和核酸等生物大分子 物质不可缺少的技术“，。 l - 2 4 栀子黄色素的研究现状 栀子黄色素的研究现状主要表现在以下三个方面： ( 1 ) 栀子黄色素的提取工艺研究进展 在栀子黄色素的提取工艺上，国内主要还是采用前述传统的浸提法生产，浙 江林业科学研究院的陈顺伟等人。53 刷传统的溶剂浸提法来探索提取栀子黄色素 的最佳工艺条件，从而得到吸光度1 5 的桅子黄液状产品，其产品得率仅为 1 5 5 。黄建军等人。”1 比较了水提法和有机溶剂浸提法对栀子黄色素提取效果的 影响，结果用5 0 甲醇水溶液作浸提剂，在常温下浸提2 4 h ，色素收率可以达到 1 2 ，优于水提法工艺。南京化工大学的赵宜江等人初步研究了无机膜提取栀 子黄色素的工艺过程，采用无机陶瓷微滤膜对浸提液进行精密过滤，再用反渗透 膜浓缩过滤液，确定了无机陶瓷膜微滤的操作条件。一般国内生产的栀子黄产品 多为车h 制品，提取率较低、色价低、纯度不高，能够达到出口水平的产品也较少。 因此，如何改进扼子黄色素的提取工艺是栀子黄色素研究的重点之一。 ( 2 ) 桅子黄色素的精制工艺研究进展 栀子黄色素由于本身的特点，是目前国内外应用广泛的天然黄色素，并有望 取代柠檬黄及f | 落黄等台成黄色素。栀子黄色素的纯度决定了产品的质量，因此 司e 士掌位论文 引入先进的化工技术进行精制，这样既能大大改善天然栀予黄色素的性能，并扩 人r 它的应用范围。国内及同本等国有多家厂商生产栀子黄色素。南丌大学高分 子化学研究所用吸附树脂法对栀子黄色素乙醇水溶液进行精制，其栀予甙在最大 吸收波长2 3 8 n m 处的吸光度值与栀子黄色素在4 4 0 h m 处的吸光度值的比值( 以下 以埘。a ，。表示) 从3 2 1 降到0 7 l ，色素色价从1 1 7 2 提高到1 7 2 1 ，获得了 良好的精制效果”。无锡天彩q ! 物有限公司生产的桅子黄色素已经达到0 6 0 ， 但这些产品仍然不能达到国际出口标准。目前同本能生产出高纯度的栀子黄产品 ( 以。爿。小于0 2 0 ) ，但作为商业技术机密，没有关于精制方法的详细学术报 道。因此，探索新的精制方法，进一步降低栀子甙在栀子黄色素中的含量，提高 栀子黄色素的纯度也是栀子黄色素研究中的重点之一。 ( 3 ) 栀予黄色素的应用研究进展 传统上，栀子黄色素主要用于面制品的着色，近年来利用其对蛋白质和淀粉 良好的染着性，栀子黄色素在糖果、蜜饯、冰淇淋等食品中也得到了比较广泛的 应f j 。”1 。在栀子黄色素的综合丌发上，目前同本已经将栀子黄色素和栀子蓝色素 调配成绿色色素，并获得良好的经济效益。但目前，美国和欧盟还没有批准使用 栀子黄色素，替代品为从藏红花中提取的藏花素。“训。按国标g b 7 9 1 2 - 8 7 ，栀子 黄色素在食品中的最大使用量为0 3 9 k g ：粉末状产品的色价应在2 4 以上；流 膏状产品的包价应在1 5 以上。 出于栀子黄是天然食用色素，安全性高，稳定性好，无毒无副作用，因此， 国内外对栀予黄色素的需求量逐步地增长，t 9 9 8 年国际市场上的价格已由5 0 万 元( 人民币) 吨上升至8 5 万元吨，而我国一些食品企业从国外进口的天然栀 子黄色素曾高达人民币1 0 2 5 力元吨。目前我国每年约产栀子黄色素8 0 吨，国 内的价格为3 3 美元公斤。在国内，大型饮料厂为增加产品的市场竞争能力，也 逐步使用食用天然色素代替食用合成色素，仅健力宝集团一年就需要8 吨黄栀子 色素。在国外，闩本、欧美市场每年需要栀子黄色素量较大，光闩本市场年需要 量约为3 2 0 吨，其价格为4 5 0 0 美元公斤。 1 2 5 栀子黄色素的鉴定 栀子黄色素的鉴定方法有很多种，常用的主要有以下几种。 ( 1 ) 紫外光谱法 9 ! 主璺竺竺查 栀子的紫外吸收光谱是其备组分特征吸收光谱叠加而形成的，所阻在一定条 件下只要所含渚成分基本相同，则其紫外吸收光谱相似，由此便能通过紫外光黹 进行峪别。 ( 2 ) 红外光谱法 扼子黄色素由于本身分子结构的特点在红外光谱中有特征吸收峰，通过红外 光谱可以鉴定“。 ( 3 ) 高效液相色谱法 样品中栀子黄经提取纯化后，用高效液相色谱法测定，以保留时间定性、峰 高定量“，检测栀子黄色素的含量。 ( 4 ) 薄层扫描法 样品中栀予黄色素用有机溶剂提取，并经过纯化处理，去除干扰物质，浓 缩点样展开后，在薄层色谱扫描仪下显色，与其标准品比较进行定性，及计算其 含量1 。 1 3 栀子黄色素的杂质一栀子甙 栀子甙是栀子黄色素的主要杂质之一，干燥的栀子果实中约含6 一7 。水溶 液的最大吸收峰为2 3 8 n m ! ”。属环烯醚萜甙类物质“，为浅黄色或黄色结晶，易 溶液于热水，乙醇及稀碱中，其分子结构如图1 3 所示。栀子甙经水解转变成栀 子曲：元，这与氨基酸结合生成蓝包色素。“。 o o h 图卜3栀子甙的分子结构式 1 3 1 栀子甙的应用价值 栀子甙在医药上具有很高的利用价值，可用作抑菌剂及清热解毒剂，具有消 热解烦，凉血| 上血。在中医上用于黄疸肝炎、慢性肝炎、外伤等方面的治疗，在 o 硕士掌位论文 治疗癌症也有特殊功效，用于新药研究、新药药理、毒理试验，治疗癌症药品的 生产原料，因此，将提取色素后的废液进一步的分离得到高附加值的栀子甙，这 对黄栀子的综合利用和环境保护都有重要的意义。 栀子甙有利胆、镇痛1 、泻下”、保肝“、降血脂、降血糖“”、抗促癌“”等 作用，栀子甙经8 一葡萄糖苷作用水解产生柜子甙元，栀子甙，i 很容易与伯氨基 酸结合彤成色素中州体，这些中1 白j 体在合适的条件及酶的作用下，受热及氧的影 响，很容易聚合，使共轭键增加而变色，生成蓝色色素。反应生成的蓝色素与栀 子黄共存便产生了绿色“。6 “。栀子中除了含有栀子甙外，还含有另外八种环烯 醚配体”2 ”1 ，它们的结构如图l 一4 卜l l 所示。 。楚 图i - 5 山栀苷的结构 c o o c h 3 h 磷o z o 、g l c 。袋。 图l 一8 格尼泊苷酸的结构图卜9 格尼泊素龙胆双糖苷的结构 硬士学位论文 图卜 泊苷的结构 同时栀子甙也具有降低胆固醇、低密度脂蛋白( l d h ) 、促进胆汁分泌以及 抗氧化的作用”“。工业上也利用桅子甙与氨基酸在b 一葡萄糖苷酶的作用下生 产桅予蘸色素嗡、”。 i ： 2 栀子甙的提取工艺 ( 1 ) 乙醇提敬法 取栀子果实粉末，加石油醚在9 0 c 下浸泡2 4 小时脱脂，过滤后，滤渣用9 5 乙醇回流提取，提取液减压浓缩，得至q 粘稠状浓缩物即为栀子甙。 ( 2 ) 乙醚提取法1 取栀子果实粉未，加乙醚回流提取多次，合并乙醚提取液，回收乙醚，残余 物溶于7 0 乙醇中，滤除不溶物后，减压干燥得到粘稠状浓缩物即为栀子甙。 ( 3 ) 乙酸乙酯提取法 取桅子果实粉末，加乙酸乙酯叵j 流提取5 小时，趁热抽滤后，冷却，用水萃 取收集水相，减压干燥得到粘稠状浓缩物即为栀子甙。 1 3 3 栀子甙的精制工艺 ( 1 ) 大孔树脂吸附法 把粘稠状的桅子甙溶于去离子水中，滤除不溶物质，溶液流经树脂吸附柱， 加蒸馏水洗至无杂质，用1 0 乙醇沈脱，真空干燥洗脱液后，重结晶即得栀子甙 品体。 ( 2 ) 硅胶吸附法 把粘稠状的栀子甙溶于乙酸乙酯中，滤除不溶物，溶液流经硅胶吸附柱，加 蒸馏水洮至无杂质t 用乙酸乙酯一乙醇混合液( v ：v = 8 5 ：1 5 ) 沈脱，真空干燥洗脱液 后，重结晶即得栀子甙晶体。 霞一 一冬丫意。j忆甜苹?蝴 ：里查竺苎丝苎 ( 3 ) 氯化锚吸附法 把粘稠状的栀子甙溶于7 0 乙醇中，滤除不溶物，溶液流经硅胶吸附柱，加 蒸馏水沈至无杂质，用7 0 乙醚洗脱，真空干燥沈脱液后，重结晶即得栀子甙晶 体。 ( d ) 氧化镁i 吸附法 把粘稠状的栀予甙溶于蒸馏水，滤去不溶物，得澄清的红黄色水溶液，流经 氧化镁吸附柱，于层析柱中用乙酸乙酯淋洗，得黄色乙酸乙酯溶液，减压蒸去乙 酸乙酯，即有固体物质析出，经活性炭脱色，在乙酸乙酯一丙酮的混合溶液中重 结晶2 次，即得白色针状结晶栀子甙。 1 3 4 栀子甙的研究现状 栀予黄包素是从栀子果实中提取德到的黄色素，是自然界罕见的水溶性类胡 萝f 、素，主要成分为藏红花素。一般在工业上要精制栀子黄，就是从提取的栀子 黄色素中除去各种杂质，如鞣质、多糖等，但最主要的还是要去除栀子甙，因为 栀子甙的存在不仅会影响栀子黄色素的稳定性，更严重的是会使栀子黄色素着色 的食品会发生绿变现象，且当栀子甙的含量超过2 8 时，会对肝脏造成毒害”1 ， 因此在黄栀予色素提取后的废液中，含有大量的扼子甙，从栀子黄废液中提取栀 子甙便突显得更有价值了。 ( 】) 从栀子果实中提取栀子甙的研究进展 许多的科研工作者们已经对如何提取分离栀子甙的工艺进行了很多的探索。 但大多都是直接从栀予果实中提取栀予甙，采用的提取工艺方法有t l c 法、柱 层析法、大孔树脂法、萃取法等。长沙市药品检验所的李立荣等人。“”通过采用薄 层色谱法和柱层析法分离，能获得较理想的栀子甙，但其在制剂生产应用上有局 限忭。j 而北京中医药大学的吕茂平等人”。采用大孔树脂直接从栀子中分离纯化获 得的栀子甙含量较低，其中还将含有相当多的色素、多元酚和糖类等杂质。中国 约科大学的陆莉华”“研究了采用乙酸乙酯萃墩法从栀子中提取栀子甙，发现此法 线性、回收率良好，但萃取二i ：艺复杂，流程较长，产率也只有0 5 ，栀子甙含 量仅有5 4 。最近台湾的j 一h o r n gp a n 等人”曾提出利用水的两相萃取法从栀子 果实中提取栀子甙，且证明此法能有效地实现工业化生产，其得率较高，但纯度 仅能达到7 7 。 硕士蛳位论文 ( 2 ) 从扼子黄色素的废液巾提取栀子甙的研究进展 科研人员对从栀予黄色素的废液中提取栀予甙的研究较少渝州大学的刘成 伦等人”提出用氧化硅胶柱层析法从栀子黄废液中提取栀子甙，分离得到的栀子 甙纯度好，但其操作较繁琐，流程长，有效成分损失相对增多，再通过萃取和多 次转容有敏成分又会有所损耗，洗脱时，有效成分也有被滞留。若超量洗脱，又 有川能使其它成分混入，但从另一方面来讲，这就需要通过改进吸附剂的质量来 加以完善。 1 4 本论文的主要研究内容 针对以上对栀子的开发研究现状的叙述，拟从以下几个方面对栀予中有效成 分的