使用吸附树脂和作为解吸剂的酸化水从天然提取物中纯化花色素苷和花色素的方法与流程

公开了使用吸附树脂和作为解吸剂的酸化水从天然提取物中纯化花色素苷和花色素的方法。天然存在的多酚类根据其分子结构分为几个亚组。花色素是在植物和水果中发现的一组重要的多酚。可以发现花色素与糖基结合，形成一类称为花色素苷的化合物。花色素苷和花色素具有与健康益处(对于人健康和动物饲料两者)相关的工业利益、强抗氧化剂活性、抗微生物活性、高着色能力等的性质。因此，目前在市场上可以找到在不同行业销售的集中在这些化合物中的多种产品。这些产品源自不同的来源，诸如蓝莓、蔓越莓、智利酒果(maqui)、接骨木果、紫胡萝卜、葡萄等。不幸的是，花色素苷和花色素通常以非常低的浓度存在于植物和水果中，因此用于其提取、浓缩和纯化的方法已被开发来利用这些化合物的益处。例如，智利酒果(玛基果(aristotelia chilensis))的果实含有约0.1％w/w的花色素苷，而用于食品补充剂工业的来源于智利酒果的商品含有超过20％w/w的花色素苷。蓝莓、欧洲越橘和接骨木果提取物也有类似的情况。本专利申请提出了基于吸附和解吸树脂的花色素苷和花色素的纯化方法，该方法使用用一元羧酸有机酸酸化的ph小于6的水。该方法允许在一个工艺步骤中将花色素苷和花色素的纯度相对于处理过的提取物的纯度提高至少3.5倍。该方法具有优于常规方法的有利方面，因为其避免使用有机溶剂，并且仅使用适合人消费的化合物，这通过避免使用对人消费有毒的化合物而使得该方法和产品更安全。另外，避免使用乙醇使得从该方法获得的产品将被认证为清真食品(halal)。从经济角度来看，通过仅使用酸化水而不添加昂贵的有机溶剂，该方法导致低生产成本，同时达到高收率(>50％)和纯度提高(>3.5倍)。现有技术水平已经记载了几种使用吸附树脂纯化花色素苷和花色素的方法。例如，us 6780442b2提出了使用溴化树脂纯化花色素苷并使用含乙醇或甲醇的溶液洗脱的方法。这种方法的不利方面是在该过程中可能释放出溴，这对人消费产品来说是个问题。另外，该方法需要使用醇从树脂中洗脱花色素苷。其它论文报道了使用不含溴的非离子吸附树脂从不同来源纯化花色素苷和/或花色素。然而，这些论文在解吸或洗脱过程中使用一些有机溶剂，主要是醇。例如，cn107793456 a，该文献公开了使用含水乙醇洗脱从紫苏叶中纯化花色素苷。cn105732741a也公开了在洗脱溶液中使用乙醇和甲醇从紫苏叶中纯化花色素苷的方法。us 7192456b2中公开了使用树脂和作为洗脱剂的醇从紫玉米中纯化花色素苷。cn105859674 a公开了使用含水甲醇洗脱从火龙果皮中纯化花色素苷。us 6461648 b2提出了纯化花色素和花色素苷的方法，该方法不限于使用吸附树脂的原料，但需要使用醇溶液作为洗脱剂。cn102875515b公开了使用甲醇和乙醇的水溶液作为解吸剂并向解吸剂混合物中加入甲酸或乙酸从蓝莓中纯化花色素苷的方法。在ep 1443948 b1中提出了使用离子交换树脂的不同方法，但是该方法仍然需要使用一些醇进行洗脱。类似地，us 8575334 b2提出了使用阳离子交换树脂和碱性溶液来纯化花色素苷的方法，所述碱性溶液将促进花色素苷的解吸。这种方法的问题是碱性条件会促进花色素苷快速降解，从而影响花色素苷的回收。另外，该方法建议在洗脱溶剂中使用醇。文献cn110372659 a公开了使用树脂吸附步骤和随后利用柠檬酸的洗脱进行的蓝莓花色素苷回收及其纯化。然而，使用该方法可以达到高达8％的纯度，而本专利申请公开的方法导致高得多的纯度，如在实施例中可以观察到的。总之，作为现有技术引用的文献都没有公开一种简单的方法，其在一个工艺步骤中使花色素苷和花色素的纯度相较于处理过的提取物的纯度提高至少3.5倍。本发明的方法还具有优于常规方法的有利方面，因为其避免了使用有机溶剂，并且仅使用适合人消费的化合物，这通过避免使用对人消费有毒的化合物而使该方法和产品更安全。附图描述图1：该图对应于显示通过该方法获得的纯化的智利酒果提取物的花色素苷特征谱的色谱图。图2：该图对应于显示通过该方法获得的纯化的calafate提取物的花色素苷特征谱的色谱图。图3：该图对应于显示通过该方法获得的纯化的接骨木果提取物的花色素苷特征谱的色谱图。发明描述本发明公开了基于使用用酸化水进行解吸的吸附树脂的方法。描述于本专利申请中的该方法使得可能在单个纯化步骤中获得至少3.5倍于提取物初始纯度的纯度增量和大于50％的回收率的收率。本发明的方法包括以下步骤：(a)将含有花色素苷和花色素的提取物与非离子吸附树脂接触以保留花色素苷和花色素，以及(b)使用用一元羧酸酸化的热水洗脱树脂。在步骤a)中，非离子吸附树脂可以是任何商购可得的树脂。可使用的非离子树脂是例如但不限于xad4、xad7、xad16、xad18、xad1180、xad1600、fpx66、ab-8、d101、ls305、lx-60、lx-68、pad400、pad900、pad610、pad950、x5、h103等。术语一元羧酸是指具有单个羧基和<10个碳，分子式为(cooh)cxhy(其中“x”至多为9，“y”等于或大于0)的任何羧酸。属于这一类的酸有甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸等。二羧酸或具有其它官能团的羧酸(即,醇)不会产生如实施例1所示的高纯度终产物。令人惊讶的是，相对于另外的一元羧酸，丙酸在纯度和回收率方面表现出最好的结果。在步骤b)中，一元羧酸的浓度优选在0.01m至1m的范围内，更优选在0.05m至0.9m的范围内，以获得更高的纯度。本方法所需的低浓度的一元羧酸在经济方面表现出优于其它需要高水平的有机溶剂来进行的方法的有利方面。任选地，可在步骤(b)中使用一元羧酸的混合物。阶段(b)中的洗脱温度可以是介于35℃与100℃之间的任何温度，更优选在40℃至90℃的范围内。在(b)中获得的花色素苷被纯化的提取物的纯度至少是(a)中接触的原始提取物的3.5倍，更优选是(a)中接触的提取物的纯度的4至10倍。通过本专利申请的方法，在洗脱后，至少50％的存在于最初提取物中的花色素苷得以回收。可使用分批或连续系统来实施该方法。连续系统是优选的，因为对于相同量的所使用的树脂，它们需要更少的处理时间。另外，连续系统允许在系统出口处收集的具有低花色素苷和花色素纯度的那部分体积可以被容易地丢弃，以进一步增加提取物的纯度，而分批系统将需要多个解吸步骤来获得类似的结果。任选地，使用碱性水溶液在低于100℃的温度下再生在步骤(b)中洗脱花色素苷和花色素后获得的树脂。更优选地，可用含有1-5％w/w的naoh、koh、ca(oh)2、na2co3、nh4oh或其混合物的水溶液在低于100℃的温度下再生树脂。再生的树脂可以重新用于新的纯化循环。任选地，可以浓缩从步骤(b)获得的纯化成花色素苷和花色素的洗脱的提取物以除去溶剂。现有技术中已知的任何方法都可用于进行浓缩。可以使用诸如降膜蒸发、升膜蒸发、刮膜蒸发、纳米过滤、反渗透、全蒸发等方法。任选地，可以干燥从步骤(b)获得的洗脱的提取物或其浓缩产物以获得粉末。干燥方法可以是现有技术中任何已知的方法，诸如喷雾干燥和冷冻干燥。实施例实施例1在以150rpm持续搅拌的条件下，将智利酒果提取物与fpx66树脂在不锈钢反应器中于25℃接触2小时。将树脂置于与搅拌器轴相连的篮子中，以促进其与提取物的分离。在吸附步骤之后，从反应器中取出提取物，并装载解吸剂溶液。使用不同的酸与酸化水一起工作，以450rpm进行解吸20分钟。表i显示了所进行的不同测试的细节。表11.花色素苷和花色素的初始浓度(acn)。2.以干基(d.b)计的花色素苷和花色素的纯度。3.相对于提取物中所含的花色素苷和花色素的量的吸附的花色素苷和花色素的量。4.用于吸附的树脂与提取物的比例。5.相对于吸附的花色素苷和花色素的解吸后花色素苷的回收率。6.解吸溶液中所用酸的浓度。测试1使用蓝莓提取物进行，而另外的测试对应于智利酒果提取物。另一方面，测试8用预先在5kda超滤膜中浓缩的智利酒果提取物进行。在利用辛酸进行的测试的情况下，由于这种酸在水中的溶解度低，将从反应器中回收的混合物冷却至室温，并回收水相。在其它情况下，仅获得一个水相。值得一提的是，使用xad4和xad7hp树脂观察到类似的结果。从这些测试中获得的结果可以观察到，使用一元羧酸(1-17)的酸化水的使用产生纯度高于其它羧酸(18-21)的最终提取物。值得一提的是，还进行了使用磷酸和盐酸的测验，获得低于进料提取物的纯度的纯度。在一元羧酸中，丙酸是显示出最佳结果的一种，其纯度与乙酸一样高，但是具有更高的回收率。因此，丙酸的使用具有优于其它酸的有利方面。另一方面，测试6和测试11至17显示了温度对使用酸化水的解吸过程的影响。从结果来看，在所研究的范围内，温度升高会对纯度产生负面影响，温度高于90℃时，这种影响更强。另一方面，温度高达80℃时，回收率会受到积极影响，此后，花色素苷和花色素的回收率开始下降。当使用不同浓度的乙酸和丙酸时，观察到当酸浓度增加时纯度降低。事实上，在实施例22中，观察到当使用过量的乙酸时，不可能实现相对于提取物的初始纯度3.5倍的纯度提高。最后，实施例22表明，高于本发明建议的酸浓度的酸浓度并不能提高花色素苷和花色素的回收率，其对纯度有不利影响(小于3.5倍的提高)，并且由于需要非常高的酸量而增加了工艺成本。实施例2在装载有45.0g fpx66树脂的连续床中处理初始花色素苷和花色素浓度为835.8mg/l、花色素苷和花色素纯度为5.6％(d.b)的智利酒果提取物。为了装载树脂，在室温下用该树脂处理684.4ml的提取物。吸附过程完成后，在80℃下使用660ml用0.85m丙酸酸化的水解吸树脂。表ii显示了积累的提取物的花色素苷回收率和纯度：表ii 级分 时间(min) <![cdata[纯度¹(％)]]> <![cdata[回收率²(％)]]> 0 0 - 1 7.9 0.1 0.1 2 18.0 10.1 18.2 3 28.1 17.8 49.7 4 38.0 20.2 65.2 5 49.4 20.4 69.5 6 70.0 20.6 73.5 7 90.1 20.5 74.8 8 112.6 20.4 75.6 9 140.2 20.3 76.2 10 150 20.2 76.3 1.以干基(d.b)计的花色素苷和花色素的纯度。2.相对于提取物含量的花色素苷和花色素的回收率。收集的所有级分的累积达到20.2％(d.b)的花色素苷和花色素的总纯度，其中回收率为原始提取物中所含的花色素苷和花色素的76.3％，这是花色素苷纯度的约3.6倍的提高。图1中的色谱图显示了通过这种方法获得的提取物的花色素苷特征谱。表iii为了比较乙酸与丙酸的使用，在装载有40.5g fpx66树脂的连续床中处理初始花色素苷和花色素浓度为841.9mg/l且花色素苷和花色素纯度为5.2％(d.b)的智利酒果提取物。为了装载树脂，在室温下用该树脂处理596ml的提取物。吸附过程完成后，在80℃下使用540ml用0.85m乙酸酸化的水解吸树脂。表iii显示了积累的提取物的花色素苷回收率和纯度：表iv 级分 时间(min) <![cdata[纯度¹(％)]]> <![cdata[回收率²(％)]]> 0 0 - 1 11.0 0.03 0.0 2 21.2 3.07 5.4 3 31.5 8.20 18.1 4 41.6 12.12 29.5 5 54.1 14.84 38.7 6 72.1 17.23 47.7 7 90.0 18.49 53.2 8 110.0 19.21 56.9 9 122.7 19.48 58.4 10 135.0 19.70 59.7 1.以干基(d.b)计的花色素苷和花色素的纯度。2.相对于提取物含量的花色素苷和花色素的回收率。收集的所有级分的累积总纯度达到19.7％(d.b)的花色素苷和花色素的总纯度，其中回收率为原始提取物中所含花色素苷和花色素的59.7％，这表明花色素苷和花色素纯度提高约3.7倍。如实施例1中所观察到的，乙酸的使用产生与丙酸具有相似的纯度但是回收率较低的终提取物。因此，如果寻求在产量方面优化该方法，那么丙酸是优选的。最后，对用于乙酸测试的相同提取物的纯化进行了评估，但在80℃下使用热的非酸化水(蒸馏水)。获得了纯度为12.4％(d.b)的提取物，并且达到了26.6％的花色素苷和花色素的回收率，这显示了在解吸中使用利用一元羧酸酸化的水的益处。当比较使用热的酸化水(80℃)的解吸与在室温下使用乙醇-水(50％w/w)的解吸时，对于热的酸化水观察到花色素苷和花色素的更高纯度和回收率。当乙醇-水解吸混合物(50％)的温度升高到60℃时，花色素苷和花色素的回收率增加到接近使用酸化热水的值，但是观察到花色素苷和花色素的纯度降低。这个结果是令人惊讶的，因为醇的水溶液，特别是乙醇，在文献中被广泛描述为使用树脂吸附方法纯化花色素苷的解吸溶剂。实施例3在装载有43.0g fpx66树脂的连续床中处理初始花色素苷和花色素浓度为1203.6mg/l且花色素苷和花色素纯度为8.7％(d.b)的calafate提取物。为了装载树脂，处理了446.3ml提取物，达到99.7％的提取物中所含的花色素苷和花色素被吸附。一旦完成吸附过程，就在80℃下使用582ml用0.85m丙酸酸化的水解吸树脂。表iv显示了积累的提取物的花色素苷回收率和纯度：表v 级分 时间(min) <![cdata[纯度¹(％)]]> <![cdata[回收率²(％)]]> 0 - 0 1 10.60 0 0 2 23.2 5.1 6.06 3 34.5 14.8 24.50 4 45.8 22.2 42.04 5 58.5 25.4 51.37 6 70.4 27.0 56.60 7 92.1 28.8 60.65 8 112.1 29.1 62.64 9 124.6 30.2 63.47 10 138.5 31.3 64.29 1.以干基(d.b)计的花色素苷和花色素的纯度。2.相对于吸附在树脂上的花色素苷和花色素的花色素苷和花色素的回收率。收集的所有级分的累积达到28.3％(d.b)的花色素苷和花色素的总纯度，并且回收率为吸附的花色素苷和花色素的64.29％(63.6％的总花色素苷回收率)，表明与初始提取物相比，花色素苷纯度提高约3.6倍。图2中的色谱图显示了通过这种方法获得的提取物的花色素苷特征谱。表vi 峰 化合物 1 花翠素-3,5-二己糖苷 2 花翠素-3-芸香糖苷-5-葡糖苷 3 花色素-3,5-二己糖苷 4 牵牛花色素-3,5-二己糖苷 5 牵牛花色素-3-芸香糖苷-5-葡糖苷 6 牵牛花色素-3,5-二己糖苷 7 花翠素-3-葡糖苷 8 花翠素-3-芸香糖苷 9 锦葵色素-3-芸香糖苷-5-葡糖苷 10 花色素-3-葡糖苷 11 花色素-3-芸香糖苷 12 牵牛花色素-3-葡糖苷 13 牵牛花色素-3-芸香糖苷 14 芍药色素-3-葡糖苷 15 芍药色素-3-芸香糖苷 16 锦葵色素-3-葡糖苷 实施例4在装载有45.2g fpx66树脂的连续床中处理初始花色素苷和花色素浓度为1004.4mg/l且花色素苷和花色素纯度为1.9％(d.b)的接骨木果提取物。为了装载树脂，处理了796.4ml提取物，并且99.3％的提取物中所含的花色素苷和花色素被吸附。一旦完成吸附过程，就在80℃下使用792ml用0.85m丙酸酸化的水解吸树脂。表v显示了积累的提取物的花色素苷回收率和纯度：表vii1.以干基(d.b)计的花色素苷和花色素的纯度。2.相对于吸附在树脂上的花色素苷和花色素的花色素苷和花色素的回收率。收集的所有级分的累积达到7.6％(d.b)的花色素苷和花色素的总纯度，并且回收率为吸附的花色素苷和花色素的58.3％(57.9％的总花色素苷回收率)，表明与初始提取物相比，花色素苷纯度提高约4倍。图3中的色谱图显示了通过这种方法获得的提取物的花色素苷特征谱。表viii 峰 化合物 1 花色素-3,5-o-二葡糖苷 2 花翠素-3-o-sambioside 3 花翠素-3-葡糖苷 4 花色素-3-o-sambioside 5 花色素-3-o-葡糖苷 实施例5将如实施例2所述获得的纯化的智利酒果提取物(花色素苷和花色素的纯度为21.1％(d.b))在60℃下于真空刮膜蒸发器中浓缩。蒸发后，浓缩的提取物含有25.4％的固体，花色素苷和花色素的纯度为19.6％(d.b)。然后，将浓缩的提取物与10％麦芽糖糊精和1％二氧化硅混合，以在喷雾干燥器中在120℃的入口温度和70℃的出口温度下干燥。终产物是花色素苷和花色素的纯度为15.6％(d.b)且湿度为2.2％的粉末。

背景技术：

技术实现思路