一种聚合度均一的低聚原花青素的连续化生产方法与流程

本发明涉及制备低聚原花青素的方法，具体涉及一种聚合度均一的低聚原花青素的连续化生产方法。

背景技术：

原花青素是自然界中广泛存在的一大类天然多酸类化合物的总称。原花青素资源分布广泛，存在于葡萄、山楂、可可豆、野草莓、樱桃、芒果、苹果、柏树、白桦树、银杏、茶叶、高粱、大麦、日本罗汉柏、北美崖柏、土耳其侧柏、落叶松、莲房，野草墓、樱桃等植物中。

花青素是目前国际上公认的清除人体内自由基最有效的天然抗氧化剂，其抗氧化和清除自由基的能力极强，约为vc的20倍，ve的50倍，在欧美被广泛用于各种普通食品中如蛋糕、奶酪等，既作为营养强化剂，又作为天然防腐剂来代替合成防腐剂。原花青素作为健康食品的原料直接制成胶囊等剂型已成为美国天然植物药十大畅销品之一。高品质的原花青素在水和醇中有良好的溶解性，加上其色泽亮丽，被广泛用于饮料和酒中。

原花青素(proanthocyanidins，pc)是一种常见的聚多酚类黄酮，广泛存在于自然界的植物中，如葡萄籽中原花青素含量很丰富。研究表明，葡萄籽原花青素具有良好的抗氧化功能，可以很好地清除自由基，医治一些由自由基造成的疾病，还有抗毒消炎、防治心血管疾病等功效。按聚合度差异可将原花青素分为3类：聚合度为1的单体，具体包括表儿茶素、没食子酸、儿茶素等，聚合度在2-4的称为低聚原花青素，聚合度在≥5的称为高聚原花青素。研究发现，原花青素在人体的内的吸收是通过肠道微生物的分解作用，而这种分解只针对单体和二聚体，当分子量变大，分解作用也极低。可能的原因是高聚原花青素的分子量比低聚体大，受到空间位阻的影响更大，因此，高聚体的抗氧化能力低于低聚体。因此，为了使原花青素的利用效益达到最大化，有必要对高聚原花青素进行降解处理来提高其使用价值。

现有技术中有很多制备低聚原花青素的公开资料，对于产品的关注主要聚焦在平均聚合度，纯度，收率上。对于平均聚合物，一般都采用以原花青素单体作为标准品，通过待测样品物质质量浓度/待测样品物质的量浓度计算得到平均聚合度，少有对其产品成分做进一步细致研究。

发明人在前的专利cn202110284690.8公开了一种连续化制备低聚原花青素的方法，发明人在对平均聚合度接近的原花青素低聚物产品进行抗氧化活性测试时发现，即使平均聚合度相同，抗氧化活性却差异较大。探究其原因，可能是由于聚合度比较离散，不同的产品的平均聚合度虽然接近，但是由于平均聚合度是通过总的物质的量的数据计算得到，并不能表征原花青素低聚物产品的均一性，也可以理解是并不能表征原花青素低聚物产品额分子量分布。因此，即使平均聚合度相同，但是聚合度为2-3的产品所占比例可能不同，导致了抗氧化活性也不尽相同。众所周知，对于药用产品成分、质量、性能的均一性是评价药物可靠性的关键因素，

cn101100464a公开了一种高orac值低聚原花青素及其提纯方法，具体是用含原花青素原料溶解后进行超滤，选择不铜截留分量的超滤膜得到不同orac值的低聚花青素产品。但该方法实际上是对产品不同分子量的一种筛选，并不是通过在制备工艺上进行调整使产品品质均一。

cn103923052a公开了一种低聚原花青素的制备方法，是以60-70％的乙醇提取后，控制ph4.0-4.4，利用打孔树脂吸附以及不同聚合度原花青素在不同浓度乙醇中溶解度不同的原理进行洗脱，得到的产品中聚合度在2-4的低聚体产物含量高。该方法得的产品平均聚合度低，而且产品中低聚原花青素的含量在95％以上。但是该方法舍弃了大量的其他浓度乙醇中的物质，并不是通过生产工艺提高产品的均一性，因此产率只有56％至78％。

cn109943605a公开了一种均一组分低聚原花青素的制备方法，其实用含原花青素的原料水溶液进行发酵、提取、脱脂、萃取、干燥得到粗品，然后过树脂柱，洗脱、冻干得到低聚原花青素产品。聚合度均一，平均聚合度小。该专利方法是以5wt％甲醇、30wt％甲醇、70wt％甲醇、95wt％甲醇分别进行洗脱，收集70％甲醇水溶液得到的产物为均一组分的低聚原花青素，该方法的实质也是通过对高聚原花青素降解后的产物进行选择性的吸附，产率并不会高。

而且，上述方法均不涉及原花青素低聚物的连续化的生产方法。因此，研发一种能够连续化生产原花青素低聚物，同时产物成分均一的方法具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种连续化制备低聚原花青素的方法，同时所得产品聚合度均一度高，产品质量稳定，可以实现连续化作业，工艺简单，对设备要求低，产业化能力强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种聚合度均一的低聚原花青素的连续化生产方法，包括以下步骤：

(1)配制催化降解液：将含高聚原花青素原料溶解于碱性的催化降解液中，搅拌至充分溶解；

(2)催化降解：将降解液上柱于阴离子交换树脂，收集流出液i；

(3)膜分离：将流出液i过膜，分别收集截留液和透过液；

(4)富集：透过液上柱于大孔吸附树脂至饱和，更换同规格同类型的大孔吸附树脂继续上柱，同时对饱和的大孔吸附树脂水赶后除杂，再加醇水溶液解吸备用；透过液在另一根大孔吸附树脂上柱至饱和时，更换上述水赶、除杂、解吸备用的大孔吸附树脂继续上柱至饱和，两根以上的树脂循环交替使用，分别收集合并上柱流出液ii和解吸液，解吸时加入有机弱酸；

(5)循环套用：将步骤(4)流出液ii与步骤(3)截留液合并，加入含高聚原花青素原料溶解后，作为步骤(1)的降解液的补充套用，继续按步骤(2)方法上柱；

(6)浓缩干燥：将步骤(4)得到的解吸液浓缩、干燥，即得低聚原花青素产品。

步骤(1)中，所述含高聚原花青素原料中，聚合度≥5的高聚花青素含量在60wt％以上的原花青素混合物。所述含高聚原花青素原料是植物原料经过提取精制而制得，包括但不限于蔓越橘原花青素、越橘原花青素、玫瑰茄原花青素、葡萄籽原花青素、蝶豆花原花青素、蓝莓原花青素、紫甘薯原花青素、紫米原花青素或黑米原花青素中的任意一种。

步骤(1)中，所述催化降解液是有碱、乙酸乙酯、乙醇和水的混合物；优选地，其中乙酸乙酯、乙醇和水的质量比为0.1-0.5：0.5-2：10-15，碱的加入量为使催化降解液的ph值为10-14，优选为12-13；所述的碱包括金属氢氧化物，优选地，还包括金属碳酸盐和/或金属碳酸氢盐。

进一步地，所述金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾，氢氧化钡中的至少一种；所述金属碳酸盐为碳酸钠和碳酸钾中的至少一种，所述金属碳酸氢盐为碳酸氢钠和碳酸氢钾中的至少一种。

进一步地，所述金属氢氧化物为氢氧化钠/氢氧化钾和氢氧化钡的混合碱；优选为氢氧化钠/氢氧化钾和氢氧化钡按照质量比2-10:1的混合碱；更优选地，所述金属氢氧化物为氢氧化钠/氢氧化钾和氢氧化钡按照质量比4-7：1的混合金属氢氧化物。发明人预料不到地发现，采用氢氧化钠/氢氧化钾和氢氧化钡的混合碱，能够进一步加强高聚原花青素的降解效率，产生更多的低聚体。推测原因可能在于，氢氧化钡除了能够发挥碱的作用，金属钡离子可能也对降解具有一定作用。

更进一步地，所述的碱还包括金属碳酸盐和/或金属碳酸氢盐，金属碳酸盐和/或金属碳酸氢盐，与金属氢氧化物的质量比为1:1-3。申请人发现，碱性降解体系中含有一定量的弱酸根阴离子，有助于提高降解的稳定性。

步骤(1)中，所述含高聚原花青素原料与催化降解液的比例为使溶液中含高聚原花青素原料量浓度为30-100g/l，优选50-70g/l。

步骤(2)中，所述阴离子交换树脂选自lx-t5、lxd-762、lx-94、d941，所述阴离子交换树脂的体积为催化降解液的0.1至0.3倍，优选为0.2-0.25倍，所述层析柱的径高比为1:3-8，上柱流速为0.1-0.5bv/h。阴离子交换树脂提供了一个类似于缓冲溶液的相对稳定的碱性条件，有利于原青花素高聚体稳定均匀地降解。

步骤(2)中，所述阴离子交换树脂柱温度保持在40-50℃之间。在该温度范围，原青花素高聚体稳定均匀地降解。

步骤(3)中，所述膜优选为旋转错流过滤膜，相对于常规的静态膜过滤而言，采用旋转错流过滤膜通量大，不易堵柱，所述旋转错流过滤膜的截留分子量为1000-3000da。

步骤(4)中，两根以上的大孔吸附树脂的数量是2-10根，根据实际情况，比如原料的量，树脂柱的处理量等条件可以灵活调整，比如适用2根，3根，4根，5根大孔吸附树脂交替使用。

所述大孔吸附树脂的为d101、ab-8、dm130、lsa-10、lx-12、xda-6、xda-7、lx-68、xda-200b中的任意一种；所述大孔吸附树脂的体积为催化降解液的0.1至0.3倍；所述层析柱的径高比为1:3-8，上柱流速为0.5-1bv/h。

步骤(4)中，所述的水赶是用0.7-1.5bv纯水，流速为1-2bv/h；所述除杂是用2-3bv的低度乙酸乙酯/醇的水溶液，流速0.5-1bv/h，所述低度乙酸乙酯/醇的水溶液中，乙酸乙酯的体积分数为2-4％，醇的体积分数为5-10％，所述醇为乙醇和甲醇中的至少一种。

步骤(4)中，所述解吸是用2-3bv的体积分数40-70％的醇水溶液洗脱，醇水溶液中还含有机弱酸，有机酸的添加量为致使醇水解吸的ph值为3-6，优选4-5；流速0.5-1bv/h；所述醇为乙醇和甲醇中的至少一种，所述有机弱酸选自苹果酸、柠檬酸、抗坏血酸中的至少一种。酸性条件利于保持原花青素的稳定性。

步骤(4)中，所述上柱流出液ii为上柱过程中的流出液，不包括水赶流出液和除杂流出液。

步骤(5)中，所述含高聚原花青素原料的加入量使合并的降解液中，含高聚原花青素原料质量浓度接近步骤(1)中配制催化降解液中的浓度，即30-100g/l，优选50-70g/l，并用碱调节接近步骤(1)中配制催化降解液的ph。所述的碱和步骤(1)中配制催化降解液一致。

步骤(6)中，所述浓缩为以减少水分为目的，包括但不限于真空旋转浓缩、单效减压蒸发浓缩、多效减压蒸发浓缩中的一种，浓缩温度不高于70℃，真空度为-0.06至-0.1mpa；所述干燥为以除去水分为目的，包括但不包括真空干燥、鼓风干燥、真空微波干燥、真空冷冻干燥中的任意一种，干燥温度不高于70℃。

本发明方法的原理是：

将一定量的高聚原花青素溶解于催化降解液(乙酸乙酯、醇、水及碱的混合物)中，经过不同程度降解后的原花青素随后上柱于阴离子交换树脂，阴离子交换树脂的弱碱性阴离子提供了更加稳定的碱性降解环境，能够有助于得到相对聚合度均一的低聚原花青素产品，随后含有低聚原花青素的流出液再次经过保险膜分离，实现不同聚和度原花青素的分离；然后富含低聚原花青素膜透过液上柱于大孔吸附树脂，吸附饱和后进行水洗和解吸，解吸时加入一定量的有机弱酸，提高解吸时低聚物的稳定性。本发明通过更替2根以上的同类型的大孔吸附树脂，饱和后交替使用。收集到的解吸液浓缩干燥后即得低聚原花青素。膜分离得到截留液和阴离子交换树脂树脂的上柱流出液合并后进行套用，即再次加入高聚原花青素作为新的催化降解液继续进行降解并上柱于阴离子交换柱，从而实现整个生产工艺的连续性。所得产品纯度高，整体收率好，聚合度均一，是一种聚合度均一的低聚原花青素产品的连续化生产方法。

本发明方法的有益效果如下：

一、本发明方法是一种连续化的生产低聚原花青素产品的便于工业化生产的方法，巧妙地利用了树脂的利用方式和溶剂循环方式，树脂和溶剂利用率远远超过现有的制备低聚原花青素的工艺，工艺过程简便易操作，不需要使用复杂或者大型的设备，适宜于工业化生产。所得低聚原花青素产品品质高，产率高，具有产业上的优势。

二、本发明通过对碱性催化降解的条件，特别是在阴离子交换树脂下进行降解，以及降解液中含有一定量的弱碱性阴离子，提供了一个相对稳定的碱性降解环境，使原花青素高聚体稳定、持续地降解为聚合度相对均一的产品。

附图说明

图1是本发明低聚原花青素制备的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例所使用的高聚原花青素产品由江西海富生物工程有限公司提供，葡萄籽原花青素平均聚合度11.6，含量76.4wt％。

本发明实施例所使用的原料或化学试剂或所用设备，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。

所述旋转错流过滤膜采购自南京福林德环保科技有限公司fld-sys-1000，截留分子量为1000da。

阴离子交换树脂采购自西安蓝晓科技新材料股份有限公司。

本发明所用到的检测方法详述如下：

1.平均聚合度的检测方法为：

1)物质质量浓度的测定：分别配置浓度为30、90、150、210、270μg/ml的儿茶素甲醇对照品，精确称取对照品0.5ml，分别置于10ml具塞玻璃试管中，再分别精密加入4％的香草醛甲醇溶液3ml及浓盐酸1.5ml，摇匀，在20℃水浴15min，在500nm波长处测定吸光度并制作标准曲线。用同样的方法，将精确称取一定量的待测样品代替标准品用以上方法进行配置和检测，并通过标准曲线进行计算后，即可得出待测样品质量浓度。

2)物质的量浓度的测定：精密量取儿茶素对照品溶液适量，分别置5ml量瓶中，加入乙酸溶液(含2％甲醇)至刻度，分别制得0.025、0.050、0.075、0.100、0.125μmol/ml的对照品溶液，分别取1ml并置于10ml具塞试管中，加入4％盐酸及1.0％香草醛乙酸溶液5ml，摇匀，20℃水浴20min，在500nm波长处测定吸光度并制作标准曲线。用同样的方法，将步骤1)的待测样品稀释液稀释成一定浓度倍数后，代替对照品用以上方法进行检测，并通过标准曲线和稀释倍数进行计算后，即可得出待测样品物质的量浓度。

3)平均聚合度的测定：平均聚合度＝(待测样品物质质量浓度/待测样品物质的量浓度)/对照品的摩尔质量。

2.含量的测定方法

采用方法(1)中得出待测样品的质量浓度后，按照样品稀释比例折算即可得到花青素含量。

3.分子量和分子量分布的测试方法

采用凝胶渗透色谱法(上海辉世gpc102分子量检测凝胶渗透色谱仪)，由于市场上购买不到已知分子量的不同聚合度的原花青素低聚物，因此选择分子量接近的不同聚合度的低聚原花青素作为标准品。绘制标准曲线的线性回归方程：lgmw＝a+btr，mw为标准样品重均分子量，tr为保留时间。单倍体儿茶素的分子量为290.26，二聚体原花青素b2的分子量578.53，三聚体原花青素c1的分子量为886.77，原花青素四聚体i的分子量为1153.68。

取待测样品注入色谱仪，根据以下公式计算得到分子量和分子量分布：

d＝mw/mn

rii为样品在保留时间i的峰高，mi为样品在保留时间i的分子量。

实施例1

(1)催化降解液的制备：取葡萄籽原花青素4000g，先取500g溶于10l乙酸乙酯、乙醇及水的体积比例为0.4：1：10的催化降解液中，再用碱调节ph值为13，碱为氢氧化钠，氢氧化钡和碳酸钠按照质量比8：2：5的混合物。

(2)催化降解：将催化降解液上柱于100目2l、径高比为1:4的阴离子交换树脂柱lx-t5，底端上柱流速为0.1bv/h，柱温度为50℃，收集流出液i，降解过程中通过柱外夹层保温，维持阴离子交换树脂柱温度保持在45±1℃。

(3)膜过滤：将流出液ⅰ通过旋转错流过滤膜，膜为截留分子量为1000da，分别收集截留液和透过液。

(4)富集：将透过液上柱于2l的d101大孔吸附树脂，层析柱径高比为1:4，流速为0.5bv/h，待饱和替换同规格的d101大孔吸附树脂。吸附饱和的层析柱用1bv的纯水以流速1bv/h洗柱后，先用2.5bv低度乙酸乙酯醇水溶剂除杂(乙酸乙酯体积分数为2％、乙醇体积分数为6％)，流速为1bv/h；最后用3bv体积分数为60％的乙醇水溶液解吸，醇水溶液含有苹果酸，苹果酸的添加量为调节ph值为5.5，流速为1bv/h，解吸后的大孔吸附树脂可以继续上柱直至饱和，分别合并两根d101大孔吸附树脂的上柱流出ii和解吸液。

(5)套用：将步骤(4)流出液ⅱ和步骤(3)截留液合并，并加入高聚原花青素溶解，使其浓度为5％，用氢氧化钠，氢氧化钡和碳酸钠按照质量比8：2：5的混合碱调节ph值为13后，继续返回步骤(2)进行上柱。

(6)浓缩干燥：将步骤(4)得到的解吸液在65℃、-0.09mpa条件下真空浓缩至45brix后，再将其置于70℃、-0.09mpa条件下真空干燥，即得2963g低聚原花青素产品。

经检测计算得到：低聚原花青素产品平均聚合度为3.6，分子量分布d＝1.82，含量94.52％，收率91.64％。

实施例2

其他操作和条件和实施例1相同，区别在于步骤(1)中，催化降解液中用碱调节ph值为12。经检测计算得到：低聚原花青素产品平均聚合度为3.7，分子量分布d＝1.79，含量95.09％，收率90.83％。

实施例3

其他操作和条件和实施例1相同，区别在于步骤(1)中，催化降解液中用碱调节ph值为14。经检测计算得到：低聚原花青素产品平均聚合度为3.4，分子量分布d＝1.94，含量91.25％，收率90.83％。

实施例4

其他操作和条件和实施例1相同，区别在于步骤(1)中，催化降解液调节ph的碱为氢氧化钾，氢氧化钡和碳酸氢钾按照质量比7：1：4的混合物。经检测计算得到：低聚原花青素产品平均聚合度为3.6，分子量分布d＝1.84，含量94.27％，收率91.71％。

实施例5

其他操作和条件和实施例1相同，区别在于步骤(2)中，阴离子交换树脂lx-t5替换为阴离子交换树脂lxd-762。经检测计算得到：低聚原花青素产品平均聚合度为3.5，分子量分布d＝1.85，含量94.31％，收率91.48％。

实施例6

其他操作和条件和实施例1相同，区别在于步骤(4)中，解吸时醇水溶液中含6wt％的抗坏血酸，不含其它有机弱酸。经检测计算得到：低聚原花青素产品平均聚合度为3.5，分子量分布d＝1.87，含量94.45％，收率91.52％。

实施例7

其他操作和条件和实施例1相同，区别在于步骤(1)中，催化降解液调节ph的碱为氢氧化钠，氢氧化钡按照质量比4:1的混合金属氢氧化物。经检测计算得到：低聚原花青素产品平均聚合度为3.5，分子量分布d＝1.93，含量94.61％，收率91.73％。

实施例8

其他操作和条件和实施例1相同，区别在于步骤(1)中，催化降解液调节ph的碱为氢氧化钠。经检测计算得到：低聚原花青素产品平均聚合度为3.5，分子量分布d＝1.92，含量93.25％，收率88.71％。

对比例1

其他操作和条件和实施例1相同，区别在于步骤(2)中阴离子交换树脂替换为粒径约150μm的聚酰胺树脂。经检测计算得到：本实施例低聚原花青素产品平均聚合度为3.5，分子量分布d＝2.14，含量为94.22％，收率93.53％。

对比例2

其他操作和条件和实施例1相同，区别在于步骤(4)中，解吸时醇水溶液不含有苹果酸。经检测计算得到：本实施例低聚原花青素产品平均聚合度为3.5，分子量分布d＝2.08，含量为92.73％，收率91.28％。

应用例抗氧化活性的测试

本发明采用dpph法测试样品的体外抗氧化活性，具体是分别将上述实施例和对比例的样品配制成不同质量浓度的乙醇溶液备用，dpph用污水乙醇配制为0.3mm的溶液，向5mldpph溶液中加入5ml样品溶液，摇匀，避光，于40℃水浴中放置30min后，测试在517nm的吸光度。根据dpph标准曲线计算得到样品对dpph的清除率达到50％的浓度ic50(mg/l)。并且在相同条件下测试维生素c(vc)的ic50作为阳性对照。结果如下表1所示：

从本发明实施例和对比例的抗氧化活性可以看出，本发明制备得到的低聚原花青素产品，在相同或者接近的平均聚合度下，具有更强的体外抗氧化活性，同时聚合度更加均一。可能的原因是本发明方法得到的低聚原花青素产品中，有效的低聚物(聚合度2-3)的含量更高。本发明低聚原花青素产品可以通过连续化的工艺得到，产品聚合度均一，品质稳定，是一种极具产业化前景的低聚原花青素的生产工艺。