专利名称：原花红色素的提取、分离及其衍生物的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种原花红色素(Proanthocyanidins Red)的提取、分离及其衍生物的制备方法。由此法获得的原花红色素产品可用于果酒、饮料、水果罐头、肉类食品以及化妆品的增色或调色。
背景技术：
食用色素是食品添加剂的重要组成部分，它不仅广泛应用于饮料、酒类、糕点、糖果等以改善其外观品质，而且也应用于医药和化妆品生产，属于精细化工产品。食用色素按其来源可分为合成色素和天然色素两类。在我国已批准使用的食用色素有69种(到1998年)，其中合成色素有21种，天然色素(多数源于植物提取物)有48种，李传欣等食用天然色素的应用及发展趋势，《辽宁农业科学》2001(1)29-32。随着合成食用色素毒理学研究的进展，其安全性问题引起广泛关注，很多发达国家已部分、甚至全部禁用合成食用色素；目前合法使用的合成色素中，至少有5种都属于偶氮化合物，据有关研究认为，这类化合物在人体内代谢生成的β-萘胺和α-氨基-1-萘酚具有致癌或潜在致癌危险性。
20世纪70年代以来，对天然色素的研究与开发又重新成为热点，仅日本为例，70-80年代公开的相关专利申请高达246项。由于天然色素着色自然、色调更接近天然物，安全而无毒、副作用，有的带营养性或维生素性，有的兼有药理功效，及预防治疗作用，特别是随着食品功能性与安全性的提高，天然食用色素日益受到世界各国的重视。各国已批准允许使用的天然色素种类逐年增加，日本有102种，欧盟有26种，英国有26种，我国有48种(到1998年)。
植物是天然色素的主要来源，据文献报道，可提取色素的植物种类有数百种，所用原料包括根、径、叶、树皮、果壳、花和果实等，吕慧平.中国天然食用色素文献题录，《广州食品工业科技》，1996(4).4.P34-36。植物色素依据化学结构不同，一般分四大类(1)吡咯色素，如叶绿素是镁离子和吡咯环配位构成；(2)多烯色素，即以异戊二烯残基为单元的共轭双键连接为基础的一类色素，如类胡萝卜素；(3)植物多酚类色素，包括花青素类、花黄素类和聚原花色素等多元酚的衍生物，如高粱红、菊花黄色素、红花色素、圣草素等，一般具有2-苯基苯并吡喃酮结构特点；(4)酮、醌色素，即含有酮类或醌类结构，包括散沫花、胡桃酮、白花丹素、芒果叶素等，薛春祺.《食品添加剂》.北京中国轻工业出版社，1991.81-82。多数植物色素是由化学结构相近的不同成分构成的复杂混合物，如胡萝卜素有上千种结构，花色苷类有200多种不同结构。
上述天然色素中，植物多酚色素最为引人关注，因为众多食品天然的色泽和风味就有植物多酚直接参与构成。例如，茶叶、咖啡、可可、葡萄酒等的色泽、风味和嗜好性等的形成便与之紧密相关。同时，植物多酚广泛存在于植物的树皮、心材、叶和花果内，为植物的次生产物。它与人类生活息息相关，人们在食用粮食、蔬菜、水果等时也或多或少地摄入了多酚。上个世纪50年代以来，随着植物多酚与蛋白质、多糖、生物碱、微生物、酶、金属离子等的反应活性机理研究的进展，随着它显著的抗氧化、清除自由基、抑菌抗病毒、降血脂等生物活性被大量实验证实，这类天然产物在中药制药、功能食品及添加剂、日化产品等领域研究日益深入，应用十分广泛，石碧 狄莹.《植物多酚》.科学出版社，2000，P.1-4。为此，有观点认为植物多酚是继糖、脂肪、蛋白质、矿质元素和维生素之后的“第五营养素”。
在植物多酚色素中，花色素与花色苷类占主体。因其来源广泛、资源丰富、呈色类型多，近20年来对其进行的研究较系统，有的已开发形成商品。据调查，花色素植物源有约27个科，73属，83种，Annamaryju DS.《Photochemistry》1997，45(4)671-674。其中，如玫瑰茄红色素、黑豆红色素，中国专利CN860030、山楂红色素、仙人果红色素、桑椹红色素、茄子皮色素、牵牛花色素、鸡冠花色素、白苏红色素等天然色素的制备工艺和产品特性的研究已有文献报道；从葡萄皮提取的葡萄皮花色素、高粱红色素，中国专利CN1031282C、CN1086831A、CN1066860A、CN88102330.2，越橘红色素CN88204879等已有许多专利文献或已用于生产。
但本发明涉及的用落叶松树皮作原料，通过提取、分离及其衍生物制备的方法，获取了原花红色素，还未见有文献报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种原花红色素的提取、分离及其衍生物的制备方法，其特点是采用天然红色素含量丰富的落叶松树皮为原料，通过提取、萃取分级获得纯度、溶解性等不同的原花红色素产品；再通过化学反应，制备适用性强，性能更好的原花红衍生物色素产品。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述份数除特殊说明外，均为重量份数。
原花红色素的提取、分离及其衍生物的制备方法1.原花红色素粗产品的制备采用落叶松(Larix gmelini)树皮作原料，自然风干，可以不经过粉碎或粉碎至粒径采用为1～15mm，经筛分除去杂质，按物料∶提取溶剂＝1∶8～40的重量比例加入提取罐中，可先在常温下浸泡6-12小时或者不经浸泡直接提取，提取温度30～80℃，常压回流提取1～6小时；或在减压强制循环提取1～4小时；或逆流提取4～6次，然后减压浓缩回收去提取溶剂，产物经过粗过滤后，用萃取溶剂，脱除树脂、树胶等杂质，得到原花红色素提取液，或经过干燥得到红褐色粉末，即原花红色素粗品(LPR)。
2.原花红色素的分离纯化将上述原花红色素提取液，按提取液∶萃取溶剂＝1∶1的体积比加入萃取容器中，震荡或搅拌，水相中析出沉淀物，经过滤，所得不溶物经干燥，粉碎得到易溶于酒精的红褐色粉末，即为原花红色素E(LPR-E)。上述滤液通过静置分层，分别得到萃取相溶剂层和萃余相水层，后者再用上述萃取溶剂萃取3-5次，合并各次萃取相，采用减压浓缩，回收除去溶剂，经干燥、粉碎，获得红色粉末，即原花红色素C(LPR-C)。剩余的萃余相水层，经干燥、粉碎，得到橙黄色水溶性色素，即原花红色素W(LPR-W)。
3.原花红色素的衍生物的制备将上述原花红色素提取液1份，加入4～6份乙醇∶浓盐酸＝-95∶5体积比的溶液，再加入0～0.2份浓度2％催化剂，于温度75～95℃反应20～40分钟，该反应使得原花色素分子的单元连接键C4-C6、C4-C8断裂，生成黄烷-3-醇和花色素单元，由此得到酸性条件下呈鲜艳红色的原花色素衍生物，即原花红色素A(LPR-A)。
提取溶剂为热水和/或可与水以任意比例混合的溶剂醇和/或酮。
萃取溶剂为石油醚、轻油、乙酸乙酯和/或丁酸乙酯中的至少一种。
催化剂为CoCl2、CuSO4、CuCl2、NH4Fe(SO4)2.12H2O、MnCl2或FeSO4中的任意一种。
原花红天然色素理化的特性和用途1.原花红色素的溶解特性为，易溶于甲醇、乙醇、丙酮、丙醇等有机溶剂及其含水溶剂。难溶于乙醚、石油迷、氯仿、四氯化碳、苯和甲苯。其中原花红E难溶于水和乙酸乙酯，但易溶于无水乙醇和任意浓度的酒精水溶液；原花红C易溶于乙酸乙酯，可溶于水；原花红W和原花红A易溶于水。
2.原花红色素的甲醇溶液在225nm处有最大吸收峰，277nm处有不对称吸收峰，550-577nm处有弱的平缓吸收峰。
3.原花红色素的色价E1％1cm577nm＝284。当色素溶液浓度低于0.005％时为桔红色，浓度高于0.01％，呈明亮的深红色。当pH＜2.0时产生浑浊、沉淀；pH＞12时呈红褐色；其它pH条件下红色稳定、透明。色素溶液在100℃加热处理30分钟色素稳定，加热1小时出现沉淀，加热2小时变成乳浊状，红色消失。
4.金属离子对原花红色素溶液的影响。在0.05％浓度的色素溶液中，分别加入不同金属离子的盐(含量为0.001mol/L)，其中NaCl、CaCl2、BaCl2、MgSO4等对色素溶液无明显影响，其色泽、透明度和吸光值几乎不变化；加入AlCl3会引起溶液浑浊；FeSO4使色素溶液变为褐色，FeCl3会引起色素产生黑褐色沉淀。
5.原花红色素(LPR)在酸或碱催化下发生单元连接键的裂解。例如醇-浓盐酸内，有少量过度金属如Co2+、Cu2+、Mn2+、Fe2+和Fe3+参与催化时，发生特征性花色素反应，产生鲜艳红色的原花红色素A(LPR-A)，并在450nm出现肩峰。
6.原花红色素适用于不同食品，尤其是果酒、饮料、水果灌头和织物着色。
本发明具有如下优点1.来源于落叶松树皮的原花色素及其衍生反应产物是原花红色素为主要呈色成分，其与葡萄、红茶、红加仑、黑加仑、覆盆子、草莓、樱桃等所含色素主要成分相似，均属植物多酚色素，有着化学同源性，故使用它着色更显自然。
2.该天然色素除用于着色外，有一定生理活功能和营养性，可起到抗氧化、抑菌、清除自由基、及扩张毛细血管等作用，具有类似维生素P效果。
3.该类色素中LPR-E为醇溶性适用于果酒、葡萄酒、樱桃和草莓等水果罐头；LPR-A适用于酸性果汁饮料、红茶饮料和冷饮食品。LPR-C有一定脂溶性可用于含脂食品，是一种安全、无毒副作用的天然红色素。
4.该天然色素与天然蛋白纤维、植物纤维素、皮胶原纤维、尼龙6、PVP、聚乙烯醇结合牢固，可用于织物着色。还可通过其与金属离子的络合反应提高着色能力，增强稳定性拓宽显色范围。
四
图1.原花红天然主要显色成分的分子结构与呈色原理图；图2.原花红天然色素的提取分离工艺流程图；图3.原花红天然色素衍生物的反应机理示意图(以花青定B-2为例)。
五具体实施例方式
下面通过具体的实例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练的人员可根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1第一步原花红色素粗品的制备选用自然风干的落叶松(Larix gmelini)树皮作原料，粉碎为粒径约1-15mm的颗粒，经筛分除去杂质。称取10Kg上述原料，加入75％的丙酮水溶液80L，在真空回流罐中，于温度35±5℃，常压回流提取8小时，出料。通过粗过滤，出去料渣，得到滤液，把滤液抽进真空回流罐中，减压浓缩回收丙酮，出料，把料液放入萃取器中冷却到室温。然后加入石油醚萃取，脱除树脂和树胶。由此得到原花红色素提取液，或经喷雾干燥得色素粗品(LPR)1.76Kg，产率约18％。原花红色素主要成分的分子结构与呈色原理如图1所示。
第二步原花红色素的分离纯化取上述所得原花红色素提取液15L，按提取液∶乙酸乙酯＝1∶1的体积比加入乙酸乙酯15L，震荡，水相中析出沉淀物，经过滤，所得不溶物，采用真空干燥，粉碎得到易溶于酒精的红褐色粉末837g，即为原花红色素E(LPR-E)。上述滤液通过静置分层，分别得到萃取相乙酸乙酯层和萃余相水层，后者再用乙酸乙酯萃取3次，合并各次萃取液，采用减压浓缩，先回收除去乙酸乙酯，再真空干燥，粉碎获得脂溶性的红色粉末440g，即原花红色素C(LPR-C)。剩余的萃余相(水层)，经过喷雾干燥，粉碎得到橙黄色水溶性色素480g，即原花红色素W(LPR-W)，上述三种色素的比率约分别为47.64％、25.04％、27.32％。工艺流程见图2所示。
第三步原花红色素的衍生化反应取上述原花红色素提取液1L，加入6L乙醇∶浓盐酸＝95∶5的体积比的溶液，再加入0.2L浓度为2％的NH4Fe(SO4)2.12H2O水溶液，在温度95℃加热搅拌反应40分钟，发生花色素反应，使得聚原花色素的单元连接键C4-C6、C4-C8断裂，生成黄烷-3-醇和花色素单元，形成酸性条件呈鲜艳红色的色素，即原花红色素衍生物A(LPR-A)。其转化率达50％以上。
实施例2第一步原花红色素粗品的制备将自然风干，未经过粉碎的落叶松(Larix gmelini)树皮块作原料，经筛分除去杂质，称取上述原料15Kg，加入95％的乙醇50L，在室温下浸泡8-12小时，随后移入多功能不锈钢提取罐中，再加入100L上述乙醇溶液，在温度75±5℃，启动循环泵，强制回流提取2小时，随后排放滤液，并收集。然后再向提取罐中加入100L上述乙醇溶液，按上述工艺提取1小时，排放并收集滤液。接着排除罐中料渣，清洗干净提取罐，随后合并两次所得的滤液，泵入多功能提取罐中，在温度35±5℃下减压回收溶剂。放出液体，经粗过滤后，获得原花红色素提取液，再通过喷雾干燥得色素粗品(LPR)2.2Kg，产率约14.7％。
第二步原花红色素的分离纯化取第一步所述原花红色素提取液15L，按提取液∶乙酸乙酯＝1∶1的体积比加入乙酸乙酯15L，震荡，水相中析出沉淀物，经过滤，所得不溶物，采用真空干燥，粉碎得到易溶于酒精的红褐色粉末703g，即为原花红色素E(LPR-E)。上述滤液通过静置分层，分别得到萃取相乙酸乙酯层和萃余相水层，后者再用乙酸乙酯萃取5次，合并各次萃取相，采用减压浓缩，先回收除去乙酸乙酯，再真空干燥，粉碎获得脂溶性的红色粉末492g，即原花红色素C(LPR-C)。剩余的萃余相水层，经过喷雾干燥，粉碎得到橙黄色水溶性色素476g，即原花红色素W(LPR-W)，上述三种色素的收率约分别为42.07％、29.44％、28.49％。
第三步原花色素的衍生物的制备取上述原花红色素提取液1L，加入6L乙醇∶浓盐酸＝90∶5体积比的溶液，在搅拌状态，通入O2，在水浴中加热至85℃反应20分钟。发生花色素反应，使得聚原花色素的单元连接键C4-C6、C4-C8断裂，生成黄烷-3-醇和花色素单元，形成酸性条件呈鲜艳红色的色素，原花红色素衍生物A(LPR-A)。其转化率达63％。
实施例3第一步原花红色素粗品的制备将自然风干，未经过粉碎的落叶松(Larix gmelini)树皮块作原料，经筛分除去杂质，称取上述原料四份，每份10Kg，分别移入1号、2号、3号和4号等不锈钢提取罐中，用80℃热水作提取剂，采用逆流提取，每罐中物料经过4次提取。按单罐计算，每次加入量为200L，总的物料∶热水＝1∶80，在温度80℃下，启动搅拌装置，每次提取1小时，共4小时。随后排放料液，在三效浓缩器中减压浓缩，出料，经粗过滤后，把料液放入萃取器中冷却到室温，然后加入轻油震荡或搅拌，待静置分层后，脱除树脂和树胶。获得原花红色素提取液，再通过干燥得色素粗品(LPR)1.46Kg，产率约14.6％。
第二步原花红色素的分离纯化取第一步所述原花红色素提取液50L，按提取液∶乙酸乙酯＝1∶1体积比的溶液，加入乙酸乙酯50L，震荡，水相中析出沉淀物，经过滤，所得不溶物，采用真空干燥，粉碎得到易溶于酒精的红褐色粉末607.4g，即为天然色素原花红E(LPR-E)。上述滤液通过静置分层，分别得到萃取相乙酸乙酯层和萃余相水层，后者再用乙酸乙酯萃取6次，合并各次萃取相，采用减压浓缩，先回收除去乙酸乙酯，再真空干燥，粉碎获得脂溶性的红色粉末392.7g，即原花红C(LPR-C)。剩余的萃余相(水层)，经过喷雾干燥，粉碎得到橙黄色水溶性色素459.9g，即原花红W(LPR-W)，上述三种色素的收率约分别为41.6％、26.9％、31.5％。
第三步原花色素的衍生物的制备取上述原花红色素提取液2L，加入8L乙醇∶浓盐酸＝95∶5体积比的溶液，再加入0.2L浓度为2％的CuCl2水溶液作为催化剂，在水浴中加热至75℃反应60分钟。发生花色素反应，使得聚原花色素的单元连接键C4-C6、C4-C8断裂，生成黄烷-3-醇和花色素单元，形成酸性条件呈鲜艳红色的色素，原花红天然色素衍生物(LPR-A)。其转化率达58％。
应用实例1、应用原花红色素C对杨梅果酒调色取杨梅原果酒分别加入0.3-0.5％的原花红色素C调色，香料等调配，膜过滤，杀菌，得成品。该酒呈浅宝石红色，色泽悦人，果香浓郁、酒香馥郁，饮之柔和醇厚，回味绵长。
2、应用原花红色素E对樱桃罐头增色取原花红色素E用5％的食用酒精溶解配成2％的色素液，将经选剔、洗净、沥干的鲜樱桃放入色素液中浸泡约30min，随后沥干，装入洁净的罐头瓶中，加入糖液，接着封罐，送入灭菌釜灭菌30min，冷却，检验，包装。
3、应用原花红色素A对冰红茶调色以调配冰红茶2000ml为例，取红茶浓缩液8-10ml(或取速溶红茶粉2.6g)，用温水溶解加入配制并净化好的50％糖浆400ml搅拌均匀，称取柠檬酸3.6g、苹果酸0.8g、柠檬酸钠1.2g，将1.0g原花红色素A用少量乙醇充分溶解后缓慢倒入茶水中，边倒边搅拌，再加水至2000mlc搅拌均匀后，使用砂棒抽滤，加热至80℃，添加冰红茶香精2.0ml、柠檬香精1.4ml，搅拌均匀后加热至90℃，使pH值为2.8-3.2，趁热灌装入经双氧水消毒洗净的耐热PET瓶中，拧盖后立即倒置。
4、应用原花红色素C对红茶冰淇淋着色按如下比例加入原花红色素C 0.3％，红茶浓缩液0.8％-1.4％，或0.25g％速溶红茶粉，白砂糖10％，甲基纤维素钠和明胶加水加热制成质量分数为10％的溶液，淀粉2.5％加水调成淀粉浆。在搅拌下将鲜牛奶1％、鸡蛋浆、白砂糖、明胶、羧甲基纤维素钠、淀粉浆及茶原汁和色素加入到料液混合罐里充分混合。
然后用柠檬酸占0.2％的比例调酸，料液在酸性环境下颜色较艳丽，当pH＜3时最为鲜艳悦目。深玫瑰红色冰淇淋颜色诱人，爽甜可口；pH＜4.5粉红色冰淇淋口感细腻，奶香浓郁，为人们所喜爱。
后续灭菌、均质、料液老化、速冻成形等工序按常规工艺进行。
5、应用原花红色素代替亚硝酸钠做肉类色素。
配方火腿肠的配方按10Kg原料肉加入(1)比例按精盐3.6％，异Vc钠0.06％，焦磷酸盐0.15％，烟酰胺0.15％，卡拉胶0.5％，葡萄糖4％，味精0.10％，原花红色素0.015％，冰水25％。(2)另用白胡椒粉02％，猪肉香精0.3％，加入0.15Kg水调成乳状。(3)再称取马铃薯淀粉0.48Kg。
上述实例的生产方法是按常规制作程序操作。
权利要求
1.原花红色素的制备方法，其特征在于(1)原花红色素的制备采用落叶松树皮作原料，自然风干，可以不经粉碎或者经粉碎粒径为1～15mm，筛分除去杂质，将溶剂浓度为5～95wt％的水溶液，按物料∶溶液＝1∶8～40的重量比加入提取罐中，于温度30～80℃，常压回流提取1～8小时或减压强制循环提取1～4小时或逆流提取4～6次，然后减压浓缩回收提取溶剂，产物经过滤后，用萃取溶剂脱除树脂和树胶杂质，获得原花红色素提取液，或经干燥获得褐色红色粉末，即原花红色素粗产品，(2)原花红色素的分离纯化将上述原花红色素提取液，按提取液∶萃取溶剂＝1∶1的体积比加入萃取容器中，震荡或搅拌，静置后，水相中析出沉淀物，经过滤，所得不溶物经干燥，粉碎得到易溶于酒精的红褐色粉末，即为原花红色素E；上述滤液通过静置分层，分别得到萃取相溶剂层和萃余相水层，后者再用萃取溶剂萃取3-5次，合并各次萃取相，采用减压浓缩回收溶剂，经干燥、粉碎，获得红色粉末，即原花红C；萃余相，经干燥，粉碎，得到橙黄色水溶性色素，即原花红色素W，(3)原花红色素衍生物的制备将上述原花红色素提取液1份，加入4～6份乙醇∶浓盐酸＝95∶5，体积比的溶液，再加入0～0.2份浓度为2％催化剂，于温度75～95℃反应20～60分钟，该反应使得原花色素分子的单元连接键C4-C6、C4-C8断裂，生成黄烷-3-醇和花色素单元，由此得到酸性条件下呈鲜艳红色的原花色素衍生物物，即原花红色素A。
2.如权利要求1所述原花红色素的制备方法，其特征在于提取溶剂为热水和/或可与水以任意比例混合的溶剂醇和/或酮。
3.如权利要求1所述原花红色素的制备方法，其特征在于萃取溶剂为石油迷、轻油、乙酸乙酯和/或丁酸乙酯中的至少一种。
4.如权利要求1所述原花红色素的制备方法，其特征在于原花红色素衍生物的制备催化剂为CoCl2、CuSO4、MnCl2、NH4Fe(SO4)2.12H2O、FeSO4、CuCl2中的任一种。
全文摘要
本发明公开了一种原花红色素的提取、分离及其衍生物的制备方法。其特点是采用落叶松树皮作原料，自然风干，经粉碎粒径为1～15mm，筛分除去杂质，将溶剂浓度5～95％的水溶液，按物料∶溶剂＝1∶8～40加入提取罐中，于温度30～80℃，常压回流提取1～8小时或减压强制循环提取1～4小时或逆流提取4～6次，然后减压浓缩回收提取溶剂，产物经过滤后，用萃取溶剂脱除树脂和树胶等杂质，获得原花红色素粗产品。再经分离纯化获得原花红色素E、原花红色素C、原花红色素W和原花红色素衍生物，即原花红色素A。该色素适用于不同食品、果酒、饮料和水果罐头以及化妆品等着色，有显著的经济效益和社会效益。
文档编号A23L1/27GK1556150SQ200410021650
公开日2004年12月22日 申请日期2004年1月12日 优先权日2004年1月12日
发明者杜晓, 石碧, 杜 晓 申请人:四川大学