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一種提取辣椒紅色素的新方法
發布：安陽市晶華油脂工程有限公司瀏覽：2703次
摘要 辣椒紅色素是一種天然的色素，如何提取,國內許多科研人員作了大量的研究。本文通過介紹混合溶劑萃取的理化性質、工藝萃取效果，介紹一種提取辣椒紅色素新方法、新途徑。
關鍵詞 辣椒紅色素 低溫萃取
１前言 隨著人類文明的進步，科學技術的發展, 人們越來越重視合成色素對人體的危害。所以目前不少工業發達國家均已明確規定了食品加工業不允許使用合成色素的后期限。而天然色素不僅使用安全，有些還具有一定的營養或藥理作用，深受消費者的信賴和歡迎。開發安全可靠的天然色素對保障人民健康和促進食品工業的發展，都具有十分重要的意義。
辣椒紅色素（C40H56O3）是從辣椒中提取的一種天然色素，屬于類胡蘿卜系色素。其主要成份為辣椒紅素，其廣泛應用于醫藥、食品飲料及化妝品中。由于它顏色鮮艷、色調多樣，一經問世便深受人們的喜愛。色調如下：將食用乙醇以1：15溶解后，加量為1/5000時呈紅色，1/8000時呈桔紅色，1/12000時呈黃色，因此具有很重要的生產價值。辣椒紅色素對人體無任何副作用，因此國際上規定ADI(人體每日攝入量)為“不限制”。
天然辣椒紅色素是食品、醫藥和化妝品的一種重要添加劑。我國辣椒資源十分豐富。從辣椒中提取天然色素現已有多項生產技術，目前，國內已由數十家企業生產辣椒紅色素，以適應國際市場的要求，但因其皆為普通的溶劑提取法，所生產的產品中殘留的溶劑丙酮、二氯甲烷、2-丙酮、正己烷（6號溶劑）等往往達不到國際糧農組織／世界衛生組織所制定標準的要求。超臨界CO2萃取技術生產辣椒紅色素工藝中，盡管使用了無毒、無味、價格低廉的二氧化碳作提取劑，可實現辣素和色素的分離，產率高、純度好，又沒有溶劑殘留毒性，保持其天然特征，易達出口指標要求。但是，該工藝操作壓力較高（25～30Mpa），設備一次性投資過大，成本回收周期太長。而安陽市晶華油脂工程有限公司擁有的混合溶劑低溫萃取技術提取辣椒紅色素，彌補了以上生產工藝的不足。
天然辣椒紅色素是食品、醫藥和化妝品的一種重要添加劑。我國辣椒資源十分豐富。從辣椒中提取天然色素現已有多項生產技術，目前，國內已由數十家企業生產辣椒紅色素，以適應國際市場的要求，但因其皆為普通的溶劑提取法，所生產的產品中殘留的溶劑丙酮、二氯甲烷、2-丙酮、正己烷（6號溶劑）等往往達不到國際糧農組織／世界衛生組織所制定標準的要求。超臨界CO2萃取技術生產辣椒紅色素工藝中，盡管使用了無毒、無味、價格低廉的二氧化碳作提取劑，可實現辣素和色素的分離，產率高、純度好，又沒有溶劑殘留毒性，保持其天然特征，易達出口指標要求。但是，該工藝操作壓力較高（25～30Mpa），設備一次性投資過大，成本回收周期太長。而安陽市晶華油脂工程有限公司擁有的混合溶劑低溫萃取技術提取辣椒紅色素，彌補了以上生產工藝的不足。
混合溶劑萃取技術，是食品加工業的新興的一項萃取技術[1]〕，溶劑沸點低，常溫常壓下是氣態，很容易揮發。萃取色素，低溫下易與物料和色素分離的特性，從原料中萃取、分離色素。這種技術與傳統的溶劑萃取法相比大優點是常溫萃取、低溫脫溶。它克服了傳統溶劑法萃取在分離過程中，需蒸汽加熱，破壞掉熱敏性物質、色素易氧化，萃取物和色素中存在溶劑殘留等缺陷；與ＣＯ2超臨界萃取法相比，萃取壓力低，工藝簡單，設備投資少，操作方便，能實現大規模工業化生產。[2]
2、混合溶劑理化性質及浸出油脂能力的分析
混合溶劑的主要成份是丁烷和丙烷的混合物[3]，它是石油生產過程中的一種副產品，液化烴中C3和C4量大約各占50%，另外還有少量的C3、C4的異構體，其質量標準見表二：
表二：溶劑質量標準（GB11174-89）
項 目 質量標準 實驗方法
密度（15℃）Kg/m3 分析報告 ZBE46001
蒸汽壓（50℃KPa） 不大于1000 GB6602
C5及C6以上組份含量%(V/V) ≤3.0 SY2081
99%蒸發殘留物(℃) ≤5
油渣觀察值(ml) 分析報告
銅片腐蝕級不大于 1 SY2083
總硫含量(%)不大于 ≤0.05 ZBE46002
游離水 無
丙烷、丁烷的物化性質見表三：
表三: 混合溶劑理化性質參數表
|
項目
|
單位
|
丙烷
|
丁烷
|
|
化學式
|
|
C3H8
|
C4H10
|
|
分子量
|
|
44
|
58
|
|
摩爾體積
|
m3/kol
|
21.94
|
21.5
|
|
氣體常數
|
Kg.m/kg.℃
|
19.25
|
14.6
|
|
氣體粘度
|
Pa.S（×10-7）
|
8.2
|
7.6
|
|
氣體導熱系數
|
W/m.k
|
0.66
|
0.015
|
|
氣體比熱
|
Kj/Kg.mol.℃
|
75.36
|
100.5
|
|
氣體密度
|
Kg/m3(30℃)
|
22.73
|
6.25
|
|
液體比熱
|
KJ/Kg(30℃)
|
3.06
|
2.55
|
|
液體粘度
|
Pa.S(30℃)
|
0.010
|
0.016
|
|
液體表面張力
|
N/m(30℃)10-7
|
6
|
11.2
|
|
介電常數
|
|
1.69
|
1.78
|
|
氣化潛熱
|
KJ/Kg(30℃)
|
329
|
358.4
|
|
液體比重
|
30℃
|
0.4840
|
0.5680
|
|
豆油中擴散系數
|
105cm2/s
|
2.06
|
1.54
|
|
沸 點
|
℃
|
-42.07
|
-0.50
|
|
蒸汽壓
|
MPa(30℃)
|
1.09
|
0.32
|
|
爆炸上限
|
(體積%)
|
2.4
|
1.6
|
|
爆炸下限
|
(體積%)
|
9.5
|
8.5
|
|
危險度
|
|
2.96
|
4.31
|
|
自燃點
|
℃
|
470
|
365
|
|
臨界溫度
|
℃
|
95.7
|
152.8
|
|
臨界壓力
|
Mpa
|
4.4
|
3.6
|
|
臨界密度
|
Kg/m3
|
226
|
225
|
萃取所需溶劑要求的基本條件是可以與色素以任何比例互溶,而溶劑對色素溶解能力的強弱,關鍵在于二者的極性是否相近,丙、丁烷的介電常數分別是1.69和1.78,與辣椒紅色素的很接近,因此,混合溶劑對辣椒紅色素以任何比例互溶。
在浸出能力方面，丙、丁烷較己烷的粘度小，表面張力小，在色素中擴散系數大，所以原料表面滯流層厚度小，對流擴散系數大，溶劑擴散系數大，原料內溶劑擴散系數也大，在正常情況下，相同粒度的辣椒原料，用混合溶劑萃取比己烷萃取的傳質系數大，萃取效率高。
混合溶劑的飽和蒸汽壓是工藝設計的主要參數，其數值大小與丁烷及丙烷的含量有關(見圖一)。由圖一中可以看出，在正常情況下，在50℃時，溶劑的飽和蒸汽壓為1.0Mpa,所以該工藝中設備的設計壓力不大于1.6 Mpa,在工藝使用過程中較為安全。
可以看出，在正常情況下，在50℃時，溶劑的飽和蒸汽壓為1.0Mpa,所以該工藝中設備的設計壓力不大于1.6 Mpa,在工藝使用過程中較為安全。
3、辣椒紅色素提取工藝及技術參數
3.1預處理工藝技術
3.1.1工藝流程
辣椒→清理→烘干、脫籽→粉碎→造?！ポ腿」ば?/span>
3.1.2工藝說明
清理：收購的干辣椒一般含有一定量的雜質及大量的辣椒梗，首先去除雜質及辣椒梗。
烘干、脫籽：烘干便于脫籽、萃取，脫籽是提高單位色素的含量。
粉碎：粉碎能有效破壞辣椒的組織結構及物理形態，提高物料的表面積，浸出時有利于色素分子向溶劑中擴散。粉碎后的物料粒度一般為40—60目。
造粒：辣椒粉通過環模顆粒機，造成Φ4×8的棒狀顆粒。
3.2浸出工藝技術
3.2.1工藝流程
粉碎的辣椒→浸出罐→濕粕低溫脫溶→低溫辣椒粕
↓
混合油→減壓蒸發脫溶→脂溶性辣椒紅色素
3.2.2工藝說明
浸出：浸出工藝是在浸出罐內進行的，浸出罐是低壓容器，溶劑或混合油的打入、打出是間歇的。提取辣椒紅色素是一般按逆流四浸工藝進行，遍、第二遍、第三遍分別用上一罐浸出的第二遍、第三遍、第四遍混合油浸泡（如果是剛開車，前面三遍都是用新鮮溶劑浸出），第四遍用新鮮溶劑浸泡，每遍浸泡30分鐘。遍浸出的混合油打到蒸發罐內，其余三遍打到其它浸出罐或混合油暫存罐。浸出溫度為40℃，壓力為0.4MPa～1.0MPa。為了提高浸出效果，浸泡當中適當進行攪拌，有利于油脂分子與溶劑分子的進行對流擴散。溶劑比按1:1.3～1.5，后粕中殘油能達到0.6%以下。
濕粕脫溶：濕粕脫溶是利用壓力降低時，四號溶劑由液態變成氣態，經壓縮機壓縮冷凝后，變成液態的性質進行的。粕脫溶，是一種吸熱過程，因此在脫溶時，需向粕中補充一定熱量。補充熱量時，為了不使粕中熱敏性物質變性，控制加熱溫度在60℃以下，在脫溶過程中，進行慢速攪拌，有助于溶劑地揮發和熱量地傳遞。
混合油蒸發：混合油的蒸發也是利用減壓來進行的，所需熱量用循環熱水來補充。不能直接用蒸汽來加熱，以免溫度失控，破壞辣椒紅色素中的熱敏性成份。循環熱水溫度一般控制在55℃～60℃之間。
生產出辣椒紅色素主要指標為:
辣椒紅色素中殘溶量:≤20ppm
辣椒紅色素中含水(%):測不出
丙酮不溶物 (%):≤2
辣椒紅色素得率≥94%
色價 (460nm)≥170～180
4、結論
混合溶劑沸點低，常溫常壓下是氣態，很容易揮發。用混合溶劑萃取色素，色價高，易分離，在物料提取液中不殘留等優點，已在葉黃素、辣椒紅色素、微生物油ARA、DHA等提取方面，已有多家企業使用，并取得了良好的社會效益和經濟效益。
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