专利名称：一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法
一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法
技术领域：
本发明属于黑色素的提取方法，更具体地说，涉及一种从黑糯玉米中提取黑色素 的方法。
背景技术：
黑糯玉米属禾本科玉米属(Gramineae ZeaL.)，原产于南美山区，其大小与普通玉 米相同，但其种子和苞叶等均近黑色，在我国，黑糯玉米是各地区大量种植的一种谷物，它 如黑米，黑芝麻等一样来源十分丰富。从整穗干黑糯玉米中提取的黑色素在人体内具有抗 氧化、清除自由基的作用，具有增加人体免疫力、抗衰老、软化血管、防癌抗癌等功能。该色 素与亚硝酸比例在1 3时，能抑制99%的亚硝酸致癌物的形成。目前国内外市场对天然色素需要量日益增加，每年呈4% 的增长速度。尽管 合成色素色泽鲜艳、着色力强、性质稳定，但合成色素无营养，存在化学毒性。从整穗干黑糯 玉米中提取的黑色素是纯天然黄酮类化合物，属花色苷类色素，为水溶性。具有良好的生物 生理活性，在食品保健行业中有很好的市场前景。目前关于黑玉米中黑色素的提取已有报 道，但未见应用CO2超临界萃取整穗干黑糯玉米中黑色素与详细的精制工艺报道。
发明内容本发明的目的在于提供一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法，特别是运用超临界 流体萃取技术从整穗干黑糯玉米中提取黑色素的方法。本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法，其特征在于包括以下步骤a.原料预处理将整穗干黑糯玉米经过分选、干燥，用高速粉碎机粉碎成细度为 100-120目的粉末，加入与所述黑糯玉米粉末等重的无水乙醇按1 1的比例混合；b.用超临界CO2萃取黑色素将步骤a得到的混合物投入萃取釜中，当所述萃取釜内温度达到40-60°C时，打 开CO2气瓶向所述萃取釜送气，当所述萃取釜内压力达到10-35Mpa时，调节CO2流量达到 120L/h，在上述温度和压力下恒温恒压下萃取90-150min，间隔一定时间从解析釜出口处收 集萃取物；C.树脂的预处理取新的D101、D201或AB_8大孔吸附树脂，用95%酒精浸泡数小 时，用大量蒸馏水洗净，然后以湿法在搅拌下将所述树脂填充到层析柱中，等所述树脂沉降 形成树脂层后将水放出，用95 %的乙醇通过所述树脂层，直至流出的液体在加入蒸馏水后 无白色浑浊现象为止，再用蒸馏水以同样的流速将所述树脂层洗至中性，备用；d.黑色素纯化将步骤b所得萃取物溶液，挥发掉其中的乙醇，加水溶解，将该水 溶液泵入所述层析柱，先用蒸馏水洗脱至无色后，用50% 70%浓度的乙醇溶液做为洗脱 剂进行洗脱，所得到的乙醇洗脱液经减压浓缩得浸膏，干燥后得到黑色素成品。本发明的原理是超临界流体萃取技术是近年来发展起来的一项新技术，在天然活性成分提取方面得到越来越广泛地应用，该技术是将萃取原料装入萃取釜。采用二氧化 碳为超临界溶剂。二氧化碳气体经热交换器冷凝成液体，用加压泵把压力提升到工艺过程 所需的压力(应高于二氧化碳的临界压力)，同时调节温度，使其成为超临界二氧化碳流 体。二氧化碳流体作为溶剂从萃取釜底部进入，与被萃取物料充分接触，选择性溶解出所需 的化学成分。含溶解萃取物的高压二氧化碳流体经节流阀降压到低于二氧化碳临界压力以 下进入分离釜(又称解析釜)，由于二氧化碳溶解度急剧下降而析出溶质，自动分离成溶质 和二氧化碳气体二部分，前者为过程产品，定期从分离釜底部放出，后者为循环二氧化碳气 体，经过热交换器冷凝成二氧化碳液体再循环使用。整个分离过程是利用二氧化碳流体在 超临界状态下对有机物有特异增加的溶解度，而低于临界状态下对有机物基本不溶解的特 性，将二氧化碳流体不断在萃取釜和分离釜间循环，从而有效地将需要分离提取的组分从 原料中分离出来。本发明是将超临界CO2作为萃取剂，辅以少量夹带剂，与现有技术相比， 萃取率可达到14. 32%，大幅度提高了黑色素的得率。本发明的优点在于本发明具有提取率高、产品纯度好、流程简单、能耗低等优点。具体实施方式
1.黑玉米的原材料处理与用超临界CO2萃取黑色素的全过程
1.1.1原料预处理整穗干黑糯玉米经过分选、干燥，利用高速粉碎机粉碎成不同的细度，按无水乙醇 与整穗干黑糯玉米细粉11的比例混合。1. 1. 2超临界CO2萃取整穗干黑糯玉米色素的方法准确称取500g上述处理好的样品投入萃取釜中，但温度分别达到预定温度时，打 开CO2气瓶送气，当压力达到预定压力时，调节流量，恒温恒压下开始萃取并计算萃取时间， 间隔一定时间从解析釜出口处收集萃取物。1.2结果与分析1.2.1萃取压力的选择实验结果(数据见表1)表明，在10_35Mpa，整穗干黑糯玉米色素随压力升高而增 力口，这是因为超临界CO2流体有很大的可压性，一定温度下，压力增加，超临界流体的密度增 力口，溶质在流体中的溶解度增大，同时压力增加还减少了分子间的传质距离，增加了溶剂与 溶质间的传质效率。但达到30Mpa时，色素收率几乎达到最大，此时压力再增加，整穗干黑 糯玉米浸膏率会增加，但因为色素的含量有限，增加部分为杂质成分，因此最佳萃取压力为 30Mpa。表1萃取压力对整穗干黑糯玉米色素提取率的影响
,压力、 1015 20 25 30 35
(MPa)
貞取、率 4. 21 6.79 8.64 13.58 14.27 13. 14
(%) _
i-----~1.2. 2萃取温度的选择
恒压下，温度升高，超临界流体比度降低，导致流体溶剂化效应下降，使得溶质在 其的溶解度下降，不利于萃取，但温度是溶质挥发度的函数，提高温度可指数级地提高溶质 的蒸汽压，从而增加溶质的溶解度，提高萃取效率。由实验数据(表2)可知，随萃取温度的 提高，萃取率有所提高，但萃取温度高于50°C时，萃取率下降，因此，最佳萃取温度为50°C。表2萃取温度对整穗干黑糯玉米色素提取的影响 整个超临界萃取既包含转运，又存在扩散，保持一定的静态萃取时间可以提高萃 取效率。因此我们在30、60、90、120、1501^11下进行了 5组试验，结果(见表3)表明随着 时间的增加，萃取效果越来越好，当时间超过90min，萃取结果变化不大，因此，最佳萃取时 间为90min。表3萃取时间对整穗干黑糯玉米色素提取的影响 1. 2. 4C02流量的选择CO2流量对萃取收率影响不大，加大流量则增加了溶剂对原料的萃取次数，可缩短 萃取时间，另一方面，流量流速加快，其耗量增加，结合实际能量节约，我们对CO2流量进行 了考察，结果(见表4)表明，最佳的流量为120L/h。表4C02对整穗干黑糯玉米色素提取的影响 1.2. 5夹带剂的选择二氧化碳超临界萃取的溶解作用超临界CO2流体的极性一般在正己烷和氯仿之 间，在超临界状态下，C02对不同溶质的溶解能力差别很大，这与溶质的极性、沸点和分子量 密切相关，一般来说有以下规律亲脂性、低沸点成分可在104KPa以下萃取，如挥发油、烃、 酯、内酯、醚、环氧化合物等，像天然植物和果实中的香气成分，如桉树脑、麝香草酚、酒花中 的低沸点酯类等；化合物的极性基团(如-OH、-COOH等)愈多，则愈难萃取。因此在萃取 极性较大成分时，一般加入少量的极性溶剂(夹带剂)，以改变萃取效果，试验中，我们考察 了乙酸乙酯、丙酮、水、无水乙醇、95%乙醇与0. lmol/L盐酸(1 1)五种溶剂，结果(见表 5)表明，以无水乙醇与95%乙醇与0. lmol/L盐酸(1 1)萃取效率最高，考虑到实际操作 盐酸的腐蚀性，我们选择了无水乙醇作为夹带剂。表5夹带剂对整穗干黑糯玉米色素提取的影响
加入一定量的夹带剂有利于萃取，但是过高量的夹带剂将使萃取状态在一种非临 界状态下进行，往往达不到理想的萃取效果，因此夹带剂的量要达到要求，我们试验了 4个 量(1 0.2,1 0.5,1 1、1 2)，结果(见表6)表明，加入1 1的夹带剂萃取效果最佳。表6夹带剂用量对整穗干黑糯玉米色素提取的影响 1.2.7原料粒度的选择我们采取了粒度为80、90、100、110、120目下进行了 5组试验，试验结果(见表7)
表明，随着粒度的增加，萃取效果越来越好。一般来说原料粒度越小，溶质从原料中向超临 界流体传输的路径愈短，与超临界流体接触的表面积愈大，有利于萃取。但粒度也不宜太 小，过细的粒度既增加了粉碎的困难，又容易造成萃取釜出口过滤网堵塞，产生巨大的压力 差而破坏设备，因此试验中我们选择了粒度为110目。表7原料粒度对整穗干黑糯玉米色素提取的影响 1. 3结果与讨论本发明首次公开了采用超临界CO2从整穗干黑糯玉米中萃取黑色素的工艺条件， 研究结果表明萃取黑色素的最佳工艺条件为压力30Mpa、温度50°C、时间90min、C02流量为 120L/h、夹带剂为无水乙醇(固液比为1 1)、细度110目，在最佳工艺条件下萃取率可达 到 14. 32%。2.黑色素的纯化大孔吸附树脂起源于20世纪70年代，是一种具有多孔立体结构人工合成的聚合 物吸附剂，利用它巨大的表面积进行物理吸附，在实际应用中对一些与其骨架结构相近的 分子如芳香族环状化合物具有很强的吸附能力，广泛应用于制药及天然植物中活性成分如 皂苷、黄酮、内酯、生物碱等大分子化合物的提取分离。大孔树脂的预处理取市售新的D101、D201、AB_8、H103、S-8等五种大孔吸附树
月旨，分别用95%酒精浸泡数小时，用大量蒸馏水洗净。以湿法在搅拌下将树脂加入到层析柱 中，等树脂沉降后再将水放出，用95 %的乙醇通过树脂层，至流出液加适量蒸馏水无白色浑 浊现象，再用蒸馏水以同样的流速洗至中性，备用。
2. 1纯化率的测定取黑色素溶液在400-800nm范围内测定吸收峰，由结果可知，黑色素在526nm处有 最大吸收，参考文献报道[8]可判断526nm处的物质为花色苷类物质，将纯化后溶液于526nm 处测定吸光度作为纯化指标。2. 2结果与分析 2. 2. 1大孔吸附树脂的筛选取超临界提取的黑色素萃取物，挥去乙醇，加水溶解。将浓度为50mg/ml的黑色素 萃取物水溶液分别通过5种不同型号的已预处理好的树脂柱，进行吸附量测定。流出液利 用黑色素特征吸收峰526nm处测定吸光密度(A)值，判断是否有黑色素流出，当结果出现阳 性，表明已有黑色素流出，树脂吸附达到饱和，停止上样，记录上柱量，计算黑色素吸附量， 单位为mg/ml。结果见表8。表8不同树脂对整穗干黑糯玉米中黑色素的吸附量 上样后的树脂柱先用水洗至无色，改用50%乙醇洗脱至无色，收集50%乙醇洗脱 液，经减压浓缩，真空干燥，得红色晶体，测定吸收光度(A)值，结果(见表9)表明，DlOl树 脂对黑糯玉米中黑色素具有较好的选择吸附性和解吸能力，所以选用DlOl树脂进行本实 验的工艺研究。表9不同树脂对整穗干黑糯玉米中黑色素的解析量 2. 2. 2洗脱剂及其浓度的选择取一定量的黑糯玉米萃取物水溶液，上柱，先用蒸馏水洗脱至无色后，依次用50mL 10% 80%浓度的乙醇溶液进行洗脱，收集不同浓度的乙醇洗脱液并定容至50ml，取其中 3ml洗脱液稀释至IOml后测定黑色素的吸收光度(A)值，以确定最佳的洗脱剂浓度。表10不同浓度乙醇对整穗干黑糯玉米中黑色素的洗脱影响 由试验结果(表10)可知，乙醇浓度增大，相对的洗脱产物也随之增加，但由黑 色素的量的固定，浓度超过50%，杂质也随之增加，黑色素的吸收光度(A)变小，所以选择 50%浓度的乙醇作为树脂的洗脱剂。2. 2. 3大孔吸附树脂纯化黑色素前后的比较
取一定量的黑糯玉米萃取物水溶液于上柱前后测定黑色素的吸收光度(A)值，结 果见表11。表11整穗干黑糯玉米中黑色素纯化前后的比较 由上表数据可知，黑色素上柱后的A值大于上柱前的，A值越大，说明色素纯度越 高，由此可判断黑色素提纯后的纯度明显提高。2. 3大孔吸附树脂纯化黑色素的结论与分析大孔吸附树脂纯化黑色素的工艺确定为取黑糯玉米萃取物水溶液经大孔吸附树 脂层析分离，树脂与原料比为1 l(w/w)，先用水洗脱至无色，再用50%的乙醇做为洗脱剂 洗脱，减压浓缩乙醇洗脱液得浸膏，干燥得产品的收率为7.65%，含量为98. 1 %。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法，其特征在于包括以下步骤a.原料预处理将整穗干黑糯玉米经过分选、干燥，用高速粉碎机粉碎成细度为100-120目的粉末，加入与所述黑糯玉米粉末等重的无水乙醇按1∶1的比例混合；b.用超临界CO2萃取黑色素将步骤a得到的混合物投入萃取釜中，当所述萃取釜内温度达到40-60℃时，打开CO2气瓶向所述萃取釜送气，当所述萃取釜内压力达到10-35Mpa时，调节CO2流量达到120L/h，在上述温度和压力下恒温恒压下萃取90-150min，间隔一定时间从解析釜出口处收集萃取物；c.树脂的预处理取新的D101、D201或AB-8大孔吸附树脂，用95％酒精浸泡数小时，用大量蒸馏水洗净，然后以湿法在搅拌下将所述树脂填充到层析柱中，等所述树脂沉降形成树脂层后将水放出，用95％的乙醇通过所述树脂层，直至流出的液体在加入蒸馏水后无白色浑浊现象为止，再用蒸馏水以同样的流速将所述树脂层洗至中性，备用；d.黑色素纯化将步骤b所得萃取物溶液，挥发掉其中的乙醇，加水溶解，将该水溶液泵入所述层析柱，先用蒸馏水洗脱至无色后，用50％～70％浓度的乙醇溶液做为洗脱剂进行洗脱，所得到的乙醇洗脱液经减压浓缩得浸膏，干燥后得到黑色素成品。
2.根据权利要求1所述一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法，其特征在于在所述方法 的步骤a中，将整穗干黑糯玉米用高速粉碎机粉碎成细度为110目的粉末。
3.根据权利要求1所述一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法，其特征在于所述方法的 步骤b的萃取温度为50°C。
4.根据权利要求1所述一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法，其特征在于所述方法的 步骤b中的萃取釜内压力达到30Mpa时进行萃取。
5.根据权利要求1所述一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法，其特征在于所述方法的 步骤b的萃取时间是90min。
6.根据权利要求1所述一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法，其特征在于所述方法的 步骤d中用50%浓度的乙醇作为树脂的洗脱剂。
全文摘要
本发明属于黑色素的提取方法，更具体地说，涉及一种从黑糯玉米中提取黑色素的方法，是以整穗干黑糯玉米为原料，本发明是将超临界CO2作为萃取剂，辅以少量夹带剂，与现有技术相比，萃取率可达到14.32％。试验结果表明，最佳工艺条件为萃取压力30MPa、温度50℃、时间90min、CO2流量为120L/h、夹带剂为无水乙醇、原料细度110目。所得萃取物溶液，挥发掉其中的乙醇，加水溶解，通过大孔吸附树脂纯化后，先用蒸馏水洗脱至无色后，用50％～70％浓度的乙醇溶液做为洗脱剂进行洗脱，所得到的乙醇洗脱液经减压浓缩得浸膏，干燥后得到黑色素成品。所得黑色素纯度比提纯前有明显提高。
文档编号C09B67/54GK101845236SQ20101014814
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者许晓东, 陆文通, 陈勇, 马庆 申请人:合肥拓锐生物科技有限公司