CN102757663A

CN102757663A - 一种板栗壳色素的分级方法

Info

Publication number: CN102757663A
Application number: CN2011101053267A
Authority: CN
Inventors: 姚增玉; 王力华; 杨柏珍
Original assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Current assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: CN102757663B

Abstract

本发明涉及食品添加剂中天然食用色素生产加工技术，具体说是一种板栗壳天然棕色素的分级方法。将板栗壳色素粗提液经酸化沉淀、亲水性有机溶剂萃取以及大孔树脂吸附等方法将板栗壳色素分级得到3个溶解性不同的组分。组分I溶于亲水性有机溶剂和碱性、中性以及酸性的水中；组分II溶于碱性水和亲水性有机溶剂；组分III仅溶于碱性水中。在应用过程中可以根据具体情况选用合适的板栗壳色素分级组分，拓展了板栗壳色素的应用范围。本项发明所提供的方法安全无毒、生产成本低、工艺简单易于工业化生产。

Description

一种板栗壳色素的分级方法

技术领域

本发明涉及天然食用色素的生产加工技术，具体说是一种对板栗壳色素的分级方法。

背景技术

颜色是构成食品感官质量的重要因素之一。食品的颜色不仅能使人们产生食欲，而且是鉴别食品质量优劣的一项重要感官指标，同时还影响人们对风味的感觉。因此，保持或赋予食品良好的色泽是食品工业中的一个重要问题。化学合成食用色素色泽鲜艳、稳定性好，但是近年来人们越来越关注合成色素的安全性，合成色素作为食品添加剂的用量越来越少，甚至被禁止使用。而天然色素具有无毒副作用，对人体有一定的保健食疗作用，将其作为食品添加剂，备受人们青睐，因而成为世界各国食用色素研发的热点。板栗(Castanea mollissima) 属山毛榉科(Fagaceae)植物。其果实享有“干果之王”的美称，与枣、柿子并称为“铁杆庄稼”、“木本粮食”，是一种价廉味美、富有营养和保健功能的食品。中国是板栗的最大生产国，占全球总产量75%左右。由于果仁硬化、虫害等原因使得板栗不耐储藏，因而我国传统的糖炒栗子和蒸煮栗子等消费受到季节和贮存条件的限制，消费量十分有限，必须及时进行深加工。板栗壳是板栗深加工过程中产生的加工剩余物。中国科学院沈阳应用生态研究所将这一加工剩余物用作提取和加工天然棕色素的原料，先后申报了国家发明专利2项，并获得授权，这2项专利分别为一种板栗壳天然棕色素的提取方法（ZL 03133730.9）和一种板栗壳天然棕色素的生产方法（ZL 200410050753.X），建立了板栗壳棕色素的提取和生产方法。虽然这2项发明专利具有很强的创新性和重要的应用价值和商业前景，但也存在一些不足之处，如：按照这2项专利所提供的方法提取或生产出的板栗壳色素在碱性和中性水中可以完全溶解，但在酸性水中和乙醇中只有部分能够溶解，限制了色素的应用范围。本项发明旨在克服上述不足，将板栗壳色素中溶解性不同的组分进行分级分离，在生产中可根据具体需要，参照板栗壳色素的溶解性能和使用条件，选择合适的色素组分，扩展其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性强，安全无毒，工艺简单、成本低的板栗壳天然棕色素的分级方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:

1）向板栗壳色素粗提液中加入稀的无机酸，调节pH值至1-3，使不溶于酸的色素得以沉淀。

2）采用离心或过滤的方法将沉淀与溶液分离。

3）将上述步骤2）中获得的溶液通过大孔树脂柱，富集其中色素，然后先用酸性水溶液洗涤吸附柱，以除去非色素的有机杂质，再以去离子水洗涤吸附柱，以除去无机酸；最后用乙醇洗脱色素，干燥含有色素的乙醇溶液得到板栗壳色素分级组分I，该色素组分溶于碱性、中性以及酸性的水中，也溶于常见的亲水性有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮等；色素得率1.4-3.2g/100g板栗壳，分子量500-10000Da，羧基含量为1.2-1.8 mmol/g，酚羟基含量为5.9-7.1 mmol/g，半醌自由基浓度为9×10¹⁵- 2×10¹⁷spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为52-66。

4）将步骤2）中分离得到的沉淀以亲水性有机溶剂反复洗涤，以离心或过滤的方法分离洗出液和色素残渣，直至洗出液近无色。分别干燥洗出液和残渣。洗出液干燥后得到板栗壳色素分级组分II，该色素组分溶于碱性水溶液和亲水性有机溶剂，不溶于中性和酸性水中；色素得率4.3-5.2g/100g板栗壳，分子量10000-100000Da，羧基含量为0.9-1.5 mmol/g，酚羟基含量为7.8-9.1 mmol/g，半醌自由基浓度为7×10¹⁶- 6×10¹⁹spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为64-73；残渣干燥后得到板栗壳色素分级组分III，该色素组分溶于碱性水溶液，但不溶于中性和酸性水溶液，也不溶于常见的有机溶剂，色素得率6.3-8.1g/100g板栗壳，分子量大于100000Da，羧基含量为1.9-2.5 mmol/g，酚羟基含量为3.6-4.3 mmol/g，半醌自由基浓度为8×10¹⁵- 9×10¹⁶spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为41-48。

本发明具有如下优点:

1. 将板栗壳色素根据溶解性的不同进行了分级，得到3种溶解性不同的组分，在应用过程中可以根据具体情况选用合适的板栗壳色素分级组分，组分III适合在碱性条件下使用，组分II在碱性条件下以及酒精饮料中均可使用，组分I使用范围最广，除了适于碱性条件和酒精饮料外，还可在中性和酸性（如酸性饮料、食醋等）条件下使用，在生产中可以根据不同要求选择合适的分级组分，从而拓展了板栗壳色素的应用范围；

2. 安全无毒，各个加工环节无任何化学处理过程，所以制得的产品无味、安全无毒、且对人体无任何毒副作用。

3.工艺简单、成本低。本发明简单的工艺步骤和操作条件能使工业化生产容易接受。

具体实施方式

色素粗提液的获取可参照下述专利进行：1）ZL 03133730.9，一种板栗壳天然棕色素的提取方法.或2）ZL 200410050753.X，一种板栗壳天然棕色素的生产方法.

原料（色素粗提液）的具体获取过程如下：

将板栗壳粉碎，除去絮状物后，用氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠单一物质的水溶液或稀醇溶液（碱重量百分浓度为O.03%-0.1%，醇体积百分浓度为30%-70%）以及它们任意组合的水溶液或稀醇溶液为提取溶剂提取（提取温度为50-90℃，提取时间1-12小时）得到板栗壳色素浸提液。浸提液过滤或粗虑后离心，滤液或离心上清液作为粗提液直接进入色素分级环节或干燥为色素粗提物以便储藏备用。分级前以水为溶剂并调节体系pH大于9使色素色素粗提物完全溶解，重新获得色素粗提液。

实施例1

将500g板栗壳粉碎为粒径3 ~ 5mm，过筛，采用过筛除去絮状物后，将其投入浸提罐中，用重量百分浓度0.03 %的6L氢氧化钠水溶液浸提，浸提温度为85℃，时间3小时，过滤得到的滤液按照以下步骤进一步分级：

（1）以4mol/L盐酸调节滤液的pH值至2。静置12 小时，以使不溶于酸的色素充分沉淀。

（2）以1 0000 g的离心力分离色素沉淀和色素溶液，并分别收集沉淀和溶液。

（3）所得色素溶液通过装有XAD-8大孔树脂吸附柱，其中所含的色素吸附于树脂上，然后以2倍柱床体积的pH 2的去离子水（以HCl调节pH）冲洗吸附柱，再用去离子水冲洗吸附柱，直至流出液中Cl^－检测为阴性（加入硝酸银不变浑浊），最后以95%乙醇洗脱色素。洗脱液回收乙醇后于60℃下干燥，所得固体经过研磨得到板栗壳色素分级组分I 。这部分色素溶于酸性、中性和碱性的水中，也溶于常见的亲水性有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮等。色素得率3.2g/100g板栗壳，分子量500-10000Da，羧基含量为1.2 mmol/g，酚羟基含量为5.9 mmol/g，半醌自由基浓度为9×10¹⁵spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为66。

（4）将步骤（2）中所得到的沉淀放人1000 mL烧杯中，加入800 mL 95%乙醇，采用磁力搅拌器搅拌6小时，然后以1 0000 g的离心力分离色素残渣和色素溶液。

（5）将色素残渣放人烧杯中，重复步骤（4），直至洗出液接近无色。

（6）收集步骤（4）和（5）中产生的含有色素的乙醇溶液，回收乙醇后于60℃下干燥，所得固体经过研磨得到板栗壳色素分级组分II。色素得率5.2g/100g板栗壳，分子量10000-100000Da，羧基含量为0.9 mmol/g，酚羟基含量为7.8 mmol/g，半醌自由基浓度为7×10¹⁶spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为73。

（7）将步骤（5）中得到的不溶于乙醇的色素残渣室温下干燥，研磨得到板栗壳色素分级组分III。色素得率8.1g/100g板栗壳，分子量大于100000Da，羧基含量为1.9 mmol/g，酚羟基含量为3.6 mmol/g，半醌自由基浓度为8×10¹⁵spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为41。

实施例2

将500g 板栗壳粉碎为粒径3 ~ 5mm，过筛，采用过筛除去絮状物后，将其投入浸提罐中，用重量百分浓度0.05 %的6L碳酸钠液浸提，浸提温度为75℃，时间3小时，过滤得到的滤液按照以下步骤进一步分级：

（1）以0.5mol/L盐酸酸调节滤液的pH值至3。静置12 小时，以使不溶于酸的色素充分沉淀。

（2）以10000g的离心力分离色素沉淀和色素溶液，并分别收集沉淀和溶液。

（3）所得色素溶液通过装有XAD-8大孔树脂的吸附柱，其中所含的色素吸附于树脂上，然后以2倍柱床体积的pH 2的去离子水冲洗吸附柱，再用去离子水冲洗吸附柱，最后以95%乙醇洗脱色素。洗脱液回收乙醇后于60℃下干燥，所得固体经过研磨得到板栗壳色素分级组分I。这部分色素溶于酸性、中性和碱性的水中，也溶于常见的亲水性有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮等。色素得率1.9 g/100g板栗壳，分子量500-10000Da，羧基含量为1.6 mmol/g，酚羟基含量为6.1 mmol/g，半醌自由基浓度为4×10¹⁶spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为56。

（4）将步骤（2）中所得到的沉淀放人1000 mL烧杯中，加入800 mL 甲醇，采用磁力搅拌器搅拌6小时，然后以1 0000 g的离心力分离色素残渣和色素溶液。

（6）收集步骤（4）和（5）中产生的含有色素的甲醇溶液，回收甲醇后于60℃下干燥，所得固体经过研磨得到板栗壳色素分级组分II。色素得率4.5g/100g板栗壳，分子量10000-100000Da，羧基含量为0.9 mmol/g，酚羟基含量为7.9 mmol/g，半醌自由基浓度为9×10¹⁶，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价为72。

（7）将步骤（5）中得到的不溶于甲醇的色素残渣室温下干燥，研磨得到板栗壳色素分级组分III。色素得率7.5g/100g板栗壳，分子量大于100000Da，羧基含量为2.4 mmol/g，酚羟基含量为3.9 mmol/g，半醌自由基浓度为3×10¹⁶spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为46。

实施例3

将500g 板栗壳粉碎为粒径3 ~ 5mm，过筛，采用过筛除去絮状物后，将其投入浸提罐中，用重量百分浓度0.03 % 的6L 氢氧化钠乙醇溶液（以50%乙醇水溶液配制）浸提，浸提温度为65℃，时间8小时，过滤得到的滤液按照以下步骤进一步分级：

（1）以1mol/L硝酸调节滤液的pH值至2。静置12 小时，以使不溶于酸的色素充分沉淀。

（3）所得色素溶液加入等体积去离子水稀释后通过装有XAD-8大孔树脂的吸附柱，其中所含的色素吸附于树脂上，然后以2倍柱床体积的pH 2的去离子水冲洗吸附柱，再用去离子水冲洗吸附柱，最后以95%乙醇洗脱色素。洗脱液回收乙醇后于60℃下干燥，所得固体经过研磨得到板栗壳色素分级组分I。这部分色素溶于酸性、中性和碱性的水中，也溶于常见的亲水性有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮等。色素得率1.4 g/100g板栗壳，分子量500-10000Da，羧基含量为1.7 mmol/g，酚羟基含量为6.9 mmol/g，半醌自由基浓度为1×10¹⁷spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为54。

（4）将步骤（2）中所得到的沉淀放人1000 mL烧杯中，加入800 mL甲醇与95%乙醇的等体积混合液，采用磁力搅拌器搅拌6小时，然后以10000g的离心力分离色素残渣和色素溶液。

（6）收集步骤（4）和（5）中产生的含有色素的溶液，回收溶剂后于60℃下干燥，所得固体经过研磨得到板栗壳色素分级组分II。色素得率4.8g/100g板栗壳，分子量10000-100000Da，羧基含量为1.4 mmol/g，酚羟基含量为9.0 mmol/g，半醌自由基浓度为6×10¹⁹spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为67。

（7）将步骤（5）中得到的不溶于乙醇的色素残渣室温下干燥，研磨得到板栗壳色素分级组分III。色素得率7.1g/100g板栗壳，分子量大于100000Da，羧基含量为2.3 mmol/g，酚羟基含量为4.3 mmol/g，半醌自由基浓度为 9×10¹⁵spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为46。

实施例4

将500g 板栗壳粉碎为粒径3 ~ 5mm，过筛，采用过筛除去絮状物后，将其投入浸提罐中，用重量百分浓度0.03 % 的6L 氢氧化钠液浸提，浸提温度为50℃，时间12小时，过滤得到的滤液按照以下步骤进一步分级：

（1）以1mol/L盐酸调节滤液的pH值，使其达到2.5。静置12 小时，以使不溶于酸的色素充分沉淀。

（3）所得色素溶液通过装有XAD-8大孔树脂的吸附柱，其中所含的色素吸附于树脂上，然后以2倍柱床体积的pH 2的去离子水冲洗吸附柱，再用去离子水冲洗吸附柱，直至流出液中Cl^－检测为阴性，最后以95% 乙醇洗脱色素。洗脱液回收乙醇后于60℃下干燥，所得固体经过研磨得到板栗壳色素分级组分I。这部分色素溶于酸性、中性和碱性的水中，也溶于常见的亲水性有机溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮等。色素得率1.4 g/100g板栗壳，分子量500-10000Da，羧基含量为1.8 mmol/g，酚羟基含量为7.1 mmol/g，半醌自由基浓度为2×10¹⁷spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价为52。

（4）将步骤（2）中所得到的沉淀放人1000 mL烧杯中，加入800 mL 95%乙醇，采用磁力搅拌器搅拌6小时，然后以10000 g的离心力分离色素残渣和色素溶液。

（5）将色素残渣放人烧杯中，以丙酮代替95%乙醇，重复步骤（4），直至洗出液接近无色。

（6）收集步骤（4）和（5）中产生的含有色素的有机溶剂溶液，回收溶剂后于60℃下干燥，所得固体经过研磨得到板栗壳色素分级组分II。色素得率4.3 g/100g板栗壳，分子量10000-100000Da，羧基含量为1.5 mmol/g，酚羟基含量为9.1 mmol/g，半醌自由基浓度为6×10¹⁹spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价为64。

（7）将步骤（5）中得到的不溶于有机溶剂的色素残渣室温下干燥，研磨得到板栗壳色素分级组分III。色素得率6.3g/100g板栗壳，分子量大于100000Da，羧基含量为2.5 mmol/g，酚羟基含量为4.3 mmol/g，半醌自由基浓度为 9×10¹⁶spin/g，紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为48。

实施例5

将500g 板栗壳粉碎为粒径3 ~ 5mm，过筛，采用过筛除去絮状物后，将其投入浸提罐中，用重量百分浓度0.03 % 的6L 氢氧化钠乙醇溶液（以50%甲醇水溶液配制）浸提，浸提温度为65℃，时间8小时，以棉布粗虑，滤液10000g离心20min，上清液喷雾干燥得到色素粗提物。将色素粗提物加入6L的去离子水中，搅拌使色素悬浮均匀，调节体系pH至9，以磁力搅拌器搅拌，40℃下温育12h，使色素粗提物重新溶解得到的粗提液，然后按照以下步骤进一步分级：

（1）以0.5mol/L硝酸调节滤液的pH值，使其达到2。静置12 小时，以使不溶于酸的色素充分沉淀。

为54。

（4）将步骤（2）中所得到的沉淀放人1000 mL烧杯中，加入800 mL丙酮与95%乙醇的等体积混合液，采用磁力搅拌器搅拌6小时，然后以10000g的离心力分离色素残渣和色素溶液。

（6）收集步骤（4）和（5）中产生的含有色素的溶液，回收溶剂后于60℃下干燥，所得固体经过研磨得到板栗壳色素分级组分II。色素得率4.8g/100g板栗壳，分子量10000-100000Da，羧基含量为1.4 mmol/g，酚羟基含量为9.0 mmol/g，半醌自由基浓度为6×10¹⁹spin/g紫外-可见光光谱在200-800nm范围内没有吸收峰，仅在270-290nm处有一肩峰，中性水溶液中色价

为67。

为46。

Claims

1.一种板栗壳天然色素的分级方法，其特征在于：将板栗壳色素粗提液经酸化沉淀、亲水性有机溶剂萃取以及大孔树脂吸附将板栗壳色素分级得到溶解性不同的组分；

酸化沉淀分离后溶液经过大孔树脂吸附，乙醇洗脱并干燥后得到板栗壳色素分级组分I；

酸化沉淀后的沉淀经过亲水性有机溶剂洗涤，回收有机溶剂，干燥其中的色素得到板栗壳色素分级组分II；

将不溶于亲水性有机溶剂的板栗壳色素直接干燥，得到板栗壳色素分级组分III。

2.根据权利要求1所述的分级方法，其特征在于：板栗壳色素粗提液是指以氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠单一物质的水溶液或稀醇溶液以及它们任意组合的水溶液或稀醇溶液为提取溶剂提取得到的板栗壳色素溶液。

3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于:

板栗壳色素粗提液的提取方法参照下述专利进行，ZL 03133730.9，一种板栗壳天然棕色素的提取方法；或ZL 200410050753.X，一种板栗壳天然棕色素的生产方法；以上二专利中未进行干燥时，所获得的提取液即为板栗壳色素粗提液；

或按以上二专利中提取得到的粗提液干燥后产物以水为溶剂并调节体系pH大于9使色素完全溶解，获得板栗壳色素粗提液；

根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于:

所述板栗壳色素粗提液的具体制备过程为：将板栗壳粉碎，除去絮状物后，用上述溶剂浸提，浸提液过滤或粗虑后离心，滤液或离心上清液作为粗提液直接进入色素分级环节；或干燥后备用，分级前以水为溶剂并调节体系pH大于9使色素完全溶解，重新获得色素粗提液，进入色素分级环节。

4.板栗壳粉碎的粒径为3-5mm，除物的过程是采用过筛或风选；提取溶剂用量为6-12mL/g板栗壳，提取温度为50-90℃，提取时间1-12小时；采用离心法除去粗虑液中板栗壳残渣时离心力3000-15000g；

干燥后的色素粗提物重新溶解时溶剂用量为40-80mL/g色素粗提物。

5.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于:所述稀醇为30%-70%（V/V）的甲醇或乙醇水溶液。

6.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于: 将板栗壳色素粗提液以稀的0.5-4mol/L无机酸溶液调节pH值至1-3，使部分色素沉淀，然后通过离心或过滤的方法使沉淀与溶液得以分离，沉淀为酸不溶性板栗壳色素，溶液为酸溶性板栗壳色素溶液。

7.根据权利要求1或6中所述的方法，其特征在于：酸化沉淀后的溶液，即酸溶性板栗壳色素溶液经过大孔树脂吸附，乙醇洗脱并干燥后得到板栗壳色素分级组分I。

8.根据权利要求1或6中所述的方法，其特征在于：酸化后所得沉淀，即酸不溶性板栗壳色素经过亲水性有机溶剂反复洗涤至洗出液接近无色，将酸不溶性板栗壳色素分为可溶于亲水性有机溶剂部分和不溶于亲水性有机溶剂部分2个组分；

回收有机溶剂，干燥其中的色素得到板栗壳色素分级组分II；

将不溶于亲水性有机溶剂的板栗壳色素直接干燥得到板栗壳色素分级组分III。

9.根据权利要求8中所述的方法，其特征在于：所用亲水性有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或其任意混合、或用其任意排列依次洗涤。