本發(fā)明涉及天然色素制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種超微粉碎協(xié)同脈沖電場制備板栗殼棕色素的方法。

背景技術(shù)：

隨著焦糖色素含有4-甲基咪唑致癌物質(zhì)的相關(guān)報道，化學(xué)合成類色素的安全性問題日益受到人們重視，限制了其作為食品添加劑的使用用量，有些甚至被禁止使用。近年來，尋求與開發(fā)無毒副作用的天然植物色素資源，備受人們青睞。國內(nèi)天然色素行業(yè)發(fā)展較快，已有梔子黃色素、板栗殼棕色素、天然橙紅色素、可可殼色素、葡萄皮色素、紅花黃色素等開發(fā)和應(yīng)用的相關(guān)文獻報道。長期以來，板栗殼作為加工廢棄物未得到有效開發(fā)與利用，大部分被當(dāng)作燃料或被丟棄，造成資源的極大浪費。研究發(fā)現(xiàn)，從板栗殼中提取天然色素不僅有利于提高板栗的綜合利用價值，而且產(chǎn)品具有水溶性好、著色力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，其主要成分為黃酮類化合物，具有一定的抗氧化和抑菌功效，可用作食品、日化品和藥品等產(chǎn)品的著色劑，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

天然色素存在于植物組織細胞內(nèi)，細胞壁和細胞膜的破碎程度直接影響到提取效率，如何高效地提取出色素成為天然色素研究過程的關(guān)鍵問題。一般的機械破碎法很難將植物細胞有效地破碎，化學(xué)破碎法則易造成提取物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的改變。目前文獻資料報道的板栗殼色素的提取方法主要為傳統(tǒng)溶劑浸提法、超聲波提取法和微波輔助萃取法。其中，傳統(tǒng)溶劑浸提法存在浸提時間長、能耗大、產(chǎn)品得率低、色澤變化較大等缺點。

超微粉碎技術(shù)，是指利用各種特殊的粉碎設(shè)備，通過一定的加工工藝流程，對物料進行碾磨、沖擊、剪切等，從而將3mm以上的物料顆粒粉碎至5-15μm的微細顆粒。超微粉碎作為一種高新技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、保健品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。超微粉碎技術(shù)可以將固體物料在低溫狀態(tài)下瞬間破碎成粒徑均勻、流動性好的微細顆粒，原料有效功能成分損失較少，并且屬于純物理技術(shù)加工，能夠保證產(chǎn)品的純天然屬性。由于顆粒向微細化方向發(fā)展，導(dǎo)致物料表面積和孔隙率大幅度增加，在溶劑中的分散性較好，將其作為天然植物浸提原料，可減少溶劑穿透細胞壁進入細胞內(nèi)將有效成分溶出的漫長過程和障礙。

脈沖電場(Pulsed Electric Fields,PEF)是近年來發(fā)展迅速的一種食品綠色加工技術(shù)，其最初主要應(yīng)用在蘋果汁、橘汁、牛奶等液態(tài)物料的非熱殺菌處理。PEF殺菌機理是利用細胞膜電穿孔原理，通過高強度脈沖電場瞬間破壞微生物的細胞膜而使細菌致死，低溫優(yōu)勢在很大程度上避免了在很大程度上減少了食品感官和物理特性的有害變化。目前，該項技術(shù)已經(jīng)拓展應(yīng)用到天然植物功能性成分提取方面，具有低溫處理、操作簡便、提取時間短、耗能低、效率高、不易引起有效成分變性等突出優(yōu)勢。中國專利201310569144.4公布了一種采用高電壓脈沖電場技術(shù)提取馬齒莧多糖的方法，最大限度保持了馬齒莧中多糖的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了低溫提取與殺菌一體，保證熱敏性物質(zhì)不降解。中國專利201310141353.9公布了脈沖電場輔助逆流提取葡萄皮渣多酚的裝置及方法，解決了現(xiàn)有傳統(tǒng)方法提取葡萄皮渣多酚耗時長、提取效率低、操作工藝繁瑣的問題。但該技術(shù)在板栗殼色素提取方面的應(yīng)用未見相關(guān)專利報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超微粉碎協(xié)同脈沖電場制備板栗殼棕色素的方法，將高壓脈沖電場技術(shù)和超微粉碎應(yīng)用于板栗殼色素提取中，該提取方法具有原料來源豐富、提取溫度低、產(chǎn)品得率高、處理時間短、操作簡便等優(yōu)點，所得產(chǎn)品色率高，水溶性好，質(zhì)量穩(wěn)定，安全無毒，具有實際生產(chǎn)轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用的價值。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種超微粉碎協(xié)同脈沖電場制備板栗殼棕色素的方法，它包括如下步驟：

(1)將板栗殼去雜、清洗、干燥后，使用普通粉碎機對其進行初粉碎，過40-80目篩網(wǎng)備用；

(2)將步驟(1)得到的粗粉投入超微粉碎設(shè)備進行破壁處理1-2次，控制進料速度1-2kg/h，壓力0.5-1MPa，得到粒徑為8-13μm的板栗殼超微粉；

(3)將步驟(2)中板栗殼超微粉與乙醇水溶液按照1：8-1：15的料液比混合均勻后，將料液置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下浸提15-25min后，料液經(jīng)微孔濾膜過濾得到一次浸提液；將濾渣與乙醇水溶液按照1：8-1：15的料液比混合均勻后，再次置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下浸提15-25min后，再次經(jīng)微孔濾膜過濾得到二次浸提液；合并兩次浸提液，即得色素提取液；所述步驟(3)中兩次浸提過程中的脈沖電場強度為50-80kV/cm，脈沖寬度為20-40μs，脈沖頻率為600-1200Hz，工作溫度為室溫；

(4)將步驟(3)所得到的色素提取液減壓濃縮至原來體積的1/3后，加入2-4倍質(zhì)量的95％乙醇溶液，放置于4℃冰箱中進行充分醇沉3-6h，然后經(jīng)固液分離除去沉淀物，將濾液減壓濃縮、干燥后得到粉末狀板栗殼棕色素。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述步驟(3)中兩次浸提所使用的乙醇水溶液的體積分?jǐn)?shù)為25％-45％。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述步驟(3)中微孔濾膜的孔徑為0.8μm。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述步驟(4)的干燥方式是指冷凍干燥或者噴霧干燥。

本發(fā)明較優(yōu)的技術(shù)方案：所述步驟(3)、步驟(4)中的乙醇為食用級乙醇。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明使用超微粉碎技術(shù)可以將板栗殼破壁粉碎成亞微米級的微細顆粒(8-13μm)，導(dǎo)致物料表面積和孔隙率大幅度增加，可免除溶劑穿透細胞壁進入細胞將色素成分溶出的漫長過程和障礙。

(2)本發(fā)明首次將脈沖電場技術(shù)引入板栗殼色素的醇法提取工藝中，可以瞬間破壞板栗殼的細胞膜，造成細胞膜電位混亂，加速細胞膜內(nèi)色素的溶出速率。與傳統(tǒng)的溶劑浸提法相比，本發(fā)明不需要加熱，即可達到板栗殼色素快速、完全溶出的效果，從而可以節(jié)約提取時間和能源，具有提取溫度低、產(chǎn)品得率高、處理時間短、操作簡便等優(yōu)點。

(3)本發(fā)明所得產(chǎn)品色率高，水溶性好，對光、熱表現(xiàn)出較強的質(zhì)量穩(wěn)定性，生產(chǎn)環(huán)節(jié)僅使用食用乙醇作為化學(xué)試劑，安全無毒，可以作為一種高效的板栗殼色素生產(chǎn)技術(shù)推廣應(yīng)用。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

實施例一，一種超微粉碎協(xié)同醇提法制備板栗殼棕色素的方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)將板栗殼去雜、清洗、干燥后，使用普通粉碎機對其進行初粉碎，過60目篩網(wǎng)備用；

(2)將步驟(1)得到的粗粉投入超微粉碎設(shè)備進行破壁處理2次，控制進料速度1kg/h，壓力0.8MPa，得到板栗殼超微粉產(chǎn)品；

(3)將板栗殼超微粉按照1：8的質(zhì)量比例加入30％乙醇水溶液中，混合均勻后，將料液置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下處理25min；將濾渣與乙醇水溶液按照1：8的料液比混合均勻后，再次置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下浸提25min后，再次經(jīng)微孔濾膜過濾得到二次浸提液；合并兩次浸提液，即得色素提取液；兩次浸提的脈沖電場強度60kV/cm，脈沖寬度30μs，脈沖頻率600Hz，工作溫度為室溫；

(4)將步驟(3)所得到的色素提取液減壓濃縮至原來體積的1/3后，加入4倍質(zhì)量的95％乙醇溶液，放置于4℃冰箱中進行充分醇沉6h，經(jīng)固液分離去除沉淀，將濾液減壓濃縮、噴霧干燥后即得本發(fā)明所述的板栗殼棕色素粉末產(chǎn)品。經(jīng)檢測，所得色素產(chǎn)品的提取率為15.8％，色率(EBC)為9961，紅色指數(shù)為6.21。

實施例二，一種超微粉碎協(xié)同醇提法制備板栗殼棕色素的方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)將板栗殼去雜、清洗、干燥后，使用普通粉碎機對其進行初粉碎，過80目篩網(wǎng)備用；

(2)將步驟(1)得到的粗粉投入超微粉碎設(shè)備進行破壁處理1次，控制進料速度2.0kg/h，壓力1.0MPa，得到板栗殼超微粉產(chǎn)品；

(3)將板栗殼超微粉按照1：10的質(zhì)量比例加入35％乙醇水溶液中，分散均勻后，將料液置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下處理15min；將濾渣與乙醇水溶液按照1：10的料液比混合均勻后，再次置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下浸提15min后，再次經(jīng)微孔濾膜過濾得到二次浸提液；合并兩次浸提液，即得色素提取液；兩次浸提的脈沖強度50kV/cm，脈沖寬度20μs，脈沖頻率800Hz，工作溫度為室溫；

(4)將步驟(3)所得到的色素提取液減壓濃縮至原來體積的1/3后，加入3倍質(zhì)量的95％乙醇溶液，放置于4℃冰箱中進行充分醇沉5h，經(jīng)固液分離去除沉淀，濾液經(jīng)減壓濃縮、噴霧干燥后即得本發(fā)明所述的板栗殼棕色素粉末產(chǎn)品。經(jīng)檢測，所得色素產(chǎn)品的提取率為16.3％，色率(EBC)為10414，紅色指數(shù)為6.56。

實施例三，一種超微粉碎協(xié)同醇提法制備板栗殼棕色素的方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)將板栗殼去雜、清洗、干燥后，使用普通粉碎機對其進行初粉碎，過80目篩網(wǎng)備用；

(2)將步驟(1)得到的粗粉投入低溫超微粉碎設(shè)備進行破壁處理1次，控制進料速度1.0kg/h，壓力0.5MPa，得到板栗殼超微粉產(chǎn)品；

(3)將板栗殼超微粉按照1：15的質(zhì)量比例加入40％乙醇水溶液中，分散均勻后，將料液置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下處理20min；將濾渣與乙醇水溶液按照1：15的料液比混合均勻后，再次置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下浸提20min后，再次經(jīng)微孔濾膜過濾得到二次浸提液；合并兩次浸提液，即得色素提取液；兩次浸提的脈沖電場強度65kV/cm，脈沖寬度35μs，脈沖頻率1000Hz，工作溫度為室溫；

(4)將步驟(3)所得到的色素提取液減壓濃縮至原來體積的1/3后，加入2倍質(zhì)量的95％乙醇溶液，放置于4℃冰箱中進行充分醇沉3h，經(jīng)固液分離去除雜質(zhì)，濾液減壓濃縮、冷凍干燥后即得本發(fā)明所述的板栗殼棕色素粉末產(chǎn)品。經(jīng)檢測，所得色素產(chǎn)品的提取率為16.2％，色率(EBC)為10275，紅色指數(shù)為6.30。

實施例四，一種超微粉碎協(xié)同醇提法制備板栗殼棕色素的方法，其特征在于具體步驟如下：

(1)將板栗殼去雜、清洗、干燥后，使用普通粉碎機對其進行初粉碎，過40目篩網(wǎng)備用；

(2)將步驟(1)得到的粗粉投入低溫超微粉碎設(shè)備進行破壁處理2次，控制進料速度1.5kg/h，壓力0.8MPa，得到板栗殼超微粉產(chǎn)品；

(3)將板栗殼超微粉按照1：12的質(zhì)量比例加入45％乙醇水溶液中，分散均勻后，將料液置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下處理25min，將濾渣與乙醇水溶液按照1：12的料液比混合均勻后，再次置入脈沖電場處理室中，在不斷攪拌條件下浸提25min后，再次經(jīng)微孔濾膜過濾得到二次浸提液；合并兩次浸提液，即得色素提取液；兩次浸提的脈沖電場強度80kV/cm，脈沖寬度40μs，脈沖頻率1100Hz，工作溫度為室溫；

(4)將步驟(3)所得到的色素提取液減壓濃縮至原來體積的1/3后，加入3倍質(zhì)量的95％乙醇溶液，放置于4℃冰箱中進行充分醇沉4h，經(jīng)固液分離去除雜質(zhì)，濾液經(jīng)減壓濃縮、冷凍干燥后即得本發(fā)明所述的板栗殼棕色素粉末產(chǎn)品。經(jīng)檢測，所得色素產(chǎn)品的提取率為15.9％，色率(EBC)為10108，紅色指數(shù)為6.22。

通過進一步的實驗觀察，以上實施例1-4中的色素產(chǎn)品能較好的溶解于水、酒精溶液中，無沉淀現(xiàn)象，呈透亮棕色；對光、熱表現(xiàn)出較強的穩(wěn)定性，能在廣泛的pH值環(huán)境中(pH4-14)保持顏色變化不大，可以替代焦糖色素應(yīng)用于飲料、酒、冷食、糕點等食品中。

李云雁等人使用30％的乙醇水溶液提取板栗殼色素，提取時間6h，提取溫度80℃，得率為6.3％；劉平等人使用超聲波技術(shù)提取板栗殼色素，提取時間3h，提取溫度70℃，得率為11.64％；吳春華等人利用微波輻照法提取板栗殼色素，提取時間13min，提取溫度75℃，得率為7.02％；而使用本發(fā)明所述的方法提取板栗殼色素，提取時間為30-50min，提取溫度為室溫(不需要加熱)，得率大于15.5％。綜合以上各方面的數(shù)據(jù)對比，本發(fā)明所述的方法優(yōu)于現(xiàn)有的制備技術(shù)。