專(zhuān)利名稱(chēng)：黑米花色素苷的提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天然色素提取技術(shù)，涉及花色素苷的提取方法，具體為一種以黑米的糙米粒為原料提取黑米花色素苷的方法。
背景技術(shù)：
花色素(anthocyanidin)屬黃酮類(lèi)物質(zhì)，在自然界中是植物彩色的重要來(lái)源，以花色素苷(anthcyanin)的形式天然存在。其色澤隨pH而變化，偏堿時(shí)呈藍(lán)色，偏酸時(shí)呈紅色。因其苷元和糖基的結(jié)構(gòu)不同，天然花色素的種類(lèi)很多，都有抗氧化和消滅自由基的能力。所以花色素在植物體中不僅止于艷麗其顏色而且具備自身抗病功效。近十幾年來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)花色素對(duì)動(dòng)物和人類(lèi)的保健功能。歸納起來(lái)大致有抗氧化、延緩衰老、調(diào)節(jié)血脂和血壓、保護(hù)心腦血管作用、輔助抑制腫瘤、抗輻射、美容、改善視力、調(diào)節(jié)免疫、抗突變、抗過(guò)敏等。我們檢索過(guò)MEDLINE(醫(yī)學(xué)索引刊物)收載的有關(guān)花色素的科學(xué)論文，在上世紀(jì)80年代以前每年平均不過(guò)10篇上下，進(jìn)入90年代逐漸上升到100篇以上，到了本世紀(jì)已上200篇，說(shuō)明了學(xué)術(shù)界對(duì)花色素開(kāi)發(fā)的重視。
盡管花色素苷廣泛分布于植物界，但是其量較少，類(lèi)別很多，例如，有些葡萄含有16種以上的花色素苷。我們分析過(guò)多種可食用和藥用的植物樣本，如水果、蔬菜和藥材，一般花色素苷的含量在百萬(wàn)分之幾到萬(wàn)分之幾，被認(rèn)為含花色素苷高的紫葡萄也大體在20-300毫克/100克。而黑米的情況恰相反，黑米中花色素苷的含量特高，全米粒在千分之二到接近百分之二之間，而且其組成很簡(jiǎn)單，是矢車(chē)菊色素葡萄糖苷(cyanidin 3-glucoside)和較少量的芍藥素葡萄糖苷(peonidin 3-glucoside)。兩者的比例大致在9∶1范圍。
可以生產(chǎn)花色素的原料受很多因素的限制，國(guó)際上目前使用的是葡萄皮和葡萄籽(后者是前花色素)，近年來(lái)發(fā)掘出來(lái)藍(lán)莓，若干地區(qū)采用黑米。葡萄皮和葡萄籽是釀造葡萄酒的副產(chǎn)品，藍(lán)莓是把整個(gè)漿果都用掉。
黑米的黑米穎(粗糠)中花色素雖可用，但含量極少，花色素大量地存在于外果皮(細(xì)糠)中，即它90％分布在占總重量10％以下的種皮中，民間吃黑米習(xí)慣于吃糙米(連同細(xì)糠一起吃)，黑米碾除糠之后即為白米，民間不能認(rèn)同，黑米糠是整粒黑米不可分割的部分而不是可以去掉的多余部分。即黑米糠不是副產(chǎn)品。
我國(guó)已有主要用黑米糠為原料生產(chǎn)的花色素粗提出物，被稱(chēng)為‘紅米紅色素’如已公開(kāi)的專(zhuān)利CN 1049099C黑米天然食用色素及其制造方法所述色素為將黑米經(jīng)精米機(jī)碾軋而制得的糙米的果皮、種皮、糊粉層及胚的混合物研磨成100目以上、含水＜13.5％的粉狀固體。CN 1030008公開(kāi)了黑糯米天然食用色素及其提取方法以黑糯米或黑糯米糠為原料，提取的一種天然食用色素，方法是，將黑糯米或黑糯米糠在室溫下，用自來(lái)水浸泡4-6小時(shí)后用過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾，米糠濾出，保留濾液。CN 1099050公開(kāi)了黑米天然食用色素及其制造方法一種黑糯米天然食用色素，經(jīng)碾軋、研磨、干燥等工序即可制得。
上述現(xiàn)有技術(shù)黑米花色素提取的生產(chǎn)工藝均為水提，由于花色素苷在水中溶解性并不太大，因此溶媒體積大，濃縮過(guò)程成本高，并且產(chǎn)品純度低。而報(bào)道的一些研究性工藝還有酸性水提取，也有個(gè)別選用乙醇為基本溶劑，但均為先提取、后除雜純化工藝，工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，成本提高。
如何在經(jīng)濟(jì)有效地提取花色素苷后仍然保持可食用的顆粒狀的黑米，可實(shí)現(xiàn)較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，這是本發(fā)明需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
黑米糠中的花色素苷包裹在大量纖維素和半纖維素以及其他植物纖維之中，本發(fā)明提出用纖維素酶處理黑米粒的表層，使花色素苷易于分離，提取后余留的米粒仍使其留有少量花色素苷，且再加工的食品因已經(jīng)過(guò)纖維素酶處理可有較好的口味。
本發(fā)明的方案是以黑米的糙米粒為原料，精選去雜后，用纖維素酶酶解黑糙米粒的表層，再用90-95％的乙醇浸提，瀝去醇溶性雜質(zhì)，將經(jīng)過(guò)酶解并去除醇溶性雜質(zhì)后的黑糙米粒用45-55％濃度的乙醇萃取，將萃取后的溶液減壓去除乙醇，將去除乙醇后的萃取液噴霧干燥成黑米花色素苷粉末。
本發(fā)明所述纖維素酶可以用真菌纖維素酶，它是以內(nèi)切1，4-β-D-葡聚糖酶為主的復(fù)合型酶群，其中包含了外切1，4-β-D-葡聚糖酶和β-D-葡聚糖苷酶。
纖維素酶的使用濃度為1升水溶液中含80000-120000內(nèi)切酶活力單位的纖維素酶；所述纖維素酶水溶液的用量按重量占精選去雜黑糙米粒的5-10％。
纖維素酶酶解的溫度為30-60℃，酶解時(shí)間為1-2小時(shí)。
黑米花色素苷分布于黑米糙米的淺表層，為了提取花色素可以充分利用這個(gè)米粒的廣大表面和米粒之間構(gòu)成的溶劑萃取空間，若將米粒碾成細(xì)糠則反而破壞了如此有利的萃取表面和溶劑空間。因此，用全米粒浸提有較好的效益。
因?yàn)槿藗兞?xí)慣于吃黑米糙米而不習(xí)慣于吃碾白了的‘白色的黑米’，全米粒浸提帶來(lái)了提取花色素苷后完整的黑米粒，也就擴(kuò)大了黑米后續(xù)開(kāi)發(fā)利用的空間。
萃取率與溶劑用量有這樣的關(guān)系溶劑用得越多萃取率越高，但另一方面是隨著溶劑量的加大每單位體積的溶劑所能提出的花色素苷越來(lái)越少，提取成本加大。我們克服這個(gè)矛盾的辦法是對(duì)萃取率的要求適可而止，即‘不完全提取’。換句話說(shuō)，就是用黑米2倍量的溶劑‘有控’提取，留下約20％的花色素苷在原米粒中，以備后續(xù)開(kāi)發(fā)之用，仍然能保持黑米加工產(chǎn)品“黑”的特色。
通過(guò)對(duì)黑米中花色素苷品種的結(jié)構(gòu)分析和理化性質(zhì)探討，并經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定使用乙醇(食用酒精)為溶劑。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)0-95％乙醇溶液提取花色素苷，其效果因乙醇濃度有很大的差別，而以50±5％乙醇-水溶液效果最好(且在45-55％濃度范圍內(nèi)效果基本相似)，這有利于控制雜質(zhì)溶出；在0-40℃的溫度范圍內(nèi)，提取的效果雖隨溫度上升而提高，但提取的最佳乙醇濃度維持在50±5％不變；并且食用酒精原料價(jià)廉，長(zhǎng)年供應(yīng)無(wú)問(wèn)題，用后回收也容易，花色素苷在酒精溶液中較穩(wěn)定；酒精又可使酶滅活和有滅菌作用。若不再揮發(fā)掉酒精或僅揮去部分水和酒精。直接以含酒精的液體狀態(tài)作為終產(chǎn)品，用于酒類(lèi)著色也是合宜的。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例原料用精選黑米500公斤，真菌纖維素酶(主要由三類(lèi)基本酶學(xué)構(gòu)成的復(fù)合型酶群，即內(nèi)切1，4-β-D-葡聚糖酶、外切1，4-β-D-葡聚糖酶和β-D-葡聚糖苷酶)80000-120000單位/克，95％乙醇(食用級(jí))。
原料黑米過(guò)20目不銹鋼篩去雜，得精選黑米500公斤，倒入不銹鋼槽中，噴入0.1％真菌纖維素酶水溶液25-50升，充分拌勻，再倒入不銹鋼萃取桶中30-60℃放置1-2小時(shí)，將90-95％乙醇1000公斤傾入萃取桶中緩慢攪拌3小時(shí)，瀝出乙醇，90-95％的乙醇使酶解終止，同時(shí)去除了不含花色素苷的醇溶性雜質(zhì)成分，如磷脂和植物固醇。
分批離心取出酶解后的黑米粒，在酶解后的黑米粒中加入45-50％的乙醇800-1000公斤萃取1-2次，濾取萃取液，減壓濃縮回收乙醇，得到濃縮的花色素苷萃取液，噴霧干燥成花色素苷粉末435克。萃取后的黑米粒約450公斤，外觀帶紅黑色。
生產(chǎn)過(guò)程中有效成分的抽提是要講效率的。黑米粒中花色素苷是被纖維素之類(lèi)的物質(zhì)緊裹，破壞這個(gè)結(jié)構(gòu)會(huì)有利于提取，為說(shuō)明本發(fā)明的效益特提供以下試驗(yàn)將精選了的黑米原料100克，噴以不同濃度的纖維素酶(100000單位/克)水溶液5毫升，拌勻，在室溫下放置不同時(shí)間，然后在燒杯中將60％乙醇100毫升(連同米粒的含水量加酶溶液的水折算，則實(shí)際乙醇濃度為50％)傾入此潮濕的黑米粒，攪拌浸泡10分鐘，裝入層析柱(代作滲漉管用)以50％乙醇滲漉。條件如下柱的內(nèi)直徑為4厘米，柱身長(zhǎng)100厘米，下部燒結(jié)玻璃濾器，再鋪濾紙2層，上端全玻璃結(jié)口，共9支。在每100毫升酶溶液中酶用量為0，0.2，0.6克；酶反應(yīng)時(shí)間為0，2，4小時(shí)。保溫溫度為40℃。保溫箱相對(duì)濕度在80％。在酶反應(yīng)初及在反應(yīng)畢(此時(shí)米粒外表液層未干)，pH不變，均在5.5。滲漉液流出速度控制在每分鐘約1.7毫升，即每小時(shí)流出100毫升。測(cè)定每小時(shí)流出液中的花色素苷的總量，并計(jì)算流出累計(jì)量，至第5小時(shí)畢為止。使用L9(34)正交表設(shè)計(jì)。結(jié)果如下
表正交試驗(yàn)因素水平表，L9(34)因素水平A酶用量(克)B反應(yīng)時(shí)間(小時(shí))1 0 02 0.2 23 0.6 4表 纖維素酶的量和作用時(shí)間對(duì)黑米花色素苷提出量的影響

A1B1A2B2A3B3A4B4A5B5K1 930 973 1465 15051758 17841996 20012221 2228K2 1458 14612248 22252469 24522581 25812708 2711K3 1516 14702246 22292476 24672595 25902717 2707A3B3 A2B3 A3B3 A3B3 A3B2顯然，經(jīng)酶處理的黑米，花色素苷的提出量高于無(wú)酶或雖加酶但立即被酒精抑制的各管；加酶處理諸管中酶量增多雖開(kāi)始時(shí)使提出量有所增多，但隨著時(shí)間延長(zhǎng)此差別逐漸不再顯見(jiàn)；經(jīng)過(guò)酶解反應(yīng)各管，不論酶濃度是0.2％或0.6％各5毫升，以及反應(yīng)時(shí)間是2小時(shí)還是4小時(shí)，其流出的花色素苷的量只在1小時(shí)有小差別，在2小時(shí)之后己基本一致；經(jīng)測(cè)定，該受試黑米含有花色素苷是1124毫克/100克，換言之，到2小時(shí)止經(jīng)酶反應(yīng)的各滲漉管已流出花色素苷接近其80％的量(1124×80％＝899)，到三小時(shí)止經(jīng)酶反應(yīng)了的滲漉管累計(jì)流出花色素苷的量超過(guò)80％的總量；二小時(shí)后除無(wú)酶或雖加酶但立即被酒精抑制的各管流出較多的花色素苷外，凡是有酶反應(yīng)過(guò)的各管單位時(shí)間內(nèi)流出的花色素苷在不斷地明顯減少。
上述結(jié)果提示(一)在萃取前用少量纖維素酶對(duì)全米粒輕度處理可使萃取率提高。(二)由于萃取時(shí)間越長(zhǎng)即耗用溶劑越多，從既要有效提取又要節(jié)約溶劑消耗出發(fā)，萃取溶劑以黑米重兩倍的溶劑量為合適，可以預(yù)期進(jìn)一步控制滲漉流出液的流速，要達(dá)到如此比例的黑米∶溶劑比是可行的。
花色素苷具有中等的極性，在水和高濃度乙醇中均有一定的溶解性，但溶解度均不大，而在中等濃度的乙醇-水溶液中具有非常好的溶解性。我們利用花色素苷這一理化特性，選用了先用90-95％乙醇除雜，再用45-50％乙醇提取的工藝。有助于減少在用45-50％乙醇萃取時(shí)混入的醇溶性雜質(zhì)，產(chǎn)品純度高，通常無(wú)需進(jìn)一步純化即可用作食品添加劑，大大降低了生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.黑米花色素苷的提取方法，其特征在于以黑米的糙米粒為原料，精選去雜后，用纖維素酶酶解黑糙米粒的表層，再用90-95％的乙醇浸提，瀝去醇溶性雜質(zhì)，將經(jīng)過(guò)酶解并去醇溶性雜質(zhì)后的黑糙米粒用45-55％濃度的乙醇萃取，將萃取后的溶液減壓去除乙醇，將去除乙醇后的萃取液噴霧干燥成黑米花色素苷粉末。
2.按權(quán)利要求1所述黑米花色素苷的提取方法，其特征在于所述纖維素酶可以用真菌纖維素酶，它是以內(nèi)切1，4-β-D-葡聚糖酶為主的復(fù)合型酶群，其中包含了外切1，4-β-D-葡聚糖酶和β-D-葡聚糖苷酶。
3.按權(quán)利要求1或2所述黑米花色素苷的提取方法，其特征在于所述纖維素酶的使用濃度為1升水溶液中含80000-120000內(nèi)切酶活力單位的纖維素酶；所述纖維素酶水溶液的用量按重量占精選去雜黑糙米粒的5-10％。
4.按權(quán)利要求1所述黑米花色素苷的提取方法，其特征在于所述纖維素酶酶解的溫度為30-60℃，酶解時(shí)間為1-2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明為一種黑米花色素苷的提取方法，以黑米的糙米粒為原料，用纖維素酶酶解黑糙米粒的表層，使花色素苷易于分離，從而提高了萃取率。用90－95％乙醇浸提和終止酶解反應(yīng)，去醇溶性雜質(zhì)后，再用45－55％乙醇萃取黑米花色素苷，所得黑米花色素苷產(chǎn)品純度高，通常無(wú)需進(jìn)一步純化即可用作食品添加劑，提取后的米粒帶紅黑色，仍可用作黑米食品的原料。
文檔編號(hào)C12P19/60GK1680576SQ20051004927
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者朱壽民 申請(qǐng)人:朱壽民