【技术领域】
本发明属于食品加工技术领域。更具体地，本发明涉及一种从紫薯中提取紫薯色素的方法。
【背景技术】
紫薯含有丰富的紫薯色素，紫薯色素是一种天然红色素，属于花青素类色素，它是一种由糖苷键将花青素与糖苷结合而成的化合物，与花青素结合的糖苷主要是葡萄糖苷、阿拉伯糖苷、木糖苷、半乳糖苷以及由这些单糖构成的二糖或三糖。紫薯色素具有显著的抗氧化作用，其清除自由基能力是维生素C的20倍，维生素E的50倍。紫薯色素的热稳定性强，能够耐受食品工业上的高温处理，并且它是水溶性色素，因此能够应用于奶制品、果饮和冰激凌等食品中。根据联合国FAO/WHO的规定“凡是从已知食物中分离出来的化学结构无变化的色素，使用浓度又符合原食物中的天然浓度时，可看做是食品不需要毒理学资料”，因此，紫薯色素提取物可直接应用于食品工业中。
紫薯色素广泛地存在于植物各器官的细胞液泡中，紫薯色素存在形式和颜色会随着液泡的不同pH呈现不同的颜色变化。一般成熟紫薯中花青素类色素含量为0.2-0.8％；因此，紫薯细胞破壁效果直接影响紫薯色素的提取效率。
植物细胞壁主要由纤维素、果胶质与半纤维素三个成分组成，其中纤维素为细胞壁干重的25-50％、果胶质为5％、半纤维素为53％，是选择生物酶法破壁的主要理论依据，因此，在提取紫薯色素时，利用生物酶对植物细胞壁进行破壁，使色素从植物细胞内释放出来，会增加紫薯色素提取效率。目前，常用的紫薯色素提取方法是溶剂浸提法，这种提取方法往往采用其它辅助手段配合进行，例如采用酸-醇 溶液提取紫薯色素时，经常采用微波、超声波、冻融、表面活性剂或生物酶等辅助手段加以配合。另一个常见提取方法是单纯溶剂提取法，这种提取方法工艺简单，但紫薯色素提取率低，通常借助微波、超声波等方法以提高紫薯色素产量。另外，为了提高紫薯色素产品纯度，通常使用现有的表面活性剂，这样将合成化学物质带到产物中，从而会影响紫薯色素产品品质。CN 101161111A公开了一种利用微波和表面活性剂协同提取番薯天然色素的方法，该方法包括色素的提取、微波和表面活性剂协同提取、冷冻、离心、大孔树脂精制等步骤。CN 101530191A公开了一种利用超声波和复合酶协同提取紫薯色素的方法，该方法包括液氮冷冻、粉碎、浸提、硅藻土过滤、大孔吸附树脂吸附、真空干燥等步骤。
但是，这些现有技术仍存在上述技术缺陷。为此，本发明人针对现有技术缺陷，通过大量实验研究与分析，终于完成了本发明。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种提高紫薯色素提取的方法。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种从紫薯提取紫薯色素的方法。
该提取方法的步骤如下：
A、预处理
紫薯干经粉碎、筛分后收集紫薯粉，然后按照以克计紫薯与以ml计蒸馏水的比为2.3～2.8：15，把紫薯粉加到蒸馏水中，混合均匀，得到紫薯水溶液；
B、酶解
按照以克计果胶酶或纤维素酶与以克计紫薯粉的比为0.015～0.030：2.5，把果胶酶和纤维素酶同时加到在步骤A得到的紫 薯水溶液中，混合均匀，使用无机酸水溶液将其溶液的pH调节至5.2～5.8，然后在温度52～58℃下进行酶解1.5～3.0h，得到一种紫薯酶解液；
C、提取
按照以ml计紫薯酶解液与以ml计紫薯色素提取液的比为14～16：50，往步骤B得到的紫薯酶解液中加入紫薯色素提取液，在温度38～42℃的条件下提取0.5～2.0h，接着在10000g条件下离心分离10min，得到的上清液是含有紫薯色素的溶液。
根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于在步骤A中，所述紫薯粉的粒度是60～80目。
根据本发明的一种优选实施方式，在步骤B中，首先按照以克计果胶酶与以克计紫薯粉的比为0.015～0.030：2.5，把果胶酶加到在步骤A得到的紫薯水溶液中，混合均匀，使用无机酸将其溶液的pH调节至3.2～3.8，然后在温度52～58℃下进行酶解1.5～3.0h；
接着，按照以克计纤维素酶与以克计紫薯粉的比为0.015～0.030：2.5加入纤维素酶，混合均匀，使用无机酸将其溶液的pH调节至4.8～5.2，然后在温度52～58℃下进行酶解1.5～3.0h，得到所述的紫薯酶解液。
根据本发明的一种优选实施方式，在步骤B中，所述果胶酶的酶活是1.0～2.0×104U/g；所述纤维素酶的酶活是1.8～2.2×105U/g。
根据本发明的一种优选实施方式，在步骤B中，所述的无机酸是盐酸、硫酸或磷酸。
根据本发明的一种优选实施方式，在步骤B中，所述的无机酸溶液浓度是0.2～1.0mol/L。
根据本发明的一种优选实施方式，在步骤B中，在所述酶解反应液中的果胶酶和纤维素酶比活性是5～20U/ml与80～400U/ml。
根据本发明的一种优选实施方式，在步骤C中，所述的紫薯色 素提取液是由以体积计95％乙醇溶液与浓度为60-70g/L柠檬酸水溶液按照体积比1:10组成的。
下面将更详细地描述本发明。
本发明涉及一种从紫薯提取紫薯色素的方法。
该提取方法的步骤如下：
A、预处理
紫薯干经粉碎、筛分后收集紫薯粉，然后按照以克计紫薯与以ml计蒸馏水的比为2.3～2.8：15，把紫薯粉加到蒸馏水中，混合均匀，得到紫薯水溶液；
在这个步骤中，可以使用在本技术领域里通常使用的粉碎设备与筛分设备对紫薯粉进行粉碎、筛分，例如由天津泰斯特仪器有限公司以商品名中草药粉碎机销售的粉碎设备，由成都企航仪器有限公司销售的国家标准检验筛的筛分设备。
本发明人在提取紫薯色素过程中发现，如果紫薯粉的粒度小于60目，则生物酶解破壁不充分影响紫薯色素提取率；如果紫薯粉的粒度大于80目，则粉碎成本增加；因此，紫薯粉的粒度为60～80目是恰当的。
在本发明中，如果紫薯与蒸馏水的比小于2.3：15，则溶液分散性较差，酶解效率不高；如果紫薯与蒸馏水的比大于2.8：15，则溶液固形物含量较高，生物酶作用时活性较低影响破壁；因此，紫薯与蒸馏水的比为2.3～2.8：15是合理的。
B、酶解
按照以克计果胶酶或纤维素酶与以克计紫薯粉的比为0.015～0.030：2.5，把果胶酶和纤维素酶同时加到在步骤A得到的紫薯水溶液中，混合均匀，使用无机酸将其溶液的pH调节至5.2～5.8，然后在温度52～58℃下进行酶解1.5～3.0h，得到一种紫薯酶解液；
在提取紫薯色素时，需要对紫薯细胞壁进行破壁，使紫薯色素能 够从其细胞内释放出来，因此，细胞破壁效果对保证紫薯色素提取效率是极其重要的。
在本发明中，使用果胶酶与纤维素酶进行酶解。果胶酶(Pectase)是指分解植物主要成分果胶质的酶类。果胶酶是水果加工中最重要的酶，应用果胶酶处理破碎果实，可加速果汁过滤，促进澄清等。果胶酶与其它酶联合使用，使其效果更加明显。纤维素酶(β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，Cellulase)是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，是一种复合酶，主要由外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶等组成。它作用于纤维素以及由纤维素衍生的产物，在将不溶性纤维素转化成葡萄糖以及在果蔬汁中，破坏细胞壁从而提高果汁得率等方面具有非常重要的意义。
根据本发明，使用的果胶酶酶活是1.0～2.0×104U/g。果胶酶酶活定义为1克酶粉在温度50℃与pH3.5的条件下，在1h内催化果胶水解生成1mg半乳糖醛酸。在本发明中，果胶酶酶活是根据QB1502-1992标准测定得到的。
本发明使用的果胶酶是目前市场上销售的产品，例如由苏柯汉公司以商品名SUKAPec、山东龙元生物公司以商品名果胶酶销售的产品。
本发明使用的纤维素酶酶活是1.8～2.2×105U/g。纤维素酶酶活定义为在温度37℃与pH 5.5的条件下，每分钟由浓度4mg/ml羧甲基纤维素钠溶液分解释放1μmol还原糖(以葡萄糖计)所需要的酶量为一个酶活单位。在本发明中，纤维素酶酶活是根据NY/T 912-2004测定得到的。
本发明使用的纤维素酶是目前市场上销售的产品，例如由苏柯汉公司以商品名SUKACell AC、深圳一诺食品配料有限公司以商品名纤维素酶销售的产品。
在本发明中果胶酶或纤维素酶与紫薯粉的比为0.015～0.030：2.5。 如果果胶酶或纤维素酶与紫薯粉的比小于0.015：2.5，则紫薯细胞破壁不充分；果胶酶或纤维素酶与紫薯粉的比大于0.030：2.5，则具有较高的成本。因此，果胶酶或纤维素酶与紫薯粉的比为0.015～0.030：2.5是合理的，优选地是0.018～0.026：2.5，更优选地是0.020～0.024：2.5。
根据本发明，使用无机酸将其紫薯水溶液的pH调节至5.2～5.8。如果紫薯水溶液的pH小于5.2，则影响纤维素酶活性；如果紫薯水溶液的pH高于5.8，则影响果胶酶活性；因此，紫薯水溶液的pH为5.2～5.8是恰当的，优选地是5.4～5.6。
在这个步骤中，使用的无机酸是盐酸、硫酸或磷酸，所述的无机酸浓度一般是0.2～1.0mol/L。
所述的紫薯水溶液在温度52～58℃下进行酶解1.5～3.0h。如果紫薯水溶液在温度52℃以下进行酶解不到1.5h，则影响纤维素酶和果胶酶的活性从而影响紫薯细胞破壁效率；如果紫薯水溶液在温度58℃以上进行酶解3.0h，则会延长提取时间增加能耗，同时影响色素稳定性；因此，紫薯水溶液在温度52～58℃下酶解1.5～3.0h是合理的，优选地是在温度54～56℃下酶解2.0～2.5h。
根据本发明，所述果胶酶和纤维素酶酶活性分别控制在5～20U/ml与80～400U/ml。如果所述酶解果胶酶和纤维素酶浓度低于所述的浓度，则影响紫薯细胞破壁效率；如果所述酶解果胶酶和纤维素酶浓度高于所述的浓度，则会增加成本，因此，所述果胶酶和纤维素酶浓度控制在所述浓度范围之内的非常必要的。
在这个酶解步骤中使用的设备例如是电动搅拌器、磁力搅拌器或反应釜；它们都是目前市场上销售的产品，例如由天津市国铭医药设备有限公司公司销售的电动搅拌器、上海雷磁销售的磁力搅拌器。
根据本发明，使用果胶酶和纤维素酶进行酶解时还可以下面描述的另一种方式进行：
首先按照以克计果胶酶与以克计紫薯粉的比为0.015～0.030：2.5，把果胶酶加到在步骤A得到的紫薯水溶液中，混合均匀，使用无机酸水溶液将其溶液的pH调节至3.2～3.8，然后在温度52～58℃下进行酶解1.5～3.0h；
接着，按照以克计纤维素酶与以克计紫薯粉的比为0.015～0.030：2.5加入纤维素酶，混合均匀，使用无机酸水溶液将其溶液的pH调节至4.8～5.2，然后在温度52～58℃下进行酶解1.5～3.0h，得到所述的紫薯酶解液。
与前面描述的同时加入果胶酶和纤维素酶酶解的方式相比，这种分段式处理的优点就在于可精确控制纤维素酶和果胶酶的酶解温度和pH值以发挥其最大功效。
有关果胶酶和纤维素酶酶解的情况在前面已经描述，在此不再赘述。
C、提取
按照以ml计紫薯酶解液与以ml计紫薯色素提取液的比为14～16：50，往步骤B得到的紫薯酶解液中加入紫薯色素提取液，在温度38～42℃的条件下提取0.5～2.0h，接着在10000g条件下离心分离10min，得到的上清液是含有紫薯色素的溶液。
在本发明中，所述的紫薯色素提取液是由以体积计95％乙醇溶液与浓度为60-70g/L柠檬酸水溶液按照体积比1:10组成的。
根据本发明，如果紫薯酶解液与紫薯色素提取液的比小于14：50，则提取后色素浓度偏低影响后续浓缩干燥；如果紫薯酶解液与紫薯色素提取液的比大于16：50，则紫薯提取率不高；因此，紫薯酶解液与紫薯色素提取液的比为14～16：50是恰当的。
在本发明中，使用紫薯色素提取液从紫薯酶解液提取紫薯色素的温度和时间超过所述范围时，则会影响提取紫薯色素的稳定性。
在这个步骤中提取使用的设备是具有搅拌功能和加热功能的反 应釜。
本发明使用的离心机是目前市场上销售的产品，例如由sigma公司台式冷冻离心机。
采用分光光度法测定了所述上清液含有紫薯色素的含量。
使用现有分光光度计全波长扫描确定，采用紫薯色素提取液提取的紫薯色素与采用果胶酶和纤维素酶酶解提取的紫薯色素在波长525nm处都具有特征吸收峰，具体参见附图1。因此，使用在波长525nm具有特征吸收峰的苋菜红作为测定紫薯色素含量的标准品。
具体地，称取1g干燥苋菜红标准品置于100ml容量瓶中，使用pH3.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液溶解并定容，然后使用所述缓冲液由其苋菜红溶液稀释得到一组浓度分别为0mg/ml、6mg/ml、8mg/ml、10mg/ml、12mg/ml、14mg/ml和16mg/ml的苋菜红溶液，在波长525nm下测定它们的吸光度，制作苋菜红标准曲线，具体参见附图2。
使用所述缓冲液将得到的上清液稀释到适合进行分光光度测定的倍数，然后在波长525nm处测定其吸光度，由苋菜红标准曲线可以确定其紫薯色素含量。根据下述公式由这个紫薯色素含量计算出紫薯色素提取率：(mg/100g)＝(24.48A525+0.041)×X×40(其中X为测定时的稀释倍数)
采用本发明方法提取紫薯总色素的提取率是320-360mg/100g，与无酶处理的色素提取率相比，酶解破壁处理后紫薯色素提取率提高9.5-30％。
[有益效果]
本发明的有益效果是：本发明从紫薯提取紫薯色素方法提取紫薯总色素的提取率是320-360mg/100g，与不使用生物酶破壁处理的紫薯色素提取工艺相比，本发明方法提取率提高9.5-30％。本发明提取紫薯色素方法没有使用任何表面活性剂，也没有采用任何微波、超声波技术，因此获得的产品稳定可靠；本发明提取紫薯色素方法提取时间 短、提取率高，工艺过程简单，便于规模化生产紫薯色素。
【附图说明】
图1是采用紫薯色素提取液提取的紫薯色素与采用果胶酶和纤维素酶酶解提取的紫薯色素全波长扫描图；
图2是苋菜红分光光度标准曲线。
【具体实施方式】
通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
实施例1：从紫薯中提取紫薯色素
该实施例的实施步骤如下：
A、预处理
紫薯干经粉碎、筛分后收集粒度60目的紫薯粉，然后按照以克计紫薯与以ml计蒸馏水的比为2.4：15，把紫薯粉加到蒸馏水中，混合均匀，得到紫薯水溶液；
B、酶解
按照以克计果胶酶和纤维素酶与以克计紫薯粉的比各为0.015：2.5，把酶活1.0×104U/g果胶酶和酶活2.0×105U/g纤维素酶同时加到在步骤A得到的紫薯水溶液中，混合均匀，使用0.2mol/L盐酸水溶液将其溶液的pH调节至5.6，然后在温度52℃下进行酶解3.0h，得到一种紫薯酶解液。采用本说明书中描述的测定方法测定，所述在酶解反应时果胶酶活性为10U/ml，纤维素酶活性为280U/ml。
C、提取
由以体积计95％乙醇溶液与浓度为70g/L柠檬酸水溶液按照体积比1:10配制成一种紫薯酶解液；
按照以ml计紫薯酶解液与以ml计紫薯色素提取液的比为15：50，往步骤B得到的紫薯酶解液中加入紫薯色素提取液，在温度38℃的条件下提取2.0h，接着在10000g条件下离心分离10min，得到的上清液是含有紫薯色素的溶液。
采用本说明书中描述的方法测定，本实施例提取紫薯色素的提取率是320mg/100g。
实施例2：从紫薯中提取紫薯色素
该实施例的实施步骤如下：
A、预处理
紫薯干经粉碎、筛分后收集粒度80目的紫薯粉，然后按照以克计紫薯与以ml计蒸馏水的比为2.3：15，把紫薯粉加到蒸馏水中，混合均匀，得到紫薯水溶液；
B、酶解
按照以克计果胶酶和纤维素酶与以克计紫薯粉的比各为0.020：2.5，把酶活1.3×104U/g果胶酶和酶活1.8×105U/g纤维素酶同时加到在步骤A得到的紫薯水溶液中，混合均匀，使用0.8mol/L硫酸将其溶液的pH调节至5.2，然后在温度56℃下进行酶解2.0h，得到一种紫薯酶解液。采用本说明书中描述的测定方法测定，在所述酶解反应结束时，在所述酶解反应液中果胶酶浓度为5U/ml，纤维素酶浓度为80U/ml。
C、提取
由以体积计95％乙醇溶液与浓度为70g/L柠檬酸水溶液按照体积比1:10配制成一种紫薯酶解液；
按照以ml计紫薯酶解液与以ml计紫薯色素提取液的比为14：50，往步骤B得到的紫薯酶解液中加入紫薯色素提取液，在温度40℃的条件下提取0.5h，接着在10000g条件下离心分离10min，得到的上清液是含有紫薯色素的溶液。
采用本说明书中描述的方法测定，本实施例提取紫薯色素的提取率是310mg/100g。
实施例3：从紫薯中提取紫薯色素
该实施例的实施步骤如下：
A、预处理
紫薯干经粉碎、筛分后收集粒度60目的紫薯粉，然后按照以克计紫薯与以ml计蒸馏水的比为2.8：15，把紫薯粉加到蒸馏水中，混合均匀，得到紫薯水溶液；
B、酶解
按照以克计果胶酶与以克计紫薯粉的比为0.030：2.5，把酶活1.7×104U/g果胶酶加到在步骤A得到的紫薯水溶液中，混合均匀，使用1.0mol/L磷酸将溶液的pH调节至3.8，然后在温度56℃下进行酶解2.0h；采用本说明书中描述的测定方法测定，在所述酶解反应液中果胶酶活性为20U/ml；
接着，按照以克计纤维素酶与以克计紫薯粉的比为0.030：2.5加入酶活2.2×105U/g纤维素酶，混合均匀，使用1.0mol/L磷酸将溶液的pH调节至5.2，然后在温度55℃下进行酶解2.0h，采用本说明书中描述的测定方法测定，在所述酶解反应液中纤维素酶活性为180U/ml。这样得到所述的紫薯酶解液。
C、提取
由以体积计95％乙醇溶液与浓度为60g/L柠檬酸水溶液按照体积比1:10配制成一种紫薯色素提取液。
按照以ml计紫薯酶解液与以ml计紫薯色素提取液的比为15：50，往步骤B得到的紫薯酶解液中加入紫薯色素提取液，在温度42℃的条件下提取1.0h，接着在10000g条件下离心分离10min，得到的上清液是含有紫薯色素的溶液。
采用本说明书中描述的方法测定，本实施例提取紫薯色素的提取率是338mg/100g。
实施例4：从紫薯中提取紫薯色素
该实施例的实施步骤如下：
A、预处理
紫薯干经粉碎、筛分后收集粒度80目的紫薯粉，然后按照以克计紫薯与以ml计蒸馏水的比为2.6：15，把紫薯粉加到蒸馏水中，混合均匀，得到紫薯水溶液；
B、酶解
按照以克计果胶酶与以克计紫薯粉的比为0.025：2.5，把酶活2.0×104U/g果胶酶加到在步骤A得到的紫薯水溶液中，混合均匀，使用0.4mol/L盐酸将其溶液的pH调节至3.4，然后在温度58℃下进行酶解1.5h；采用本说明书中描述的测定方法测定，在所述酶解反应液中果胶酶活性是15U/ml；
接着，按照以克计纤维素酶与以克计紫薯粉的比为0.025：2.5加入酶活2.0×105U/g纤维素酶，混合均匀，使用0.4mol/L盐酸将其溶液的pH调节至5.0，然后在温度55℃下进行酶解2.5h，采用本说明书中描述的测定方法测定，在所述酶解反应液中纤维素酶活性为400U/ml。
C、提取
由以体积计95％乙醇溶液与浓度为60g/L柠檬酸水溶液按照体积比1:10配制成一种紫薯色素提取液。
按照以ml计紫薯酶解液与以ml计紫薯色素提取液的比为15：50，往步骤B得到的紫薯酶解液中加入紫薯色素提取液，在温度40℃的条件下提取1.5h，接着在10000g条件下离心分离10min，得到的上清液是含有紫薯色素的溶液。
采用本说明书中描述的方法测定，本实施例提取紫薯色素的提取率是346mg/100g。
实施例5：从紫薯中提取紫薯色素
该实施例的实施方式与实施例1相同，只是本实施例没有同时使用果胶酶与纤维素酶进行酶解破壁，而是使用紫薯色素提取液直接从紫薯水溶液中提取紫薯色素。
采用本说明书中描述的方法测定，本实施例提取紫薯色素的提取率是260mg/100g。
实施例6：从紫薯中提取紫薯色素
该实施例的实施方式与实施例2相同，只是本实施例没有同时使用果胶酶与纤维素酶进行酶解破壁，而是使用紫薯色素提取液直接从紫薯水溶液中提取紫薯色素。
采用本说明书中描述的方法测定，本实施例提取紫薯色素的提取率是278mg/100g。
实施例7：从紫薯中提取紫薯色素
该实施例的实施方式与实施例3相同，只是本实施例没有使用任何果胶酶与纤维素酶进行酶解破壁，而是使用紫薯色素提取液直接从紫薯水溶液中提取紫薯色素。
采用本说明书中描述的方法测定，本实施例提取紫薯色素的提取率是267mg/100g。
实施例8：从紫薯中提取紫薯色素
该实施例的实施方式与实施例4相同，只是本实施例没有使用任何果胶酶与纤维素酶进行酶解破壁，而是使用紫薯色素提取液直接从紫薯水溶液中提取紫薯色素。
采用本说明书中描述的方法测定，本实施例提取紫薯色素的提取率是275mg/100g。
上述实施例说明使用纤维素酶和果胶酶进行酶解破壁处理可提高紫薯色素提取率。