本发明属于天然色素提取技术领域，具体涉及一种用酸性氧化电位水提取紫甘薯花青素的方法。
背景技术：
随着人们对合成色素危害性有了较深的认识，生活质量的提高，回归自然、崇尚天然色素已被消费者乐意接受，虽然天然色素受加工条件限制，价格较贵，但因其天然无毒，具有营养与保健价值，天然色素前景看好。
紫甘薯（ipomoesbatatas)，又称紫心甘薯、紫肉甘薯，为番薯属植物。紫甘薯块根中含有紫甘薯色素、淀粉、蛋白质、粘多粘和金属元素等。紫甘薯色素（ipomoeabatatas(l.)lam)，又称花青素（anthocyanins)，花青素是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一。紫甘薯色素属花色素，主要存在于紫甘薯细胞的液泡中，其主要组分为矢车菊色素和芍药色素，为花青素类色素，是一种水溶性色素，含量是红甘蓝和红萝卜中花青素含量的2-3倍，不仅色泽纯正，稳定性优于草营、葡萄、紫苏、红甘蓝等色素，并具有较强的耐热性和耐光性。紫甘薯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。紫甘薯在我国多数地区都能种植，是一个重要的、来源广泛的天然食用色素源。从化学结构上讲，该类色素具有重要的生理活性功能如抗氧化、抗突变、抗癌活性，具有保护肝脏、改善肝功能，减少基因突变，抑制诱癌物质的产生，改善视力，预防心血管疾病等功效，是一类极具前途的功能型食品添加剂和保健食品基料。花青素的基本结构单元是2—苯基苯并吡喃型阳离子，即花色基元。现已知的花青素有20多种，主要存在于植物中。花青素的基本结构单元是2—苯基苯并吡喃型阳离子，即花色基元。化学结构式为：
紫甘薯花青素在饮料中的稳定性超过市售的食用色素，花青素已被大多数国家如中国、日本、美国和欧共体国家等都允许其用于食品着色。广泛地应用在饮料、糖果、果冻和果酱中。
甘薯含有大量粘液，是粘多糖和胶原的混合物，日本医科大学川原群教授指出：粘液多糖能提高人体的免疫功能，增强抗病能力，并且保持动脉血管的弹性，防止肝、肾的结缔组织萎缩，预防心脏病、肾脏病、高血压、神经病、风湿病和关节炎等胶原病的发生。人体的精子和卵子等遗传因子的核酸正是粘液物质，可见甘薯的粘多糖和胶原等物质正是生命的基本物质。人体从口腔到胃肠的消化系统，和从鼻腔到气管，肺叶的呼吸系统，以及泌尿生殖系统，其表面皆由充满粘液的粘膜所覆盖，一旦粘液减少，就容易引起各器官的炎症和癌变。对于生命起这样重要作用的粘液多糖物质，是米、面、鸡、鸭、鱼、肉所无法供给的，而甘薯却十分丰富。
甘薯蛋白质含量为6%，含有8种必需氨基酸比例比较接近国际粮农组织（fao)的蛋白标准，因此甘薯的蛋白利用率高达72%，而大豆蛋白利用率为57%，白面蛋白利用率为52%。美国克林斯实验证明，甘薯块根蛋白优于酪蛋白，说明甘薯蛋白的质量比较高。其中粘蛋白，糖蛋白都有保健功能。
目前，紫甘薯花青素的生产方法主要有：柠檬酸酸化水萃取法、酸化乙醇萃取法、酶法、超声波和脉冲电场。上述前两种溶剂法提取工艺简单，但色素提取率低、需多次浸提、成品纯度低，色价低；国外多采用盐酸化甲醇、硫酸、乙酸或盐酸水溶液提取；国内则采用柠檬酸、盐酸水溶液和酸化乙醇作为提取液。超声波和脉冲电场法可有效地破坏细胞壁和细胞膜，提高组织细胞的渗透性，缩短提取时间，提高花青素得率，改善产品的质量。然而，在提取和纯化等加工过程中往往会发生天然花青素的大量损失，设备投资大。酶法则是生产周期长，占用场地多。目前，紫甘薯花青素的生产还有一个问题，是优质淀粉变成了生产酒精的原料，多糖及蛋白质更不能得到利用。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有紫甘薯提取花青素技术中存在的问题，采用人造酸性氧化电位水经济、安全、有效的方法提取花青素产品，并提取得到淀粉、蛋白质及粘多糖产品，提高紫甘薯的附加值，为特色紫甘薯的综合利用提供一种用酸性氧化电位水提取紫甘薯花青素的方法。
本发明采用如下技术方案实现：一种用酸性氧化电位水提取紫甘薯花青素的方法，包括清洗、破碎、打浆、过滤、吸附、洗脱和浓缩工序，具体步骤为：
（1）清洗、破碎、打浆：紫甘薯用ph值为2.0-6.0的酸性氧化电位水清洗，然后用ph值为2.0-3.0的酸性氧化电位水在常温下浸泡,控制酸性氧化电位水与紫甘薯的比例为10公升：0.5-10公斤；控制浸泡溶液ph值3.0-4.5；破碎至100-500目或15-100微米后打浆，控制打浆溶液ph值4.0-4.5,自然沉积，分离薯渣获得浆液；上层水溶液用来分离花青素；下层溶胶备用；
（2）过滤、吸附洗脱：浆液进行一次过滤，分离紫甘薯粗淀粉，滤液进行二次过滤进一步分离紫甘薯粗淀粉，两次过滤的滤液用超滤膜膜滤，回收粗蛋白质和粘多糖，然后滤液采用大孔树脂吸附，流速为1250-1300l/h，采用ph值为3.0-6.0的酸性氧化电位水速度2000l/h洗脱，至流出液澄清为止，然后再采用有机溶剂乙醇、甲醇、正丁醇或丙酮中的任意一种与ph值为4.0-7.0的酸性氧化电位水混合溶液进行洗脱，混合溶液中有机溶剂的浓度为20-60%，混合溶液的ph值为5.5-6.5；
（3）浓缩：洗脱液经常规减压浓缩，控制温度为60-65℃，浓缩液控制在15-16波美度，得膏态花青素。
所述清洗采用鼠笼式清洗机进行一次清洗，然后在清洗槽内进一步清洗。采用螺杆破碎机破碎至15-100微米，一次过滤用曲网挤压机过滤，二次过滤采用离心机过滤；超滤膜皮层孔径在50～500nm范围内，操作压力为0.11～0.6mpa，温度小于60℃时，超滤膜的膜通量以1～500l/m2h。
所制备的膏态花青素常温干燥，粉碎得固态花青素。
所述粗淀粉加入回收水、ph值为2.0-3.0的酸性氧化电位水，控制溶液ph值为4.0-5.2进行水洗，脱水回收母液备用，沉淀干燥、粉碎得到紫甘薯淀粉产品。所述打浆后的下层溶胶60-65℃减压浓缩，浓缩液控制在15-16波美度，干燥、粉碎过筛得蛋白质和粘多糖。
所有工序中分离出的水或母液或有机溶剂回收使用，废渣按常规方法制备饲料和肥料。
常规方法提取花青素时，由于紫甘薯在清洗后至减压浓缩前的浆工序中，对紫甘薯细胞精细分室被打破，其花青素直接暴露于空气和细胞汁液里的酶中，易导致氧化分解，因此，会破坏一些花青素。本发明在清洗后至减压浓缩前的工序中，均采用弱酸性的酸性氧化电位水浸泡，冲洗；保护花青素，从而提高紫甘薯提取花青素的质量和得率。
目前在紫甘薯花青素的生产中，采用熟化打浆或发酵，优质的紫甘薯淀粉变成了生产酒精的原料，优质的粘多糖及蛋白也得不到充分利用。本发明在清洗后至减压浓缩前的工序中，均采用酸性氧化电位水提取，常温操作，有效保护原淀粉，并控制蛋白质的ph值和采用超滤膜分离技术有效回收蛋白质及粘多糖产品，从而提高紫甘薯提取花青素的综合利用价值。
目前，紫甘薯花青素的生产方法主要有：柠檬酸酸化水萃取法或酸化乙醇萃取法，柠檬酸酸化水萃取法，采用柠檬酸、盐酸水溶液和酸化乙醇作为提取液，但色素提取率低、需多次浸提、成品纯度低，色价低，杂质高和成本高。本发明在清洗后至减压浓缩前的工序中，均采用零污染酸性氧化电位水提取，成本低，色价高，零污染与绿色工艺等优点。
本发明的优点和积极效果：
1、本发明技术方案在清洗后至减压浓缩前的工序中，均采用弱酸性酸性氧化电位水保护花青素，从而提高紫甘薯提取花青素的质量和得率。克服了由于紫甘薯在清洗后至减压浓缩前的工序中，对紫甘薯细胞精细分室被打破，其花青素直接暴露于空气和细胞汁液里的酶中，易导致氧化分解，破坏一些花青素的化学结构问题。
2、本发明技术方案在清洗后至减压浓缩前的工序中，均采用常温操作，有效保护原淀粉，并有效回收蛋白及粘多糖产品，从而提高紫甘薯提取花青素的综合利用。克服了目前在紫甘薯花青素的生产中，采用熟化打浆或发酵，优质的紫甘薯淀粉变成了生产酒精的原料，优质的粘多糖及蛋白也得不到充分利用。
3、本发明技术方案控制蛋白质的ph值和采用超滤膜分离技术，进行回收粗蛋白质和粘多糖，产品得率高，产品质量好。
4、采用酸性氧化电位水从紫甘薯提取花青素，能有效地保护花青素，减少提取过程中的损失，克服了已有溶剂法提取工艺简单，色素提取率低、成品纯度低，色价低的技术质量问题，同时生产蛋白及粘多糖产品，各工序分离出的水或母液或有机溶剂回收便用，减少化学试剂及用水量，提高产品得率，废渣用作饲料和肥料，得到综合利用，提高了紫甘薯的附加值，经济效益、社会效益和环保效益较好。
本发明的酸性氧化电位水提取是零污染植物提取技术其工艺不仅简单，而且操作成本较低，适合提取花青素的规模化生产。高效、无污染，工艺实现过程中不引入新的杂质、不会产生新的污染源，实现对提取溶剂的循环利用，极大的降低生产能耗和资源的浪费。相对于常规的提取办法为了达到提取率高的目的，往往会加入一定量的添加剂（例如柠檬酸），不仅会造成产品中残留，提取液无法重复使用。酸性氧化电位水植物提取技术对紫甘薯提取花青素提取则成功克服提取过程中有害物残留、溶剂无法回收利用、提取率低等问题，为规模化、绿色、高效的生产扫除障碍。零污染酸性氧化电位水植物提取技术非常适合于紫甘薯花青素中功效成分的规模化生产，该技术的另一显著优势在于可以根据提取阶段、目的的不同对工艺参数进行选择性调整，以适应最优生产工艺的需要，为功效成分的高效率提取创造了天然优势。
具体实施方式
实施例1：一种用酸性氧化电位水提取紫甘薯花青素的方法，包括清洗、破碎、打浆、过滤、吸附、洗脱和浓缩工序，分别提取紫甘薯花青素、紫甘薯淀粉、蛋白质和粘多糖产品，具体步骤为：
一、紫甘薯花青素产品的制备
采用酸性氧化电位水（ph值为2.0-6.0）将紫甘薯投入鼠笼式清洗机清洗，然后在清洗槽进一步清洗。将清洗后紫甘薯投入浸泡槽中常温浸泡，加入酸性氧化电位水，控制浸泡溶液ph值3.0-4.5。将浸泡紫甘薯投入螺杆破碎机中，同时加入回收母液或水常温破碎，经打浆机常温打浆，控制打浆溶液ph值4.0-4.5，分离薯渣备用，将浆液自然沉淀。取上层花青素水溶液加入曲网挤压机进行第一次过滤，分离紫甘薯粗淀粉备用。再将过滤液用离心机过滤进行第二次过滤，分离紫甘薯粗淀粉备用。经两次过滤的过滤液用超滤膜进行膜滤，回收粗蛋白质和粘多糖备用，然后再用大孔树脂吸附，控制流速1250l/h。吸附完过滤液后，先采用速度2000l/h的酸性氧化电位水水洗解吸，洗至流出液澄清为止，然后采用浓度为20-60%的机溶剂乙醇水溶液，加入酸性氧化电位水控制溶剂的ph值（6.0左右）进行洗脱，洗脱液在温度60-65℃减压浓缩，浓缩液控制在15-16波美度得到膏态花青素产品。膏态花青素按常规方法干操，粉碎和过筛得到固态花青素广品。
二、紫甘薯淀粉产品的制备
将沉淀和过滤的粗淀粉加入回收水，加入ph值为2.0-3.0的酸性氧化电位水，控制水溶液ph值4.0-4.2水洗，脱水回收母液备用，按常规方法干操，粉碎和过筛得到紫甘薯淀粉产品；
三、紫甘薯蛋白质和粘多糖产品的制备
下层溶胶在温度60-65℃减压浓缩，浓缩液控制在15-16波美度，然后按常规方法干操，粉碎和过筛得到蛋白和粘多糖产品。
以上各工序分离出的水或母液或有机溶剂回收使用，废渣按常规方法制备饲料和肥料。
实施例2：一种用酸性氧化电位水提取紫甘薯花青素的方法，包括清洗、破碎、打浆、过滤、吸附、洗脱和浓缩工序，分别提取紫甘薯花青素、紫甘薯淀粉、蛋白质和粘多糖产品，具体步骤为：采用的弱酸为酸性氧化电位水，有机溶剂为丙酮，大孔树脂吸附流速1300l/h，酸性氧化电位水水洗解吸速度2500l/h，其他工艺同例1。
实施例3：一种用酸性氧化电位水提取紫甘薯花青素的方法，包括清洗、破碎、打浆、过滤、吸附、洗脱和浓缩工序，分别提取紫甘薯花青素、紫甘薯淀粉、蛋白质和粘多糖产品，具体吸附、洗脱步骤为：先采用酸性氧化电位水进行洗脱，然后用有机溶剂进行洗脱，其中有机溶剂为酸性氧化电位水与正丁醇或丙酮按照体积比为10%-80%：90%-20%，大孔树脂吸附流速1280l/h，酸性氧化电位水水洗解吸速度2300l/h，其他工艺同例1。大孔树脂纯化时用酸性氧化电位水与乙醇等作为洗脱剂，采用纳滤技术分离出乙醇，乙醇可循环使用。整个工艺采用物理方法，不采用任何有毒有害溶剂，而且能源较低，有效地保护环境；
实施例4：一种用酸性氧化电位水提取紫甘薯花青素的方法，包括清洗、破碎、打浆、过滤、吸附、洗脱和浓缩工序，分别提取紫甘薯花青素、紫甘薯淀粉、蛋白质和粘多糖产品，具体吸附、洗脱步骤为：先采用酸性氧化电位水进行洗脱，然后用有机溶剂进行洗脱，其中有机溶剂为乙醇，大孔树脂吸附流速1300l/h，酸性氧化电位水水洗解吸速度2300l/h，其他工艺同例1。大孔树脂纯化时用酸性氧化电位水与乙醇等作为洗脱剂，采用纳滤技术分离出乙醇，乙醇可循环使用。整个工艺采用物理方法，不采用任何有毒有害溶剂，而且能源较低，有效地保护环境。采用酸性氧化电位水提取及纯化过程较好地保护花青素不被破坏：我们实验证明：含弱酸性的酸性氧化电位水（ph值4.5至6.5）为洗脱剂保护花青素结构不被破坏。最大程度地保留花青素不被破坏。
本发明的原料是植物，生物和中药提取提纯技术与产业的重大革命和重大革新。它重新定义与全面改变了传统溶液萃取法方法。本发明所采用的酸性氧化电位水与酸碱性还原电位水提取方法可以适用于目前广大众多植物活性成分的提取或生物蛋白的提取以及中药中的任何一种中药材活性成分的提取。例如包括而不限于可用于提取苦参中苦参碱；提取半夏中的半夏多糖；提取野樱莓中的花青素；提取核桃中多酚与多肽活性成分；提取黄芪中多糖与皂苷；提取半夏的半夏多糖；提取红花中的红花黄色素；提取甘草中的异甘草素；提取槟榔中的槟榔生物素；提取党参中的有效成分香豆素、黄酮与党参多糖；提取鳖甲中的甲壳素；提取柴胡中的柴胡皂苷a；提取动物皮中的胶原蛋白；提取海藻中的多糖；提取大枣中的多糖；提取薄荷中的薄荷油；提取板蓝根中的表告依春；提取白芍中的芍药苷；提取人参中的人参皂苷；提取葛根中的葛根素；提取半枝莲中的总黄酮等等。
具体地说本发明所建立的提取方法可以适用于目前中药中的任何一种中药材。例如可用于阿魏、艾叶、安息香、柏子仁、鳖甲、槟榔、薄荷、蓖麻子、萹蓄、补骨脂、板蓝根、荜茇、巴豆、巴戟天、北豆根、北沙参、白及、白头翁、白芍、白芷、白附子、白茅根、白果、白前、白扁豆、白蔹、白鲜皮、白薇、半边莲、半枝莲、半夏、百合、冰片、蝉蜕、楮实子、常山、椿皮、穿山甲、穿心莲、赤小豆、赤石脂、赤芍、苍术、苍耳子、沉香、垂盆草、侧柏叶、草乌、草乌叶、草豆蔻、草果、川贝母、川牛膝、川乌、川芎、川楝子、车前子、丹参、淡豆豉、党参、淡竹叶、杜仲、独活、胆南星、大蓟、大腹皮、牡丹皮、煅石膏、冬瓜皮、冬虫夏草、地龙、地肤子、地骨皮、熟地黄、地锦草、地榆、当归、灯心草、丁香、刀豆、大青叶、大枣、大黄、鹅不食草、莪术、儿茶、榧子、浮萍、萆解、覆盆子、佛手、附子、茯苓、防己、防风、番泻叶、蜂蜜、蛤蚧、桂枝、葛根、藁本、高良姜、骨碎补、谷芽、谷精草、狗脊、枸杞子、枸骨叶、钩藤、甘松、甘草、甘遂、瓜蒌、瓜蒌子、瓜蒌皮、关木通、干姜、炮姜、干漆、鹤虱、黄芪、黄精、海藻、槐花、海风藤、荷叶、黄芩、黄连、黄柏、花椒、何首乌、虎杖、胡黄连、厚朴、化橘红、火麻仁、合欢皮、合欢花、红大戟、红花、黑芝麻、菊花、僵蚕、桔梗、橘核、姜黄、鸡血藤、鸡冠花、金果榄、金沸草、金荞麦、金钱草、金银花、降香、荆芥、韭菜子、决明子、款冬花、诃子、苦杏仁、苦参、苦楝皮、莱菔子、雷丸、凌霄花、鹿衔草、漏芦、路路通、莲子、络石藤、芦荟、芦根、两头尖、两面针、连翘、灵芝、罗布麻叶、罗汉果、荔枝核、龙胆、龙眼肉、老鹳草、墨旱莲、麻黄、蔓荆子、满山红、满山红油、密蒙花、梅花、麻黄、麦冬、麦芽、玫瑰花、明党参、马鞭草、马兜铃、马钱子、马钱子粉、马勃、马齿苋、木瓜、木香、木贼、南沙参、女贞子、牛蒡子、牛膝、藕节、蒲公英、蒲黄、枇杷叶、佩兰、片姜黄、瞿麦、秦皮、拳参、芡实、羌活、青木香、青风藤、青皮、青葙子、青蒿、青黛、茜草、牵牛子、前胡、千年健、千金子、秦艽、蕤仁、肉豆蔻、肉苁蓉、肉桂、人参、人参叶，石菖蒲、锁阳、桑叶、商陆、桑椹、蛇床子、桑白皮、桑枝、桑枝、桑寄生、娑罗子、酸枣仁、射干、苏合香、沙苑子、使君子、柿蒂、砂仁、山豆根、山茱萸、山药、山慈菇、山楂、小蓟、升麻、水牛角、水牛角浓缩粉、石韦、石决明、石斛、石榴皮、生姜、丝瓜络、三七、三棱、葶苈子、菟丝子、桃仁、通草、檀香、天花粉、天竺黄、天南星、天麻、天葵子、太子参、土荆皮、土茯苓、吴茱萸、威灵仙、王不留行、五加皮、五味子、五倍子、瓦楞子、乌药、乌梅、夏天无、续断、旋覆花、豨莶草、薤白、夏枯草、辛夷、香加皮、香附、香橼、香薷、小茴香、仙茅、仙鹤草、玄参、玄明粉、西洋参、血余炭、血竭、徐长卿、淫羊藿、益母草、银杏叶、薏苡仁、银柴胡、远志、芫花、郁李仁、郁金、鱼腥草、茵陈、鸦胆子、月季花、玉竹、延胡索、浙贝母、猪牙皂、紫苏子、紫菀、紫花地丁、紫草、猪苓、皂角刺、知母、泽兰、泽泻、珍珠母、枳实、栀子。
按照本发明方法所提取获得的植物或中药活性成分可以制成药剂学上任何一种形式，包括针剂和口服制剂。其中针剂包括注射液、滴注液、粉针剂；口服制剂包括颗粒剂、片剂、冲剂、散剂、口服液、糖衣片剂、薄膜衣片剂、肠溶衣片剂、胶囊剂、硬胶囊剂、软胶囊剂、口含剂、颗粒剂、丸剂、膏剂、丹剂、喷雾剂、滴丸剂、崩解剂、口崩片、微丸等。
对于本领域技术人员而言，根据本发明所公开的技术内容，本领域技术人员将很清楚本发明的其它实施方案，本发明实施例仅作为示例。在不违反本发明主旨及范围的情况下，可对本发明进行各种改变和改进，例如所选用的溶液可以是其他低级醇或者是其他有机溶剂，但只要使用本发明所述的提取方法，均在本发明保护范围之内。