一種無塑化劑花青素提取物的提取方法與流程
2024-03-02 22:56:15 3
本發明涉及一種花青素提取物的提取方法，具體涉及一種無塑化劑花青素提取物的提取方法。
背景技術：
塑化劑（增塑劑）是一種高分子材料助劑，種類繁多，最常見的品種是dehp，是一種無色、無味液體。塑化劑作為工業用高分子材料助劑，普遍運用於塑料製品、混凝土、化妝品及清洗劑等材料中，特別是聚氯乙烯塑料製品中。而且在塑料工業生產、塑料製品及塑料垃圾處理過程中會緩慢釋放鄰苯二甲酸內脂，通過多種途徑汙染食品，如大氣、水、土壤、食品包裝和運輸材料等，特別是在受白色垃圾汙染的土壤和水質中，塑化劑含量往往更高。
由於塑化劑屬於持久性有機汙染物，難降解，在人體內容易富集，而且不易被人體代謝掉，具有慢性毒性，如果長期攝入，當富集到一定程度，則可能引起生殖系統異常，甚至致癌、致畸、致突變等。
花青素類花青素提取物作為一類天然紅色素，是被藥典批准的食品添加劑，廣泛運用於飲料、糕點等。但是，市場上的花青素提取物中塑化劑指標很多都超過國際標準。現有的脫塑化劑方式又很單一，塑化劑的脫除率較低，質量穩定性較差。
cn105198942a公開了一種去除桑葚花色苷中塑化劑的工藝，是將桑葚用40～95%的乙醇提取，提取液濃縮後，上d-101大孔吸附樹脂，先水洗至流出液澄清，再用30～75%乙醇洗脫，收集洗脫液，濃縮至糖度為15度，用乙酸乙酯萃取，萃取劑與粗提取萃取比例為1:1～5，萃取1～3次。但是，雖然根據塑化劑易溶於有機溶劑的性質，乙酸乙酯萃取法對去除塑化劑有一定的效果，但該方法單一，操作繁瑣，去除塑化劑的效果有限，且溶劑損耗量較大。
cn106306991a公開了一種同時去除羅漢果提取物中農殘和塑化劑的方法，是將羅漢果提取物用含夾帶劑的超臨界co2萃取，得羅漢果提取物初萃取物，再將其溶於水中，納濾，噴霧乾燥，得同時去除農殘和塑化劑的羅漢果提取物。該方法主要採用超臨界co2萃取方式去除脂溶性塑化劑，以及通過超臨界co2萃取和納濾相結合的方式分別去除羅漢果提取物中的脂溶性和水溶性農殘，雖然一定程度實現同時降低農殘和塑化劑的含量，去除了大部分塑化劑，但是，該方法所得產品質量穩定性較差，由於超臨界co2流體對固體乾粉的滲透能力較弱，僅僅通過一次超臨界co2萃取的方式並不能有效徹底地去除塑化劑。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種工藝簡單、成本低，選擇性好，所得產品純度、回收率高，質量穩定，適用於工業化生產的無塑化劑花青素提取物的提取方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下：一種無塑化劑花青素提取物的提取方法，包括以下步驟：
（1）預處理、閃式提取：將花青素原料破碎，加入提取溶劑進行連續逆流閃式提取，冷卻，過濾，提取液減壓濃縮，得花青素提取液；
（2）過濾、透析：將步驟（1）所得花青素提取液，先過濾除雜，濾液再進行透析，截留液減壓濃縮，得濃縮液；
（3）大孔吸附樹脂純化：將步驟（2）所得濃縮液上連續串接的大孔吸附樹脂柱進行吸附，然後先用水洗至水洗脫液無色，棄掉水洗脫液，再用乙醇水溶液將串接的樹脂柱洗脫至乙醇洗脫液無色，收集乙醇洗脫液；
（4）樹脂脫塑化劑：將步驟（3）所得乙醇洗脫液上脫塑化劑樹脂柱，流出液減壓濃縮，得花青素提取物浸膏；
（5）超臨界co2萃取：將步驟（4）所得花青素提取物浸膏分別用超臨界co2流體萃取，減壓濃縮，乾燥，得無塑化劑花青素提取物。
優選地，步驟（1）中，所述花青素原料與提取溶劑的質量體積比（kg/l）為1:10～20。
優選地，步驟（1）中，所述花青素原料為藍莓、黑莓、紅莓、越橘、黑米、桑葚、紫甘薯或玫瑰茄等中的一種或幾種。所述花青素原料中花青素的質量含量為0.5～1.0%，總塑化劑的含量為1.0～3.0mg/kg。塑化劑主要來於土壤、水質及採摘、包裝及運輸過程中接觸的塑料材料。
優選地，步驟（1）中，所述提取溶劑為體積濃度40～95%（更優選70～80%）的乙醇水溶液。
優選地，步驟（1）中，所述連續逆流閃式提取的溫度為30～60℃，提取的時間為50～120s，提取的次數≥2次。所述提取設備為連續逆流閃式提取器。由於原料中花青素性質不穩定，長時間或高溫提取，都會破壞花青素結構，所以採用連續逆流閃式提取，既能縮短提取時間，又能保證工業化生產的連續性，同時在攪拌下提高花青素的提取收率。
優選地，步驟（1）中，用板式換熱器進行冷卻。所述連續逆流閃式提取後的溶液，用100～400目的濾網過濾。
優選地，步驟（1）中，所述減壓濃縮的溫度為40～70℃，壓力為-0.10～-0.07mpa，濃縮至固含量為5～10%。
優選地，步驟（2）中，所述過濾的膜壓為1～4mpa，溫度為5～30℃。花青素原料在乙醇提取，減壓回收完乙醇及濃縮後，部分醇溶性水不溶性雜質會在低溫放置過程中析出，使用膜過濾則可有效去除。
優選地，步驟（2）中，用陶瓷膜過濾，陶瓷膜的孔徑為0.2～1.0μm。
優選地，步驟（2）中，所述透析的膜壓為1～3mpa，溫度為5～20℃。透析可以有效去除小分子雜質，提升產品純度，同時由於塑化劑的分子量較小，也可以通過透析的方式得以大部分去除。
優選地，步驟（2）中，用高分子有機材料納濾膜進行透析，納濾膜的分子量為500萬～5000萬道爾頓（更優選600萬～2000萬道爾頓）。
優選地，步驟（2）中，所述減壓濃縮的溫度為30～70℃，壓力為-0.10～-0.07mpa，濃縮至固含量為5～20%。
優選地，步驟（3）中，所述大孔吸附樹脂柱的徑高比為1:1～8（更優選1:5～7）。所述大孔吸附樹脂主要用於吸附分離純化花青素原料中有效成分花青素。
優選地，步驟（3）中，所述大孔吸附樹脂與花青素原料的體積質量比（l/kg）為1:8～40（更優選1:10～20）。
優選地，步驟（3）中，所述大孔吸附樹脂柱串接的數量≥2，更優選串接3根樹脂。
優選地，步驟（3）中，所述大孔吸附樹脂型號為hp-20、hpd-100、xda-6或hp2mgl等中的一種或幾種。所述xda-6型號大孔吸附樹脂優選購於西安藍曉科技新材料股份有限公司，所述hp-20、hpd-100型大孔吸附樹脂優選購於艾美科健（中國）生物醫藥有限公司，所述hp2mgl型大孔吸附樹脂優選購於三菱樹脂株式會社。
優選地，步驟（3）中，上柱的流速為0.5～3.0bv/h（更優選1～2bv/h）。
優選地，步驟（3）中，所述水洗的流速為1.0～4.0bv/h。
優選地，步驟（3）中，所述乙醇水溶液與花青素原料的體積質量比（l/kg）為1:2～5。
優選地，步驟（3）中，乙醇洗脫的流速為0.4～0.8bv/h。所述乙醇洗脫主要用於洗脫大孔吸附樹脂吸附的花青素。
優選地，步驟（3）中，所述乙醇水溶液的體積濃度為50～80%。
優選地，步驟（4）中，所述脫塑化劑樹脂柱的裝柱徑高比為1:4～12。
優選地，步驟（4）中，所述用於脫塑化劑的樹脂與洗脫液的體積比（l/l）為1:40～60。
優選地，步驟（4）中，上柱的流速為0.5～2.0bv/h。
優選地，步驟（4）中，所述用於脫塑化劑的樹脂為一類特種大孔吸附樹脂，樹脂型號為xda-8g、xda-8d、hpd-500、hpd-950或d4020等中的一種或幾種，更優選xda-8g和/或xda-8d。所述xda-8g、xda-8d型脫塑化劑樹脂優選購於西安藍曉科技新材料股份有限公司，所述hpd-500、hpd-950型脫塑化劑樹脂優選購於艾美科健（中國）生物醫藥有限公司，所述d4020型脫塑化劑樹脂優選購於天津南開和成科技有限公司。本發明人研究發現，雖然所述脫塑化劑樹脂主要用於白酒行業，在天然產物中運用較少，但是，所述樹脂在一定濃度醇相中，對塑化劑的吸附作用較為牢固，而對花青素吸附較少。
優選地，步驟（4）中，所述減壓濃縮的溫度為40～70℃，壓力為-0.10～-0.07mpa，減壓濃縮至固含量為30～50%。
優選地，步驟（3）、（4）中，所述樹脂在使用前，均先用1.5～2.5bv體積濃度90～99%的乙醇浸泡20～30h，再用體積濃度90～99%的乙醇洗至流出液無色無異味，且檢測不出塑化劑為止，再用3～5bv質量濃度3～5%的氫氧化鈉溶液鹼洗，再水洗至中性，最後用3～5bv質量濃度3～5%的鹽酸溶液酸洗，再水洗至中性，且流出液檢測不出塑化劑為止。
優選地，步驟（5）中，所述超臨界co2流體萃取的壓力為20～40mpa，萃取的溫度為20～30℃，萃取的時間為1～2h，萃取≥2次。所述超臨界co2流體主要用於萃取去除塑化劑。
優選地，步驟（5）中，所述花青素提取物浸膏與co2流體的質量體積比（kg/l）為1:10～25。
優選地，步驟（5）中，所述超臨界co2流體萃取所用夾帶劑的用量為萃取co2流體體積的10～30%，所述夾帶劑為體積分數70～95%的甲醇或乙醇水溶液（更優選乙醇水溶液）。
優選地，步驟（5）中，所述減壓濃縮的溫度為40～70℃，壓力為-0.10～0.07mpa，濃縮至固含量為40～60%。
優選地，步驟（5）中，所述乾燥的方式為微波乾燥，微波乾燥的溫度為10～40℃，壓力為-0.10～-0.07mpa，乾燥至含水量≤3%。
本發明方法中用於濃縮的設備為單效濃縮器、雙效濃縮器或三效濃縮器。
本發明方法中所使用的試劑均為食品級無塑化劑試劑。
本發明方法中所使用的與物料接觸的設備、管道及儲罐均為耐酸鹼的不鏽鋼材質。
本發明方法的原理如下：由於所述花青素原料在採摘、包裝、運輸，以及生產、包裝過程中，都不可避免與含塑化劑的材料接觸，特別是在製備高含量的花青素產品時，傳統上都會用到大孔吸附樹脂純化，而大孔吸附樹脂雖對塑化劑有富集作用，但在用高濃度有機溶劑洗脫時，又會將塑化劑隨產品一起洗脫下來。本發明採用納濾技術、大孔吸附樹脂純化、樹脂脫塑化劑及超臨界co2流體萃取先後結合的技術來製備無塑化劑的花青素提取物。首先採用納濾技術透析脫塑化劑，主要塑化劑為脂溶性成分，易溶於乙醇，分子量在300～500之間，通過截留分子量600萬～5000萬道爾頓的納濾膜，不僅能夠透析掉大部分塑化劑，也能去除大部分乙醇，以及去除部分小分子雜質，從而縮短回收溶劑時間，降低對花青素的損耗，提高花青素的純度。但單純使用納濾膜分離純化，對塑化劑的去除和花青素純度的提升均有一定的局限性，所以採用大孔吸附樹脂串接分離純化主要用於提純花青素，可以獲得規格不同的花青素提取物，但所得提取物由於大孔吸附樹脂對塑化劑的富集作用，仍含有少量塑化劑，所以採用一種特定的樹脂來去除塑化劑，不僅可以有效去除塑化劑同時可減少樹脂對花青素的吸附損耗。最後採用超臨界co2萃取技術協同去除塑化劑，雖然脂溶性超臨界co2流體對塑化劑萃取能力極強，但本發明人研究發現，若單獨採用此技術，是有一定的局限性，存在脫除不徹底及質量不穩定等問題。由於在具體大規模生產過程中，存在原料產地來源較廣、生產所用溶劑較大等因素，都會導致每批產品塑化劑含量不同，有的含量高有的低，所以使用單一的方式來去除塑化劑，同樣的工藝，會導致最終去除效果差異較大，作用很局限。所以，本發明方法採用將納濾技術、大孔吸附樹脂純化技術、樹脂脫塑化劑技術和超臨界co2萃取技術先後結合的方式，由於大部分塑化劑會在納濾、樹脂脫塑化劑這個過程中被去除，再用超臨界co2萃取技術就可以保證產品質量的穩定性。
本發明方法的有益效果如下：
（1）本發明方法通過採用納濾技術、樹脂脫塑化劑技術和超臨界co2萃取技術的複合技術脫塑化劑，效果明顯，塑化劑脫除率≥99.95%，脫塑化劑後的塑化劑含量符合國際標準；本發明方法所得花青素提取物的塑化劑達到國際標準的花青素產品，其花青素含量≥40%，所得花青素的總收率≥90%；
（2）本發明方法中用於提取的溶劑用量，由原來採用提取罐提取時，相當於原料用量的30～40倍降低到相當於原料用量的10～20倍，降低了能耗和成本；
（3）本發明方法使用納濾技術、樹脂脫塑化劑技術和超臨界co2萃取技術先後結合的方式去除塑化劑，相比單一超臨界co2萃取技術或溶劑萃取技術效果更好，穩定性更強，選擇性好，適用於工業化生產。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。
本發明實施例所使用的藍莓鮮果、越橘鮮果、玫瑰茄為市售，花青素的質量含量分別為0.67%、0.65%、0.75%，總塑化劑含量分別為1.8mg/kg、1.2mg/kg、2.5mg/kg；本發明實例所使用的試劑均為食品級無塑化劑試劑；本發明實例所使用的與物料接觸的設備、管道及儲罐均為耐酸鹼的不鏽鋼材質；
本發明實施例所使用的xda-6型號大孔吸附樹脂購於西安藍曉科技新材料股份有限公司，hpd-100型大孔吸附樹脂購於艾美科健（中國）生物醫藥有限公司，hp2mgl型大孔吸附樹脂購於三菱樹脂株式會社；本發明實例所使用的xda-8g、xda-8d型脫塑化劑樹脂均購於西安藍曉科技新材料股份有限公司，hpd-500型脫塑化劑樹脂購於艾美科健（中國）生物醫藥有限公司；
本發明實施例中的大孔吸附樹脂或脫塑化劑樹脂在使用前，均先用2bv體積濃度95%的乙醇浸泡24h，再用體積濃度95%的乙醇洗至流出液無色無異味，且檢測不出塑化劑為止，再用4bv質量濃度5%的氫氧化鈉溶液鹼洗，再水洗至中性，最後用4bv質量濃度5%的鹽酸溶液酸洗，再水洗至中性，且流出液檢測不出塑化劑為止。
本發明實施例所使用的原料或化學試劑，如無特殊說明，均通過常規商業途徑獲得。
實施例1
（1）預處理、閃式提取：將1000kg藍莓鮮果破碎，加入10000l體積分數70%的乙醇水溶液中，用連續逆流閃式提取設備，在40℃下，連續逆流閃式提取60s，提取2次，用板式換熱器冷卻，先用200目濾網過濾，提取液再用單效濃縮器，在50℃，真空度-0.08mpa下，減壓濃縮回收乙醇至濃縮液固含量為8%，得藍莓提取液；
（2）過濾、透析：將步驟（1）所得藍莓提取液，先用0.5μm孔徑的陶瓷膜，在膜壓2mpa，10℃下，過濾除雜，濾液再用分子量600萬道爾頓的納濾膜，在膜壓1mpa，10℃下，進行透析，截留液再用單效濃縮器，在40℃，真空度-0.08mpa下，減壓濃縮至濃縮液固含量為10%，得423kg濃縮液；
（3）大孔吸附樹脂純化：將步驟（2）所得423kg濃縮液以上柱流速為1bv/h，上3根連續串接的xda-6型大孔吸附樹脂柱（徑高比為1:5，大孔樹脂用量80l）進行吸附，然後先用水以流速2bv/h，水洗至水洗脫液無色，棄掉水洗脫液，再用200l體積濃度60%的乙醇水溶液，以流速0.4bv/h，將串接的樹脂柱洗脫至乙醇洗脫液無色，收集乙醇洗脫液，體積為200l；
（4）樹脂脫塑化劑：將步驟（3）所得200l乙醇洗脫液以上柱流速0.8bv/h，上hpd-500型脫塑化劑樹脂柱（徑高比為1:4，樹脂的用量5l），流出液再用單效濃縮器，在50℃，-0.08mpa下，減壓濃縮流出液至固含量為35%，得30.8kg藍莓提取物浸膏；
（5）超臨界co2萃取：將步驟（4）所得30.8kg藍莓提取物浸膏用400l超臨界co2流體，在20mpa，20℃下，萃取1h，萃取3次，再用單效濃縮器，在50℃，-0.08mpa下，減壓濃縮至固含量為40%，最後在20℃，-0.08mpa下，微波乾燥至含水量為3%，得15.13kg無塑化劑藍莓提取物；其中，所用夾帶劑為體積分數為70%的乙醇水溶液，夾帶劑的用量為80l。
經氣質連用（gc-ms）方法檢測，本實施例所得無塑化劑藍莓提取物中總的塑化劑含量為0.03mg/kg，去除率為99.98%，符合國際標準。
經紫外檢測，本實施例所得無塑化劑藍莓提取物中，花青素含量為40.6%，總收率為91.5%。
實施例2
（1）預處理、閃式提取：將1000kg越橘鮮果破碎，加入15000l體積分數80%的乙醇水溶液中，用連續逆流閃式提取設備，在50℃下，連續逆流閃式提取100s，提取3次，用板式換熱器冷卻，先用300目濾網過濾，提取液再用雙效濃縮器，在60℃，真空度-0.095mpa下，減壓濃縮回收乙醇至濃縮液固含量為5%，得越橘提取液；
（2）過濾、透析：將步驟（1）所得越橘提取液，先用0.3μm孔徑的陶瓷膜，在膜壓3mpa，20℃下，過濾除雜，濾液再用分子量1000萬道爾頓的納濾膜，在膜壓2mpa，15℃下，進行透析，截留液再用雙效濃縮器，在60℃，真空度-0.095mpa下，減壓濃縮至濃縮液固含量為15%，得300kg濃縮液；
（3）大孔吸附樹脂純化：將步驟（2）所得300kg濃縮液以上柱流速為2bv/h，上3根連續串接的hp2mgl型大孔吸附樹脂柱（徑高比為1:6，大孔樹脂用量100l）進行吸附，然後先用水以流速1bv/h，水洗至水洗脫液無色，棄掉水洗脫液，再用300l體積濃度70%的乙醇水溶液，以流速0.5bv/h，將串接的樹脂柱洗脫至乙醇洗脫液無色，收集乙醇洗脫液，體積為300l；
（4）樹脂脫塑化劑：將步驟（3）所得300l乙醇洗脫液以上柱流速1bv/h，上xda-8d型脫塑化劑樹脂柱（徑高比為1:6，樹脂的用量5l），流出液再用雙效濃縮器，在60℃，-0.095mpa下，減壓濃縮流出液至固含量為40%，得35.5kg越橘提取物浸膏；
（5）超臨界co2萃取：將步驟（4）所得35.5kg越橘提取物浸膏用800l超臨界co2流體，在30mpa，30℃下，萃取2h，萃取2次，再用雙效濃縮器，在60℃，-0.095mpa下，減壓濃縮至固含量為45%，最後在20℃，-0.095mpa下，微波乾燥至含水量為2%，得13.68kg無塑化劑越橘提取物；其中，所用夾帶劑為體積分數為80%的乙醇水溶液，夾帶劑的用量為80l。
經氣質連用（gc-ms）方法檢測，本實施例所得無塑化劑藍莓提取物中總的塑化劑含量0.01mg/kg，去除率為99.99%，符合國際標準。
經紫外檢測，本實施例所得無塑化劑藍莓提取物中，花青素含量為43.2%，總收率為90.5%。
實施例3
（1）預處理、閃式提取：將1000kg玫瑰茄破碎，加入20000l體積分數70%的乙醇水溶液中，用連續逆流閃式提取設備，在60℃下，連續逆流閃式提取60s，提取3次，用板式換熱器冷卻，先用200目濾網過濾，提取液再用單效濃縮器，在60℃，真空度-0.095mpa下，減壓濃縮回收乙醇至濃縮液固含量為5%，得玫瑰茄提取液；
（2）過濾、透析：將步驟（1）所得玫瑰茄提取液，先用0.8μm孔徑的陶瓷膜，在膜壓4mpa，30℃下，過濾除雜，濾液再用分子量2000萬道爾頓的納濾膜，在膜壓3mpa，20℃下，進行透析，截留液再用單效濃縮器，在70℃，真空度-0.95mpa下，減壓濃縮至濃縮液固含量為10%，得532kg濃縮液；
（3）大孔吸附樹脂純化：將步驟（2）所得532kg濃縮液以上柱流速為2bv/h，上3根連續串接的hpd-100型大孔吸附樹脂柱（徑高比為1:7，大孔樹脂用量60l）進行吸附，然後先用水以流速3bv/h，水洗至水洗脫液無色，棄掉水洗脫液，再用500l體積濃度80%的乙醇水溶液，以流速0.6bv/h，將串接的樹脂柱洗脫至乙醇洗脫液無色，收集乙醇洗脫液，體積為500l；
（4）樹脂脫塑化劑：將步驟（3）所得500l乙醇洗脫液以上柱流速1.5bv/h，上xda-8g型脫塑化劑樹脂柱（徑高比為1:10，樹脂的用量10l），流出液再用單效濃縮器，在70℃，-0.095mpa下，減壓濃縮流出液至固含量為45%，得40.5kg玫瑰茄提取物浸膏；
（5）超臨界co2萃取：將步驟（4）所得40.5kg玫瑰茄提取物浸膏用800l超臨界co2流體，在40mpa，30℃下，萃取2h，萃取2次，再用單效濃縮器，在70℃，-0.095mpa下，減壓濃縮至固含量為50%，最後在30℃，-0.095mpa下，微波乾燥至含水量為2%，得15.13kg無塑化劑玫瑰茄提取物；其中，所用夾帶劑為體積分數為90%的乙醇水溶液，夾帶劑的用量為80l。
經氣質連用（gc-ms）方法檢測，本實施例所得無塑化劑藍莓提取物中總的塑化劑含量0.05mg/kg，去除率為99.97%，符合國際標準。
經紫外檢測，本實施例所得無塑化劑藍莓提取物中，花青素含量為45.6%，總收率為92.5%。