天然花青素的提取

花青素的提取
一.课题目的、意义及研究现状
1．课题的目的
从瓜果蔬菜之中提取天然花青素，满足人们对新型保健品的需求，提高生活水平，丰富选择性，抗氧化、防突变，预防一些心脑血管疾病、保护肝脏等。

花青素(Anthocyanidin)，又称花色素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，可以随着细胞液的酸碱改变颜色。

细胞液呈酸性则偏红，细胞液呈碱性则偏蓝，属类黄酮化合物。

也是植物花瓣中的主要呈色物质，水果、蔬菜、花卉等五彩缤纷的颜色大部分与之有关。

花青素的相对分子质量：287.246 分子式：61115O H C
花青素分子式
2.研究意义
花青素同其他天然色素一样无毒无副作用，安全性能高，着色色调自然，更接近天然物质的颜色，且具有保健功能。

自然界有超过300种不同的花青素，他们来源广泛，存在于许多瓜果蔬菜之中，功效神奇。

花青素是一种强有力的抗氧化剂，能够保护人体免受自由基的有害物质的损伤，花青素还能够增强血管弹性，改善循环系统和增进皮肤的光滑度，抑制炎症和过敏，改善关节的柔韧性。

花青素为人体带来多种益处。

从根本上讲，花青素是一种强有力的抗氧化剂，它能够保护人体免受一种叫做自由基的有害物质的损伤。

另外也可用于化妆品，如红色花青素做口红。

这些商品用色素(除葡萄皮色素外)共同特征是对光、热、氧稳定性好，对微生物稳定，一般溶于水和乙醇，不溶于植物油。

具体来说，花青素有如下几种作用：
⑴．有助于预防多种与自由基有关的疾病，包括癌症、心脏病、过早衰老和关节炎；
⑵．通过防止应激反应和吸烟引起的血小板凝集来减少心脏病和中风的发生； ⑶．增强免疫系统能力来抵御致癌物质；
⑷．降低感冒的次数和缩短持续时间；
⑸．具有抗突变的功能从而减少致癌因子的形成；
⑹．具有抗炎功效，因而可以预防包括关节炎和肿胀在内的炎症； ⑺．缓解花粉病和其它过敏症；
⑻．增强动脉、静脉和毛细血管弹性；
⑼．保护动脉血管内壁；
⑽．保持血细胞正常的柔韧性从而帮助血红细胞通过细小的毛细血管，因此增强
了全身的血液循环、为身体各个部分的器官和系统带来直接的益处，并增强细胞活力；
⑾．松弛血管从而促进血流和防上高血压（降血压功效）；
⑿．防止肾脏释放出的血管紧张素转化酶所造成的血压升高；
⒀．作为保护脑细胞的一道屏障，防止淀粉样β蛋白的形成、谷氨酸盐的毒性和自由基的攻击，从而预防阿尔茨海默氏病；
⒁．通过对弹性蛋白酶和胶原蛋白酶的抑制使皮肤变得光滑而富有弹性，从内部和外部同时防止由于过度日晒所导致的皮肤损伤等等；
⒂. 花青素可以促进视网膜细胞中的视紫质再生，预防近视，增进视力。

3.研究现状
花青素提取物多作为保健品成分，是纯天然无害的，国内外已经有很多相关产品。

由于至今国内市场上还没有花青素纯品，所以提取高纯度的花青素对花色苷类色素的深入研究与开发提供必备的表征条件和理论依据，并且有助于它的工业利用。

花青素的提取是目前花青素研究发展的热点问题，也是花青素生产、投入使用的关键性环节。

近年来，在传统提取方法的基础之上，一些凭借新技术或经过改良后的提取方法也开始崭露头角。

如今，主要的分离方法有：
⑴有机溶剂萃取法
⑵水溶液提取法
⑶超临界流体萃取法
⑷微波提取法
⑸超声波提取法
⑹微生物发酵提取法
⑺加压溶剂萃取
⑻亚临界水提取技术
⑼其他提取方法
二.主要内容及需要解决的问题
1.课题研究的主要内容
以黑枸杞为原料，研究微生物发酵提取法提取黑枸杞中天然花青素的工艺条件及其理化性质，具体研究内容如下：
（1）优化研究黑枸杞中花青素的提取条件。

结合查阅相关文献，以提取率为考察指标，采用单因素及中心组合试验方法，研究料液比、酶添加量、酶作用时间、酶作用温度等对花青素中花青素提取率的影响。

（2）研究黑枸杞中花青素的物化性质。

分析黑枸杞中花青素的溶解性和表观粘度，测定其持水力和膨胀力，并对其进行红外光谱扫描分析和超微结构分析。

（3）进行微生物法提取黑枸杞中花青素的实验过程设计。

2.拟解决的问题
微生物发酵提取法提取花青素所用微生物菌种的选择、微生物的扩大培养、黑枸杞的原料处理、发酵条件的选择与控制、产物的分离与浓缩
3.面临的其他问题
因为极少部分人对花青素有过敏反应，所以对花粉、特定果蔬等有过敏经历的人不宜使用。

三.实验设计方案、研究方法
1.技术路线
2.实验设计方案
作为一个生物工程专业的学生，我们尝试用有关生物学的方法，因此我们选择使用微生物发酵提取法提取花青素。

此方法将生物发酵技术应用于花青素的提取之中, 是生物科学与化工生产之间的超强渗透与有效结合。

微生物发酵法利用微生物或酶让含有花青素的细胞胞壁降解分离,使细胞胞体内花青素迅速渗透扩散出来，充分溶入到提取液中,从而增加提取的产率与速率，以利于提取。

该方法的优点是操作稳定性及可靠性高, 环境友好
2.1采用微生物和纤维素酶对黑枸杞中的花青素进行提取研究。

⑴原料的筛选：以黑枸杞为原料
⑵烘干：将黑枸杞放入烘箱中，在60 ℃下烘24 h，得到干枸杞。

⑶粉碎：将干枸杞用粉碎机粉碎后，过60目筛，得到枸杞粉。

2.2微生物发酵
采用黑曲霉、木酶、固氮菌等组合菌对大花葵纤维素进行降解,使植物细胞壁中纤维素解链,花青素得到充分释放,最佳提取工艺参数为接种0.15%菌种、温度30 ℃、初始含水量50%、pH 5.10。

⑴菌种的选择与扩大培养：黑曲霉、木酶、固氮菌的培养
⑵干枸杞粉加入发酵罐，加水，使含水量保持50%，设置恒定温度30 ℃，pH 5.0
⑶往发酵罐中加入组合菌种，菌种接种量为0.15%
该方法的优点是花青素可以直接与微生物的代谢产物乙酸形成稳定性较强的酰化花青素。

最佳酶法提取工艺参数为温度33℃ , pH 值为6.18, 固液比为l:4,酶用量为810mg/g, 酶解时间为120min 。

2.3提取
最佳酶法提取工艺参数为温度33℃ , pH 值为6.18, 固液比为l:4,酶用量为810mg/g, 酶解时间为120min 。

⑴发酵液转移至分离塔
⑵分离塔温度设置为33℃，pH 值为6.18,维持，固液比为l:4
⑶同时加入酶，用量为810mg/g, 酶解时间为120min
2.4花青素的浓缩提纯
2.5 提取率和物化性质的测定
2.5.1 花青素的提取率的计算
采用重量法测定花青素的提取率。

根据以下公式，计算花青素的提取得率：
%100)()((%)⨯=g g 处理前黑枸杞的质量花青素干燥后的质量花青素提取率 2.5.2 各组分物化性质的测定
2.5.2.1 溶解性分析
准确称取黑枸杞2.500 g （m 1），加入50 mL 去离子水，用磁力搅拌器分散均
匀转入250 mL 容量瓶并定容，恒温水浴20 min ，趁热抽滤，准确移取50 mL 滤液于恒重的100 mL 烧杯中，60 ℃下干燥5 h 后，再于105 ℃干燥至恒重得m 2，计算得样品的溶解度：
2.5.2.2 表观黏度分析
将样品配制成质量分数为10%的溶液，利用黏度计，因子为0.1的转子，研究花青素的表观黏度。

2.5.2.3 持水力测定
将样品各称取3 g 于50 mL 的离心管中，加去离子水25 mL ，室温（20±3 ℃） 搅打30 min ，2500 g 离心10 min ，弃去上清液并用滤纸吸干离心管壁残留水分，称重。

g g =g -样品湿重（）样品干重（）持水力(g/g)样品干重（）
2.5.2.4 膨胀力测定
将样品各称取0.3 g，置于10 mL量筒中，准确加入蒸馏水5.00 mL。

振荡均匀后室温（20±3 ℃）放置24 h，读取液体中花青素的体积。

）
g 样品干重（
m L)
(
干品体积
)
m L
(
膨胀胀后花青素的体积
(m L/g)
膨胀胀性（-
=
2.5.3 红外光谱扫描分析
取1-2 mg样品于玛瑙研钵中，加入100 mg干燥的溴化钾粉末，在红外灯下研磨，直至完全研细混匀，将研细后的粉末均匀加入压模器内，压制成一定直径和厚度的透明片，迅速放入仪器光路中在500-4000 cm-1波长区间进行扫描，扫描次数32次，分辨率4 cm-1观察波峰情况。

2.6 产品质量指标检测
水分的测定：GB/T 5009.3-2010；
灰分的测定：GB/T 5009.4-2010；
总糖、还原糖检测：DNS法。

3.面临的其他问题
⑴因为极少部分人对花青素有过敏反应，所以对花粉、特定果蔬等有过敏经历的人不宜使用。

⑵混合菌种的加入比例对花青素分离的影响
参考文献
[1]匡海学.中药化学[M].北京:中国中医药出版社,2003.
[2]赵宇瑛,张汉锋.花青素的研究现状与发展趋势[J].安徽农业科学,2005,
33(5):904-907.
[3]丁灵英.认识花青素.知识经济，2007-03-30.
[4]毛颖异，张立实.花青素进展.“全国老年营养术研讨会”暨“四川省营养学会成立二十周年庆祝会”会议录，2008-12-01.
[5]孙建霞，张燕，胡小松，吴继红，廖小军等人.花青素的提取、分离以及纯化方法研究过程.食品与发酵工业，2008-8-30.
[6]顾林，朱红梅，顾振新等人.花青素的生物合成和成色机理及提高稳定性的途径.食品工业技术，2007-11-25.
[7]刘仕芸，黄继岚，张树珍.植物花青素生物合成中的调控基因.植物生理学通讯，2006-8-20.
[8]张晓丽，刘洪海，梁红兵，杜平，张希波等人.花青素对化学诱导小鼠急性肝损伤的预防研究.医药导报，2009-4-1.
[9]郭成栓，欧阳蒲月，杜敏等人.培养条件对植物细胞培养生产花青素影响的研究.安徽农业科技，2010-4-30.
[10]余晶，鲍中英，徐玉敏，Vladimir Khaoustov，Boris Yoffe，等人.花青素抗氧化损伤及细胞凋亡的作用研究.中西医结合肝病杂志，2009-2-28.
[11]吴信子,朴京一,张小勇,尹起范,王思宏.蓝靛果花青素的分离与鉴定[ J]. 延边大学学报:自然科学版,2001,27(3):191-194.
[12]李莹,李长国.原花青素提取、分离纯化方法的研究进展[J].食品工程,2008, 3(1):9-11.
[13]王振宇,赵鑫;微生物降解法提取大花葵花色苷及其分子修饰的研究[J];食
品工业科技;2005,(6):62-65.
CO超临界-超声波联用技术萃取花色苷工艺[J].东北林业大[14]王振宇,杨谦,
2
学学报,2005,33(1):83-84.
[15]吴敏,张杰,曾凡骏.天然花青素稳定性研究现状[J].中国食品添加剂, 2008,(5):51-53.
[16]吕丽爽, 曹栋.脱脂葡萄籽中低聚花青素的提取[J].无锡轻工业大学学
报,2001,20(2):208-210.。