紫胶红色素提取方法

摘要

紫胶红色素提取方法依次包括如下步骤：(1)将干燥的紫胶原料粉碎，在乙醇中浸泡加热回流提取；(2)将第(1)步所得的液体过滤后用大孔吸附树脂层析，洗脱；(3)将第(2)所得的洗脱液浓缩，干燥获得紫胶红色素。本发明的优点为：(1)利用紫胶红色素在稀醇溶液中溶解较好的特点，用稀醇溶剂多次提取，滤取提取液，提取液通过大孔吸附树脂吸附，然后用高浓度乙醇洗脱，浓缩洗脱液，干燥，粉碎，获得高纯度无臭味的紫胶红色素。(2)采用乙醇溶液提取，不溶性残渣作为紫胶副产物，可以作为工业原料。(3)提取液经过大孔吸附树脂柱，流出液色素被完全吸附，经蒸馏后可以重复使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种由天然原料提取天然来源的色素的方法，特别涉及一种紫胶红色素的提取方法。

背景技术

紫胶红色素是由紫胶虫分泌的一种天然色素。紫胶又称虫胶，是一种紫胶虫寄生于一些豆科植物，如黄檀树(Dalbergia obtusifolia)、南岭黄檀(D.balansae)、秧青(思茅黄檀)(D.Szemaoensis)、火绳树(Eriolaena malvacea)、木豆(Cajanus cajan)、合欢(Albiziajulibrissin)等树枝上吸食树汁后分泌的一种红色物质。紫胶作为一种天然树脂，由于其化学性能稳定、无毒、无刺激性、可塑性及成膜性强、电绝缘性能好、耐油、耐酸、防水、防潮、防紫外线，广泛用于国防、电器、涂料、机械、橡胶、塑料、医药、制革、造纸、印刷、油墨和食品等工业部门。由于化学合成色素毒性较大，在食品工业中的应用日益受到限制，天然色素越来越受到食品工业的欢迎。由紫胶提取的紫胶色素，色泽呈桃红色，色泽鲜艳，色价非常高，用于食品加工可以显著提高食品附加值。但由于紫胶红色素是由紫胶昆虫分泌，或存在于该虫体中，有一种非常难闻的气味，严重影响了其在食品行业的应用。另外，现在市场上的紫胶色素，是由紫胶虫分泌物和紫胶虫一起粉碎提取的，含有大量的颗粒状物，不溶于水，在水中以沉淀物状态出现，在食品中难以涂匀或混匀，影响美观。因此，要提高紫胶红色素的商业价值，必须进行深加工处理，以便获得高质量紫胶红色素。

紫胶是唯一的动物树脂，其组成不同于其他的天然树脂，紫胶组成成分复杂，由软树脂和硬树脂组成，平均分子质量约1000，分子中至少有1个游离羧基、5个羟基、3个酯基和1个醛基。紫胶中含有蜡、色素(分为红色素和黄色素)、紫胶桐酸、壳脑酸等物质。

紫胶红色素属于醌(quinone)类中的蒽醌(anthroquinone)类色素，从溶解性能上属于水、醇溶性的染料(dye)型色素，共分为A、B、C、D、E 5种色酸。紫胶色素可用于纺织印染工业、食品等工业中，GB 4571-1996对食品级紫胶红色素指标提出了具体的要求。

紫胶色素一般从原胶生产粒胶过程的洗色水中提取，如公开号为CN101215422A的发明涉及一种从原胶紫梗中提取、精制紫胶红色素的方法，包括将原胶用水浸泡提取洗胶液和通过微滤、超滤对洗胶液进行过滤。公开号为CN101319094A的发明涉及一种紫胶红色素提取方法，包括如下步骤：原胶破碎，洗涤并收集洗色水，将破碎的紫胶颗粒放入容器中加水洗涤并适当搅拌，收集洗色水备用，重复进行若干次；粗过滤，对洗色水进行粗过滤取粗滤液；超滤，将粗滤液送入超滤膜组件进行过滤除去悬浮物、细菌类、蛋白质、乳胶等，取超滤液；纳滤，将超滤液送入纳滤膜组件过滤除去无机盐类、糖类等，取纳滤液；反渗透，将纳滤液送到反渗透组件过滤浓缩，浓缩液含高纯度的紫胶色酸，即紫胶红色素，后处理，将获得的紫胶红色素液进行干燥磨细，即得紫胶红色素产品。

原胶中的水溶性色素主要存在于虫尸中，在洗胶过程中，只有把虫尸充分磨碎，才有可能使更多色素溶于洗色水中得到回收，虫尸未充分磨碎即被水漂走将严重影响色素回收率。故此国内紫胶色素的提取水平一般为处理原胶量的0.3％～0.4％，比较好的情况达0.56％。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种紫胶红色素的精制方法，该方法工艺简单，操作方便，提高紫胶红色素的得率和纯度降低生产能耗，从根本上解决了紫胶工业生产的环境污染问题。

紫胶红色素提取方法，其中，依次包括如下步骤：

(1)将干燥的紫胶原料粉碎后在乙醇中浸泡加热回流提取；

(2)将第(1)步所得的液体过滤后用大孔吸附树脂层析，洗脱；

(3)将第(2)所得的洗脱液浓缩，干燥获得紫胶红色素。

本发明的紫胶红色素提取方法，其中：步骤(1)中，将干燥的紫胶原料粉碎过40～60目筛，乙醇为稀醇，在乙醇中浸泡加热回流提取的方式为：首次提取前先浸泡，加热至微沸开始记时，共提取3次，每次提取时间为1.0～3.0小时，合并三次提取液。

本发明的紫胶红色素提取方法，其中：稀醇是体积比浓度为30％的乙醇，首次提取前先浸泡30分钟，加热至微沸开始记时，并保持微沸，第一次提取时间为1.5～2小时，第二次提取时间为1小时，第三次提取时间为1小时，每次提取时所用的稀醇体积和干燥的紫胶原料的质量比为(10～18)ml∶1g。

本发明的紫胶红色素提取方法，其中：第一次提取时间为1.5，提取时所用的稀醇体积和干燥的紫胶原料的质量比，第一次提取12ml∶1g，第二次提取10ml∶1g，第三次提取10ml∶1g。

本发明的紫胶红色素提取方法，其中：步骤(2)中大孔吸附树脂与干燥的紫胶原料质量比为1∶0.76。

本发明的紫胶红色素提取方法，其中：步骤(2)中大孔吸附树脂为南开大学化工厂生产的AB-8型大孔吸附树脂，上样流速为2.45ml/min/cm²。

本发明的紫胶红色素提取方法，其中：步骤(2)中使用体积比浓度为50～80％的乙醇作为洗脱液。

本发明的紫胶红色素提取方法，其中：步骤(2)中使用体积比浓度为80％的乙醇作为洗脱液。

本发明的紫胶红色素提取方法，其中：大孔吸附树脂洗脱液流速为2.45ml/min/cm²。

本发明的紫胶红色素提取方法，其中：步骤(3)洗脱液浓缩，干燥中，先将洗脱液减压浓缩，回收溶剂后真空干燥，干燥温度70～80℃，干燥时间24小时。

本发明的优点为：

(1)利用紫胶红色素在稀醇溶液中溶解较好的特点，将紫胶原料粉碎，用稀醇溶剂多次提取，滤取提取液，提取液通过大孔吸附树脂吸附，然后用高浓度乙醇洗脱，浓缩洗脱液，干燥，粉碎，获得高纯度无臭味的紫胶红色素。

(2)在紫胶色素提取工艺中，采用乙醇溶液提取，不溶性残渣作为紫胶副产物，可以作为工业原料，用于国防、电器、涂料、机械、橡胶、塑料、制革、造纸和印刷等工业部门。

(3)提取液经过大孔吸附树脂柱，流出液色素被完全吸附，经蒸馏后可以重复使用。用于柱层析洗脱液经浓缩后，回收好可以重复使用。大孔吸附树脂经再生处理后可以长期重复使用，处理液经中和，生成氯化钠溶液，实现无毒排放。

具体实施方式

实施例1、30％乙醇和干燥的紫胶原料的比例

取干燥的紫胶，除去夹在其中的杂物，粉碎成粗粉，备用。

称取紫胶粗粉5份，每份100g，放入2000ml烧杯中，加入不同体积的30％乙醇，首次提取时先浸泡30分钟，加热回流提取。加热至微沸开始记时。共提取3次，第一次提取2.5小时，第二次提取2.0小时，第三次提取1.5小时，抽滤，样品真空干燥。所得样品称重，用紫外分光光度法(UV)测定紫胶红的含量。

实施例1结果见表1：

表1.紫胶不同量30％乙醇(ml)提取的试验结果

由实施例1结果可知，紫胶与提取用稀醇的比例为(10～18)ml∶1g，都可以成功的提取到总紫胶红，其提取率在7.6～6.9％，2、3、4、5号样品得量多，紫胶红含量无明显差异。3号样与2号样相比，稀醇用量增加了12.5％，样品得量和含量无明显增加，为了节约，选2号样的提取方法，即：紫胶与提取用稀醇的比例为第一次提取1g∶12ml，第二次提取1g∶10ml，第三次提取1g∶10ml，在工业上应用可以取得较好的效果。

实施例2、紫胶提取时间及提取次数的选择

称取紫胶粗粉5份，每份100g，放入2000ml烧杯中，各定量加入稀醇1200ml，首次提取时先浸泡30分钟，加热提取。加热至微沸开始记时，提取时间分别为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0hr，抽滤，样品真空干燥。所得样品称重，用紫外分光光度法(UV)测定紫胶红的含量。

结果见表2：

表2.不同提取时间总紫胶红得量

实施例2实验结果表明，提取时间1.0～3.0hr对紫胶红得量不同，但2hr后并无显著性增加，考虑生产实际情况，第一次提取选提取时间2.0hr即可。

过滤后的紫胶粗粉分别加入1000ml稀醇进行第二次和第三次加热提取，加热至微沸开始记时，提取时间分别为0.5，1.0，1.5，2.0，2.5hr。

结果见表3：不同提取时间总紫胶红得量

从提取及分离的结果看，2号～5号样品提取收率较高些；1号样品提取时间短，提取不完全；4号，5号样品提取的时间长，但紫胶红得量并无增加。因第三次提取得量已较少，故不再进行第四次提取。

从工业化方面综合考虑，确定工艺提取3次，选2号样的提取时间即：第一次提取在加稀醇浸泡30分后，微沸提取1.5hr，第二次提取1.0hr，第三次提取1.0hr，合并3次提取液进行柱层析分离。

实施例3、不同大孔吸附树脂的选择

称取紫胶粗粉5份，每份100g，放入2000ml烧杯中，定量加入30％乙醇，分3次提取，分别加入1200ml，1000ml，1000ml稀醇；首次提取时先浸泡30分钟，加热提取。加热至微沸开始记时。共提取3次，第一次提取1.5小时，第二次提取1.0小时，第三次提取1.0小时。合并3次提取液，经过10种不同规格大孔吸附树脂柱吸附紫胶红色素类成分，用水洗去有关杂质，再用80％乙醇洗脱紫胶红，洗脱液减压浓缩，回收溶剂后真空干燥，UV法测定含量，色价，考查各种树脂的性能，优化出最适合的大孔吸附树脂，所下本发明中所选的树脂全部由南开大学化工厂生产，结果见表4。

表4.十种吸附树脂对紫胶红的吸附特性

  树脂型号  吸附量(mg/g)  解析率  (80％EtOH)  吸附速率  (mg/t)  AB-8  126.7  97.9  0.48  S-8  102.8  52.9  0.51  K-A  96.1  94.8  0.46  SIP-1400  82.3  88.4  0.40  SIP-1300  75.9  89.5  0.32  X-5  59.4  99.9  0.40  NKA-9  49.1  98.3  0.62  D3520  47.7  92.8  0.80  H107  36.6  78.8  0.29  D4006  19.0  93.1  0.72

从实施例4可以多种大孔树脂都可以用于提取紫胶红，取得了良好的效果，进一步比较这些结果：弱极性AB-8型树脂有较大的吸附量，易吸附，易解析，较优。

实施例5、AB-8型大孔吸附树脂层析条件的选择

AB-8型大孔吸附树脂的预处理

称取AB-8型大孔吸附树脂5kg，用95％乙醇反复洗涤，直至过滤出的乙醇液中加入2倍量的水不产生白色浑浊为止，滤去乙醇，用水洗去乙醇；

用5％盐酸溶液洗涤树脂，浸泡4hr，过滤，然后用水洗至pH5～6；

用2％氢氧化钠溶液洗涤树脂，浸泡4hr，过滤，然后用水洗至接近中性，既可使用。

树脂用量与提取液载量的比例筛选

称取紫胶粗粉1kg，放入不锈钢锅中，按12L，10L，10L加稀醇提取3次，加热至沸腾，提取时间分别为1.5hr，1.0hr，1.0hr，合并3次提取液共计24.3kg，该液称为2号提取液。

取直径2.5cm，长50cm的层析柱3支，称取AB-8树脂3份，每份75g，用水湿法装柱。将2号提取液加到层析柱中，控制上样速度在2.5ml/min。

结果：大孔树脂吸附液体量，3支柱分别为1395g，1410g，1390g，平均值1398g。相当于紫胶量1000g×1.398/24.3＝57.5g。75g树脂可吸附相当于57.5g紫胶的提取液，树脂与紫胶红色素的投料比为1∶0.76。

大孔吸附树脂上样流速控制

取直径2.5cm，长50cm的层析柱3支，称取AB-8树脂3份，每份75g，用水湿法装柱。将2号提取液加到层析柱中，控制上样速度分别为5ml/min，8ml/min，12ml/min。洗脱液中未检出有明显紫胶红成分即判定为吸附终点，用量分别为1375g，1350g，1320g。

结果分析：树脂用量与提取液量的比例试验控制流速为2.5ml/min，提取液用量平均为1398g，从流速2.5ml/min到12ml/min，流速增加了3.8倍，载样量仅仅减少了4.9％，无显著性影响。考虑生产实际情况，上样流速可以控制在约12ml/min。

所用层析柱垂熔滤板面积：S＝3.14×(2.5/2)²＝4.9(cm²)；

折合成cm²流速：12ml/min÷4.9cm²＝2.45g/min/cm²。

实施例6、洗脱剂乙醇浓度、用量、流速的考察

用稀醇提取的紫胶溶液含有丰富的紫胶红类成分，该类成分在流经大孔吸附树脂时，可被吸附。解吸可用水溶性的有机溶剂，如甲醇，乙醇，丙醇、正丁醇等不同浓度水溶液。但从工业生产成本，劳动保护及环境保护等方面考虑，选用乙醇效果最好。

取直径2.5cm，长50cm的层析柱5支，称取AB-8树脂5份，每份75g，用水湿法装柱。各加入2号提取液1300g，流速控制在约12ml/min，加完提取液后，用水冲洗至流出液基本无色，然后用90％，80％，70％，60％，50％不同浓度乙醇洗脱。

洗脱终点判定：色泽变淡。结果见表4：

表5.不同浓度乙醇柱层析洗脱效果

根据洗脱剂浓度筛选结果，选80％乙醇作为洗脱剂效果较好。

洗脱剂80％乙醇用量的考查

取直径2.5cm，长50cm的层析柱2支，称取AB-8树脂2份，每份75g，用水湿法装柱。各加入2号提取液1300g，流速控制在约12ml/min，加完提取液后，用水冲洗至流出液基本无色，然后用80％浓度乙醇洗脱。当色带下来时记取体积。洗脱终点检查方法同前。

结果：2支层析柱洗脱剂用量均为420g。

洗脱剂流速的考查

取直径2.5cm，长50cm的层析柱5支，称取AB-8树脂5份，每份75g，用水湿法装柱。各加入2号提取液1300g，流速控制在12ml/min，加完提取液后，用水冲洗至流出液基本无色，然后用80％浓度乙醇洗脱，流速控制在4、6、8、10、12ml/min，洗脱终点检查同实施例5。

结果：洗脱总体积分别为285g，320g，358g，370g，420g。

结论：1)随着流速的增加，消耗洗脱液的体积也随着增加；

2)12ml/min已经接近层析柱的最大流速，工业生产层析柱材质，即下面的筛板与玻璃层析柱相近；因此可以控制流速在12/3.14(2.5/2)²＝2.45ml/min/cm²。

大孔吸附树脂柱重复使用试验

取“洗脱剂流速的考查”1号柱(4ml/min)，用水洗脱至比重接近1.0时，加入2号紫胶提取液，流速10g/min。以色泽变淡作为检查终点。

结果：第2遍吸附液体中成分能力为1300g；

第3遍吸附液体中成分能力为1150g；

第4遍吸附液体中成分能力为1000g。

大孔吸附树脂在使用3遍后可进行再生。

方法：将第3次使用过的大孔树脂用水洗去乙醇，用5％盐酸置换水，浸泡4hr，用水洗去酸水，再用1％氢氧化钠水溶液冲洗，浸泡4hr，用水洗至pH值约为7，重复使用。

实施例7

称取紫胶粗粉3份，每份100g，放入2000ml烧杯中，定量加入30％乙醇，分3次提取，第1组：依次为加入1000ml，1000ml，1000ml稀醇；首次提取时先浸泡30分钟，加热提取。加热至微沸开始记时。共提取3次，第一次提取1.0小时，第二次提取1.0小时，第三次提取1.0小时。合并3次提取液，经过K-A规格大孔吸附树脂柱吸附紫胶红色素类成分，用水洗去有关杂质，再用80％乙醇洗脱紫胶红，洗脱液减压浓缩，回收溶剂后真空干燥，UV法测定含量，色价；第二组：依次为加入1800ml，1800ml，1800ml稀醇；首次提取时先浸泡30分钟，加热提取。加热至微沸开始记时。共提取3次，第一次提取3.0小时，第二次提取3.0小时，第三次提取3.0小时。合并3次提取液，经过SIP-1400规格大孔吸附树脂柱吸附紫胶红色素类成分，用水洗去有关杂质，再用50％乙醇洗脱紫胶红，洗脱液减压浓缩，回收溶剂后真空干燥，UV法测定含量，色价；结果见表6。

表6.不同稀醇量、提取时间、大孔树脂类型和酒精浓度条件下所得的产品数量的比较

表7.不同稀醇量、提取时间、大孔树脂类型和酒精浓度条件下所得的产品质量的比较

从实施例7可知第一组和第二组虽然稀醇量、提取时间、大孔树脂类型和酒精浓度不同，但是所提取的紫胶红色素的收率均较高，质量稳定。

实施例8、制备紫胶红色素的中试放大试验

取干燥的紫胶原料，除去夹在其中的杂物，粉碎成粗粉，过60目筛，称取13kg，放入200L的多功能提取罐中，首次提取前浸泡30分钟，按156L，130L，130L体积比浓度为30％稀醇提取3次，水蒸汽加热至微沸开始记时，提取时间分别为1.5hr，1hr，1hr，得提取液第1次98.0kg，第2次117.7kg，第3次121.8kg，三次提取的液体共计337.5kg，将3次提取液平均分为4份，混合均匀，备用。

装柱：安装玻璃层析柱4支，长95cm，内径9.5cm，每支层析柱中加入4.3kg AB-8型大孔吸附树脂，湿法装柱，然后分别用95％乙醇，5％盐酸，1％氢氧化钠将树脂处理干净，用水洗至pH值约为7。

柱层析：上样流速190g/min，80％乙醇洗脱流速190g/min。

浓缩和干燥：洗脱液减压浓缩，回收溶剂后真空干燥。干燥温度70～80℃，干燥时间24hr。UV法测定含量，色价，试验结果见表7：

表8.中试放大试验结果

所制得的紫胶红色素产品的收率为6.8％，各项质量指标按照食品添加剂紫胶红色素中华人民共和国国家标准GB4571-1996进行检测，均符合要求，检测结果见表8。

表9紫胶红色素各项质量指标测定结果

  项目  GB4571-19  96指标 经1号柱所得的 样品  经2号柱所  得的样品  经3号柱所  得的样品  经4号  柱所得  的样品  吸光度(E0.01％溶液  0.05cm比色值490nm  ≥0.65  6.81  6.15  6.18  6.59  干燥失重，％  ≤10  2.81  2.79  2.85  2.69  灼烧残渣％  ≤0.8  0.22  0.28  0.31  0.29  PH值  3.0-4.0  3.19  3.35  3.22  3.22  铅(Pb)mg/kg  ≤5  0.52  0.49  0.56  0.29  砷(As)mg/kg  2  0.12  0.15  0.11  0.08

紫胶红色素质量指标吸光度、干燥失重、灼烧残渣、PH值的检测按GB4571-1996标准进行，铅(Pb)及砷(As)分别按GB/T5009.12-2003及GB/T5009.11-2003进行检测，由表可知应用本发明方法进行生产的紫胶红色素其干燥失重，灼烧残渣、铅、砷等各项指标显著低于国家标准，尤其是铅、砷有害金属含量远远低于国家标准中规定的限值，显著提高了食用色素的应用安全性，吸光度远大于国家标准，PH值符合要求，紫胶红产品质量指标符合标准要求。

中试放大试验结果表明，用紫胶提取总紫胶红的工艺可行，工艺较稳定。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。