辣椒红色素提取新工艺

一种提取辣椒红色素的新方法摘要：辣椒红色素是一种天然的色素，如何提取,国内许多科研人员作了大量的研究。本文通过介绍四号溶剂的理化性质、工艺萃取效果，介绍一种提取辣椒红色素新方法、新途径。关键词：辣椒红色素；亚临界溶剂；萃取。１前言随着人类文明的进步，科学技术的发展,人们越来越重视合成色素对人体的危害。所以目前不少工业发达国家均已明确规定了食品加工业不允许使用合成色素的最后期限。而天然色素不仅使用安全，有些还具有一定的营养或药理作用，深受消费者的信赖和欢迎。开发安全可靠的天然色素对保障人民健康和促进食品工业的发展，都具有十分重要的意义。辣椒红色素（C40H56O3）是从辣椒中提取的一种天然色素，属于类胡萝卜系色素。其主要成份为辣椒红素，其广泛应用于医药、食品饮料及高级化妆品中。由于它颜色鲜艳、色调多样，一经问世便深受人们的喜爱。色调如下：将食用乙醇以1：15溶解后，加量为1/5000时呈红色，1/8000时呈桔红色，1/12000时呈黄色，因此具有很重要的生产价值。辣椒红色素对人体无任何副作用，因此国际上规定ADI(人体每日摄入量)为“不限制”。天然辣椒红色素是食品、医药和化妆品的一种重要添加剂。我国辣椒资源十分丰富。从辣椒中提取天然色素现已有多项生产技术，目前，国内已由数十家企业生产辣椒红色素，以适应国际市场的要求，但因其皆为普通的有机溶剂提取法，所生产的产品中残留的有机溶剂丙酮、二氯甲烷、2-丙酮、正己烷（6号溶剂）等往往达不到国际粮农组织／世界卫生组织所制定标准的要求。超临界CO2萃取技术生产辣椒红色素工艺中，尽管使用了无毒、无味、价格低廉的二氧化碳作提取剂，可实现辣素和色素的分离，产率高、纯度好，又没有溶剂残留毒性，保持其天然特征，易达出口指标要求。但是，该工艺操作压力较高（25～30Mpa），设备一次性投资过大，成本回收周期太长。而安阳市晶华油脂工程有限公司拥有的4号溶剂低温萃取技术(专利号为:90108660.6)提取辣椒红色素，弥补了以上生产工艺的不足。亚临界溶剂（主要成分为丁烷或丁烷和丙烷按一定比例组成的混合物）萃取技术，是食品加工业的新兴的一项萃取技术[1]，它利用亚临界溶剂沸点低，常温常压下是气态，很容易挥发。用亚临界溶剂萃取色素，低温下易与物料和色素分离的特性，从原料中萃取、分离色素。这种技术与传统的有机溶剂萃取法相比最大优点是常温萃取、低温脱溶。它克服了传统有机溶剂法萃取在分离过程中，需蒸汽加热，破坏掉热敏性物质、色素易氧化，萃取物和色素中存在有机溶剂残留等缺陷；与ＣＯ2超临界萃取法相比，萃取压力低（亚临界溶剂萃取0.4MPa～1.0MPa），工艺简单，设备投资少，操作方便，能实现大规模工业化生产。[2]2、亚临界溶剂理化性质及浸出油脂能力的分析亚临界溶剂的主要成份是丁烷和丙烷的混合物[3]，它是石油生产过程中的一种副产品，液化烃中C3和C4量大约各占50%，另外还有少量的C3、C4的异构体，其质量标准见表二：表二：亚临界溶剂质量标准（GB11174-89）项目质量标准实验方法密度（15℃）Kg/m3分析报告ZBE46001蒸汽压（50℃KPa）不大于1000GB6602C5及C6以上组份含量%(V/V)≤3.0SY208199%蒸发残留物(℃)≤5油渣观察值(ml)分析报告铜片腐蚀级不大于1SY2083总硫含量(%)不大于≤0.05ZBE46002游离水无丙烷、丁烷的物化性质见表三：表三:亚临界溶剂理化性质参数表项目单位丙烷丁烷化学式C3H8C4H10分子量4458摩尔体积m3/kol21.9421.5气体常数Kg.m/kg.℃19.2514.6气体粘度Pa.S（×10-7）8.27.6气体导热系数W/m.k0.660.015气体比热Kj/Kg.mol.℃75.36100.5气体密度Kg/m3(30℃)22.736.25液体比热KJ/Kg(30℃)3.062.55液体粘度Pa.S(30℃)0.0100.016液体表面张力N/m(30℃)10-7611.2介电常数1.691.78气化潜热KJ/Kg(30℃)329358.4液体比重30℃0.48400.5680豆油中扩散系数105cm2/s2.061.54沸点℃-42.07-0.50蒸汽压MPa(30℃)1.090.32爆炸上限(体积%)2.41.6爆炸下限(体积%)9.58.5危险度2.964.31自燃点℃470365临界温度℃95.7152.8临界压力Mpa4.43.6临界密度Kg/m3226225萃取所需溶剂要求的最基本条件是可以与色素以任何比例互溶,而溶剂对色素溶解能力的强弱,关键在于二者的极性是否相近,丙、丁烷的介电常数分别是1.69和1.78,与辣椒红色素的很接近,因此,亚临界溶剂对辣椒红色素以任何比例互溶。在浸出能力方面，丙、丁烷较己烷的粘度小，表面张力小，在色素中扩散系数大，所以原料表面滞流层厚度小，对流扩散系数大，溶剂扩散系数大，原料内溶剂扩散系数也大，在正常情况下，相同粒度的辣椒原料，用四号溶剂萃取比己烷萃取的传质系数大，萃取效率高。亚临界溶剂的饱和蒸汽压是工艺设计的主要参数，其数值大小与丁烷及丙烷的含量有关。在正常情况下，在50℃时，亚临界溶剂的饱和蒸汽压为1.0Mpa,所以该工艺中设备的设计压力不大于1.6Mpa,在工艺使用过程中较为安全。3、辣椒红色素提取工艺及技术参数3.1预处理工艺技术3.1.1工艺流程辣椒→清理→烘干、脱籽→粉碎→造粒→去萃取工序3.1.2工艺说明清理：收购的干辣椒一般含有一定量的杂质及大量的辣椒梗，首先去除杂质及辣椒梗。烘干、脱籽：烘干便于脱籽、萃取，脱籽是提高单位色素的含量。粉碎：粉碎能有效破坏辣椒的组织结构及物理形态，提高物料的表面积，浸出时有利于色素分子向溶剂中扩散。粉碎后的物料粒度一般为40—60目。造粒：辣椒粉通过环模颗粒机，造成Φ4×8的棒状颗粒。3.2浸出工艺技术3.2.1工艺流程粉碎的辣椒→浸出罐→湿粕低温脱溶→低温辣椒粕↓混合油→减压蒸发脱溶→脂溶性辣椒红色素3.2.2工艺说明浸出：浸出工艺是在浸出罐内进行的，浸出罐是低压容器，溶剂或混合油的打入、打出是间歇的。提取辣椒红色素是一般按逆流四浸工艺进行，第一遍、第二遍、第三遍分别用上一罐浸出的第二遍、第三遍、第四遍混合油浸泡（如果是刚开车，前面三遍都是用新鲜溶剂浸出），第四遍用新鲜溶剂浸泡，每遍浸泡30分钟。第一遍浸出的混合油打到蒸发罐内，其余三遍打到其它浸出罐或混合油暂存罐。浸出温度为40℃，压力为0.4MPa～1.0MPa。为了提高浸出效果，浸泡当中适当进行搅拌，有利于油脂分子与溶剂分子的进行对流扩散。溶剂比按1:1.3～1.5，最后粕中残油能达到0.6%以下。湿粕脱溶：湿粕脱溶是利用压力降低时，四号溶剂由液态变成气态，经压缩机压缩冷凝后，变成液态的性质进行的。粕脱溶，是一种吸热过程，因此在脱溶时，需向粕中补充一定热量。补充热量时，为了不使粕中热敏性物质变性，控制加热温度在60℃以下，在脱溶过程中，进行慢速搅拌，有助于溶剂地挥发和热量地传递。混合油蒸发：混合油的蒸发也是利用减压来进行的，所需热量用循环热水来补充。不能直接用蒸汽来加热，以免温度失控，破坏辣椒红色素中的热敏性成份。循环热水温度一般控制在55℃～60℃之间。生产出辣椒红色素主要指标为:辣椒红色素中残溶量:≤20ppm辣椒红色素中含水(%):测不出丙酮不溶物(%):≤2辣椒红色素得率≥94%色价(460nm)≥170～1804、结论亚临界溶剂沸点低，常温常压下是气态，很容易挥发。用该溶剂萃取色素，色价高，易分离，在物料提取液中不残留等优点，已在叶黄素、辣椒红色素、微生物油ARA、DHA等提取方面，已有多家企业使用，并取得了良好的社会效益和经济效益。参考资料[1]祁鲲,汪学德.液化石油气浸出油脂的研究.中国油脂,1995,20(2):16—20