專利名稱：一種綜合利用紫薯中紫薯色素及組分的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種綜合利用紫薯中紫薯色素及組分的方法，特別是涉及一種采用檸檬酸常溫水提及膜分離技術(shù)工藝制備不同純度紫薯色素，同時(shí)可以綜合利用紫薯中的纖維和淀粉制取紫薯片的方法。
背景技術(shù)：
色素被廣泛應(yīng)用于食品加工、化妝品生產(chǎn)等行業(yè)，但絕大部分的色素都是人工合成的化學(xué)色素。隨著研究的深入，人們陸續(xù)的發(fā)現(xiàn)很多合成色素都具有慢性毒性和致癌性， 因此，越來越多的國家限制或禁止合成色素的使用。由此，從植物中提取的天然色素越來越多的受到人們的關(guān)注。另外，健康是人類永遠(yuǎn)的追求，天然與功能相結(jié)合的色素是健康的有力保證，為了人類健康這一永恒的主題，功能性與天然性色素在工業(yè)中扮演著重要的角色， 也肩負(fù)著不可替代的歷史使命。紫甘薯，是從日本引進(jìn)的一種可食用的高營(yíng)養(yǎng)防癌抗癌保健紅薯，是紅薯家族中的新秀。經(jīng)檢測(cè)，其所含的營(yíng)養(yǎng)成分比普通紅薯更高，紫甘薯的塊根肉質(zhì)為紫色，鮮艷美觀， 口感細(xì)膩，味道奇特，余香沁心。因其富含抗癌元素硒，具有軟化血管、增強(qiáng)免疫力，保護(hù)腎臟，同時(shí)具有清除人體化學(xué)有害物質(zhì)和抗紫外線輻射的功能。紫甘薯另一個(gè)保健作用是由膠原和粘液多糖類組成的粘液蛋白質(zhì)，它能抑制膽固醇在體內(nèi)沉積，防止動(dòng)脈粥樣硬化，減少高血壓發(fā)生，并防止肝、腎結(jié)締組織萎縮。紫甘薯中有一種叫脫氫表雄酮的物質(zhì)，對(duì)防治癌癥有一定的效果。它富含的賴氨酸比大米、白面要高的多，還含有十分豐富的胡蘿卜素， 可促使上皮細(xì)胞異常分化，消除有致癌作用的氧自由基，阻止致癌物與細(xì)胞中的蛋白質(zhì)結(jié)合，促進(jìn)人體免疫力增強(qiáng)。其富含的花青素和綠原酸，可抑制癌變基因，預(yù)防高血壓，高血脂，糖尿病，心血管病及腸胃疾病，能增強(qiáng)人體免疫力。紫甘薯色素作為一種天然食用色素，與其它同類色素相比性質(zhì)較穩(wěn)定，而且具有一定的營(yíng)養(yǎng)和藥理用，在食品、飲料、化妝品、醫(yī)藥方面有著較大的應(yīng)用潛力。紫甘薯色素具有色澤艷亮、無毒、無異味，比起化學(xué)色素具有很高的穩(wěn)定性，紫色素還具有多種營(yíng)養(yǎng)、藥理和保健功能。添加入食品后，既可作著色劑，又可作保鮮劑、抗氧化劑。中國專利CN 1974676A “一種發(fā)酵法提取紫薯色素的生產(chǎn)工藝”其以釀酒酵母為菌種，以新鮮或干制的紫薯為原料，經(jīng)蒸煮、打漿、液體深層發(fā)酵、分離、濃縮、干燥等工藝，制得紫薯色素。該方法制得的色素純度不高，且在蒸煮的過程中容易使色素氧化。CN 101530191A “利用超聲波和復(fù)合酶協(xié)同提取紫薯色素的方法”其利用利用超聲波和復(fù)合酶協(xié)同提取紫薯色素，采用打孔樹脂進(jìn)行精制得到紫薯色素。該方法得到的色素存在有機(jī)溶劑殘留的問題，同時(shí)紫薯的其他成分也沒有得到充分的利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺點(diǎn)，提供一種綜合利用紫薯中紫薯色素及組分的方法，有效解決了色素在生產(chǎn)中易被氧化、產(chǎn)品純度低和紫薯其他成分沒被充分利用等問題。本發(fā)明技術(shù)方案的關(guān)鍵內(nèi)容是添加少量檸檬酸及室溫水提紫薯色素，將分離出來的纖維和淀粉制成紫薯片，在通過二級(jí)膜分離技術(shù)對(duì)色素進(jìn)行分離純化，通過不同的膜可以得到不同純度的色素產(chǎn)品。本發(fā)明的工藝步驟包括(1)、原料紫薯的預(yù)處理將新鮮紫薯先進(jìn)行清洗然后再進(jìn)行粉碎，粉碎的時(shí)候先切塊，再用打漿機(jī)進(jìn)行打漿，打漿過程中加入適量檸檬酸防止色素氧化。(2)、密封容器加酸水提將制好的紫薯漿液加入一定量的檸檬酸水，調(diào)節(jié)PH為 4 4. 5，在密封容器中室溫條件(10 25°C )下水提，加入適量的檸檬酸在下列條件下進(jìn)行提取檸檬酸添加量為2% 4%，料液比為1 2 1 4、提取2次、每次60 80min ；(3)、紫薯片的制作提取液進(jìn)行自然沉降，所得的纖維和淀粉加入一定量的水進(jìn)行加熱使淀粉糊化，糊化后過膠體磨進(jìn)行磨漿，然后加入奶粉等配料，均質(zhì)后通過滾筒干燥制得紫薯片；(4)、上清液滅酶提取液自然沉降所得上清液在90°C條件下攪拌20 30min ；(5)、上清液調(diào)pH 上清液加入適量Ca(OH)2Jf pH值調(diào)到5. 5左右；(6)、離心將調(diào)好pH值的液體進(jìn)行離心(轉(zhuǎn)速為4000 4500轉(zhuǎn)/min，時(shí)間為 15 20min)，所得上清液進(jìn)行后續(xù)的膜除雜濃縮，沉淀可作為鈣強(qiáng)化劑；(7)、超濾除雜本發(fā)明采用過濾孔徑為0. 02 0. 06 μ m的超濾膜處理紫薯水提液，該膜能截留幾乎全部的大分子蛋白質(zhì)及多糖等雜質(zhì)，而紫薯色素分子量在500 800Dal，大部分色素可以透過該膜，該膜的操作條件為P = 0. 2 0. 6MPa，T = 30 50°C， pH = 4 7，Q = 60 70L/min ；(8)、納濾濃縮本發(fā)明采用攔截分子量為200 400Dal的納濾膜對(duì)一級(jí)膜濾液進(jìn)行濃縮，并能部分脫鹽。該級(jí)膜濃縮倍數(shù)可達(dá)15倍以上，無機(jī)鹽離子去除率可達(dá)60%。該膜的操作條件為P = 1. 0 1. 5MPa, T = 30 60°C，pH = 4 7，Q = 20L/min。(9)、濃縮及干燥收集超濾膜的濃縮液再進(jìn)行噴霧干燥可以得到純度為5%左右的紫薯色素。將納濾膜的濃縮液再進(jìn)行噴霧干燥可以得到純度為20%左右的紫薯色素。上述步驟2中紫薯色素的提取率可達(dá)90%。上述步驟7、8中兩級(jí)膜均可將物料濃縮10倍以上，納濾膜脫鹽率可達(dá)60%，其濾液COD值可以降低到100以下。上述步驟9中的減壓濃縮溫度不高于50°C。本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于1、室溫密封加酸水提取紫薯色素，密閉可以避免空氣對(duì)色素的氧化，加入的檸檬酸可以抑制色素被氧化，并且可以抑制多酚氧化酶發(fā)生作用，無需添加多酚氧化酶抑制劑， 在此條件下浸提，提取率可達(dá)到90%，室溫條件下浸提節(jié)約能耗；2、制作過程中所得的纖維素和淀粉可以制成紫薯片，提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值；3、Ca (OH) 2調(diào)pH值，可以沉淀部分檸檬酸及一些酸性可溶性蛋白，同時(shí)后續(xù)離心所得沉淀物可以作為鈣強(qiáng)化劑，用作食品添加劑；4、采用超濾膜對(duì)提取液進(jìn)行分離純化，從濃縮液中可以得到稍低純度的色素，另外膜操作過程簡(jiǎn)單，膜通量能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，易于清洗、使用壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
5、采用納濾膜對(duì)除雜后的提取液進(jìn)行濃縮，脫鹽率可達(dá)60%，可以得到較高純度的紫薯色素，且納濾濾液COD值< 100，可以回用生產(chǎn)工序，基本無廢水排放。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明實(shí)施例1 將IOOkg新鮮紫薯清洗干凈，用不銹鋼刀切片，再用打漿機(jī)進(jìn)行打漿，打漿過程中加入適量檸檬酸水防止色素氧化；在制好的紫薯漿液加入2倍水、檸檬酸加量為2%，在室溫20°C，pH為4. 5的條件下，在密閉罐中攪拌浸提2次、每次60min ；提取液自然沉降， 所得纖維和淀粉加入2倍水進(jìn)行加熱糊化，糊化后采用膠體磨進(jìn)行磨漿，加入奶粉等配料后均質(zhì)，通過滾筒干燥制得紫薯片；提取液自然沉降，所得上清液在90°C條件下攪拌20 30min滅酶后加入Ca (OH) 2，將pH值調(diào)到5. 8 ；將調(diào)好pH值的液體進(jìn)行離心，所得上清液采用過濾孔徑為0. 06 μ m的超濾膜去除大分子雜質(zhì)，膜濃縮倍數(shù)為20倍，該膜的操作條件為 P = O. 2MPa, τ = 30°C，Q = 60L/min ；收集超濾膜的濃縮液再進(jìn)行噴霧干燥得到紫薯色素 2. ^g，其純度為3. 6% ；超濾濾液采用截留分子量為400Dal的納濾膜進(jìn)行濃縮，膜濃縮倍數(shù)為15倍，該膜的操作條件為P = 1. 5MPa,T = 40°C，Q = 20L/min ；將納濾膜的濃縮液進(jìn)行噴霧干燥得到紫薯色素3. 4kg，其純度為18. 2%。實(shí)施例2 將IOOkg新鮮紫薯清洗干凈，用不銹鋼刀切片，再用打漿機(jī)進(jìn)行打漿，打漿過程中加入適量檸檬酸水防止色素氧化；在制好的紫薯漿液加入2. 5倍水、檸檬酸加量為3%， 在室溫10°C，pH為4的條件下，在密閉罐中攪拌浸提2次、每次SOmin ；提取液自然沉降， 所得纖維和淀粉加入2倍水進(jìn)行加熱糊化，糊化后采用膠體磨進(jìn)行磨漿，加入奶粉等配料后均質(zhì)，通過滾筒干燥制得紫薯片；提取液自然沉降，所得上清液在90°C條件下攪拌20 30min滅酶后加入Ca (OH) 2，將pH值調(diào)到5. 2 ；將調(diào)好pH值的液體進(jìn)行離心，所得上清液采用過濾孔徑為0. 04 μ m的超濾膜去除大分子雜質(zhì)，膜濃縮倍數(shù)為25倍，該膜的操作條件為 P = O. 2MPa, T = 30°C，Q = 60L/min ；收集超濾膜的濃縮液再進(jìn)行噴霧干燥得到紫薯色素 1. m^g，其純度為16. 0% ；超濾濾液采用截留分子量為400Dal的納濾膜進(jìn)行濃縮，膜濃縮倍數(shù)為13倍，該膜的操作條件為P = 1. 5MPa,T = 40°C，Q = 20L/min ；將納濾膜的濃縮液進(jìn)行噴霧干燥得到紫薯色素3. 1kg，其純度為20. 2%。
權(quán)利要求
1.一種利用紫薯提取色素及其紫薯綜合利用的方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行(1)、原料紫薯的預(yù)處理新鮮紫薯一般先進(jìn)行清洗然后再進(jìn)行粉碎，粉碎的時(shí)候先切塊，再用打漿機(jī)進(jìn)行打漿，打漿過程中加入適量檸檬酸防止色素氧化。(2)、密封容器加酸水提將制好的紫薯漿液加入一定量的檸檬酸水，調(diào)節(jié)pH為4 4. 5，在密封容器中室溫條件(10 25°C )下水提，加入適量的檸檬酸在下列條件下進(jìn)行提取檸檬酸加量為2% 4%，料液比為1 2 1 4、提取2次、每次60 80min;(3)、紫薯片的制作提取液進(jìn)行自然沉降，所得的纖維和淀粉加入一定量的水進(jìn)行加熱使淀粉糊化，糊化后過膠體磨進(jìn)行磨漿，然后加入奶粉等配料，均質(zhì)后通過滾筒干燥制得紫薯片；(4)、上清液滅酶提取液自然沉降所得上清液在90°C條件下攪拌20 30min；(5)、上清液調(diào)pH上清液加入適量Ca(OH)2Jf pH值調(diào)到5. 5左右；(6)、離心將調(diào)好pH值的液體進(jìn)行離心，所得上清液進(jìn)行后續(xù)的膜除雜濃縮，沉淀可作為鈣強(qiáng)化劑；(7)、一級(jí)膜除雜本發(fā)明采用過濾孔徑為0.02 0. 06 μ m的超濾膜處理紫薯水提液， 該膜能截留幾乎全部的大分子蛋白質(zhì)及多糖等雜質(zhì)，而紫薯色素分子量在500 SOODal， 大部分色素可以透過該膜，該膜的操作條件為P = 0. 2 0. 6MPa, T = 30 50°C，pH = 4 7，Q = 60 70L/min ；(8)、二級(jí)膜濃縮本發(fā)明采用攔截分子量為200 400Dal的納濾膜對(duì)一級(jí)膜濾液進(jìn)行濃縮，并能部分脫鹽。該級(jí)膜濃縮倍數(shù)可達(dá)15倍以上，無機(jī)鹽離子去除率可達(dá)60%。該膜的操作條件為P = 1. 0 1. 5MPa, T = 30 60°C，pH = 4 7，Q = 20L/min。(9)、干燥將超濾膜的濃縮液進(jìn)行噴霧干燥可以得到純度為5%左右的紫薯色素，將納濾膜的得到的濃縮液進(jìn)行噴霧干燥可以得到純度為20%左右的紫薯色素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯綜合利用的方法，其特征在于 所述步驟(1)和步驟O)中加入檸檬酸為了防止色素被氧化，同時(shí)也能促使色素的溶出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯綜合利用的方法，其特征在于 所述步驟(3)中加入的配料為奶粉、糖和香料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯綜合利用的方法，其特征在于 所述步驟(4)中需要滅的酶為紫薯中所含有的多酚氧化酶和淀粉酶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯綜合利用的方法，其特征在于 所述步驟(5)中加入氫氧化鈣是調(diào)節(jié)pH，同時(shí)沉淀蛋白質(zhì)等沉淀大分子物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用紫薯提取色素及其紫薯綜合利用的方法，其特征在于 所述步驟(7)和步驟(8)中所用的膜分別為超濾膜和納濾膜，目的在于除雜和濃縮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種綜合利用紫薯中紫薯色素及組分的方法，將新鮮紫薯清洗后粉碎打漿，打漿過程中加入適量檸檬酸防止色素氧化，在紫薯漿液加1～3倍水、檸檬酸加量為2％～4％，提取2次、每次60～80min；提取液自然沉降，所得纖維和淀粉加入適量水進(jìn)行加熱糊化，糊化后采用膠體磨進(jìn)行磨漿，加入奶粉等配料后均質(zhì)，并通過滾筒干燥制得紫薯片；提取液沉降所得上清液在90℃條件下攪拌20～30min滅酶后加入適量Ca(OH)2，將pH值調(diào)到5.5左右；然后進(jìn)行離心，沉淀物可作為鈣強(qiáng)化劑，用作食品添加劑。所得上清液采用超濾膜除雜、納濾膜濃縮；超濾膜的濃縮液干燥得到純度為5％左右的紫薯色素。納濾膜的濃縮液干燥得到純度為20％左右的紫薯色素。
文檔編號(hào)A23L1/275GK102206426SQ20111007042
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者萬端極, 萬瑩, 吳正奇, 徐國念, 毛波, 謝鑫 申請(qǐng)人:武漢普賽特膜技術(shù)循環(huán)利用有限公司