CN105647227A - 一种辣椒红色素黄红分离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种辣椒红色素黄红分离的方法。该方法包括：将辣椒干燥、粉碎、造粒和浸提，得到色素浸出液；色素浸出液经脱辣后，采用湿法连续上样进行层析分离，分别得到两种洗脱液。洗脱液经浓缩得到辣椒黄色素和辣椒红色素。该方法通过次采用液-液连续萃取脱辣的方式显著提高了辣椒红色素的生产效率，同时又采用色素萃取液湿法连续上样的方式，弥补了辣椒红色素工业化生产中层析法分离的不足，为辣椒红产业化发展开辟了新的方向。

Description

一种辣椒红色素黄红分离的方法
技术领域
本发明涉及食品添加剂领域，具体涉及一种辣椒红色素黄红分离的方法。
背景技术
辣椒红色素(Paprikaredpigment)是从成熟红辣椒果皮中提取的天然红色素，主要组分为辣椒红素(Capsanthin)、辣椒玉红素(Capsorubin)、β-胡萝卜素(β-carotene)和玉米黄质(zeaxanthin)等，其显色强度是其他色素的10倍，广泛于食品、饮料、化妆品及医药等行业，是国际上公认的最好的A类红色素。辣椒红色素是红辣椒中呈鲜艳红色的部分。因其色调鲜艳、安全可靠并具有药理作用，不仅被认为是一种理想的天然食品着色剂，而且被广泛应用于制药行业，如片剂的包衣着色等，具有重要的研究价值。
不同辣椒品种成熟果实中类胡萝卜素的含量相差很大，不同成熟期辣椒果实中类胡萝卜素总量、红色类胡萝卜素(辣椒红素、辣椒玉红素、隐辣椒质)含量以及叶绿素的含量都有很大的变化，从结果初期到果实完全成熟，类胡萝卜素含量和红色类胡萝卜素量分别增加66倍和124倍，而叶绿素含量到成熟时接近零，红色与黄色的比值也从0.22增加到1.34。
传统的辣椒红色素主要制备工艺是将辣椒干燥、粉碎，采用溶剂浸提法得到辣椒红色素的粗提液，然后再采用碱液或乙醇等溶剂萃取脱除辣味物质，并蒸馏出其中的溶剂得到精制的辣椒红色素。
CN102746696A公开了一种辣椒色素的提取方法，以红辣椒为原料，经粉碎、萃取、分层、减压蒸馏等步骤后制得。
CN104672947A公开了一种高纯度稳定性红辣椒色素的提取工艺，所述提取工艺包括以下步骤：a、原料预处理；b、烘干压榨c、絮凝澄清；d、过滤e、浸提滤液；f、制40色价色素，其中采用壳聚糖作为絮凝澄清剂，使产品收率相对提高，生产成本降低。
CN1045114A公开了一种从红辣椒中提取色素和辣素的方法，其关键在于用乙醇的含水物萃取辣椒粉中的色素和辣素，萃取液经蒸馏除去乙醇，静置分层得到辣椒油脂和辣素溶液，再用乙醇的含水物洗涤抽取油脂中残留的辣素，经蒸馏除去辣素溶液中的乙醇和水得到辣素。
JP2004-302541A公开了一种辣椒色素制剂，其是将含有辣椒色素和亲油性的食品用乳化剂的油相、和含有亲水性高分子化合物和水的水相乳化而形成的水包油型乳化组合物。
“微波辅助提取黄灯笼辣椒中辣椒碱和黄色素的工艺研究”，董力玮等，海南师范大学学报(自然科学版)，第26卷第4期，2013年12月，采用微波辅助法从海南栽培的黄灯笼辣椒中提取辣椒碱和黄色素，并分别用HPLC和紫外分光光度计对辣椒碱和黄色素含量进行测定，以正交实验考察辣椒碱和黄色素的最佳提取工艺条件。
然而，包括上述文献在内的现有制备技术得到的辣椒红色素组分过于复杂，其中所包含的红、橙和黄三种组分会随不同产地、成熟时间和制备工艺产生较大差异，会导致辣椒红色素的红黄比值不稳定，从而影响到辣椒红产品的品质，不具有普遍适用性。国内外虽然也有文献报道中提及采用硅胶柱层析的方法对辣椒红色素提取浓缩液进行精制，利用石油醚和丙酮等单一溶剂或两种组合溶剂进行洗涤得到较单一的辣椒红产品。但是，上述所涉及的方法由于其固有工艺缺陷，只适合于实验室小试样品的分离，在现有条件下无法满足车间的生产放大。
本领域需要一种适合工业规模化进行辣椒红色素黄红分离的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的以上不足，提供了一种辣椒红色素黄红分离的方法，包括：
步骤(1)：将辣椒颗粒和浸出剂在连续式浸出器中混合，得到色素浸出液；
步骤(2)：将所述色素浸出液与醇类溶剂在液-液连续萃取器中混合，脱去辣味物质，得色素脱辣浸出液；
步骤(3)：将所述脱辣色素浸出液和饱和食盐水在液-液连续萃取器中混合，脱去醇类溶剂残留；
步骤(4)：将脱除醇类溶剂后得到的色素浸出液直接上硅胶柱进行层析分离，并收集端口流出液；
步骤(5)：待硅胶柱吸附饱和，采用烷烃类溶剂进行洗脱，洗脱液与步骤(4)所述端口收集液合并浓缩得辣椒黄色素；
步骤(6)：采用丙酮对所述硅胶柱进行洗脱，洗脱液浓缩得到辣椒红色素。
优选地，所述的浸出剂为含有4～7个碳的烷烃；
优选地，所述的浸出器为平转式浸出器、环形浸出器、卫星式浸出器或履带式浸出器；
优选地，所述的醇类溶剂为含有1～4个碳的醇类溶剂；
优选地，所述的色素浸出液与醇类溶剂混合比例为1:1～7；
优选地，所述的脱辣色素浸出液与饱和食盐水混合比例为1:1～7；
优选地，所述的烷烃类洗脱剂为含有4～7个碳的烷烃；
优选地，所述烷烃类洗脱剂与硅胶柱按体积比为2～6:1；
优选地，所述丙酮洗脱剂与硅胶柱按体积比为2～6:1；
优选地，所述烷烃类洗脱剂洗脱流速为0.2～2Bv/h；
优选地，所述丙酮洗脱剂流速为0.2～2Bv/h；
优选地，所述浓缩的温度为40℃～100℃；
优选地，所述浓缩的压力为-0.03Mpa～-0.06Mpa；
具体而言，本发明提供了一种辣椒红色素黄红分离的方法，该方法包括以下步骤：a)将辣椒颗粒和浸出剂在连续式浸出器中混合，得到色素浸出液；b)将所述色素浸出液与醇类溶剂在液-液连续萃取器中混合，脱去辣味物质，得色素脱辣浸出液；c)将所述脱辣色素浸出液和饱和食盐水在液-液连续萃取器中混合，脱去醇类溶剂残留；d)将脱除醇类溶剂的色素浸出液采用湿法上样经硅胶柱层析分离，分别得到辣椒黄色素和辣椒红色素。
本发明提供的辣椒红色素黄红分离的方法，由于使用了连续式液-液萃取器，使得脱辣和脱醇类溶剂的过程可连续操作，适合辣椒红色素的工业化制备；另外，本发明提供的辣椒红色素黄红分离的方法，在硅胶柱层析分离过程中，直接采用浸出液湿法上样的方法，使硅胶柱能够在工业化生产中得到应用，同时在工业化生产中得到了红黄比低的辣椒黄色素和红黄比高的辣椒红色素，实现了辣椒色素的多样化生产。直接采用浸出液湿法上样的方法在现有技术中没有报道，也未给出相应技术启示。
另外地或优选地，本发明提供了一种辣椒红色素黄红分离的方法，包括以下步骤：
a)将辣椒粉末与萃取剂在连续式浸出器中混合萃取，得到色素浸出液；
b)将色素浸出液与脱辣剂在液-液连续萃取器中混合脱辣，得到脱辣色素萃取液；
c)将脱辣的色素浸出液与饱和食盐水在液-液连续萃取器中混合脱除脱辣剂，得到脱除脱辣剂的色素浸出液；
d)将脱除脱辣剂的色素浸出液进行柱层析分离，分别得到低红黄比的辣椒黄和高红黄比的辣椒红色素。
按照本发明，首先将成熟辣椒在30～50℃烘干，粉碎，造粒，得到辣椒颗粒；辣椒颗粒经绞龙输送进入连续浸出器内部，在辣椒颗粒输送过程中，与萃取溶剂的预喷管喷淋的萃取溶剂均匀混合，得到混合物料，所述混合物料进入连续浸出器内部后，使萃取溶剂将辣椒红色素浸提出来，得到辣椒红色素浸出液，所述色素浸出液通过连续式浸出器的浸出液收集器进行收集。
在本发明中，在辣椒造粒过程中，优选加入基于干辣椒粉重量计1‐5％的造粒成型助剂。所述造粒成型助剂优选为包含下式(I)所示重复嵌段的纤维素：
该纤维素的分子量为5万-30万。该纤维素的使用，既保证了造粒要求，有确保了颗粒具有足够的微孔用于溶剂提取。主要归因于嵌段中两个反式结构和一个顺式结构的组合。
进一步优选地，可以将该纤维素进行表面改性，可以用壳寡糖进行表面改性的纤维素，其中通过将纤维素表面的羟基转化为羧基、然后使壳寡糖共价键合到所述羧基上而获得该表面改性的纤维素。所述共价键包括肽键和/或亚胺键(C＝N)。所述羟基可以通过用重铬酸钾氧化转化为羧基。将壳寡糖共价键合到所述羧基上可以通过使用碳二亚胺作为连接物质来进行共价键合。经过如此改性的纤维能够确保获得较高的辣椒颗粒孔隙率。
在造粒之前，优选将辣椒粉碎至50-150目。辣椒粒的直径可以为1-6mm，优选2-5mm。
本发明所述连续式浸出器可以为平转式浸出器、环形浸出器、卫星式浸出器或履带式浸出器，本发明优选平转式浸出器，本发明所述萃取溶剂可以为含有4～7个碳的烷烃，优选6#溶剂作为萃取溶剂。所述6#溶剂的喷淋温度可以为40℃～50℃，喷淋量可以为1000L/h～1500L/h。
按照本发明，将所述色素浸出液和醇类脱辣剂在液-液连续萃取器中混合，色素浸出液和醇类脱辣剂温度可以为30℃～50℃，色素浸出液流量可以为0.5m3/h～1.5m3/h，醇类脱辣剂的流量可以为1m3/h～3m3/h，液-液连续萃取器中上层为色素浸出液，下层为醇类溶剂，醇类溶剂可以萃取色素浸出液中的辣椒素、二氢辣素和降二氢辣素等辣味物质。脱除辣味物质后，得到脱辣的色素浸出液。所述的醇类物质可以为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇等，本发明优选乙醇作为脱辣剂。
按照本发明，将所述脱辣色素浸出液与饱和食盐水在液-液连续萃取器中混合，脱辣色素浸出液流量可以为1m3/h～3m3/h，饱和食盐水流量可以为0.5m3/h～1.5m3/h，液-液连续萃取器中上层为色素浸出液，下层为饱和食盐水，饱和食盐水可以萃取色素浸出液中残留的醇类溶剂。
按照本发明，将脱除醇类溶剂后的色素浸出液进行柱层析分离。所述的脱除醇类溶剂后得色素浸出液中包含有辣椒红素、辣椒玉红素等红色素组分和β-胡萝卜素、玉米黄质、叶黄素等黄色素组分。按照本发明，所述的柱层析固定相可以为硅胶、氧化铝、氧化镁等。本发明优选硅胶作为柱层析固定相，本发明所使用的硅胶规格可以为100目～200目、200目～300目，优选100目～200目，所述脱除醇类溶剂的色素萃取液与硅胶重量比优选1:5～10。
按照本发明，硅胶柱层析分离的具体过程为：a)将脱除醇类溶剂的色素浸出液直接上硅胶柱进行吸附分离，并收集端口流出液；b)待吸附饱和，采用烷烃类洗脱剂对硅胶柱进行洗脱，洗脱液与a)所述端口收集液合并，得辣椒黄色素洗脱液，其中包含β-胡萝卜素、玉米黄质等橙色和黄色色素。将所述辣椒黄色素洗脱液浓缩，得到的深黄色油状物质即为辣椒黄色素；c)然后用丙酮对硅胶柱进行洗脱，得丙酮洗脱液，丙酮洗脱液中包含有辣椒红素和辣椒玉红素等红色色素。将所述丙酮洗脱液浓缩，得到的深红色油状物质即为辣椒红色素。本发明所述脱除醇类溶剂色素萃取液上样方式优选湿法连续上样。本发明所述烷烃类洗脱溶剂可以为含有4～7个碳的烷烃，优选6#溶剂。6#溶剂与硅胶按照体积比优选2～4:1，丙酮与硅胶按照体积比优选2～4:1，6#溶剂与丙酮洗脱速度均优选0.2～2Bv/h。本发明所述浓缩方式可以为减压浓缩和常压浓缩，本发明优选减压浓缩的方式，压力优选-0.03Mpa～-0.06Mpa，浓缩的温度优选40℃～100℃。
具体实施方式
以下通过具体实例来阐述本发明的技术方案。
本发明提供的辣椒红色素黄红分离的方法中所用原料、试剂、仪器等均可由市场购得。
实施例1
取新疆成熟辣椒3000Kg，干燥，粉碎后造粒，采用平转式连续浸出器萃取得到色素浸出液。将所述色素浸出液与70％乙醇在液-液萃取器中于45℃，200r/min条件下混合脱除辣味物质，色素浸出液流量为1m3/h，70％乙醇流量为2m3/h，得到脱辣的色素浸出液。将所述脱辣的色素浸出液与饱和食盐水于200r/min条件下混合脱除色素萃取液中残留的乙醇，脱辣得色素萃取液流量为1.8m3/h，饱和食盐水的流量为0.6m3/h，得到脱辣的色素浸出液。将所述脱除残留乙醇的色素浸出液采用连续湿法上样的方式以1Bv/h流速进行硅胶柱层析分离，收集下端口流出液。先用1500L6#溶剂以0.3Bv/h流速进行洗脱，洗脱液与下端口收集液合并，得到6#溶剂洗脱液。将所述6#溶剂洗脱液采用减压浓缩得到深黄色辣椒黄油膏59.1Kg。然后采用2000L丙酮以0.3Bv/h流速对硅胶柱进行洗脱，得到丙酮洗脱液。将所述丙酮洗脱液采用减压浓缩得到深红色辣椒红油膏109.7Kg。
实施例2
取甘肃成熟辣椒3000Kg，干燥，粉碎后造粒，采用平转式连续浸出器萃取得到色素浸出液Kg。将所述色素浸出液与70％乙醇在液-液萃取器中于50℃，200r/min条件下混合脱除辣味物质，色素浸出液流量为1m3/h，70％乙醇流量为1.5m3/h，得到脱辣的色素浸出液。将所述脱辣的色素浸出液与饱和食盐水于200r/min条件下混合脱除色素萃取液中残留的乙醇，脱辣得色素浸出液流量为1.5m3/h，饱和食盐水的流量为0.5m3/h，得到脱辣的色素浸出液。将所述脱除残留乙醇的色素浸出液采用连续湿法上样的方式以0.8Bv/h流速进行硅胶柱层析分离，收集下端口流出液。先用1800L6#溶剂以0.5Bv/h流速进行洗脱，洗脱液与下端口收集液合并，得到6#溶剂洗脱液。将所述6#溶剂洗脱液采用减压浓缩得到深黄色辣椒黄油膏49.4Kg。然后采用2400L丙酮以0.5Bv/h流速对硅胶柱进行洗脱，得到丙酮洗脱液。将所述丙酮洗脱液采用减压浓缩得到深红色辣椒红油膏117.6Kg。
比较例1
取新疆成熟辣椒3000Kg，干燥，粉碎后造粒，采用平转式连续浸出器萃取得到色素浸出液，色素浸出液减压浓缩得到色素油膏246.5Kg，压力为-0.05Mpa。将所述色素油膏与70％乙醇600Kg混合，于50℃，200r/min条件搅拌30min，后保温静置1h，放出下层油膏即为脱辣的色素油膏183.7Kg。将所述脱辣的色素油膏与450Kg饱和食盐水混合，于200r/min条件搅拌30min，后静置1h，放出下层饱和食盐水，得到脱乙醇残留的色素油膏174.7Kg。将所述脱乙醇的色素油膏置于硅胶柱顶部，进行层析分离的操作。先用6000L6#溶剂进行洗脱得到6#溶剂洗脱液，流速为0.3Bv/h。然后采用5000L丙酮进行洗脱，得到丙酮洗脱液，流速为0.3Bv/h。将所述的6#溶剂洗脱液和丙酮洗脱液分别进行减压浓缩，得到辣椒黄色素油膏62.17Kg和辣椒红色素油膏110.8Kg。
比较例2
取新疆成熟辣椒3000Kg，干燥，粉碎后造粒，采用平转式连续浸出器萃取得到色素浸出液，色素浸出液减压浓缩得到色素油膏273.1Kg，压力为-0.03Mpa。将所述色素油膏与70％乙醇800Kg混合，于40℃，200r/min条件搅拌30min，后保温静置1h，放出下层油膏即为脱辣的色素油膏227.7Kg。将所述脱辣的色素油膏与500Kg饱和食盐水混合，于200r/min条件搅拌30min，后静置1h，放出下层饱和食盐水，得到脱乙醇残留的色素油膏219.6Kg。将所述脱乙醇的色素油膏置于硅胶柱顶部，进行层析分离的操作。先用6500L6#溶剂进行洗脱得到6#溶剂洗脱液，流速为0.5Bv/h。然后采用6000L丙酮进行洗脱，得到丙酮洗脱液，流速为0.3Bv/h。将所述的6#溶剂洗脱液和丙酮洗脱液分别进行减压浓缩，得到辣椒黄色素油膏73.1Kg和辣椒红色素油膏138.3Kg。
对实施例和比较例制备的辣椒黄色素和辣椒红色素进行检测，吸光度、砷含量、铅含量、总有机溶剂残留量、己烷残留量、丙酮残留量均按照GB/10783-2008的方法进行检测，吸光比为同一辣椒红色素溶液A470nm与A454nm的比值。检测结果如表1所示。
表1实施例1～3和比较例制备的辣椒红色素检测结果对比。
根据表1的结果可知，实施例与比较例制备的辣椒黄色素和辣椒红色素吸光比接近，但实施例制备的辣椒黄色素和辣椒红色素的得率明显高于比较例。
根据表1的结果可知，实施例硅胶柱的饱和吸附量明显高与比较例，表明辣椒红色素的含量高低会影响到硅胶对辣椒红色素的饱和吸附量，从而影响到每个批次的处理量。
根据比较例和实施例的实际操作情况，比较例直接将色素油膏置于硅胶柱顶部，在使用6#溶剂洗脱过程中，流速快慢对硅胶的辣椒红色素饱和吸附量影响明显大于实施例。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种辣椒红色素黄红分离的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：将辣椒颗粒和浸出剂在连续式浸出器中混合，得到色素浸出液；
步骤(2)：将所述色素浸出液与醇类溶剂在液-液连续萃取器中混合，脱去辣味物质，得色素脱辣浸出液；
步骤(3)：将所述脱辣色素浸出液和饱和食盐水在液-液连续萃取器中混合，脱去醇类溶剂残留；
步骤(4)：将脱除醇类溶剂后得到的色素浸出液直接上硅胶柱进行层析分离，并收集端口流出液；
步骤(5)：待硅胶柱吸附饱和，采用烷烃类溶剂进行洗脱，洗脱液与步骤(4)所述端口收集液合并浓缩得辣椒黄色素；
步骤(6)：采用丙酮对所述硅胶柱进行洗脱，洗脱液浓缩得到辣椒红色素。
2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述的浸出剂为含有4～7个碳的烷烃。
3.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述的浸出器为平转式浸出器、环形浸出器、卫星式浸出器或履带式浸出器。
4.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述的醇类溶剂为含有1～4个碳的醇类溶剂。
5.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，步骤(2)中所述的色素浸出液与醇类溶剂混合重量比例为1:1～7；步骤(3)中所述的脱辣色素浸出液与饱和食盐水混合比例为1:1～7。
6.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述的硅胶柱层析上样方式为湿法连续上样。
7.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，步骤(5)中所述的烷烃类洗脱剂为含有4～7个碳的烷烃。
8.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，步骤(5)中所述烷烃类洗脱剂与硅胶柱按体积比为2～6:1；步骤(6)中所述丙酮洗脱剂与硅胶柱按体积比为2～6:1。
9.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述烷烃类洗脱剂洗脱流速为0.2～2Bv/h；所述丙酮洗脱剂流速为0.2～2Bv/h。
10.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于，所述浓缩的温度为40℃～100℃；所述浓缩的压力为-0.03Mpa～-0.06Mpa。
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