专利名称：一种栀子红色素的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种桅子红色素的制备方法。
背景技术：
桅子为茜草科植物桅子jasminoides Ellis)的干燥成熟果实。桅子广泛分布于我国南部，是一种可人工栽培的观赏药用植物，资源丰富。桅子红色素是桅子的深加工产品，安全性高，稳定性好，具有良好的开发应用前景。天然食品色素市场巨大，需求量逐年上升，各国竞相开发生产，且随着人们生活水平的提高，天然食品色素作为食品添加剂中重要组成部分已显得越来越重要。桅子红色素是以京尼平苷为原料，通过碱解、酸化和酶解技术，经呈色反应制得的。然而，随着桅子红色素的规模化生产，其过程中也暴露出一些问题。美国专利US 4247698公开了桅子红色素及其生产方法，利用化学或微生物或酶的手段制备桅子红色素。该专利采用游离的酶液水解京尼平苷，由于游离酶溶解于反应体系中，使酶无法从反应体系中分离回收，导致桅子红色素的生产成本高，不利于连续的工业化生产；又由于游离酶也参与呈色反应，使制得的色素中杂质较多，色泽不纯。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种桅子红色素的制备方法，该方法利用桅子果粉提取桅子黄色素副产的京尼平苷，采用树脂吸附酶催化法制备桅子红色素，将碱解、酸化和酶解过程用一步法在树脂上完成，从而可以减少物料损失和降低生产成本。本发明的技术方案包括如下步骤
(1)吸附有京尼平苷的树脂的制备
将桅子果实粉碎后，以水浸泡或回流提取1 3次，过滤，滤液过吸附树脂柱；吸附完毕，树脂用30% 100% (重量比)乙醇水溶液解吸，解吸液用于制备桅子黄色素，解吸后的树脂即为吸附有京尼平苷的树脂；
(2)桅子红色素的制备
①反应介质以吸附有京尼平苷的树脂为反应介质；
②碱解往装有反应介质的容器中泵入碱液进行循环碱解，碱解时间为Ih
12h ；
③酸化碱解结束后，弃去碱液，再往容器中泵入可食用酸溶液进行循环酸化，并调节至溶液pH=4. 0 pH6. 0 ；
④酶解酸化结束后，弃去酸化液，往容器中泵入酶液进行循环酶解；
⑤与伯氨基化合物反应酶解结束后，弃去酶液，往容器中泵入伯氨基化合物溶液进行循环反应，反应结束后，得到桅子红色素溶液；
⑥酸沉淀步骤⑤所得的桅子红色素溶液经过滤后，于滤液中添加酸溶液，调节滤液至ρΗ 1 ρΗ 3，使其沉淀，静置0. 24h后，收集沉淀物；
⑦洗涤、中和将步骤⑥得到的沉淀物用水洗涤至PH5 pH6，然后加入0. 05 mol/L 5. 0 mol/L的碱溶液溶解，并调节pH=7 9，得到桅子红色素水溶液；
⑧ 干燥、粉碎将步骤⑦得到的桅子红色素水溶液进行脱水、干燥处理，得到的干燥粉末即为桅子红色素。其中所述反应介质中采用的树脂为非极性多孔聚合树脂，包括大孔树脂HPD100、 HPD100A或离子交换树脂D301。步骤②所述碱液的浓度为0. 5mol/L 5. Omol/L ；碱解温度为20°C 90°C，碱解时间为Ih 12h，循环流速1 10BV/h ；所述碱溶液中采用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢铵、碳酸氢钾和碳酸氢钠中的一种或几种的混合物。步骤③所述可食用酸溶液的浓度为lmol/L 6mol/L，循环流速1 10BV/h ；其中可食用酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸、醋酸、盐酸、碳酸、乳酸、磷酸和已二酸中的一种或几种的混合物。步骤④所述酶液的浓度为0. lu/mL 2. 0 u/mL ；酶解温度为20°C 70°C，酶液pH 4. 0 pH 6. 0，酶解时间为0. 5h 20h，循环流速1 10BV/h ；其中酶为纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和β-葡糖苷酶中的一种或几种的混合物。步骤⑤所述伯氨基化合物溶液的浓度为1% 20% (重量比)；步骤⑤反应温度为 20°C 90°C，反应时间为0. 5h 96h，循环流速1 10BV/h ；其中伯氨基化合物为氨基酸、 蛋白质和氨基糖中的一种或几种的混合物。步骤⑥所述酸溶液为盐酸、硫酸、醋酸、柠檬酸、磷酸和乳酸中的一种或几种的混合物的水溶液。步骤⑦所述碱溶液中采用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、 碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸氢铵中的一种或几种的混合物。步骤(1)中树脂用30% 100% (重量比)乙醇水溶液解吸，更优选地，采用70% 95% (重量比)乙醇水溶液进行解吸。本发明以吸附有京尼平苷的树脂为反应介质，进行异相酯水解、酸化和酶解转化， 然后通过酸沉淀富集和后续工艺，制备桅子红色素。本发明通过采用树脂吸附技术，反应结束后易从体系中分离出游离酶，使后期的呈色反应不受其影响，有利于制得高纯度桅子红
^J. ο本发明的反应原理为桅子黄色素提取液经树脂吸附，使桅子黄色素和京尼平苷均被吸附，后经乙醇解吸，使桅子黄色素溶入解吸液，用于精制桅子黄色素，而水溶性京尼平苷则仍被吸附在树脂中。将吸附有京尼平苷的树脂先在碱溶液中进行碱解，使京尼平苷脱去甲氧基而转化成京尼平苷酸盐，由于酯水解可以在过量的碱溶液中反应彻底，因此最终京尼平苷将完全被水解，避免了未水解的京尼平苷与伯氨基化合物反应影响产物纯度。碱解结束后，在体系中加酸调节pH，使京尼平苷酸盐酸化生成京尼平苷酸，再利用酶解技术进行京尼平苷酸的酶解转化，脱除京尼平苷酸上相连的糖基，生成京尼平酸，进而使其与外相中的伯氨基化合物反应，生成桅子红色素溶液。桅子红色素溶液经过滤，滤液经酸处理，使溶液中的桅子红色素沉淀，使其与溶液分离，收集沉淀物，再经洗涤、碱中和溶解、干燥，得到水溶性桅子红色素粉末，其光谱扫描图如图1所示。本发明与传统方法相比，具有以下优点
1、提供了一种以桅子果提取桅子黄色素副产的京尼平苷为原料，通过对吸附有京尼平苷的树脂进行一步法碱解和酶解，制备红色素的方法，可以减少物料损失和提高资源利用率。2、树脂循环使用，且产物易分离，进而简化生产工艺和降低生产成本，也有利于实现生产连续化。3、本发明制备的桅子红色素，产品在532nm处具有特征吸收，具有良好的水溶性， 以及光、热、酸、碱和金属离子稳定性。
图1为桅子红色素的光谱扫描图。
具体实施例方式本发明的吸附有京尼平苷的树脂的制备，步骤如下
将桅子果实粉碎后，以水浸泡或回流提取1 3次，过滤，得到桅子黄色素提取液；将桅子黄色素提取液泵入装有树脂的容器(如玻璃柱，不锈钢容器，搪瓷柱等)中进行吸附，饱和后的树脂经30% 100%乙醇水溶液解吸，树脂与乙醇水溶液质量体积比为1:3，于 15°C 55°C解吸至树脂内只残留少量桅子黄色素，解吸液用于制备桅子黄色素，解吸后的树脂即为吸附有京尼平苷的树脂。其次，有关桅子红色素的制备通过以下实施例进一步描述本发明，但是本发明不仅限于此。实施例1
将200ml 0. 5mol/L的氢氧化钠溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在20°C左右，循环碱解几，循环流速!3BV/h。反应结束后，弃去碱液，用5mol/L的柠檬酸溶液泵入容器中反应直至溶液PH值为6. 0，循环流速6BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将IOOml 0. lu/mL (按酶活单位计)纤维素酶液泵入容器中，控制反应温度在70°C左右， 循环酶解0. 5h,循环流速5BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将IOOml 20%谷氨酸溶液泵入容器中，控制反应温度在20°C左右，循环反应9h，循环流速7BV/h，得桅子红色素反应液，过滤得滤液。用5 mol/L的盐酸溶液调节滤液至pH3.0，放置10h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5，用0. 1 mol/L的氢氧化钠溶液溶解沉淀物，并调节至pH8，经喷雾干燥，即得桅子红色素粉末，色价为150，色素得率为65%。实施例2
将300ml 3. Omol/L的氢氧化钾溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在70°C左右，循环碱解他，循环流速6BV/h。反应结束后，弃去碱液，用4. 5mol/L的酒石酸溶液泵入容器中反应直至溶液PH值为4. 0，循环流速!3BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将150ml 2. 0 u/mL (按酶活单位计)果胶酶液泵入容器中，控制反应温度在40°C左右， 循环酶解9h，循环流速5BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将190ml 13%半乳糖胺溶液泵入容器中，控制反应温度在46°C左右，循环反应25h，循环流速7BV/h，得桅子红色素反应液， 过滤得滤液。用5. 5mol/L的硫酸溶液调节滤液至pH 2. 0，放置llh，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至PH5. 5，用0. 3 mol/L的氢氧化钾溶液溶解沉淀物，并调节至pH8，经喷雾干燥，即得桅子红色素粉末，色价为175，色素得率为70%。
实施例3
将250ml 2. Omol/L氢氧化铵溶液与250ml 2. Omol/L碳酸钠溶液的混合液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在80°C左右，循环碱解证，循环流速5BV/h。反应结束后，弃去碱液，用3. 5mol/L的苹果酸溶液泵入容器中反应直至溶液pH值为5. 5，循环流速9BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将300ml 1.5 u/mL (按酶活单位计)β _葡糖苷酶液泵入容器中，控制反应温度在52°C左右，循环酶解20h，循环流速7BV/h。酶解结束后， 弃去酶液，再将250ml 16%苯丙氨酸溶液泵入容器中，控制反应温度在49°C左右，循环反应 30h,循环流速!3BV/h，得桅子红色素反应液，过滤得滤液。用4. 6mol/L的醋酸溶液调节滤液至pH2. 6，放置18h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5. 9，用1. 0 mol/L氢氧化铵溶液与1. 0 mol/L碳酸钠溶液的混合液溶解沉淀物，并调节至pH8. 5，经喷雾干燥，即得桅子红色素粉末，色价为180，色素得率为68%。实施例4
将IL 5. 0mol/L的碳酸氢钠溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在90°C左右，循环碱解他，循环流速7BV/h。反应结束后，弃去碱液，用4. 5mol/L醋酸溶液与1. Omol/L盐酸溶液的混合液泵入容器中反应直至溶液pH值为6.0，循环流速10BV/ h。酸化结束后，弃去酸化液，将800ml 1.0 u/mL (按酶活单位计)半纤维素酶液泵入容器中，控制反应温度在55°C左右，循环酶解几，循环流速5BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将 850ml 20%谷氨酸钠溶液泵入容器中，控制反应温度在51°C左右，循环反应45h，循环流速 8BV/h，得桅子红色素反应液，过滤得滤液。用4. 8mol/L柠檬酸溶液与4. 8mol/L磷酸溶液的混合液调节滤液至PH3. 0，放置13h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5. 5，用2. 0 mol/L的碳酸钾溶液溶解沉淀物，并调节至PH8. 8，经喷雾干燥，即得桅子红色素粉末，色价为190， 色素得率为74%。实施例5
将300ml 3. 5mol/L的碳酸钾溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在40°C左右，循环碱解4.证，循环流速!3BV/h。反应结束后，弃去碱液，用3mol/L的碳酸溶液泵入容器中反应直至溶液PH值为5. 5，循环流速5BV/h。酸化结束后，弃去酸化液， 将190ml含有1.0 u/mL (按酶活单位计)果胶酶和1. 0 u/mL (按酶活单位计)半纤维素酶的溶液泵入容器中，控制反应温度在52 °C左右，循环酶解，循环流速2BV/h。酶解结束后， 弃去酶液，再将200ml含有13%谷氨酸钠和m谷氨酸的溶液泵入容器中，控制反应温度在 52°C左右，循环反应32h，循环流速6BV/h，得桅子红色素反应液，过滤得滤液。用5 mol/L 的磷酸溶液调节滤液至PH3. 0，放置12h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至pH5，用0. 1 mol/L的碳酸氢钠溶液溶解沉淀物，并调节至PH8，经喷雾干燥，即得桅子红色素粉末，色价为174， 色素得率为70%。实施例6
将200ml 5. 0mol/L的碳酸氢铵溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在90°C左右，循环碱解证，循环流速4BV/h。反应结束后，弃去碱液，用3. 5mol/L的乳酸溶液泵入容器中反应直至溶液PH值为5. 5，循环流速5BV/h。酸化结束后，弃去酸化液， 将300ml 2.0 u/mL (按酶活单位计)β -葡糖苷酶液泵入容器中，控制反应温度在50°C左右，循环酶解他，循环流速3BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将250ml 1%牛血清蛋白溶液泵入容器中，控制反应温度在90°C左右，循环反应96h，循环流速4BV/h，得桅子红色素反应液，过滤得滤液。用4. 6mol/L的乳酸溶液调节滤液至pH2. 6，放置18h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至PH5. 9，用3. 0 mol/L的碳酸氢钾溶液溶解沉淀物，并调节至pH8. 5，经喷雾干燥， 即得桅子红色素粉末，色价为192，色素得率为73%。实施例7
将200ml 2. 5mol/L的碳酸氢钾溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在30°C左右，循环碱解9h，循环流速8BV/h。反应结束后，弃去碱液，用6mol/L的磷酸溶液泵入容器中反应直至溶液PH值为6. 0，循环流速!3BV/h。酸化结束后，弃去酸化液， 将IOOml 1. 0 u/mL (按酶活单位计)纤维素酶液泵入容器中，控制反应温度在50°C左右， 循环酶解》1，循环流速5BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将IOOml 10%谷氨酸溶液泵入容器中，控制反应温度在50°C左右，循环反应9h，循环流速!3BV/h，得桅子红色素反应液，过滤得滤液。用5 mol/L的乳酸溶液调节滤液至pH3.0，放置10h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至 pH5，用0. 1 mol/L的碳酸氢铵溶液溶解沉淀物，并调节至pH8，经喷雾干燥，即得桅子红色素粉末，色价为165，色素得率为73%。实施例8
将100ml 5. Omol/L的碳酸钠溶液泵入装有吸附了京尼平苷树脂的容器中，控制反应温度在40°C左右，循环碱解9.证，循环流速7BV/h。反应结束后，弃去碱液，用5mol/L的已二酸溶液泵入容器中反应直至溶液PH值为6. 0，循环流速5BV/h。酸化结束后，弃去酸化液，将100ml 2.0 u/mL (按酶活单位计)β -葡糖苷酶液泵入容器中，控制反应温度在50°C 左右，循环酶解》ι，循环流速3BV/h。酶解结束后，弃去酶液，再将100ml 10%谷氨酸溶液泵入容器中，控制反应温度在50°C左右，循环反应9h，循环流速6BV/h，得桅子红色素反应液， 过滤得滤液。用4. 5 mol/L的乳酸溶液调节滤液至pH2.0，放置10h，过滤，收集沉淀，水洗沉淀至PH5，用0. 1 mol/L氢氧化铵溶液与0. 1 mol/L碳酸氢钠溶液的混合液溶解沉淀物， 并调节至PH8，经喷雾干燥，即得桅子红色素粉末，色价为170，色素得率为66%。
权利要求
1.一种桅子红色素的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)吸附有京尼平苷的树脂的制备将桅子果实粉碎后，以水浸泡或回流提取1 3次，过滤，滤液过吸附树脂柱；吸附完毕，树脂用30% 100% (重量比)乙醇水溶液解吸，解吸液用于制备桅子黄色素，解吸后的树脂即为吸附有京尼平苷的树脂；(2)桅子红色素的制备①反应介质以吸附有京尼平苷的树脂为反应介质；②碱解往装有反应介质的容器中泵入碱液进行循环碱解，碱解时间为Ih 12h；③酸化碱解结束后，弃去碱液，再往容器中泵入可食用酸溶液进行循环酸化，并调节至溶液pH=4. 0 pH6. 0 ；④酶解酸化结束后，弃去酸化液，往容器中泵入酶液进行循环酶解；⑤与伯氨基化合物反应酶解结束后，弃去酶液，往容器中泵入伯氨基化合物溶液进行循环反应，反应结束后，得到桅子红色素溶液；⑥酸沉淀步骤⑤所得的桅子红色素溶液经过滤后，于滤液中添加酸溶液，调节滤液至 ρΗ 1 ρΗ 3，使其沉淀，静置0. 24h后，收集沉淀物；⑦洗涤、中和将步骤⑥得到的沉淀物用水洗涤至PH5 pH6，然后加入0.05 mol/L 5. 0 mol/L的碱溶液溶解，并调节pH=7 9，得到桅子红色素水溶液；⑧干燥、粉碎将步骤⑦得到的桅子红色素水溶液进行脱水、干燥处理，得到的干燥粉末即为桅子红色素。
2.据权利要求1所述的一种桅子红色素的制备方法，其特征在于所述反应介质中采用的树脂为非极性多孔聚合树脂，包括大孔树脂HPD100、HPD100A或离子交换树脂D301。
3.根据权利要求1所述的一种桅子红色素的制备方法，其特征在于步骤②所述碱液的浓度为0. 5mol/L 5. Omol/L ；碱解温度为20°C 90°C，碱解时间为Ih 12h，循环流速 1 10BV/h ；所述碱溶液中采用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢铵、碳酸氢钾和碳酸氢钠中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种桅子红色素的制备方法，其特征在于步骤③所述可食用酸溶液的浓度为lmol/L 6mol/L，循环流速1 10BV/h ；其中可食用酸为柠檬酸、酒石酸、苹果酸、醋酸、盐酸、碳酸、乳酸、磷酸和已二酸中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种桅子红色素的制备方法，其特征在于步骤④所述酶液的浓度为0. lu/mL 2. 0 u/mL ；酶解温度为20°C 70°C，酶液ρΗ 4. 0 ρΗ 6.0,酶解时间为0. 5h 20h，循环流速1 10BV/h ；其中酶为纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和β -葡糖苷酶中的一种或几种的混合物。
6.据权利要求1所述的一种桅子红色素的制备方法，其特征在于步骤⑤所述伯氨基化合物溶液的浓度为1% 20% (重量比)；步骤⑤反应温度为20°C 90°C，反应时间为 0. 5h 96h，循环流速1 10BV/h ；其中伯氨基化合物为氨基酸、蛋白质和氨基糖中的一种或几种的混合物。
7.据权利要求1所述的一种桅子红色素的制备方法，其特征在于步骤⑥所述酸溶液为盐酸、硫酸、醋酸、柠檬酸、磷酸和乳酸中的一种或几种的混合物的水溶液。
8.据权利要求1所述的一种桅子红色素的制备方法，其特征在于步骤⑦所述碱溶液中采用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸氢铵中的一种或几种的混合物。
全文摘要
本发明提供了一种栀子红色素的制备方法，该方法以吸附了京尼平苷的树脂为反应介质，进行异相酯水解、酸化和酶解转化，经酸沉淀富集和后续工艺，制备栀子红色素。本发明的优点在于利用京尼平苷酸可吸附在树脂上，而经酶解等反应生成的栀子红色素则溶于反应液的特点，使反应始终朝着正反应方向进行；另一方面，树脂可不经再生而循环使用，进而简化生产工艺和降低生产成本，也有利于实现生产连续化。本专利方法反应条件温和，工艺简单、耗能低，产物易分离。经本方法制备的栀子红色素，产品在532nm出有特征吸收，具有良好的水溶性，以及光、热、酸、碱和金属离子稳定性。
文档编号C12P17/12GK102174608SQ201110058988
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月12日 优先权日2011年3月12日
发明者周庆新, 甘纯玑, 谢苗, 黄为民 申请人:福建农林大学