专利名称：一种综合利用紫薯中紫薯色素及组分的方法
技术领域：
本发明涉及一种综合利用紫薯中紫薯色素及组分的方法，特别是涉及一种采用柠檬酸常温水提及膜分离技术工艺制备不同纯度紫薯色素，同时可以综合利用紫薯中的纤维和淀粉制取紫薯片的方法。
背景技术：
色素被广泛应用于食品加工、化妆品生产等行业，但绝大部分的色素都是人工合成的化学色素。随着研究的深入，人们陆续的发现很多合成色素都具有慢性毒性和致癌性， 因此，越来越多的国家限制或禁止合成色素的使用。由此，从植物中提取的天然色素越来越多的受到人们的关注。另外，健康是人类永远的追求，天然与功能相结合的色素是健康的有力保证，为了人类健康这一永恒的主题，功能性与天然性色素在工业中扮演着重要的角色， 也肩负着不可替代的历史使命。紫甘薯，是从日本引进的一种可食用的高营养防癌抗癌保健红薯，是红薯家族中的新秀。经检测，其所含的营养成分比普通红薯更高，紫甘薯的块根肉质为紫色，鲜艳美观， 口感细腻，味道奇特，余香沁心。因其富含抗癌元素硒，具有软化血管、增强免疫力，保护肾脏，同时具有清除人体化学有害物质和抗紫外线辐射的功能。紫甘薯另一个保健作用是由胶原和粘液多糖类组成的粘液蛋白质，它能抑制胆固醇在体内沉积，防止动脉粥样硬化，减少高血压发生，并防止肝、肾结缔组织萎缩。紫甘薯中有一种叫脱氢表雄酮的物质，对防治癌症有一定的效果。它富含的赖氨酸比大米、白面要高的多，还含有十分丰富的胡萝卜素， 可促使上皮细胞异常分化，消除有致癌作用的氧自由基，阻止致癌物与细胞中的蛋白质结合，促进人体免疫力增强。其富含的花青素和绿原酸，可抑制癌变基因，预防高血压，高血脂，糖尿病，心血管病及肠胃疾病，能增强人体免疫力。紫甘薯色素作为一种天然食用色素，与其它同类色素相比性质较稳定，而且具有一定的营养和药理用，在食品、饮料、化妆品、医药方面有着较大的应用潜力。紫甘薯色素具有色泽艳亮、无毒、无异味，比起化学色素具有很高的稳定性，紫色素还具有多种营养、药理和保健功能。添加入食品后，既可作着色剂，又可作保鲜剂、抗氧化剂。中国专利CN 1974676A “一种发酵法提取紫薯色素的生产工艺”其以酿酒酵母为菌种，以新鲜或干制的紫薯为原料，经蒸煮、打浆、液体深层发酵、分离、浓缩、干燥等工艺，制得紫薯色素。该方法制得的色素纯度不高，且在蒸煮的过程中容易使色素氧化。CN 101530191A “利用超声波和复合酶协同提取紫薯色素的方法”其利用利用超声波和复合酶协同提取紫薯色素，采用打孔树脂进行精制得到紫薯色素。该方法得到的色素存在有机溶剂残留的问题，同时紫薯的其他成分也没有得到充分的利用。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术存在的问题及缺点，提供一种综合利用紫薯中紫薯色素及组分的方法，有效解决了色素在生产中易被氧化、产品纯度低和紫薯其他成分没被充分利用等问题。本发明技术方案的关键内容是添加少量柠檬酸及室温水提紫薯色素，将分离出来的纤维和淀粉制成紫薯片，在通过二级膜分离技术对色素进行分离纯化，通过不同的膜可以得到不同纯度的色素产品。本发明的工艺步骤包括(1)、原料紫薯的预处理将新鲜紫薯先进行清洗然后再进行粉碎，粉碎的时候先切块，再用打浆机进行打浆，打浆过程中加入适量柠檬酸防止色素氧化。(2)、密封容器加酸水提将制好的紫薯浆液加入一定量的柠檬酸水，调节PH为 4 4. 5，在密封容器中室温条件(10 25°C )下水提，加入适量的柠檬酸在下列条件下进行提取柠檬酸添加量为2% 4%，料液比为1 2 1 4、提取2次、每次60 80min ；(3)、紫薯片的制作提取液进行自然沉降，所得的纤维和淀粉加入一定量的水进行加热使淀粉糊化，糊化后过胶体磨进行磨浆，然后加入奶粉等配料，均质后通过滚筒干燥制得紫薯片；(4)、上清液灭酶提取液自然沉降所得上清液在90°C条件下搅拌20 30min ；(5)、上清液调pH 上清液加入适量Ca(OH)2Jf pH值调到5. 5左右；(6)、离心将调好pH值的液体进行离心(转速为4000 4500转/min，时间为 15 20min)，所得上清液进行后续的膜除杂浓缩，沉淀可作为钙强化剂；(7)、超滤除杂本发明采用过滤孔径为0. 02 0. 06 μ m的超滤膜处理紫薯水提液，该膜能截留几乎全部的大分子蛋白质及多糖等杂质，而紫薯色素分子量在500 800Dal，大部分色素可以透过该膜，该膜的操作条件为P = 0. 2 0. 6MPa，T = 30 50°C， pH = 4 7，Q = 60 70L/min ；(8)、纳滤浓缩本发明采用拦截分子量为200 400Dal的纳滤膜对一级膜滤液进行浓缩，并能部分脱盐。该级膜浓缩倍数可达15倍以上，无机盐离子去除率可达60%。该膜的操作条件为P = 1. 0 1. 5MPa, T = 30 60°C，pH = 4 7，Q = 20L/min。(9)、浓缩及干燥收集超滤膜的浓缩液再进行喷雾干燥可以得到纯度为5%左右的紫薯色素。将纳滤膜的浓缩液再进行喷雾干燥可以得到纯度为20%左右的紫薯色素。上述步骤2中紫薯色素的提取率可达90%。上述步骤7、8中两级膜均可将物料浓缩10倍以上，纳滤膜脱盐率可达60%，其滤液COD值可以降低到100以下。上述步骤9中的减压浓缩温度不高于50°C。本发明技术方案的优点在于1、室温密封加酸水提取紫薯色素，密闭可以避免空气对色素的氧化，加入的柠檬酸可以抑制色素被氧化，并且可以抑制多酚氧化酶发生作用，无需添加多酚氧化酶抑制剂， 在此条件下浸提，提取率可达到90%，室温条件下浸提节约能耗；2、制作过程中所得的纤维素和淀粉可以制成紫薯片，提高其经济价值；3、Ca (OH) 2调pH值，可以沉淀部分柠檬酸及一些酸性可溶性蛋白，同时后续离心所得沉淀物可以作为钙强化剂，用作食品添加剂；4、采用超滤膜对提取液进行分离纯化，从浓缩液中可以得到稍低纯度的色素，另外膜操作过程简单，膜通量能长时间稳定，易于清洗、使用寿命长，易于实现工业化。
5、采用纳滤膜对除杂后的提取液进行浓缩，脱盐率可达60%，可以得到较高纯度的紫薯色素，且纳滤滤液COD值< 100，可以回用生产工序，基本无废水排放。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进行详细的说明实施例1 将IOOkg新鲜紫薯清洗干净，用不锈钢刀切片，再用打浆机进行打浆，打浆过程中加入适量柠檬酸水防止色素氧化；在制好的紫薯浆液加入2倍水、柠檬酸加量为2%，在室温20°C，pH为4. 5的条件下，在密闭罐中搅拌浸提2次、每次60min ；提取液自然沉降， 所得纤维和淀粉加入2倍水进行加热糊化，糊化后采用胶体磨进行磨浆，加入奶粉等配料后均质，通过滚筒干燥制得紫薯片；提取液自然沉降，所得上清液在90°C条件下搅拌20 30min灭酶后加入Ca (OH) 2，将pH值调到5. 8 ；将调好pH值的液体进行离心，所得上清液采用过滤孔径为0. 06 μ m的超滤膜去除大分子杂质，膜浓缩倍数为20倍，该膜的操作条件为 P = O. 2MPa, τ = 30°C，Q = 60L/min ；收集超滤膜的浓缩液再进行喷雾干燥得到紫薯色素 2. ^g，其纯度为3. 6% ；超滤滤液采用截留分子量为400Dal的纳滤膜进行浓缩，膜浓缩倍数为15倍，该膜的操作条件为P = 1. 5MPa,T = 40°C，Q = 20L/min ；将纳滤膜的浓缩液进行喷雾干燥得到紫薯色素3. 4kg，其纯度为18. 2%。实施例2 将IOOkg新鲜紫薯清洗干净，用不锈钢刀切片，再用打浆机进行打浆，打浆过程中加入适量柠檬酸水防止色素氧化；在制好的紫薯浆液加入2. 5倍水、柠檬酸加量为3%， 在室温10°C，pH为4的条件下，在密闭罐中搅拌浸提2次、每次SOmin ；提取液自然沉降， 所得纤维和淀粉加入2倍水进行加热糊化，糊化后采用胶体磨进行磨浆，加入奶粉等配料后均质，通过滚筒干燥制得紫薯片；提取液自然沉降，所得上清液在90°C条件下搅拌20 30min灭酶后加入Ca (OH) 2，将pH值调到5. 2 ；将调好pH值的液体进行离心，所得上清液采用过滤孔径为0. 04 μ m的超滤膜去除大分子杂质，膜浓缩倍数为25倍，该膜的操作条件为 P = O. 2MPa, T = 30°C，Q = 60L/min ；收集超滤膜的浓缩液再进行喷雾干燥得到紫薯色素 1. m^g，其纯度为16. 0% ；超滤滤液采用截留分子量为400Dal的纳滤膜进行浓缩，膜浓缩倍数为13倍，该膜的操作条件为P = 1. 5MPa,T = 40°C，Q = 20L/min ；将纳滤膜的浓缩液进行喷雾干燥得到紫薯色素3. 1kg，其纯度为20. 2%。
权利要求
1.一种利用紫薯提取色素及其紫薯综合利用的方法，其特征在于按以下步骤进行(1)、原料紫薯的预处理新鲜紫薯一般先进行清洗然后再进行粉碎，粉碎的时候先切块，再用打浆机进行打浆，打浆过程中加入适量柠檬酸防止色素氧化。(2)、密封容器加酸水提将制好的紫薯浆液加入一定量的柠檬酸水，调节pH为4 4. 5，在密封容器中室温条件(10 25°C )下水提，加入适量的柠檬酸在下列条件下进行提取柠檬酸加量为2% 4%，料液比为1 2 1 4、提取2次、每次60 80min;(3)、紫薯片的制作提取液进行自然沉降，所得的纤维和淀粉加入一定量的水进行加热使淀粉糊化，糊化后过胶体磨进行磨浆，然后加入奶粉等配料，均质后通过滚筒干燥制得紫薯片；(4)、上清液灭酶提取液自然沉降所得上清液在90°C条件下搅拌20 30min；(5)、上清液调pH上清液加入适量Ca(OH)2Jf pH值调到5. 5左右；(6)、离心将调好pH值的液体进行离心，所得上清液进行后续的膜除杂浓缩，沉淀可作为钙强化剂；(7)、一级膜除杂本发明采用过滤孔径为0.02 0. 06 μ m的超滤膜处理紫薯水提液， 该膜能截留几乎全部的大分子蛋白质及多糖等杂质，而紫薯色素分子量在500 SOODal， 大部分色素可以透过该膜，该膜的操作条件为P = 0. 2 0. 6MPa, T = 30 50°C，pH = 4 7，Q = 60 70L/min ；(8)、二级膜浓缩本发明采用拦截分子量为200 400Dal的纳滤膜对一级膜滤液进行浓缩，并能部分脱盐。该级膜浓缩倍数可达15倍以上，无机盐离子去除率可达60%。该膜的操作条件为P = 1. 0 1. 5MPa, T = 30 60°C，pH = 4 7，Q = 20L/min。(9)、干燥将超滤膜的浓缩液进行喷雾干燥可以得到纯度为5%左右的紫薯色素，将纳滤膜的得到的浓缩液进行喷雾干燥可以得到纯度为20%左右的紫薯色素。
2.根据权利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯综合利用的方法，其特征在于 所述步骤(1)和步骤O)中加入柠檬酸为了防止色素被氧化，同时也能促使色素的溶出。
3.根据权利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯综合利用的方法，其特征在于 所述步骤(3)中加入的配料为奶粉、糖和香料。
4.根据权利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯综合利用的方法，其特征在于 所述步骤(4)中需要灭的酶为紫薯中所含有的多酚氧化酶和淀粉酶。
5.根据权利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯综合利用的方法，其特征在于 所述步骤(5)中加入氢氧化钙是调节pH，同时沉淀蛋白质等沉淀大分子物质。
6.根据权利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯综合利用的方法，其特征在于 所述步骤(7)和步骤(8)中所用的膜分别为超滤膜和纳滤膜，目的在于除杂和浓缩。
全文摘要
本发明涉及一种综合利用紫薯中紫薯色素及组分的方法，将新鲜紫薯清洗后粉碎打浆，打浆过程中加入适量柠檬酸防止色素氧化，在紫薯浆液加1～3倍水、柠檬酸加量为2％～4％，提取2次、每次60～80min；提取液自然沉降，所得纤维和淀粉加入适量水进行加热糊化，糊化后采用胶体磨进行磨浆，加入奶粉等配料后均质，并通过滚筒干燥制得紫薯片；提取液沉降所得上清液在90℃条件下搅拌20～30min灭酶后加入适量Ca(OH)2，将pH值调到5.5左右；然后进行离心，沉淀物可作为钙强化剂，用作食品添加剂。所得上清液采用超滤膜除杂、纳滤膜浓缩；超滤膜的浓缩液干燥得到纯度为5％左右的紫薯色素。纳滤膜的浓缩液干燥得到纯度为20％左右的紫薯色素。
文档编号A23L1/275GK102206426SQ20111007042
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者万端极, 万莹, 吴正奇, 徐国念, 毛波, 谢鑫 申请人:武汉普赛特膜技术循环利用有限公司