（林产化学加工工程专业论文）高色价天然食用栀子黄色素的制备及其洗脱液综合利用的研究.pdf

高色价天然食用栀子黄色素的制备 及其洗脱液综合利用的研究 摘要 在传统栀子黄色素的制取工艺的基础上，以膜分离技术为主体，以水作 为溶剂，替代了传统的酒精提纯和蒸发浓绩。通过单因素试验确定传统单 罐闫歇式浸出栀子黄色素的浸出条件；黄栀子果实的粉碎度3 0 一4 0 且；浸出 时间4 0 m i n ；澄出次数3 级；液料比4 ；1 ，在此条件下色素的浸出率为8 5 。2 。并在此基础上改进工艺，采用多级逆流浸出的方法浸出栀子黄色素。 通过陶瓷膜过滤澄渍，纳滤浓缩得的栀子黄色素的粗提液，箕固含量为5 8 1 ；包价为2 5 2 ；o d 僚为4 ，6 9 ，产品得率为4 2 o 。采用壳聚糖衍生物对 粗提的色素进行精制，工艺条件是：上样量壳聚糖衍生物比例为1 ：4 0 ； 洗脱速度为o 1 3 m l s ；层析枝径长比1 ；2 0 ；蒸馏水为洗脱剂。精制后冷冻 干燥得的栀子黄色素粉寒的侥价为4 8 9 ，o d 值为o 。1 9 。 为提高综合利用的效率，以精制栀子黄时得的洗脱液为反应液，采用 酶促反应的方法制得色泽鲜明的栀子蓝色素。确定了最佳酶促反应条件为； 栀子替溶液1 0 0 m l ，培养温度5 5 。c ，培养时间2 4 h ，酶量o 5 m l ，甘氮酸量 o 5 9 ，在此条件下制成的栀子蓝色素最好。并对栀子蓝色素的热稳定性、光 稳定性、耐氧化还原性、金属离子的影响及p h 值对吸光度的影响等理化性 质进行了初步探讨。并就食品中常见的几种金属离子：f e 2 + 、n a + 、m 9 2 + 、 c a 2 + 、f e 3 + 、a 1 3 + 、c u 2 + 和常用添加剂对蓝色素稳定性的影响进行了探讨。 关键词：栀子黄色素微滤纳滤栀子蓝色素 p 】r o d u c t i o no fg a r d e n l ay e l l o wp i g m e n tw i t h 嚣l g 髓c o 毛o u 袋v 走l u e 轰n 粉譬嚣嚣u 辩n go 蘩重譬sw | a s e s o l u t l o n a b s 下r a c 譬 i nt h i sp a p e r , t h ec o n v e n t i o n a lp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo fg a r d e n i ay e l l o w p i g m e n tw a sc h e c k e da n dm o d i f i e d m e m b r a n es e p a r a t i o nw a s u s e di nt h en e w t e c h n o l o g ya n dw a t e rw a s t h es o l u t i o n 。t h en e w t e c h n o l o g yh a dn op u r i f i c a t i o n b ya l c o h o la n dc o n c e n t r a t i o nb ye v a p o r a t i o n8 sw e l la st h et r a d i t i o n a lo n e t h e o p t i m a lc o n d i t i o no fo n ep o ti n t e r m i t t e n t l ye x t r a c t i o nw a sd e t e r m i n e db ys i n g l e f a c t o re 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 sw e r ec o m m i n u t e d g a r d e n i ay e l l o wf r u i tt o3 0 - 4 0e y e ；e x t r a c t i o np e r i o d4 0m i n ；e x t r a c t i o ns t a g e s3 ； r a t i oo f l i q u i dt om a t e r i a l4 ：1 ，t h ee x t r a c t i o nr a t ew a s8 5 2 a n db a s e d0 1 1i ta n i m p r o v e dm e t h o do fe x t r a c t i o nw a si n t r o d u c e d 。i tw a s m u l t i l e v e lc o u n t e r - f l o w e x t r a c t i o n t h r o u g h c l a r i f i e d b y c e r a m i cm i c r o f i l t e rm e m b r a n ea n d c o n c e n t r a t e d 姆n a n o f i l t r a t i o nr o u g he x t r a c t i o nl i q u i dw a sg a i n e d a n di t c o n t a i n e d5 8 1 s o l i d i 移m a t t e r t h ec o l o rv a l u eo fi tw a s2 5 ，2a n dt h e a 2 3 8 a 4 4 0w a s4 6 9 t h ey i e l do fr o u g hp i g m e n tr e a c h e d4 2 o r e f i n e m e n t c h i t i nc o l u m nw i t hd i a m e t e r h i g hw a s1 ：2 0 ，a d d i n gs a m p l e c h i t i nw a s1 ：4 0a n d w a s h e dw i t hw a t e ra taf l o wr a t eo 。1 3 m l s 。t h ec o l o rv a l u eo ft h el a s tp u r i f i e d g a r d e n i ay e l l o wp i g m e n ti s4 8 9a n dt h ea 2 3 8 a 4 4 0w a sa b o u to 。1 9 t om a k i n gt h eb e s to ft h eg a r d e n i ar e s o u r c e s ，t h es o l u t i o nw h i c hg a i n e d f i o mr e f i n i n gg a r d e n i ay e l l o ww a su s e da sg a r d e n i ab l u ep i g m e n tr e a c t i o n s o l u t i o n b r i l l i a n t g a r d e n i a b l u e p i g m e n t w a sg a i n e d t h r o u g he n z y m e i i a c c e l e r a t i n gr e a c t i o n t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sw e r ef o n dt o b ea sf o l l o w s ： r e a c t i o ng e n i p o s i d es o l u t i o n10 0 m l ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e5 5 。c ，r e a c t i o nt i m e 2 4 h ，r e a c t i o ne n z y m eo 。5 m l ，r e a c t i o ng l y c i n eo 。5 9 。t h ep r o d u c i n go u t p u to f g a r d e n i ab l u ep i g m e n tu pt oe x t r e m e l yu n d e rt h ea b o v eo p t i m u mc o n d i t i o n s 。 t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so ft h ep i g m e n ti n c l u d i n gp h o t o s t a b i l i t y ， t h e r m o s t a b i l i t y ，r e s i s t a n c et oo x i o - r e d u c t i o n ，a n dt h ee f f e c to f m e d i u mp h v a l u e o na b s o r p t i v eo fp i g m e n ts o l u t i o nw e r ee x a m i n e di nt h i sp a p e r t h em a j o r c a t i o n ss u c ha sf e 2 + 、n a + 、m 9 2 + 、c a 2 + 、f e 3 + 、a 1 3 + 、c u 2 + a n du s u a lf o o da d d i t i v e e t c w e r ea l s oi n v e s t i g a t e df o rt h ep i g m e n ts t a b i l i t y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h i s p i g m e n ti sag o o dn a t u r a lb l u ec d o r 锄ti nf o o di n d u s t r y k e yw o r d s ：g a r d e n i ay e l l o wp i g m e n t ；m i c r o f i l t r a t i o n ；n a n o f i l t r a t i o n ； g a r d e n i ab l u ep i g m e n t i i i 广西大学硕士掌位论文 高色价天然食用栀子黄色素的制畚及其洗脱液综合利用的研究 主要符号说明 浸出率； 前面i 次浸出的总浸出率为； 吸光系数： 液层厚度； 吸光度； 样品的质量； 色价； 澄清过程中黄色素的透过率； 澄清过程中主体溶液中栀子黄色素的浓度： 澄清过程中透过液中栀子黄色素的浓度： 澄清过程中主体溶液中栀子黄色素溶液在4 4 0 n m 处的吸光度； 澄清过程中透过液中溶液在4 4 0 n m 处的吸光度； 膜通量； 透过液的体积： 膜的有效面积： 运转时间； 操作压力； 浓缩过程中栀子黄色素透过率； 浓缩过程中透过液在4 4 0 n m 处的吸光度； 浓缩过程中原料液在4 4 0 n m 处的吸光度； 浓缩过程中透过液的体积： 浓缩过程中原料液的体积： 浓缩过程中栀子苷透过率： 浓缩倍数； 壳聚糖衍生物上的吸附量； 初始溶液的吸光度： 吸附后溶液的吸光度： 壳聚糖衍生物的质量： 栀子蓝色素残存率； 栀子苷的最大吸光度a 2 3 8 与栀子黄的最大吸光度4 0 的比值 叩聃口。4 m粥p。o 4以矿s，印蛳仉，厶4 w 仉 广西大掌硕士学位论文商色价天然食用栀子黄色素的靠u 备及其洗脱液综合利用的研究 1 1 天然食用色素 第一章绪论 色泽是食品感官质量的一个重要指标。食用色素就是把食品装扮得惹人垂涎的添加 剂。食用色素按照来源可分为天然与合成两种，天然食用色素是从动植物组织中提取和 微生物发酵而得川。人工合成色素是指用人工化学合成方法所制得的有机色素，主要是 以煤焦油中分离出来的苯胺燃料为原料制成i “。由于合成色素与天然色素相比，具有色 泽鲜艳、着色力强、性质稳定和价格便宜等优点，不少国家在食品加工行业普遍使用合 成色素。 在食品中添加色素并不是现代人的专利。我国古代的食经、史记和齐民要 术等书中，都有关于利用植物色素对食品着色的记载。1 8 5 6 年，英国人帕金合成出第 一种人工色素苯胺紫p j 。之后，合成色素发展迅速，开始扮演着食品色泽的主角。 随着社会发展和科技进步，对合成色素有了更深刻的认识。大量的研究表明，几乎 所有的合成色素都不能向人体提供营养物质，某些合成色素甚至会危害人体健康。有些 色素可能导致生育力下降、胎儿畸形；有些色素虽然本身毒性不明显，但进入人体后就 能转换成致癌物质。由于合成色素是以煤焦油为原料制成的，所以往往通称煤焦色素或 苯胺色素，这些物质长期或大量食用对人体有害【2 】。在合成色素中，偶氮化合物类合成 色素的致癌作用更明显。偶氮化合物在体内分解，可形成多种芳香胺。这些芳香胺经过 体内代谢活动后与靶细胞直接作用，就可能引发细胞癌变 4 1 。更可怕的是，许多食用合 成色素除本身或其代谢物有毒外，在生产过程中还可能混入砷和铅等重金属元素。由于 重金属元素稳定，不易被人体分解或排泄，容易在体内沉积下来，长期积累会导致皮下 肉瘤、肝癌和恶性淋巴癌等疾病的发生。 面对合成色素在食品加工中的显著优点和对人体健康的潜在危险，人类陷入艰难的 取舍斗争之中。联合国粮农组织绿色食品咨询技术专家黄纪念博士接受记者采访时说： “目前人们对天然色素的研究和开发不足。由于食品学科发展迅速，色素的需求量很大， 因而不可能完全采用天然色素，合成色素市场空间还很大。要完全禁止合成色素需要一 个认识和发展的过程。 现在不少国家根据研究人员进行的色素毒理试验结果，对每种食用色素的管理、使 用均做了严格的规定，多种合成色素已被禁止或严格限量使用。美国1 9 6 0 年允许使用 的合成色素有3 5 种，现仅剩下7 种。瑞典、芬兰、挪威、印度、丹麦、法国等早已禁 止使用偶氮类色素，挪威等国还完全禁止使用任何化学合成色素1 5 】。 我国政府十分重视食品中合成色素的使用，对在食品中添加合成色素也有严格的限 制，对色素种类、使用食品范围、最大剂量等都做了严格的规定。目前我国批准使用的 广西大学硕士掌位论文商色价天然食用栀子黄色素的制备及其洗脱液练合利用的研究 食用合成色素有6 个品种，即苋菜红、胭脂红、柠檬黄、日落黄、靛蓝和亮蓝1 5 j 。但是 在巨大的经济利益的驱使下，我国食品中合成色素的超标、超范围使用现象屡见不鲜、 屡禁不止。许多小型食品企业为了追求短期效益，违规大剂量使用合成色素，有的甚至 使用化工色素。前段时间出现的“苏丹红l ”号事件就是典型的一例。相信随着我国食品 企业规范和市场经济体制的建立与完善，合成色素的使用问题一定会得到很好解决。 在经过长期艰难的取舍之后，人们越来越深入的认识到合成色素的危害性，天然色 素因此越来越受到重视。世界各国也正在努力开发天然色素和安全健康的合成色素，满 足人类发展的需要。与合成色素截然不同的是，食用天然色素不仅没有毒性，有的色素 还有一定的营养，甚至有一定的药理作用。 目前，开发研制天然色素，利用天然色素代替人工合成色素已经成为食品、化妆品 行业的发展趋势。在日本允许使用的天然色素有9 7 种，占据了9 0 的市场份额。我国 允许使用的天然色素也增加到4 8 种【6 j 。而且人们在不断改进天然色素的提取工艺，降低 生产成本，提高天然色素的稳定性和高效染色力，并不断开发新的天然色素产品。 1 2 天然色素的提取 1 2 1 提取的工艺要求 提取是天然色素生产中比较重要的工序，提取工艺是否合理，溶剂选择是否恰当， 直接关系到产品产量和质量，也影响后续工序的进行。对提取工艺总的要求是： ( 1 ) 保持色素在提取过程中的稳定性。天然色素一般稳定性较差，对光、热、霉 菌等都很敏感，易分解、破坏，因此提取过程中，应尽量避免由这些因素导致的分解、 破坏。 ( 2 ) 尽量避免其它杂质随着色素的提取也提取出来，减少以后净化、分离工序的 繁杂程度。虽然提取中其它杂质不可避免的也会提取出，但选择好适当溶剂，控制好适 当的提取条件，往往对此是很重要的。 ( 3 ) 保证达到足够的分离时间与效率。这样才能使残渣中所残留的色素少，降低 单位产品的原料消耗量及相应成本。 ( 4 ) 保持提取液较高的色素浓度。色素溶液浓度太稀，将会增加后续浓缩的困难， 增加蒸汽消耗量，所以在保证足够抽出率的前提下，应尽量提高提取液的浓度。 提取工序的几点工艺要求，表面是相互矛盾的，如何总体掌握这些要求，选择最佳 的提取条件是很重要的，应该根据原料本身的性质，提取难易程度，原料价格，所含色 素种类等不同情况来综合考虑。 1 2 2 提取方法 经过筛选和粉碎后的原料，需要利用各种方式将其中所含色素成分提取出来，提取 的方式通常有两种，是压榨法，多用于浆果、花等新鲜原料；另种是溶剂提取法， 广西大掌硕士掌位论文 高色价天然食用栀子黄色素的制畚反其洗脱液缘合利用的研究 采用各种适当溶剂把色素成分提取出来，这是使用最广的一种方法。 ( 1 ) 压榨法 压榨法是从天然新鲜浆果、花朵原料中提取色素的最简单的方法，有机械压榨和手 工压榨两种，但其基本原理是相同的。 压榨法的原理是利用手工或机械的压力使果皮内和包含在果肉细胞内的色素溶液， 透过被压力破碎的果皮与细胞壁被压榨出来，果皮和细胞壁的破碎也可利用冷磨或其他 机械力而完成，然后在压力作用下将色素溶液释放出来。 ( 2 ) 提取法 天然色素提取最主要的方法是溶剂提取，这种方法适用的原料种类多，风干的原料 也适用，所以有利于工厂贮存原料，而且得率高，并能保证质量，是最常用的方法。 提取的基本原理是用各种溶剂提取天然色素原料，就是使色素溶解而进入溶液，这 是一种固一液提取过程，这种传质作用包括：溶剂渗透、色素溶解、浓溶液扩散、浓度 平衡。 1 3 膜分离技术 膜分离( m e m b r a n es e p a r a t i o n ) 是利用天然或人工制备的具有选择透过性膜，以外界 能量或化学位差为推动力对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩 的方法。膜分离技术由于省能、高效、简单、造价低、易于操作，可代替传统的分离技 术( 如精馏、蒸发、提取、结晶等过程) ，所以是对传统分离方法的一次革命，被公认 为2 0 世纪末至2 l 世纪中期最有发展前景的技术之一”。 膜分离过程按其分离对象可分为气体( 蒸汽) 分离和液体分离。按其分离方法可分 为反渗透法( r 0 ) 、纳滤( n f ) 、超滤( u f ) 、微滤( m f ) 、电渗析( e d ) 、气体分离( g s ) 和渗透蒸发( p v ) 以及与其它过程相结合的分离过程。 13 1 微滤过程 微滤分离技术是以膜两侧的压力差为推动力，利用微滤膜的筛分效应对液料体系中 的细微颗粒、悬浮杂质、难溶性大分子蛋白质、果胶、多糖或由栀子果实内含成分相互 作用而形成的大分子配合物与料液中的有效成分或功能成分实现分离而达到澄清的目 的，具有高效、过程无相变、工艺简单、设备占用空间小、易于实现自动化、连续化生 产等优点。微滤澄清的母液是栀子黄色素浸提液，料液内含有大量栀子果实的细微颗粒、 悬浮杂质、难溶性大分子蛋白质、果胶、多糖或由栀子果实内含成分相互作用而形成的 大分子浑浊沉淀物质，微滤的目的主要是将这些物质去除而达到栀子黄色素浸提液的澄 清。 微滤主要采用两种操作方式，即终端操作( d e a d e n df l o w ) 和错流操作( c r o s s f l o w ) 。在终端微滤操作中，待澄清的流体在压差推动力下透过膜，而微粒被膜截留， 广西大掌硕士学位论文高色价天然食用栀子黄色素的靠g 备及其洗脱液综合利用的研究 截留的微粒在膜表面上形成滤饼，并随时间而增厚。而滤饼增厚的结果使微滤阻力增加， 若维持压降不变，则会导致膜通量下降：若保持膜通量一定，则压降需要增加。因此， 终端微滤通常为问歇式，在过程中必须周期性的清除滤饼或更换滤膜。 错流操作形式是用泵将滤液送入具有多孔膜壁的管道或薄层流道内，滤液沿着膜表 面的切线方向流动，在压差的推动力下，使渗透液错流通过膜。如图卜l 所示，对流传 质将微粒带到膜表面并沉积形成薄层。由于料液在膜表面切线方向流动产生的剪切力能 将沉积在膜表面的部分微粒冲走，故在错流微滤过程中，膜面上积累的滤饼层厚度相对 较薄。 渊z 占巫。：。：。：。：。：。：。苫。暑l “l l 铖出口 乞。弦o 。弪忍o 弦o o 孩。忍o o 弦o o 兹。勉0 0 0 o j ； l 透过液 图1 - 1 错流微滤示意图 由于错流操作能有效的控制浓差极化和滤饼形成，因此，在较长周期内能保持相对 较高的通量。一旦滤饼层厚度稳定，通量也达到稳定或拟稳态。 1 3 2 纳滤过程 纳滤( n f ) 膜介于反渗透膜和超滤膜之间的一种以压力为驱动力的新型膜分离过程， 早期称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”。纳滤膜的截留相对分子质量在2 0 0 2 0 0 0 之间，膜孔径约为l n m 左右，适宜分离大小约为l n m 的溶解组分，故称为“纳滤”。 由于纳滤膜特殊的孔径范围和制备时的特殊处理( 复合化、荷电化) ，使其具有较 特殊的分离性能。纳滤膜的一个很大特征是膜表面或膜中存在带电基团，因此纳滤膜分 离具有两个特征，即筛分效应和电荷效应。分子量大于膜的截留分子量的物质，将被膜 截留，反之则透过，这就是膜的筛分效应。膜的电荷效应是指离子与膜所带电荷的静电 相互作用。对不带电荷的分子的过滤主要是靠筛分效应，利用筛分效应可以将不同分子 量的物质分离；对带有电荷的物质的过滤主要是靠电荷效应，纳滤膜表面分离层可以由 聚电质构成，膜表面带有一定的电荷，大多数纳滤膜的表面带有负电荷，它们通过静电 相互作用，阻碍多价离子的渗透。 与反渗透膜相比，纳滤膜具有操作压力低、水通量大的特点；与微滤膜相比，纳滤 膜又具有截留低分子量物质能力强的特点。纳滤技术填补了超滤和反渗透之间的空白， 它能截留透过超滤膜的小分子量有机物，透过被反渗透所截留的无机盐。天然食用色素 工业中可选用适当孔径的纳滤膜，使水分甚至小分子杂质通过纳滤膜，而使溶液中有效 广西大掌硕士掌位论文离色价天然食用栀子黄色素的制畚覆其洗脱液练合利用的研究 成分被阻留，从而达到某种程度的纯化和高倍数浓缩的目的。 1 4 天然色素的精制 粗制天然色素因含有其它成分，直接影响色素的稳定性，染着性及应用范围，必须 进一步加以分离精制。 1 4 1 溶剂分离 根据色素与杂质在不同溶剂中溶解度的差异，以不同溶剂，由低极性到高极性分步 进行提纯分离，除去杂质。如色素的水提液中常含蛋白质、果胶、黏液质等，可加入一 定量乙醇，沉淀这些杂质；还可以利用不同的酸碱性进一步分离。 1 4 2 两相提取 利用色素与杂质在两相溶剂中分配系数不同加以分离。如水提取液中的脂溶剂杂 质，可用亲脂性溶剂如石油醚、正己烷等除去；提取黄酮色素时，多采用乙酸乙酯一水 两相提取；提取亲水性强的苷类则采用正丁醇一水两相提取。1 。为了提高分离效果，可采 用逆流连续提取和逆流分配。 1 4 3 酶精制法 酶是具有专一性的高效催化剂，其催化作用常常在常温、近中性的条件下就能进行， 这就特别适合耐热性不强的天然色素的精制。酶法精制就是利用酶的催化作用，使天然 色素粗制品中的杂质通过酶反应被除去，达到精制的目的。如栀子黄色素经食品加工酶 处理制成栀子蓝色素、栀子绿色素。1 。或将栀子果实提取物，使其中所含的栀子苷水解 后，添加天然氨基酸，再经酶作用而制得栀子红色素。 1 44 膜分离法 如1 3 2 所述，可利用膜分离来精制天然色素，国外已有使用超滤膜精制天然色素， 我国也已有工业化实例，如精制甜叶菊苷等“，但用于天然食用色素工业，尚处于试验 阶段。 1 4 5 层析法 层析法的特点是能满意的分离一系列结构较为相似的成分，以完成一般分离方法难 以达到的目的，目前该法是实验室分离有效成分常用的方法。由于操作技术要求细致， 操作周期较长，且处理量较小，因此工业生产上还较少应用。目前工业上主要利用此法 在实验室分离未知的有效成分，再鉴定出化学结构，最后依据化学结构的理化特征来设 计工业上的浸提、分离和纯化的方法“。当然也有直接应用于工业的，一般是用于分离 广西大掌硕士学位谴i 文高色价天然食佣掂子黄色素的制刍a 其法脱液缘合利用的研究 其他方法难以分离的结构相似的有效成分。 层析法包括气相层析、液相层析、凝胶层析和离子交换法。除了离子交换层析和液 相层析中的液一固吸附层析外，其余的层析法在工业生产中较少应用。 吸附层析法主要利用吸附过程的两个规律。即吸附过程是可逆的，也就是吸附和解 吸附处于一种动态平衡中；再就是吸附剂对不同物质的吸附行为( 即吸附力的大小) 是 有差异的。这两个规律就是吸附层析法所以能将混合物分离的依据。当用一定溶剂洗脱 时，不同物质在吸附剂和溶剂之间发生连续不断的吸附一解吸附一再吸附一再解吸附。 易被吸附的物质( 也就是吸附力强的物质) 相对的移动得慢一些，而较难被吸附得物质 ( 也就是吸附力弱得物质) 则相对的移动得快一些，经过一定时间的洗脱，移动得快的 成分被先收集，而移动得慢些的成分被后收集，这样，有效成分就得以分离。 1 5 栀子和栀子黄色素 1 51 栀子 栀子( g a r d e n i a ) ，系茜草科( r u b i a c e a e ) 植物栀子的果实，长椭圆形，呈深红色 或红黄色，9 1 1 月间成熟时采摘。我国大部分地区都有出产，主要产于我国南部和中南 部地区。栀子属卫生部颁柿的首批食药两用资源，是传统中药。明朝李时珍的本草纲 目中已有详细记载：栀子具有护肝、利胆、降压、镇静、止血、消肿等作用。中医临 床上用于治疗黄疸型肝炎、扭挫伤、高血压、糖尿病等症【l2 1 。现代医学发现栀子对金黄 色葡萄球菌，双球菌等有抑制作用【l ”。食品上常用以提取以藏花酸的龙胆二糖衍生物为 主体的栀子黄色素。 栀子的化学成分很复杂，高压液相色谱显示其主要成分是藏花素和藏花酸，同时还 含有丹宁、果胶、精油、d 一苷露醇、b 一谷甾醇、绿原酸以及以栀子苷为主的l l 环烯醚 萜苷类化合物等，其中栀子苷为主要成分【1 4 , 1 5 】。用栀子提取的栀子黄色素中含有大量的 栀子苷，它的存在不仅会影响栀子黄色素的稳定性，更重要的是会使栀子黄色素染色的 面制品变绿【9 】。因此，在提取色素时要注意它的含量，同时需要对浸提液进行精制。 1 5 2 栀子黄色素浸提液中的主要化学成分及其性质 栀子黄色素( g a r d e n i ay e l l o wp i g m e n t ) 是从茜草科栀子的果实中提取的一类天然黄 色素，其粗提液中的主要成分为3 大类：色素( 藏花素和藏花酸) ，环烯醚萜苷和有机酸 1 1 4 1 。其结构见图1 2 、图l 一3 和图1 4 。 栀子黄色素的主要成分是q 一藏花素( a c r o c i n ) 和藏花酸( c r o c e t i n ) 。其中q 一 藏花素，g 4 h “0 2 4 ，分子量9 9 7 2 1 ，它是胡萝h 素二酸与右旋龙胆双糖成苷键相接，由 于是反式，故较稳定，熔点18 6 。c ，最大吸收峰波长4 3 4 n m 。藏花酸，c 2 0 h 2 4 0 4 ，分子量 3 2 8 3 9 ，它是胡萝h 素二羧酸，为反式，最大吸收峰波长4 6 3 n m 。实际栀子黄色素水溶 液最大吸收峰在4 4 0 n m 处【9 1 。 厂西大掌硕士学位论文高色价天然食用栀号啧色素的制备及其洗脱液综合利用的研究 r o c r o c i n l ：r 2 r x c r o c i n 2 ：r = x r ；y c r o c i n 3 ：r 2 x ，科2 h c r o c e t i n ：r = r h x y 图1 - 2 栀子黄色素的分子结构 f i g l - 2 t h es t r u c t u r eo f g a r d e n i ay e l l o wp i g m e n t 栀子黄色素具有类胡萝h 类色素的共同缺点，即抗氧和抗光性能较差，并且易受酶 作用而褪色【l6 】。这是因为藏花素的分子中具有许多全反式的共轭双键，主要有以下几个 特点： ( 1 ) 容易引起双键异构化。也就是说，一部分双键变成顺式。导致稳定性下降； ( 2 ) 受氧氧化经由环氧化等氧化分解； ( 3 ) 在植物体内存在的脂质氧化酶的作用下发生分解。 栀子黄色素在受到氧化分解时都将变成无色或褪色。有光存在时会加速这种分解的 进行。因此，在栀子黄色素的储存和应用中都应采取有效措施避免同氧接触。 h c o o h c o o m ec o o m e g e n i p 0 3 i d i ca c i d g a r d e n o s i d e g e n i p i ng e n t i o b i o s i d eg e n i p o s i d e 图1 3 环烯醚萜甙的分子结构 f i g l - 3 t h es t r u c t u r eo fi r i d i o d 环烯醚萜甙中以栀子苷为主，c 2 3 h 3 0 0 1 5 ，其分子量为5 4 6 4 8 。栀子苷本身无毒，并 可促进胆汁分泌，帮助消化，在实际栀子黄色素的水溶液中，它的最大吸收波长为 2 3 8 n m 9 1 。 这种物质易被水解，生成的苷元具有半缩醛结构，易进一步聚合，难以得到结晶性 苷元旧。栀子苷经b 葡萄糖苷酶作用，水解转变成栀子苷元，它与氨基酸结合生成蓝 砖叫 ：叫 h h 一 群叫 o 广西大掌硕士学位沧文高色价天然食用桩子黄色素的1 i ；备反其崩溅液综合利用的研究 色色素【t s j 9 。因此当栀子黄色素用于面类食品中，当栀子苷的含量大于o d 值0 4 时( o d 值为栀子黄色素中栀子苷的最大吸光度a 2 3 8 与栀子黄的最大吸光度a 4 4 0 的比值) ，会使 面类制品发生绿变1 2 0 1 ，因此要对栀子黄色素浸提液进行精制，以降低其在栀子黄色素中 的含量。 o h o = c h c c 0 0 h o h c h l o r o g e n i ca c i d 图卜4 有机酸的分子结构 f i g l - 4 t h es t r u c t u r eo f o r g a n i ca c i d 绿原酸，c 1 6 h 1 8 0 9 其分子量为3 5 4 3 ，在水溶液中它的吸收波长为3 2 5 n m 9 1 。 从上述的结构中可知，上述物质都属热敏性物质，在受热后遭破坏，因此，为了保 持色素的色泽及其营养价值，在生产过程中应尽量避免加热。 1 53 栀子黄色素的鉴定 ( 1 ) 紫外光谱法： 精确称取粉末样品0 1 9 ( 精确到o 0 0 0 2 9 ) 或吸取浸膏样品l m l ，溶解并稀释至 1 0 0 m l ，然后吸取粉末溶液1 0 m l 或浸膏液5 m l 于1 0 0 m l 容量瓶中稀释至刻度，用紫外一 可见光分光光度计、l c m 比色皿在2 0 0 n m 到6 0 0 n m 处进行扫描，以蒸馏水作空白对照， 在4 4 0 n m 处有强吸收峰。 ( 2 ) 红外光谱法 栀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净化后，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 ) 薄层色谱法 试验方法：固定相采用微结晶纤维素薄层板。薄层板的制法：称取1 0 9 微结晶纤维 素s f 加水3 5 m l 成悬浊液，均匀涂布于平滑且厚度均匀的玻璃板上，涂厚为0 3 5 m m 以 下，在6 0 8 0 。c 下，烘2 0 m i n 。移动相为异戊醇：丙酮：水= 5 ：6 ：5 。 点样：在干燥的微结晶纤维素薄层板上，将纯化后的栀子黄色素用毛细管点样。点 离板下端2 c m ，点间距离l c m ，点直径约3 m m ，点样时用冷风吹千。 展开与观察：将点样的薄层板放入展开槽中展开，待展开高度为1 5 c m 时，取出、 风干。观察有两个黄色斑点：r f 为0 6 是藏花素：r f 为0 9 是藏花酸。 广西大掌硕士掌位论文高色价天然食用栀子黄色素的制备a 其洗脱液综合利用的研究 1 6 栀子黄色素制取的现状 1 6 1 栀子黄色素的提取 提取方法主要有两类：单罐多次浸提，将原料放入一个罐内加溶剂浸提，直到原料 内外部色素溶液浓度相等；罐组逆流浸提，是将多个浸提罐组成罐组，溶液和固体物料 相互沿着相反方向运动，保持较大的浓度差。目前，不管是试验研究还是工业生产，大 多采用的是单罐多次浸提2 1 h 2 3 1 。科学技术的发展丰富了浸提工艺。除了传统的索氏提取 法、热回流法、自身循环提取法等，又增添了超声波提取【2 ”、微波提取【2 2 1 、超临界提取 2 3 1 等。 1 6 2 栀子黄色素浸提液的澄清 澄清是栀子黄色素深加工的重要工序之一，其目的是为了去除浸提液中的细微颗 粒、悬浮杂质、难溶性大分子蛋白质、果胶、多糖或由栀子果实内所含成分相互作用而 形成的大分子配合物。澄清透亮的程度直接影响到栀子黄色素终端产品的色泽、冷溶性 等品质指标。目前应用于栀子黄色素深加工中的主要澄清方法有：过滤、离心、添加絮 凝剂、澄清剂或沉淀剂，以除去栀子黄色素浸提液中的悬浮颗粒与杂质或加工中形成的 浑浊沉淀物质。1 。其中过滤、离心为物理方法，往往多次多级交替联合使用，此法工艺 繁琐，历时长，能耗大。使用絮凝剂、澄清剂或沉淀剂虽对产品的澄清有所改善，但加 入的外源物对产品有一定的影响。 1 6 3 栀子黄色素浸提液的浓缩 在栀子黄色素深加工中，为了提高目标产物的固形物含量，以制备高浓度的栀子黄 色素浓缩液，浓缩是必经工序。当前工业化应用的浓缩液方法大多是采用真空蒸发浓缩 和冷冻浓缩。由于这两种浓缩技术都涉及到相变，不仅能耗大，而且真空蒸发浓缩易使 热敏性物质氧化聚合造成损失或发生变化，使得产品的冷溶性较差，色素色泽变差。随 着膜技术的推广应用，应用膜技术来浓缩开始应用于食品工业中，其主要原因是采用膜 技术浓缩具有不发生相变、可在常温下运行、历时短等优点，使料液体系中热敏性物质 挥发性物质的损失少。但在天然色素的浓缩加工方面却不多见。 164 栀子黄色素的精制 目前栀子黄的分离方法主要有以下几种： ( 1 ) 大孔吸附树脂层析法：大孔吸附树脂是一类具有大孔结构的高分子吸附剂。 按照极性，大孔吸附树脂可分为非极性、中极性、强极性三种。用于栀子黄色素分离纯 化的大多为中等极性或非极性d 型多孔合成树脂阱，2 卯。栀子浸提浓缩液通过这类树脂 柱，栀子黄色素被吸附，栀子苷类不被吸附而除去。研究发现，对栀子黄色素回收率而 广西大学硕士掌位论文高色价天然食用栀子黄色素的稚u 备a 其洗脱液综合利用的研究 言，h p 2 0 高于c 2 0 0 。两者并用时，先h p 一2 0 后c 2 0 0 ，并且发现h p 2 0 主要去除栀 子苷类杂质，c 2 0 0 主要除去多元酚1 2 ”。采用非极性的n k a 树脂吸附分离浸提液中的 栀子黄色素，可以得到色价 4 2 0 、o d 值 0 6 ，低于国际市场栀子黄色素0 d 值 l 小时) 加热会使色素的吸光度 下降，温度越高，则吸光度下降越快。但由于长时间高温试验使色素溶液部分蒸发，使 其浓度受到影响而导致吸光度增大，如1 0 0 的3 小时。 3 5 6 3 光照稳定性实验 分别取同量栀子蓝色素溶液于两个1 0 0 m l 容量瓶中，并稀释至刻度，放置在室外自 然光和紫外灯下，定时取样，于5 9 0 n m 波长处测定其吸光度值，计算栀子蓝色素的残存 陀gj鲥s鹄8 广西大掌硕士掌位。沦文高色价天然食用栀子黄色素的畚及其洗脱液荔 合利用的研究 率，结果见图3 3 3 。 t i m e ，h 图3 3 3 光照对色素稳定性的影响 f i g3 - 3 3 i n f l u e n c eo f t h ei l l u m i n a t i o no nt h es t a b i l i t yo f g a r d e n i ab l u ep i g m e n t 由图3 3 3 可知，室外直射光对栀子蓝色素的影响最为显著，随着光强度的增加和 时间的延长，溶液中有沉淀产生，溶液颜色减淡。而紫外光在实验条件下对栀子蓝色素 则影响较小。另外，室内自然光和漫散光则对栀子蓝色素影响较小，随着时间的延长其 色调( 蓝色) 、吸光度等变化都很小。 3 56 4 栀子蓝色素的耐氧化性 以h 2 0 2 作为氧化剂，配制不同浓度的h 2 0 2 栀子蓝色素水溶液，室温放置并定时取 样，于5 9 0 n m 波长处测定其吸光度值，计算该色素的残存率，结果见图3 3 4 。 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 c o n c e n t r a t i o n p p m 图3 3 4h , o ，对色素稳定性的影响 f i g3 - 3 4 i n f l u e n c eo f t h ev o l u m eo f h 2 0 2o nt h es t a b i l i t yo f g a r d e n i ab l u ep i g m e n t 图3 3 4 说明了栀子蓝色素对氧化剂h 2 0 。较稳定，在高浓度时有一定的影响，其色 调不变；在浓度较小时，栀子蓝色素受其影响较小。但若浓度很高时，栀子蓝色素受的 影响很大，甚致完全褪色。 3 5 6 5 栀子蓝色素的耐还原性 以亚硫酸钠作为还原剂，配制不同浓度的亚硫酸钠栀子蓝色素水溶液，室温放置并 定时取样，于5 9 0 n m 波长处测定其吸光度值，考查栀子蓝色素的耐还原性，计算色素的 残存率，结果如表3 7 。 叭g；g：吕；驰吣s 广西大掌硕士学位论文 高色价天然食用掂子黄色素的制畚a 其洗脱液综合利用的研究 表3 7n a z s 0 ，对色素稳定性的影响 t a b l e 3 _ 7 i n f l u e n c eo f t h ev o l u m eo f n a 2 s 0 3o nt h es t a b i l i t yo f g a r d e n i ab l u ep i g m e n t 结果表明，还原剂n a 2 s 0 3 在实验条件下有一定的不良影响，但这是由于其浓度不 同导致的。在同一浓度情况下，随着时间的延长，测得溶液的吸光度值并未变化。实际 上，蓝色素对还原剂具有较好的耐受性。 3 5 6 6 苯甲酸钠对蓝色素的影响 苯甲酸钠是食品工业常用的防腐添加剂，为了考察苯甲酸钠对栀子蓝色素的影响， 配制o 5 的苯甲酸钠溶液，加入适量的栀子蓝色素试液，室温放置并定时取样，于5 9 0 n m 波长处测定其吸光度值，考察苯甲酸钠对栀子蓝色素的影响。计算栀子蓝色素的残存率， 结果见表3 8 。 表3 - 8 苯甲酸钠对蓝色素稳定性的影响 t a b l e 3 - 8 i n f l u e n c eo f t h ev o l u m eo f b e n z y lc a r b o x y ln a t r i u mo nt h es t a b i l i t yo f g a r d e n i ab l u ep i g m e n t 实验证明，于此条件下防腐剂苯甲酸钠对蓝色素的稳定性基本没有不良影响，栀子 蓝色素溶液2 4 小时后吸光度值的残存率达9 3 以上。 3 5 67 糖对栀子蓝色素的影响 配制1 0 的葡萄糖、蔗糖溶液，配好适量的蓝色素试液，室温放置并定时取样，于 5 9 0 n m 波长处测定其吸光度值，考查糖对蓝色素的影响。计算色素的残存率，结果见表 3 9 。 高色价天然食用栀子黄色索的制备及其洗脱液综合利用的研究 表3 - 9 糖对蓝色素稳定性的影响 t a b l e 3 9 i n f l u e n c eo f t h ev o l u m eo f s u g a r g l u c o s eo nt h es t a b i l i t yo f g a r d e n i ab l u ep i g m e n t 从表3 - 9 知，葡萄糖、蔗糖对蓝色素几乎无影响，栀子蓝色素于此糖溶液中2 4 小 时后吸光度值基本不变，其残存率在8 8 以上。 3 5 6 8 金属离子对蓝色素的影响 配制不同金属离子的色素溶液，室温放置并定时取样，于5 9 0 n m 波长处测定其吸光 度值，计算色素的残存率，结果见表3 1 0 。 表3 - l0 金属离子对蓝色素稳定性的影响 t a b l e 3 - 1 0 i n f l u e n c eo f t h em e t a li o no nt h es t a b i l i t yo f g a r d e n i ab l u ep i g m e n t 由表3 - 1 0 可知金属离子f e 2 + 、m 9 2 + 、c e + 、n a + 对栀子蓝色素的稳定性均无不良 影响，而f e 3 + 、c u 2 + 和a 1 3 + 对蓝色素有明显影响，具有一定的破坏作用。f e ”、a 1 3 + 的 蓝色素试液则有沉淀生成，随着离子浓度越高，沉淀越多，蓝色素越不稳定。f e 3 + 、c u 2 + g - 西大掌硕士掌位论文高色价天然食用栀子黄色景的制畚及其洗脱液综合利用的研究 和a 1 3 + 的浓度较低时，则蓝色素的稳定性较好。 ( 1 ) 实验表明，最佳酶促反应条件为：栀子苷溶液1 0 0 m l ，培养温度5 5 ，培养 时间2 4 h ，酶量o 5 m l ，甘氨酸量o 5 9 ，生成的栀子蓝色素最好； ( 2 ) 温度对栀子蓝色素的生成影响最显著，由实验知当温度为6 0 时，摇瓶内的 反应液经2 4 小时后大部分被蒸发掉，故应控制适宜的温度才能保证栀子蓝色素的生成； ( 3 ) 使用的一葡