天然辣椒红色素的亚临界萃取

天然辣椒红色素的亚临界萃取 天然辣椒红色素的亚临界提取 杨倩，朱新亮，蔡德水，王琳琳 (安阳漫天雪食品制造有限公司，安阳 455000) 摘要:对亚临界流体提取辣椒红色素的原理、工艺流程和影响工艺的因素作出了描述，并讨论了亚临界提取工艺与传统工艺相比的优点和存在的问题。 关键词:辣椒红色素;亚临界萃取;工艺参数 中图分类号:TS264.4 文献标识码:A 文章编号: Sub-critical Extraction of Capsicum Red Pigment * QI Kun, YANG Qian, ZHU Xin-liang, CAI De-shui, WANG Lin-lin (Anyang Food Manufacturing Co. Ltd., Henan Anyang, 455000) Abstract: Described the principle technology process and factors that influenced technology of Sub-critical fluid extraction of capsicum red pigment. Discussed the advantage and problem of Sub-critical fluid extraction technology comparing with the traditional technology. Key word:capsicum red pigment;Sub-critical extraction;technology parametres [1]辣椒可在不同土壤和气候下生长，世界著名的辣椒产地有中国、印度、墨西哥等国。辣椒中包含有 [2]红色素、辣椒碱、维生素、有机酸等多种有效成分。辣椒红色素(Capsicum red pigment)是一种天然[3]类胡萝卜素，是目前国际上公认的最好的红色素，主要成分为辣椒红素(Capsanthin)、辣椒玉红素 [4](Capsonrubin)、玉米黄质(Zeaxanthin)、胡萝卜素(Carotenoid)等,对人体无任何毒副作用，被FAO、 [5]WHO、美国FDA和中国GB等组织审定为无限制性使用的天然食品添加剂。由于其良好的耐受性及强着色 [6-7]力，特别是具有清除自由基的活性，广泛应用于食品、海产品、医药及化妆品生产，仅美国、日本及欧 [8]洲市场的年需求量约为4000吨，市场前景十分看好。 辣椒红色素传统的溶剂提取工艺为水蒸汽蒸馏，工艺流程长、设备多、操作繁杂、产品中有溶剂残留，色素的品质在加工中受到一定影响。以亚临界状态的溶剂萃取生物原料中的脂类物质，是近20年才发展 [9]起来的一项新的工艺方法，经过20年的不断完善，目前已应用到植物油、色素、精油、药材等几十种植物原料的水溶性和脂溶性成分提取生产中，每年的总加工量近二十万吨。亚临界流体萃取是利用亚临界流体作为萃取剂，在密闭、无氧、低压的压力容器内，依据有机物相似相容的原理，通过萃取物与萃取剂在浸泡过程中的分子扩散过程，达到固体物料中的脂溶性成分转移到液态的萃取剂中，再通过减压蒸发的过 [10]程将萃取剂与目的产物分离，最终得到目的产物的一种新型萃取与分离技术。亚临界流体萃取是继超临界流体萃取技术之后诞生的新技术，主要解决了超临界萃取设备容积小、造价高、耗能大、不适合大规模工业生产的缺陷。亚临界流体萃取相比其它分离方法具有许多优点: 无毒、无害，环保、无污染、非热加工、保留提取物的活性成分不破坏、不氧化，产能大、可进行工业化大规模生产，节能、运行成本低，易于和产物分离。因此, 亚临界流体萃取与分离技术在天然动植物有效成分的提取、中药(含复方)活性成分的提取与有害脂溶性成分的分离、昆虫提取物、动物提取物、天然色素、特种油脂的提取、各种植物粉的脱脂等领域，具有广阔的应用实践。 [11]1 提取理论基础 从原理上讲，亚临界流体萃取的传质仍是如蒸馏、浸提、萃取一样利用相平衡确定分离的极限。当达到相平衡时各相的逸度相等。以固体溶质在超临界流体中的溶解度为例进行说明，固体在气体中溶解度的经验为: SP,,，，pdpS,,SS2,,,exp/,y,,V ,,2222,,,,,P2pRT,,，，,, 1 固体组分2在气相中的溶解度 y,2 S体系温度下纯固态组分2的饱和蒸汽压 P,2 体系总压 P, SS组分2在压力为时的逸度系数 ,,P22 S纯组分2的摩尔体积 V,2 SS 从公式可以看出，的大小与、、T、P有关，的值与固体物本身性质有关，它决定化合物y,PP222 S萃取的难易程度。反映临界流体与化合物相互作用的关系，它往往表现在化合物的极性上。当=0或,P2者很大时，T、P即使有很大变化，也不能萃取。 , 2 提取的工艺原理 在常温和一定压力下，以液化的亚临界溶剂对辣椒颗粒进行逆流萃取，萃取液在常温下减压蒸发，使溶剂气化与萃取出的辣椒浸膏成分分离，得到辣椒浸膏;被萃取过的物料即低温渣在常温下减压蒸发出其中吸附的溶剂，得到另一产品。气化的溶剂被再压缩液化后循环使用。整个萃取过程可以在室温或更低的温度下进行，所以不会对辣椒颗粒中的热敏性成分造成损害，这是亚临界萃取工艺的最大优点。溶剂从物料中气化时，需要吸收热量(气化潜热)，工艺中大部分热量可以通过气化与液化溶剂的热交换达到节能的目的，理论计算和实践证明，经过充分热交换，萃取液的溶剂蒸发所需的能量(压缩机能量)只有以蒸汽为能源蒸发常规溶剂的十分之一。 3 亚临界萃取辣椒红色素工艺流程 工艺流程为:1、经前处理后的辣椒颗粒装入萃取罐;2、将甲醚注入萃取罐对原料进行逆流萃取;3、将萃取罐抽出的萃取物液相打入蒸发系统;4、连通萃取罐与压缩机吸气口，使料渣中的残溶气化，进入压缩机，经压缩液化，冷凝循环使用。料渣排出萃取系统;5、萃取物液相进入蒸发系统，使甲醚减压蒸发后与萃取物分离。6、溶剂压缩液化后再循环使用，萃取物排出蒸发系统。 溶剂周转罐 冷凝液化 辣椒颗粒 萃取罐 脱溶 压缩机 料渣 萃取物混合液 低温蒸发系统 压缩机 精制 色素 成品 图1 亚临界萃取辣椒红色素工艺流程图 Fig.1 Sub-critical extraction of capsicum red pigment technology flow chart 4 影响亚临界流体萃取的因素分析 影响亚临界萃取的因素主要有原料的粒度、溶料比、萃取压力、萃取温度、萃取时间、萃取次数等。 2 要确定亚临界萃取过程的具体操作条件，通常有两种途径:一是利用相平衡理论进行定性分析，建立[12]模型再用计算机进行定量分析;另一种是根据经验确定，再实验论证方案。由于理论研究的薄弱，常采用后一种途径。下面对各个影响因素予以具体分析，希望能提供有益经验。 4.1原料的粒度 根据菲克-爱因斯坦公式原料粒度对萃取速度影响较大。粒度越小，萃取时色素分子在原料内扩散距离越小，扩散表面积增加，扩散阻力减少，萃取速度加快。但粒度过小，透水性差，压力增加且萃取液杂[13]质增多，分离困难，因此粒度大小直接影响萃取速度和得率。李飘英等对物料破碎处理进行了研究，认为原料未经破碎处理时，风味物被抽出的很少，破碎到一定程度后，大大的提高了风味物的提取率，但破碎过度，粒度过细时，则提取率无明显变化，甚至会有所降低。这主要是辣椒色素的亚临界萃取的传质受植物细胞的内扩散所控制，一方面物料变细，增加了传质面积，减少了传质阻力，有利于萃取;另一方面物料过细，在一定压力下易被压实，增加了传质阻力，不利于萃取。 4.2溶料比 亚临界流体萃取辣椒红色素的过程是溶剂与辣椒颗粒相互渗透和扩散的过程。扩散的速率与体系状态，溶剂与辣椒颗粒的浓度差有关。在一定条件下，状态是一定的，此时影响浓度差的溶剂的量就是影响扩散速率的主要因素。从理论上说，溶料比越大，越有利于提高萃取效率，但是在实际操作过程中由于成本的优化，一般控制在1:1,1.5:1之间。 4.3萃取温度与压力 萃取温度对亚临界的影响比较明显，提高萃取温度能增加分子的运动速度，从而提高扩散的速度，但是，过高的温度又会造成活性成分的灭活。因此，将温度控制在50?以内，并在生产过程中根据生产需要适当调节控制。压力与温度呈正相相关关系，萃取温度上升，萃取压力相应提高。压力升高，有助于提高萃取速度。 4.4萃取时间与次数 亚临界萃取为间歇式萃取，在一定时间范围内随着萃取时间的延长，得率不断升高，但随着时间的进一步延长，得率变化缓慢，这说明在一定时间范围内辣椒色素的萃取得率和萃取时间呈正比，当在萃取罐内溶解度趋于饱和时，得率不再与萃取时间成正比。因此，萃取时间并不是越长越好，在兼顾产品质量和经济效益的同时，萃取时间一般选择30min比较合适。 亚临界萃取是间歇式浸提，解析过程中萃取剂与萃取物分离速度较慢，随着萃取次数的增加，辣椒色素几乎被完全萃取，增加萃取次数，只能使能耗增加，萃取率基本不变化。 5 亚临界提取法与传统工艺提取的辣椒红色素的比较 利用亚临界法提取的辣椒红色素不仅能达到国内外要求的，而且在品质上还优于传统工艺提取的 [14]辣椒红色素，提取率也得到了大大的提高。比较了两种工艺生产的产品质量参数，见表1。 表1 两种工艺所得辣椒红色素的质量参数对比 Tab.1 The contrast of two different extraction of capsicum red pigment quality parametres 项目 GB2760-2007标准 亚临界产品 超临界产品 色价 ?50 160,185 160,190 溶剂残留(‰) - 0.1 未检出 As(mg/kg) ?1 ,0.5 ,1 Pb(mg/kg) ?2 0.48 ,1 灰分(,) ?0.5 0.08 - 水分(,) ?5 0.01 - 6 发展现状与展望 辣椒红色素在国内外市场需求量很大，但从色素的具体生产过程来看，大多数企业未参照国际标准来 [15]严格把控产品质量标准，如微生物检测控制不严、重金属超标、残溶含量过高等，导致我国辣椒红色素一直未能在国际市场占有一席之地。亚临界萃取与其他萃取方法相比，不仅克服了传统工艺的不足，保留了超临界流体萃取的优点，而且能有效保证萃取产物的活性成分，有利于提高其稳定性和着色力。因此，把辣椒色素产品做好做强，实现农产品的再次升值，研究辣椒红色素的提取方法和分析工艺是十分必要的。 3 对辣椒红色素进行综合开发与利用，可产生巨大的经济和社会效益。 参考文献: [1] EDGAR U, JOSE M del V, JAIME O. 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