蓝莓花青素及其提纯工艺调查-

1、材料科学与技术学院林产化工专业概论结课论文论文题目蓝莓花青素及其提纯工艺调查班级林化13-1学号 130534106姓名刘旺衢二一三年十月摘要本文根据已有的相关信息和对文献资料的查阅,对蓝莓花青素现有提取方法进行了调查总结。关键词:蓝莓花青素提取纯化工艺调查目录摘要 I1第一章蓝莓概况1.1资源1.2营养组成参考文献 (12第二章蓝莓花青素的成分2.1蓝莓花青素的含量及来源2.2蓝莓花青素的理化性质2.3蓝莓花青素的保健功能 (22.4蓝莓花青素的定性研究参考文献 (33第三章蓝莓花青素提取与纯化工艺3.1蓝莓花青素的乙醇提取3.2蓝莓花青素酶的分离纯化主要结论 (8第一章蓝莓概况第一章蓝莓概

2、况1.1 资源全世界越桔属植物约有400余种。蓝莓的人工驯化栽培始于1900年前后。目前,生产栽培的品种主要有高灌蓝莓(V.corymbosum,又名伞房花越橘;矮灌蓝莓(V.angustifolium,又名狭叶乌饭树;兔眼蓝莓(V.ashei以及其品种问杂交品种半高灌蓝莓和南高灌蓝莓等。一般说来,高灌蓝莓适于温带栽培,又称“北高灌蓝莓”;兔眼蓝莓适于亚热带或热带栽培;矮灌蓝莓则适于高寒地带栽培。高灌蓝莓与兔眼蓝莓杂交育成的短低温型品种统称为南高灌蓝莓。高灌蓝莓因其果实大、品质好、产量高,目前已成为商业种植的重要栽培品种。早在上个世纪50年代,我国东北出产的笃斯越橘(Vaccinium uli

3、ginosum L.即已被开发利用,用于造酒,只是由于口味及地理因素,而未能作为水果广泛利用。野生笃斯越橘的驯化与改良工作也没有取得理想的成果。北美蓝莓由于经过几十年的改良,无论在口味及产量上都远比野生蓝莓好。我国在20年前开始引进国外品种,近年来在胶东半岛,贵州东部,云南中部有一定规模的人工栽培。1.2 营养组成蓝莓的果实营养丰富。对从美国引进的l4个品种的蓝莓果实分析测定结果表明:蓝莓鲜果中含蛋白质、脂肪、碳水化合物,VA、VE、超氧化物歧化酶(SOD等,其它维生素均高于其它水果。此外,蓝莓的微量元素含量也很高,鲜果中含钙、磷、镁、锌、铁、锗、铜等。除含有常见的营养成分外,蓝莓果实中还含有

4、尼克酸、黄酮等特殊成分,营养丰富,因此,常被誉为“浆果之王”。参考文献:【1】滕斌,王俊.果蔬贮藏保鲜技术的现状与展望【J】.粮油加工与食品机械, 2001,(4:5-8.【2】栾金水.果蔬保鲜新技术【J】.江苏食品与发酵,2005,(1:2527.【3】刘勤生.我国蔬菜加工与流通的现状及发展趋势【J】.粮油加工与食品机械, 2000,(3:1-4.【4】李军,张振华,葛毅强,等.我国苹果加工业现状分析J】.食品科学,2004, 25(9:198204.【5】孙希生,丛佩华,聂继云.我国果蔬及其加工品质量标准化【J】.保鲜与加工。2002,(2:1.3.第二章蓝莓花青素概况2.1 蓝莓花青素的

5、含量及来源蓝莓是一种少数具有天然深蓝色素的可食用植物,果实中富含有一类物质,一般称为花青素或花青甙色素(anthocyanins。蓝莓果实中花青甙色素含量很高而且种类丰富。野生种花青甙色素含量高达0.333.38g/l00g鲜重,栽培种一般为0.070.15g/100g鲜重。来自美国的一份研究报告指出:蓝莓的花青素含量是所有的水果与蔬菜之中含量最高的。蓝莓果实中花青素含量最丰富的部分是其特有的紫色果皮部位。蓝莓的果皮颜色可能足由5种花青甙形成的l5种花色素的含量及比例而决定。2.2 蓝莓花青素的理化性质(1蓝莓花青素属于水溶性色素。(2在pH小于3.0条件下比较稳定(3在60以下热稳定性较好,

6、在短时间内有一定的耐高温能力。(4对光比较敏感(5耐氧化还原性差,氧化剂对蓝莓花青素的影响较大,还原剂V在低浓度下对蓝莓花青素的影响不大,因此使用时应避免与氧化性物质共存。(6蔗糖和柠檬酸使蓝莓花青素的稳定性增强。(7微波对其稳定性无不良影响2.3 蓝莓花青素的保健功能蓝莓花青素的保健功能包括:(1延缓衰老;(2激活巨噬细胞,并使血清免疫球蛋白免受自由基的侵害,从而增强人体的免疫力;(3保护血管,增强血管抵抗力,减低毛细血管的脆性,保持血管的通透性,增强毛细血管、静脉、动脉的机能,从而降低心血管疾病的发病率;(4降低糖尿病的发病危险及并发症的产生;(5通过血脑屏障,改善退行性老年痴呆;(6保护

7、细胞内基因不被攻击;(7降低各种癌症的发病率;(8降低低密度脂蛋白(LDL的氧化,避免动脉硬化;第二章蓝莓花青素概况(9抗发炎,对非菌性炎症(如关节炎等疾病有防治作用;2.4 蓝莓花青素的定性研究目前对蓝莓果实中花青素的研究目前有相当部分仍主要集中在其分离、纯化及结构鉴定上,中国科学院南京植物研究所于1988年引种了兔眼蓝浆果(Vaccinium ashie Reade。为了对引种的兔眼蓝浆果深度开发利用提供必要的理论基础,对其进行了全面的品质评价,并对兔眼蓝浆果色素主要成分花青素进行了分析并与欧洲越桔色素提取物的成分进行了比较。比较结果表明:欧洲越桔果实中共检测到15个主要花青苷成分,兔眼蓝

8、浆果样品除没有检测到芍药定一30一阿拉伯糖苷(peonidin3.O arabinoside以及一个未知成分外,其他14个成分一飞燕草定一30一半乳糖苷(delphinidin一3一Oglucoside、飞燕草定一3-O一葡萄糖(delphinidin一3一Oglucoside、欠车菊定一30一半乳糖苷(cyanidin一3一Oglucoside、飞燕草定一30一阿拉伯糖苷(delphinidin一3一Ogarabinoside、矢车菊定一30一葡萄糖苷(cyanidin一3一Oglucoside、矮牵牛定.3一O一半乳糖苷(petunidin一3-Oglucoside、矢车菊定一30一阿拉伯

9、糖苷(cyaniding一3一Oarabinoside、矮牵牛定一30一葡萄糖苷(petunidin一3一Oglucoside、芍药定一30一半乳糖苷(petunidin一3一Oglucoside、矮牵牛定一3.0一阿拉伯糖苷(petunidin一3一Oarabinoside、芍药定一30一萄糖苷(eonidin一3一Oglucoside锦葵定一30.半乳糖苷(malvidin.3一Oglucoside、锦葵定一30一葡萄糖苷(malvidin一30一glucoside、锦葵定.3一O一阿拉伯糖苷(malvidin一30一arabinoside与欧洲越桔样品相同,并且还检测到两个未知成分,其相

10、对含量较高,结构尚待确定。参考文献:参考文献【1】刘庆忠,赵红军,马怀宇.北美洲的蓝莓生产与利用【J】.落叶果树,2003(6:55-58.【4】孙视,於虹,赵友谊,等.兔眼蓝浆果花青素HPLC分析【J】植物资源与环境学, 2001,10(4:59.60.【5】李亚东,张志东,吴林.蓝莓果实的成分及保健机能【J】,中国食物与营养, 2002,(1:2728.3.1花色素的提取花色苷的提取方法主要有溶剂萃取法、超临界流体萃取法、超声波辅助提取法和酶法等。其中溶剂萃取法是最常用提取方法,酶法为一种新的提取方法,尚未广泛应用。如果提取花色素的目的是为进一步定性或定量分析,则选择提取方法最好是不破坏它

11、们的结构,保持天然状态;如果提取的花色苷作为食品添加剂用于食品着色,那么保持最大色素产率、颜色的强度以及稳定性是关键。蓝莓花色苷的提取有四种方法:对于蓝莓花青素这种水溶性花色苷多采用溶剂浸提,再经过滤,减压浓缩,真空干燥的方法。蓝莓花色素溶于水,甲醇,乙醇,丙酮,但不溶于乙醚石油醚,是水溶性色素。在中性或碱性溶液中不稳定,因此浸提液要采用酸性溶剂,酸性溶剂在破坏植物细胞膜的同时溶解水溶性色素。甲醇是最佳提取液,其提取效率比乙醇高20%,比水高73%。但由于甲醇的毒性,考虑作为食品添加剂的色素提取液的食品安全问题,所以可以用酸性乙醇溶液作为蓝莓色素的提取剂。无机酸(如HC1的酸化溶剂可能会改变复

12、合色素的天然形式,因为可能破坏花色苷与金属离子、辅色素之间的缔合,弱有机酸(柠檬酸最好,其次是酒石酸、甲酸、乙酸和丙酸对花色苷结构的影响较小。因此可以在乙醇溶液中加入柠檬酸,可提高提取率,同时使蓝莓花青素的稳定性增强。有实验曾用含0.1%的HCL的甲醇溶液提取,也有用蒸馏水,SO2,柠檬酸加热提取,但甲醇与SO2总会有试剂残留,并有毒性,不可取。乙醇量,温度,浸提时间,pH都会对蓝莓花色苷的提取长生影响。实验证明:花色苷在60%乙醇,料液比为1g:15mL,40,提取时间2h,pH3.0,花色苷的提取量比较高。溶剂萃取法是目前天然食用色素生产的主要方法,其优点是投资少、设备简单,但存在能耗大等

13、缺点。用酶法提取为新方法,未广泛应用。蓝莓花色苷主要集中在被大量纤维素和果胶包围的果皮内,只有将纤维素和果胶解链才能将花色苷充分释放。所以可用酶法。果胶酶提取蓝莓花色苷对提高花色苷的提取量效果不明显,而纤维素酶解法可以大幅度提高花色苷的提取量。这可能由于纤维素酶破坏了细胞壁,释放出胞内物质,而果胶在果胶酶作用下的水解产物对花色苷的吸附性较强,使得花色苷提取量低于无酶作用结果。纤维素酶可使纤维素、半纤维素等物质降解,引起细胞壁和细胞间质结构发生局部疏松、膨胀等变化,从而增大胞内有效成分向提取介质的扩散,促进色素提取率的提高。纤维素酶解法提取蓝莓花色苷的最佳工艺参数为酶用量5mg/g,料液比1g:

14、8mL,酶解时间60min, pH5.0,酶解温度为45。酶提取花色素具有条件温和,酶用量少,提取率高等优点。借助超声波提取花色苷是近年来发展的新技术。对于有些花色普类色素,有机溶剂不易渗透细胞壁和细胞膜,不能很好的将提取物从细胞器中溶出,使提取时间延长,而采用超声波辅助萃取可大大缩短时间,降低生产能源、溶剂消耗以及废物的产生,从而提高萃取效率。提取蓝莓色素,也可以用乙醇浸提液提取的同时辅助微波或超声波提取技术来提高花色苷的提取率。徐建国等曾采用0.01%HCL的80%乙醇溶液的同时,辅助功率200W超声波,时间为15min,超声波法和溶剂浸提法的提取率分别为86.57%,79.64%,提取率

15、提高6.93%。超声波法与浸提法相比,所用乙醇浓度降低,提取时间缩短,色素提取率提高、色价提高。超临界流体萃取法是新兴的一项萃取和分离技术,是使用高于临界温度,临界压力流体作为溶剂的萃取过程。处于临界点附近的流体不仅对物质具有极高的溶解能力,而且物质的溶解度随体系压力或温度变化而变化,从而通过调节体系的压力或温度就可以方便地进行选择性地萃取分离物质,常用C02作为萃取剂。此法特别适于萃取挥发性、热敏性或脂溶性色素,如辣椒红素、叶黄素和番茄红素。与溶剂萃取法相比,超临界流体萃取无化学试剂残留和污染,并可避免萃取物在高温下分解,保护生理活性物质的活性及保护萃取物的天然风味。对于蓝莓花色素来说,效果

16、不是太明显。3.2 花色素的分离与纯化经溶剂萃取后浓缩的天然色素大多是粗制品,其中仍含有胶质、淀粉、糖类、脂肪、有机酸碱、无机盐、金属离子等,甚至有特殊的异味。可以采用的方法有吸附解析法、膜分离法、酶法等。吸附解吸法常用的填料有大孔树脂、硅胶、聚酸胺、葡聚糖凝胶等。用大孔树脂吸附精制天然色素是提高色素纯度的有效方法,精制过程易于控制,并且树脂洗脱后可反复使用,节约成本。AB一8是弱极性,大孔树脂比表面积480520,平均孔径130140,主要用于甜菊糖、色素和有机物的提取分离,对色素有较强的吸附作用。有实验通过对10种大孔树脂的静态吸附解吸研究,发现AB-8型大孔树脂是一种比较理想的树脂,吸附

17、率大,解吸率高,较适合蓝莓果中花色苷类成分的纯化。大孔树脂比表面比较大,可以利用范德华力进行物理吸附,大孔树脂吸附的是分子态的物质。解吸时用乙醇洗脱就是和大孔树脂进行对分子态的物质竞争吸附,使物质转为溶解于乙醇,从而被乙醇洗脱液带走。由此,可以除去杂质,进行分离纯化。如图所示,每一个大孔聚合物珠体都是由大量很小的微球凝聚而成,也既是由连续的凝胶相和连续的大孔相构成。在使用时孔中充满溶剂,吸附树脂的内表面暴露在溶质和溶剂分子中进行吸附。一般来讲,溶质的溶解度越小,越容易被吸附。蓝莓经过浸取液浸取,再经过除杂质,制备成供吸附的料液,将树脂预处理(乙醇加热回流洗脱后,上柱吸附,饱和后采用乙醇等溶剂进

18、行洗脱,最后树脂再生。(处理方法:树脂活化乙醇浸泡24h上柱去离子水洗至中性酸洗(5%HC12h,水洗至中性,碱洗(5%NaOH 2h ,水洗至中性备用AB-8型大孔树脂对花色素的吸附属多分子层吸附,静态吸附解吸条件为:吸附平衡时间为4h,吸附平衡最适浓度750mg/L,pH3.0时吸附能力比较强,低温有利于AB-8型树脂的吸附,而高温则有利于该树脂的解吸,用pH3.0的60%乙醇溶液作为解吸液,解吸平衡时间2h。动态吸附解吸条件为:吸附和解吸流速1mL/min,上样液浓度3.Omg/mL,用5倍柱床体积的60%酸性乙醇作为洗脱液。根据生物膜对物质选择通透性的原理所设计的一种对包含不同组分的混合样品进行分离的方法。所以,可以在对浸提液进行精密过滤,或将过滤液进行浓缩的过程中,利用膜分离。比如,微滤膜,反渗透膜等。天然色素粗制品中的杂质可以通过酶反应除去。酶的催化作用一般在常温、近中性的条件下进行,这对耐热性不强的天然色素特别适合。但蓝莓提取花色素的过程中,未有人研究用酶法进行分离纯化。高效液相色谱法(HPLC应用于花色苷物质的分离具有分析时间短,分辨率高,无热分解的危险,需样量少等优点