三种栀子产品的关键工艺技术优化

2013-03-20余翔

食品与机械 2013年5期

余翔

（荆州市产品质量监督检验所，湖北荆州 434000）

栀子色素产业的发展在中国始于20世纪80年代初，率先在该领域进行开发研究的单位有：清华大学、武汉市一轻工业科学研究所及湖北生物制品厂等。通过30 余年的努力，中国在该产业虽然已具备了资源、产能、市场三大优势，但与发达国家相比，在技术创新和产品质量等方面仍存在很大差距。

栀子色素的产品较多，但只有3种产品处于主导地位，分别为栀子蓝、栀子甙和栀子黄。科研人员研究了呈色机理［1］、转色酶［2］、原料纯度［3］等因素对栀子蓝质量的影响，付向阳［4］、刘成伦［5］等也发表了相关的研究报告。关于栀子甙的提取分离工艺国内已有报道［6，7］，结晶栀子甙工业化中试也取得成功［3］，但栀子甙产品价格偏高，降低成本成为拓宽栀子甙国内外市场的关键。国内学者针对栀子黄杂质的去除开展了大量的研究，陆伟［8］、王丕川［9］等采用不同树脂精制栀子黄；赵宜江［10］、陈顺伟［11］等分别采用陶瓷膜、PS－1膜提纯栀子黄色素；张德权等［12］采用超临界萃取法纯化栀子黄色素；涂华等［13］采用微波辅助提取与大孔树脂纯化栀子黄色素。目前，中国国内高端栀子黄产品尚未面市，而日本已在栀子黄的标准中增加了栀子甙这一指标［14］，如果此标准为联合国JECFA 认可，中国栀子黄的出口贸易可能会遭遇新的挑战。因此，本试验对3种栀子色素产品的关键工艺技术进行了较深入探讨，以期把中国在栀子色素产品资源、产能方面的优势转化为经济效益。

1．材料与方法

1．1 试验材料

β－葡苷酶HW126、93%栀子甙：武汉市一轻工业科学研究所；

栀子蓝AU：日本台糖株式会社；

胶原蛋白肽：湖北瑞邦生物科技有限公司；

水：重蒸水，本实验室自制；

乙腈、甲醇：色谱纯，美国Anaqua Chemicais Supply公司。

1．2 试验仪器

水纯化系统：Milli－Q Integral型，美国Millipore公司；

双光束紫外分光光度计：UV2501型，日本岛津株式会社；

高效液相色谱仪：Alliance HPLC型，美国Waters公司。

1．3 试验方法

1．3．1 色素液λmax的测定将酶法转色的色素液滤清，稀释500倍，用1cm 比色皿在UV2501上扫描，即可得出最大吸收峰λmax的波长数。

1．3．2 栀子甙的HPLC 检测以水－乙腈－甲醇为流动相，色谱柱为Hypersil ODS，流速1．2 mL／min，检测波长238nm。

1．3．3 栀子黄的检测准确称样0．5g，用pH ＝3．5 的柠檬酸－磷酸氢二钠缓冲液定容至100 mL，取此液1 mL，再用缓冲液稀释至100mL，使用1cm 比色血，在波长440nm处，测定稀释液的吸光度A。

再按式（1）计算总色价：

式中

E—— 总色价；

A—— 稀释液的吸光度；

f—— 稀释倍数；

m1—— 样品重量，g。

1．3．4 比值法判断栀子黄纯度栀子甙G 的吸光度／栀子黄C的吸光度（G／C），绿原酸Ch 的吸光度／栀子黄C的吸光度（Ch／C），其中G 为栀子甙在238nm 处的吸光度，Ch 为绿原酸在328nm 处的吸光度。

2 结果与讨论

2．1 栀子蓝的关键工艺技术研究

栀子蓝不是植物中的天然组分，而是以栀子中的栀子甙为底物，通过生化反应（酶促反应）或发酵方法而取得的产品，属于生物转化类的天然色素。按栀子蓝的蓝色纯度及饱和度，可将产品分为三类：低端产品，λmax≤590nm，蓝中带紫；中端产品，590nm ＜λmax≤600nm，蓝色纯正，但饱和度不足；高端产品，λmax＞600nm，且在pH ＝3、乙醇含量≥50% 的条件下，不产生混浊和沉淀。从目前中国国产产品的检测结果来看，λmax均在595nm 附近，且在pH＝3、乙醇含量35%的条件下，很快产生沉淀，均只属于中端产品。

生产栀子蓝的生化反应涉及诸多影响因素，如底物浓度、水解酶浓度、酶的特异性及亲和力、酶的最适反应条件、生成物的反馈抑制、反应系统的温度、pH 值、酶的激活剂和抑制剂的含量、氧化还原电位等［15］。

本试验选用活力高、亲和力强的β－葡苷酶、脱色纯化的多肽或氨基酸及氯原酸、栀子黄含量尽可能低且纯度≥90%的栀子甙；在反应温度50 ℃、pH 5．0～5．5 条件下进行酶解，减少了杂质氮源的影响，有效降低了生产成本。使用岛津UV－2501检测了新型栀子蓝产品的UV 图谱，其主峰λmax为608nm、次峰λmax为653nm（图1），主峰λmax决定了蓝色的基调，而次峰λmax及峰高则决定了蓝色的饱和度和亮度。并与台糖株式会社生产的栀子蓝产品进行了对比，台糖栀子蓝样品的主峰λmax为600nm、次峰λmax为653nm（图2）。总体来看，两者峰型基本一致，说明两种栀子蓝的结构、组成相似；而从主峰λmax、次峰的峰高值来看，本研究研制的新型栀子蓝产品的质量更胜一筹。

图1 本试验研制的新型栀子蓝的UV 图谱Figure1 UV graph of our new gardenia blue

图2日本台糖株式会社栀子蓝UV 图谱Figure2 UV graph of gardenia blue from the Japan Taiwan Sugar Corporation

2．2 栀子甙的关键工艺技术

栀子甙既是栀子中的有效药用成分，又是生产栀子蓝、栀子红的原料。研究［16，17］表明，栀子甙具有显著的抗病毒、抗肿瘤、抗内毒素作用，能有效地治疗苯并芘引起的皮肤癌、HSV 引起的唇癌、HSV－II或HPV 引起的宫颈癌和病因尚未明确的恶性黑素瘤，极有可能开发成为国家一类新药。按外观形态可将栀子甙分为粉末和结晶栀子甙；按纯度可将栀子甙分为3类：纯度＜90%为低端产品；90%≤纯度＜98%为中端产品，也称为栀子单体；纯度≥98%为高端产品也称为纯品。

在技术上，目前通用的色谱法、结晶法、吸附法都能获得很好的栀子甙单体和纯品［18］。但如果采用外购单体栀子甙作为生产高品质栀子蓝、栀子红的原料，通常生产厂家已无利润空间，要拓宽栀子甙的国内外市场必须以低碳、低耗、高效为目标开展关键工艺的创新与优化。

本研究对高速逆流色谱（HSCCC）、高效液相色谱（HPLC）、吸附解析、柱层析等方法进行了比较研究，确定了多元溶剂系统纯化工艺，所生产的单体栀子甙含量稳定在92%以上、栀子甙纯品含量稳定在98%以上（图3）；从生产成本上看，单体栀子甙仅为原工艺的50%、纯品栀子甙仅为原工艺的10%（表1）。

图3 纯品栀子甙的HPLC图谱Figure3 HPLC graph of pure geniposide produced by the new processing technique

表1 4种工艺的技术经济参数比较Table1 Technical and economic parameters of four processing techniques

2．3 栀子黄的关键工艺技术

栀子黄是栀子系列色素中最早面市的产品，由于它并非单一成分，所以不能用HPLC外标法进行定量检测。国际上通用的办法是色价法和比值法并用，即用色价法判断栀子黄含量的高低，而用比值表示特定杂质的相对含量。常用的吸光度A 的比值有两个：G／C 和Ch／C（参见1．2）。当两者的比值均大于0．4时，杂质含量较高，为低端产品；当两者的比值在0．2和0．4之间时，为中端产品；当两者的比值都小于0．2时，杂质含量很低，则为高端产品［19］。

本研究开发出一种精确分离栀子黄杂质的工作系统，可稳定地将中端栀子黄精制成高端栀子黄。经测定，Ch／C ＝00?．．17 10 03＝0．158＜0．2；G／C＝0 0?．．17 20 33＝0．175＜0．2（图4）。