三種梔子產品的關鍵工藝技術優化

余 翔

（荊州市產品質量監督檢驗所，湖北 荊州 434000）

梔子色素產業的發展在中國始于20世紀80年代初，率先在該領域進行開發研究的單位有：清華大學、武漢市一輕工業科學研究所及湖北生物制品廠等。通過30 余年的努力，中國在該產業雖然已具備了資源、產能、市場三大優勢，但與發達國家相比，在技術創新和產品質量等方面仍存在很大差距。

梔子色素的產品較多，但只有3種產品處于主導地位，分別為梔子藍、梔子甙和梔子黃。科研人員研究了呈色機理［1］、轉色酶［2］、原料純度［3］等因素對梔子藍質量的影響，付向陽［4］、劉成倫［5］等也發表了相關的研究報告。關于梔子甙的提取分離工藝國內已有報道［6，7］，結晶梔子甙工業化中試也取得成功［3］，但梔子甙產品價格偏高，降低成本成為拓寬梔子甙國內外市場的關鍵。國內學者針對梔子黃雜質的去除開展了大量的研究，陸偉［8］、王丕川［9］等采用不同樹脂精制梔子黃；趙宜江［10］、陳順偉［11］等分別采用陶瓷膜、PS－1膜提純梔子黃色素；張德權等［12］采用超臨界萃取法純化梔子黃色素；涂華等［13］采用微波輔助提取與大孔樹脂純化梔子黃色素。目前，中國國內高端梔子黃產品尚未面市，而日本已在梔子黃的標準中增加了梔子甙這一指標［14］，如果此標準為聯合國JECFA 認可，中國梔子黃的出口貿易可能會遭遇新的挑戰。因此，本試驗對3種梔子色素產品的關鍵工藝技術進行了較深入探討，以期把中國在梔子色素產品資源、產能方面的優勢轉化為經濟效益。

1． 材料與方法

1．1 試驗材料

β－葡苷酶HW126、93%梔子甙：武漢市一輕工業科學研究所；

梔子藍AU：日本臺糖株式會社；

膠原蛋白肽：湖北瑞邦生物科技有限公司；

水：重蒸水，本實驗室自制；

乙腈、甲醇：色譜純，美國Anaqua Chemicais Supply公司。

1．2 試驗儀器

水純化系統：Milli－Q Integral型，美國Millipore公司；

雙光束紫外分光光度計：UV2501型，日本島津株式會社；

高效液相色譜儀：Alliance HPLC型，美國Waters公司。

1．3 試驗方法

1．3．1 色素液λmax的測定 將酶法轉色的色素液濾清，稀釋500倍，用1cm 比色皿在UV2501上掃描，即可得出最大吸收峰λmax的波長數。

1．3．2 梔子甙的HPLC 檢測 以水－乙腈－甲醇為流動相，色譜柱為Hypersil ODS，流速1．2 mL／min，檢測波長238nm。

1．3．3 梔子黃的檢測 準確稱樣0．5g，用pH ＝3．5 的檸檬酸－磷酸氫二鈉緩沖液定容至100 mL，取此液1 mL，再用緩沖液稀釋至100mL，使用1cm 比色血，在波長440nm處，測定稀釋液的吸光度A。

再按式（1）計算總色價：

式中

E—— 總色價；

A—— 稀釋液的吸光度；

f—— 稀釋倍數；

m1—— 樣品重量，g。

1．3．4 比值法判斷梔子黃純度 梔子甙G 的吸光度／梔子黃C的吸光度（G／C），綠原酸Ch 的吸光度／梔子黃C的吸光度（Ch／C），其中G 為梔子甙在238nm 處的吸光度，Ch 為綠原酸在328nm 處的吸光度。

2 結果與討論

2．1 梔子藍的關鍵工藝技術研究

梔子藍不是植物中的天然組分，而是以梔子中的梔子甙為底物，通過生化反應（酶促反應）或發酵方法而取得的產品，屬于生物轉化類的天然色素。按梔子藍的藍色純度及飽和度，可將產品分為三類：低端產品，λmax≤590nm，藍中帶紫；中端產品，590nm ＜λmax≤600nm，藍色純正，但飽和度不足；高端產品，λmax＞600nm，且在pH ＝3、乙醇含量≥50% 的條件下，不產生混濁和沉淀。從目前中國國產產品的檢測結果來看，λmax均在595nm 附近，且在pH＝3、乙醇含量35%的條件下，很快產生沉淀，均只屬于中端產品。

生產梔子藍的生化反應涉及諸多影響因素，如底物濃度、水解酶濃度、酶的特異性及親和力、酶的最適反應條件、生成物的反饋抑制、反應系統的溫度、pH 值、酶的激活劑和抑制劑的含量、氧化還原電位等［15］。

本試驗選用活力高、親和力強的β－葡苷酶、脫色純化的多肽或氨基酸及氯原酸、梔子黃含量盡可能低且純度≥90%的梔子甙；在反應溫度50 ℃、pH 5．0～5．5 條件下進行酶解，減少了雜質氮源的影響，有效降低了生產成本。使用島津UV－2501檢測了新型梔子藍產品的UV 圖譜，其主峰λmax為608nm、次峰λmax為653nm（圖1），主峰λmax決定了藍色的基調，而次峰λmax及峰高則決定了藍色的飽和度和亮度。并與臺糖株式會社生產的梔子藍產品進行了對比，臺糖梔子藍樣品的主峰λmax為600nm、次峰λmax為653nm（圖2）。總體來看，兩者峰型基本一致，說明兩種梔子藍的結構、組成相似；而從主峰λmax、次峰的峰高值來看，本研究研制的新型梔子藍產品的質量更勝一籌。

圖1 本試驗研制的新型梔子藍的UV 圖譜Figure1 UV graph of our new gardenia blue

圖2日本臺糖株式會社梔子藍UV 圖譜Figure2 UV graph of gardenia blue from the Japan Taiwan Sugar Corporation

2．2 梔子甙的關鍵工藝技術

梔子甙既是梔子中的有效藥用成分，又是生產梔子藍、梔子紅的原料。研究［16，17］表明，梔子甙具有顯著的抗病毒、抗腫瘤、抗內毒素作用，能有效地治療苯并芘引起的皮膚癌、HSV 引起的唇癌、HSV－II或HPV 引起的宮頸癌和病因尚未明確的惡性黑素瘤，極有可能開發成為國家一類新藥。按外觀形態可將梔子甙分為粉末和結晶梔子甙；按純度可將梔子甙分為3類：純度＜90%為低端產品；90%≤純度＜98%為中端產品，也稱為梔子單體；純度≥98%為高端產品也稱為純品。

在技術上，目前通用的色譜法、結晶法、吸附法都能獲得很好的梔子甙單體和純品［18］。但如果采用外購單體梔子甙作為生產高品質梔子藍、梔子紅的原料，通常生產廠家已無利潤空間，要拓寬梔子甙的國內外市場必須以低碳、低耗、高效為目標開展關鍵工藝的創新與優化。

本研究對高速逆流色譜（HSCCC）、高效液相色譜（HPLC）、吸附解析、柱層析等方法進行了比較研究，確定了多元溶劑系統純化工藝，所生產的單體梔子甙含量穩定在92%以上、梔子甙純品含量穩定在98%以上（圖3）；從生產成本上看，單體梔子甙僅為原工藝的50%、純品梔子甙僅為原工藝的10%（表1）。

圖3 純品梔子甙的HPLC圖譜Figure3 HPLC graph of pure geniposide produced by the new processing technique

表1 4種工藝的技術經濟參數比較Table1 Technical and economic parameters of four processing techniques

2．3 梔子黃的關鍵工藝技術

梔子黃是梔子系列色素中最早面市的產品，由于它并非單一成分，所以不能用HPLC外標法進行定量檢測。國際上通用的辦法是色價法和比值法并用，即用色價法判斷梔子黃含量的高低，而用比值表示特定雜質的相對含量。常用的吸光度A 的比值有兩個：G／C 和Ch／C（參見1．2）。當兩者的比值均大于0．4時，雜質含量較高，為低端產品；當兩者的比值在0．2和0．4之間時，為中端產品；當兩者的比值都小于0．2時，雜質含量很低，則為高端產品［19］。

本研究開發出一種精確分離梔子黃雜質的工作系統，可穩定地將中端梔子黃精制成高端梔子黃。經測定，Ch／C ＝00?．．17 10 03＝0．158＜0．2；G／C＝0 0?．．17 20 33＝0．175＜0．2（圖4）。

3 結論

本研究提出了λmax＞600nm 和通過次峰提高梔子藍藍色飽和度和亮度及大幅降低梔子甙生產成本、精細分離梔子黃雜質的關鍵技術，雖然這些技術已經取得了突破性進展，但是離工業化規模生產還有較大的距離。

圖4 精制梔子黃的UV 圖譜Figure4 UV graph of gardenia yellow refined by FIT

1 吳拾荊，張繼川，張平安，等．梔子藍的呈色機理及提高產品質量的途徑［J］．中國食品添加劑，1992（3）：90～92．

2 吳拾荊，李華．β－葡苷酶高產株的篩選及應用［J］．武漢化工學院學報，2001，23（2）：28～30．

3 余翔，王宇航，李華，等．結晶梔子甙工業化中試產品穩定性研究［J］．中國食品添加劑，2011（2）：115～120．

4 付向陽，李世杰，方尚玲．桿菌發酵梔子黃廢液產梔子藍色素的搖瓶發酵優化［J］．中國食品添加劑，2002（2）：33～36．

5 劉成倫，徐龍君，謝上芬．從梔子黃廢液中提制天藍色色素［J］．精細化工，1995（12）：50～52．

6 劉成倫，徐龍君，謝上芬．從梔子黃廢液中分離京尼平苷［J］．渝川大學報，1995（12）：51～53．

7 張慶華，李世杰，錢衛國，等．從梔子黃廢液中提取梔子甙的工藝研究［J］．化學與生物工藝，2005（9）：31～34．

8 陸偉，錢驊，張衛明，等．梔子黃色素的提取及精制研究［J］．中國食品添加劑，2010（1）：77～80．

9 王丕川，華建炳，王良華，等．NKA 大孔吸附樹脂分離梔子黃［J］．化工進展，2003，22（6）：622～625．

10 趙宜江，姚建民，徐南平，等．無機膜提取梔子黃色素的工藝研究［J］．南京化工大學學報，1997（3）：16～21．

11 陳順偉，江建明．超濾法梔子黃精制和濃縮研究［J］．浙江林業科技，1993（3）：16～21．

12 張德權，呂飛杰，徐南平，等．超臨界CO2流體技術精制梔子黃研究［J］．農業工程學報，1994（4）：226～230．

13 涂華，陳碧瓊，周錫蘭．梔子黃色素的提取及純化工藝的優化［J］．貴州農業科學，2012，40（7）：192～194．

14 中日兩國食用著色劑標準研討會紀要［J］．中國食品添加劑，2005（2）：135．

15 楊志，張芳，李梅，等．梔子藍色素制備及純化工藝的研究［J］，河南工業大學學報（自然科學版），2008，29（2）：59～63．

16 郭曙軍，趙志英．梔子苷的藥理作用及其作用機制研究進展［J］．包頭醫學院學報，2013，29（2）：111～113．

17 伏建峰，趙華，史清海，等．梔子苷拮抗內毒素的實驗研究［J］．中國現代應用藥學，2013，30（4）：352～356．

18 任治軍，張立明，何開澤．梔子主要成分的提取工藝及藥理研究進展［J］．天然產物研究與開發，2005，17（6）：831～836．

19 曾凡逵，李愛軍，黃雪松．梔子黃色素的研究現狀［J］．中國食品添加劑，2006（2）：110～113．