本发明属于天然有机化学领域，涉及一种以蓝莓榨汁后剩余的果渣为原料制备花青素的方法。
背景技术
蓝莓(blueberry)学名越桔，属于杜鹃花科越桔属植物，生长于我国大兴安岭以北原始森林之中的蓝莓被称为“嘟柿”，蓝莓能抵御零下50℃的严寒，根部常年生长在冻土中，果实呈蓝色，果肉细腻，果味酸甜，风味独特，营养丰富，价值极高，是罕见的珍稀野果。
蓝莓中富含花青素类成分。花青素是一种水溶性色素，可以随着细胞液的酸碱改变颜色。细胞液呈酸性则偏红，细胞液呈碱性则偏蓝，花青素是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一。花青素在生理上扮演重要的角色，花青素是纯天然的抗衰老的营养补充剂，研究证明是当今人类发现最有效的植物抗氧化剂，它的抗氧化性能比维生素e高出五十倍，比维生素c高出二十倍。它对人体的生物有效性是100％，服用后二十分钟就能在血液中检测到，对增强视力、消除眼睛疲劳、延缓脑神经衰老有显著的功效，同时对由糖尿病引起的毛细血管病也有较好治疗作用，还能增强心肺功能、预防老年痴呆等多种疾病。
目前提取蓝莓中花青素的原料全部都来自蓝莓，但是利用的蓝莓资源却不尽相同，有的以蓝莓鲜果为原料，有的以蓝莓冻果为原料，有的以蓝莓果渣为原料，有的以蓝莓果汁为原料。以蓝莓鲜果或蓝莓冻果为原料提取花青素，是目前制备花青素的主要方法，为广大生产企业所采用。以蓝莓汁为原料制备花青素的方法主要是将蓝莓榨汁，然后利用蓝莓汁制备花青素，如公开号cn106380458a的中国专利，公开了一种蓝莓中花青素的提取方法，解决了传统有机溶剂提取法需要较高的提取温度，提取过程中容易造成部分热敏性成分的流失，且有机溶剂容易残留，溶解选择性差等问题。该方法不足的地方在于榨汁后剩余的蓝莓果渣中也含有大量的花青素类物质，如果不能有效利用，容易造成资源的浪费。以蓝莓果渣为原料制备花青素的方法如公开号cn106349205a的中国专利，介绍了一种以榨汁后的蓝莓果渣为原料制备花青素的方法，解决了现有技术中蓝莓花青素提取纯度不足的技术问题。但是该方法也有不足的地方，榨汁后剩余的蓝莓果渣如果不能尽快用于蓝莓花青素的提取，放置一段时间后会产生腐烂酸败等现象，会影响提取产物蓝莓花青素的品质，也会造成资源的浪费。
目前对花青素的提取的研究主要有溶剂提取法、微波法、超临界流体萃取法等，一般都是在高于室温的温度条件下进行提取，如公开号为cn101914304a的中国专利，采用的提取温度为40～65℃；公开号为cn106975014a的中国专利，提取温度为35～40℃。花青素类属于热敏性物质，高温易于造成其含量损失，故提取时易采取低温进行。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服以蓝莓果渣为原料提取蓝莓花青素的过程中，由于原料蓝莓果渣使用的不及时造成腐烂酸败的资源浪费以及高温提取等生产过程造成花青素损失的缺点，提供一种利用果渣造粒、低温提取、低温纯化的蓝莓花青素制备方法。
本发明首先将蓝莓榨汁后剩余的果渣在青贮、干燥、粉碎后进行造粒，然后将蓝莓果渣颗粒以乙醇为溶剂进行低温提取，再采用过滤、离心等设备进行处理，然后采用陶瓷膜和纳滤膜对处理液进行浓缩处理，浓缩液采用大孔吸附树脂纯化、分子蒸馏浓缩，最后再进行冷冻得到含有花青素的蓝莓提取物产品。
本发明的技术方案是这样实现的，它包括以下步骤：
（1）以蓝莓榨汁后剩余的果渣为原料，将其放入青贮池中，加入一定量的青贮剂进行贮藏；
（2）将步骤（1）青贮后的原料进行干燥；
（3）将步骤（2）得到的干原料进行粉碎，然后进行造粒，得到果渣颗粒；
（4）将步骤（3）中得到的颗粒投入提取罐中，以乙醇为提取溶剂，低温循环提取；
（5）将步骤（4）得到的提取液采用过滤、离心等设备去除大颗粒杂质后，先后采用陶瓷膜和纳滤膜进行浓缩处理，得到浓缩液；
（6）将步骤（5）得到的浓缩液采用大孔吸附树脂进行纯化，收集含有花青素的洗脱液；
（7）将步骤（6）收集的洗脱液采用分子蒸馏进行浓缩，得到浓缩液；
（8）将步骤（7）得到的浓缩液进行真空冷冻干燥，得到含有花青素的成品粉末。
本发明较好的技术方案是：所述的步骤(1)中，青贮剂的主要成分为乳酸菌，也可在此基础上添加果胶酶、纤维素酶等。青贮剂的使用量为每吨蓝莓果渣加入青贮剂10～20g，每100g青贮剂用20kg清水溶解活化后均匀喷洒于蓝莓果渣表面，青贮时间为80～96小时。
本发明较好的技术方案是：所述的步骤（2）中，采用悬浮干燥机进行干燥，热风炉提供热风，热风温度为220～250℃，干果渣水分小于10%。
本发明较好的技术方案是：所述的步骤（3）中，原料粉碎至目数小于40目，采用冷风对颗粒进行降温。
本发明较好的技术方案是：所述的步骤（4）中，颗粒与乙醇的比例为1:3～4（m/v），乙醇溶液的体积浓度为80～90%，低温提取的温度为10～15℃，循环提取，提取2遍，每遍60分钟。
本发明较好的技术方案是：所述的步骤（5）中，陶瓷膜的孔径选用150～200nm的膜元件，陶瓷膜处理液的温度为15～20℃，压力为0.2～0.4mpa，膜通量为60～100l/m2*h。纳滤膜的截留分子量选择200～400dal，纳滤膜处理液的温度为15～20℃，压力为0.3～0.5mpa，膜通量为8～12l/m2*h。得到的浓缩液中乙醇溶液的体积浓度小于1%。
本发明较好的技术方案是：所述的步骤（7）中，分子蒸馏的压力为20～30pa，蒸发温度为30～35℃，冷凝温度0～10℃，物料流速1.0～2.0l/min。
本发明较好的技术方案是：所述的步骤（8）中，冷冻时控制真空度在10～13pa，温度为-50～-40℃，冷冻干燥至水分含量在5％以下。
本发明的优点有以下几个方面：
（1）本发明采用蓝莓榨汁后剩余的果渣为起始原料，能充分的利用资源，减少资源的浪费；
（2）本发明将蓝莓果渣造粒，可以极大的延长原料的存储时间，有效的避免蓝莓果渣因提取的不及时而造成腐烂，减少资源的浪费和降低环境的污染；
（3）本发明采用低温提取，可以有效的降低提取温度对花青素类物质的影响，减少含量损失；
（4）本发明的整个提取、浓缩、纯化、干燥过程尽可能在较低的温度下进行，能够减少高温对花青素类物质影响的同时，还能减少对能源的使用，提高产率、降低成本。
具体实施方案
实施例1
取蓝莓榨汁后的果渣100kg，加入1.5g的青贮剂，青贮剂用0.3kg清水溶解活化后均匀喷洒于蓝莓果渣表面，翻腾均匀后用黑塑料膜将果渣盖上，再盖上草席，压上重物，青贮时间为90小时。青贮后的蓝莓果渣采用悬浮干燥机进行干燥，热风炉提供热风，热风温度为230±5℃，鼓风机送风，烘干后果渣中水分为8.7%。悬浮干燥机出口使用落料器收集干果渣，经封闭式管道送至粉碎机进行粉碎至40目，然后经管道输送至制粒机制成蓝莓果渣颗粒，再采用冷风对颗粒进行降温，得到蓝莓果渣颗粒58.05kg。
将蓝莓果渣颗粒58.05kg投入提取罐，加入体积浓度为80%的乙醇溶液200升，10℃的条件下低温提取，采用隔膜泵将提取罐内的液体从提取罐的放液口抽出，再从提取罐的加液口打入，循环提取，提取时间为60分钟，收集提取液。然后再按照上述提取过程及参数再次提取1遍。总共提取2遍，并将2遍的提取液合并得375l溶液。
合并后的提取液先采用板框过滤器进行过滤（滤布200目），然后采用陶瓷膜进行精滤，陶瓷膜的孔径选用150nm的膜元件，处理液的温度为15℃，压力为0.2mpa，膜通量为60l/m2*h，收集陶瓷膜透过液。然后将陶瓷膜透过液采用纳滤膜进行浓缩，纳滤膜的截留分子量选择200dal，处理液的温度为15℃，压力为0.3mpa，膜通量为8l/m2*h。通过反复向浓缩液中加入纯化水后过纳滤膜使最终得到的浓缩液中乙醇溶液的体积百分数小于1%，得到10.74kg浓缩液。浓缩液采用大孔吸附树脂进行纯化，收集含有花青素的乙醇洗脱液。将乙醇洗脱液采用分子蒸馏设备进行蒸馏，分子蒸馏的压力为20pa，蒸发温度为30℃，冷凝温度0℃，物料流速1.0l/min，得到分子蒸馏浓缩液2.08kg。最后将分子蒸馏浓缩液放入真空冷冻干燥机中进行干燥，控制真空度为10pa，温度为-50℃，冷冻干燥至水分含量为4.22％。得到蓝莓果渣提取物的重量为0.625kg，其中花青素的纯度为38.41%。
实施例2
取蓝莓榨汁后的果渣100kg，加入2.0g的青贮剂，青贮剂用0.4kg清水溶解活化后均匀喷洒于蓝莓果渣表面，翻腾均匀后用黑塑料膜将果渣盖上，再盖上草席，压上重物，青贮时间为80小时。青贮后的蓝莓果渣采用悬浮干燥机进行干燥，热风炉提供热风，热风温度为240±5℃，鼓风机送风，烘干后果渣中水分为8.4%。悬浮干燥机出口使用落料器收集干果渣，经封闭式管道送至粉碎机进行粉碎至30目，然后经管道输送至制粒机制成蓝莓果渣颗粒，再采用冷风对颗粒进行降温，得到蓝莓果渣颗粒57.86kg。
将蓝莓果渣颗粒57.86kg投入提取罐，加入体积浓度为90%的乙醇溶液230升，15℃的条件下低温提取，采用隔膜泵将提取罐内的液体从提取罐的放液口抽出，再从提取罐的加液口打入，循环提取，提取时间为60分钟，收集提取液。然后再按照上述提取过程及参数再次提取1遍。总共提取2遍，并将2遍的提取液合并得433l溶液。
合并后的提取液先采用板框过滤器进行过滤（滤布200目），然后采用陶瓷膜进行精滤，陶瓷膜的孔径选用200nm的膜元件，处理液的温度为18℃，压力为0.3mpa，膜通量为80l/m2*h，收集陶瓷膜透过液。然后将陶瓷膜透过液采用纳滤膜进行浓缩，纳滤膜的截留分子量选择300dal，处理液的温度为18℃，压力为0.4mpa，膜通量为10l/m2*h。通过反复向浓缩液中加入纯化水后过纳滤膜使最终得到的浓缩液中乙醇溶液的体积百分数小于1%，得到11.12kg浓缩液。浓缩液采用大孔吸附树脂进行纯化，收集含有花青素的乙醇洗脱液。将乙醇洗脱液采用分子蒸馏设备进行蒸馏，分子蒸馏的压力为30pa，蒸发温度为35℃，冷凝温度10℃，物料流速2.0l/min，得到分子蒸馏浓缩液2.31kg。最后将分子蒸馏浓缩液放入真空冷冻干燥机中进行干燥，控制真空度为13pa，温度为-40℃，冷冻干燥至水分含量为4.18％。得到蓝莓果渣提取物的重量为0.651kg，其中花青素的纯度为37.06%。
实施例3
取蓝莓榨汁后的果渣100kg，加入1.2g的青贮剂，青贮剂用0.24kg清水溶解活化后均匀喷洒于蓝莓果渣表面，翻腾均匀后用黑塑料膜将果渣盖上，再盖上草席，压上重物，青贮时间为96小时。青贮后的蓝莓果渣采用悬浮干燥机进行干燥，热风炉提供热风，热风温度为220±5℃，鼓风机送风，烘干后果渣中水分为9.4%。悬浮干燥机出口使用落料器收集干果渣，经封闭式管道送至粉碎机进行粉碎至40目，然后经管道输送至制粒机制成蓝莓果渣颗粒，再采用冷风对颗粒进行降温，得到蓝莓果渣颗粒58.50kg。
将蓝莓果渣颗粒58.50kg投入提取罐，加入体积浓度为85%的乙醇溶液180升，13℃的条件下低温提取，采用隔膜泵将提取罐内的液体从提取罐的放液口抽出，再从提取罐的加液口打入，循环提取，提取时间为60分钟，收集提取液。然后再按照上述提取过程及参数再次提取1遍。总共提取2遍，并将2遍的提取液合并得338l溶液。
合并后的提取液先采用板框过滤器进行过滤（滤布200目），然后采用陶瓷膜进行精滤，陶瓷膜的孔径选用200nm的膜元件，处理液的温度为20℃，压力为0.4mpa，膜通量为100l/m2*h，收集陶瓷膜透过液。然后将陶瓷膜透过液采用纳滤膜进行浓缩，纳滤膜的截留分子量选择400dal，处理液的温度为20℃，压力为0.5mpa，膜通量为12l/m2*h。通过反复向浓缩液中加入纯化水后过纳滤膜使最终得到的浓缩液中乙醇溶液的体积百分数小于1%，得到10.98kg浓缩液。浓缩液采用大孔吸附树脂进行纯化，收集含有花青素的乙醇洗脱液。将乙醇洗脱液采用分子蒸馏设备进行蒸馏，分子蒸馏的压力为25pa，蒸发温度为33℃，冷凝温度5℃，物料流速1.5l/min，得到分子蒸馏浓缩液2.11kg。最后将分子蒸馏浓缩液放入真空冷冻干燥机中进行干燥，控制真空度为10pa，温度为-50℃，冷冻干燥至水分含量为4.59％。得到蓝莓果渣提取物的重量为0.629kg，其中花青素的纯度为38.23%。