CN103073915B - 一种生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的工艺 - Google Patents

一种生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的工艺 Download PDF

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一种生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,包括以下步骤:(1)原料生物复合酶处理;(2)有机溶剂提取;(3)层析柱层析分离;(4)浓缩、精制。本发明通过生物酶处理溶解细胞壁,使辣椒红色素和辣椒碱能更好的渗透出来,再通过渗漉提取,有效提高了提取率,免除超微粉碎、造粒等步骤,而酶液可以重复使用,可以节约能源和成本;生物酶处理溶解除去部分果胶,脂质等杂质,再通过柱层析分离辣椒红色素和辣椒碱,提高了辣椒红色素的色价和辣椒碱的纯度,减少精制步骤,提高了生产效率。本发明生产成本低,设备简单,所用溶剂均为低毒性或无毒溶剂,基本无废气、废水、废渣排放,是环境友好型清洁生产工程。

Description

一种生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及天然产物提取分离技术领域,特别是涉及一种生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的工艺。
背景技术
[0002] 辣椒红色素是 天然红色素的一种,作为一种天然着色剂,辣椒红色素不仅色泽鲜艳,色价高,着色力强,保色效果好,安全无毒,而且具有抗癌美容的功效,因此被广泛应用于水产品、肉类、糕点、色拉罐头、饮料等各类食品的着色,还可以有效地延长仿真食品的货架期;而且安全性高,具有营养保健作用,并被现代科学证明有抗癌、抗辐射等功能,还应用于化妆品和儿童玩具等领域。辣椒碱在医药工业上是生产镇静药、戒毒药的原料,在军事上更是生产催泪武器的原料,具有极其广泛的应用价值,有“软黄金”之誉。
[0003] 辣椒是一种很有经济价值的农作物,不仅可以从其中提取出用途广泛的功能性天然色素辣椒红色素,而且在提取辣椒红色素的同时,可以分离出经济附加值很高的辣椒碱。
[0004]目前,从辣椒中提取辣椒红色素和辣椒碱的方法,大致可归为溶剂提取法、超临界CO2流体萃取法、超声波、微波溶剂提取法、分子蒸馏提取法等方法。溶剂提取法成本低,操作简单,处理量大,在工业上应用最广,但是,目前的溶剂提取工艺,产品回收率较低,都在5~6% ;超临界CO2流体萃取法一次性投入高,运行成本高;超声波、微波溶剂提取法,分子蒸馏提取法处理量较小,难以批量生产,不利于节约生产成本。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是,克服上述现有技术的不足,提供一种提取率较高,产品质量好,所用设备简单,生产成本低的辣椒红色素和辣椒碱的提取分离工艺。
[0006] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是,一种生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,包括以下步骤:
[0007] ( I)原料生物复合酶处理:将原料干红辣椒皮(即去籽的干红辣椒)粉碎,过20~40目筛,转入发酵池中,然后加入相当于原料辣椒皮粉末重量I~2倍含生物复合酶
0.lwt%~0.3wt%的生物复合酶溶液,在40±2°C的黑暗条件下发酵I~2天后,过滤,滤液即生物复合酶溶液可重复利用,所得滤渣即为经生物复合酶溶液处理的发酵好的辣椒皮粉末;
[0008] (2)有机溶剂提取:将经步骤(1)生物复合酶处理的辣椒皮粉末晾干或烘干,然后投入渗漉装置中,按每千克原料干红辣椒皮加入> 5.0升(优选5.5~6.0升)的比例加入有机溶剂A,浸泡2~4h,然后加压渗漉,收集渗漉液;
[0009] (3)层析柱层析分离:将步骤(2)所得的渗漉液直接通过装有硅胶的层析柱,硅胶的重量为原料干红辣椒皮重量的1/5~1/2,过柱流出液回收用作步骤(2)中的提取有机溶剂,再用由有机溶剂A和有机溶剂B混配而成的辣椒红色素洗脱液进行洗脱,收集含辣椒红色素的洗脱组分;根据色素流出情况,当洗脱流出液几乎无颜色时,再用有机溶剂B进行洗脱至无辣味,收集含辣椒碱的洗脱组分;
[0010] (4)浓缩、精制:将步骤(3)得到辣椒红色素洗脱组分浓缩至干,得到辣椒红色素粗品,回收洗脱液;然后将辣椒红色素粗品转入除臭罐中除臭,得到辣椒红色素产品;
[0011] 将步骤(3)得到辣椒碱洗脱组分浓缩至干,得到辣椒碱粗品,回收洗脱液;将辣椒碱粗品用有机溶剂A洗涤至少2次,除去部分色素后抽滤,再加入相当于辣椒碱粗品重量20~50倍量的有机溶剂C,加热至40~55°C,搅拌溶解,过滤;滤液转入结晶罐中,静置冷却至O~30°C,结晶I~3天,过滤,得到辣椒碱产品;
[0012] 所述生物复合酶的各组分质量百分比构成为:主要组分,纤维素酶20%~30%、半纤维素酶10%~15%、果胶酶20%~30%、脂肪酶25%~35%,所述主要组分纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和脂肪酶合计占生物复合酶总重量的94~96% ;次要组分,淀粉酶I~1.5%、蛋白酶I~1.5%、β 一葡聚糖酶I~1.5%、木聚糖酶I~1.5%,所述淀粉酶、蛋白酶、β —葡聚糖酶和木聚糖酶合计占所述生物复合酶总重量的4飞% ;
[0013] 所述有机溶剂A为选自石油醚、6#溶剂油、120#溶剂油、正已烷等中的一种;
[0014] 所述有机溶剂B为选自丙酮、乙酸乙酯、乙醇等中的一种,优选乙酸乙酯;
[0015] 所述有机溶剂C为选自6#溶剂油、正已烷、石油醚等中的一种与乙醇的混合物。
[0016] 进一步,所述辣椒红色素洗脱液中,有机溶剂A和有机溶剂B的体积比为10:(1~3)。
[0017] 进一步,所述辣椒红色素洗脱液中,有机溶剂A和有机溶剂B的体积比优选(9~5):1。
[0018] 进一步,所述辣椒红色素洗脱液中,有机溶剂A和有机溶剂B的体积比更优选8:1。
[0019] 进一步,所述有机溶剂C中,6#溶剂油、正已烷或石油醚与乙醇的体积比为(6~
4):1。
[0020] 进一步,所述加压渗漉,所施加的压力为0_60kPa (表压)。
[0021] 进一步,所述加压渗漉,所施加的压力优选10_50kPa (表压)。
[0022] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:通过生物酶处理溶解细胞壁,使有机溶剂能更好的浸入细胞内部,辣椒红色素和辣椒碱能更好的渗透出来,再通过渗漉提取,提取率可达6%以上,免除超微粉碎、造粒等步骤,而生物酶混合制剂可以重复使用,可以节约能源和生产成本;生物酶处理溶解除去部分果胶、脂质等杂质,再通过柱层析分离辣椒红色素和辣椒碱,再通过适宜溶剂结晶,辣椒红色素的色价可达200以上,辣椒碱的纯度> 95% ;减少精制步骤,大大提闻生广效率。
[0023]本发明生产成本低,设备简单,所用溶剂均为低毒性或无毒溶剂,基本无废气、废水、废渣排放,对环境污染少,是环境友好型清洁的生产工程。
具体实施方式
[0024] 下面结合实施例对本发明进行详细描述。各实施例所述百分比均为质量百分比。
[0025] 实施例1
[0026] (I)将经清洗和皮籽分离处理后的干红辣椒皮粉碎,过30目筛,将辣椒皮粉原料500kg放入发酵池中,再加入500kg含生物复合酶0.3%的溶液(所述生物复合酶组成:主要组分,纤维素酶25%、半纤维素酶15%、果胶酶25%和脂肪酶30%,次要组分,淀粉酶1%、蛋白酶1%、β 一葡聚糖酶1.5%、木聚糖酶1.5%,充分混匀后,在温度40±2°C的黑暗条件下浸泡
1.5天,然后过滤,滤液即生物复合酶溶液回收重复利用,滤渣即为经生物复合酶溶液处理的发酵好的辣椒皮粉末,晾干,备用;
[0027] ( 2)将步骤(1)经生物复合酶溶液处理发酵好的辣椒皮粉末投入到渗漉罐中,加入2700L (升)石油醚浸泡2h,再加压IOkPa (表压)渗漉,收集渗漉液;
[0028] (3)将步骤(2)所得的渗漉液直接通过装有硅胶的层析柱,硅胶的重量为原料重量的1/4,过柱流出液回收用作提取用有机溶剂;硅胶柱超载上样饱和后,用石油醚洗脱,洗脱液回收作为渗漉提取液使用;然后用体积比为9:1的石油醚-丙酮溶液洗脱硅胶柱,收集从硅胶柱中洗脱出来的含辣椒红色素的组分;待流出液几乎无颜色时,再用丙酮洗脱至无辣味,收集从硅胶柱中洗脱出来的 含辣椒碱的组分;
[0029] (4)将收集的含辣椒红色素的组分投入浓缩罐中浓缩干,再投入除臭罐中进行除臭处理,得到天然辣椒红色素30.43kg ;
[0030] 将收集的含辣椒碱的组分投入浓缩罐中浓缩干,得到辣椒碱粗品,将辣椒碱粗品用石油醚洗涤2次,再蒸干溶剂,然后用相当于辣椒碱粗品体积20倍的正已烷-乙醇混合溶液(正已烷-乙醇混合溶液中,正已烷与乙醇的体积比为6:1)升温至45°C溶解,再转入结晶罐中降温至20°C结晶2天,过滤,真空干燥,得到白色辣椒碱结晶0.74kg。
[0031] 按GB10783-2008规定的方法进行检测,所得天然辣椒红色素的色价为210 ;按GB/T21266-2007规定的方法进行检测,辣椒碱的总碱含量为96.34wt%。
[0032] 实施例2
[0033] (I)将经清洗和皮籽分离处理后的干红辣椒皮粉碎,过40目筛,将辣椒皮粉原料500kg放入发酵池中,再加入625kg含生物复合酶0.25%的溶液(组成:主要组分,纤维素酶25%、半纤维素酶10%、果胶酶30%和脂肪酶25%,次要组分,淀粉酶1%、蛋白酶1.5%、β 一葡聚糖酶1%、木聚糖酶1.5%,充分混匀后,在温度40±2°C的黑暗条件下浸泡2天,然后过滤,滤液即生物复合酶溶液回收重复利用,滤渣即为经生物复合酶溶液处理的发酵好的辣椒皮粉末,晾干或烘干,备用;
[0034] (2)加入2800L (升)正已烷浸泡3h,再加压30kPa (表压)渗漉,收集渗漉液;
[0035] (3)用正己烷与乙酸乙酯体积比为8:1的正己烷-乙酸乙酯混合溶液洗脱硅胶柱,收集从硅胶柱中洗脱出来的含辣椒红色素的组分;待流出液几乎无颜色时,再用乙酸乙酯洗脱至无辣味,收集从硅胶柱中洗脱出来的含辣椒碱的组分;
[0036] (4)将步骤(3)收集的含辣椒红色素的组分投入浓缩罐中浓缩干,再投入除臭罐中进行除臭处理,得到天然辣椒红色素30.85kg ;
[0037] 将步骤(3)收集的含辣椒碱的组分投入浓缩罐中浓缩干,得到辣椒碱粗品;将辣椒碱粗品用正已烷洗涤2次,再蒸干溶剂,加相当于辣椒碱粗品体积30倍的石油醚与乙醇的体积比为5:1的石油醚-乙醇混合溶液,升温至50°C溶解,再转入结晶罐中降温至15°C结晶3天,过滤,真空干燥,得到白色的辣椒喊结晶0.78kg。
[0038] 按GB10783-2008规定的方法进行测定,所得天然辣椒红色素的色价为222,按GB/T21266-2007规定的方法进行测定,辣椒碱的总碱含量为95.29wt%。
[0039] 实施例3
[0040] (I)将经清洗和皮籽分离处理后的干红辣椒皮粉碎,过30目筛,将辣椒皮粉原料500kg放入发酵池中,再加入750kg含生物复合酶0.2%的溶液(所述生物复合酶组成:主要组分,纤维素酶20%、半纤维素酶15%、果胶酶25%和脂肪酶35%,次要组分,淀粉酶1.5%、蛋白酶1.5%、β 一葡聚糖酶1%、木聚糖酶1%溶液,充分混匀后,在温度40±2°C的黑暗条件下浸泡I天,然后过滤,滤液即生物复合酶溶液回收重复利用,滤渣即为经生物复合酶溶液处理的发酵好的辣椒皮粉末,晾干或烘干,备用;
[0041] (2)加入2900L (升)6#溶剂油浸泡2.5h,再加压40kPa (表压)渗漉,收集渗漉液;
[0042] (3)用体积比为10:1的6#溶剂油-乙醇溶液洗脱硅胶柱,收集从硅胶柱中洗脱出来的含辣椒红色素的组分;待流出液几乎无颜色时再用乙醇洗脱至无辣味,收集从硅胶柱中洗脱出来的含辣椒碱的组分;
[0043] (4)将收集的含辣椒红色素的组分投入浓缩罐中浓缩干,再投入除臭罐中进行除臭处理,得到天然辣椒红色素31.08kg ;
[0044] 将收集的含辣椒碱的组分投入浓缩罐中浓缩干,得到辣椒碱粗品;将辣椒碱粗品用6#溶剂油洗涤2次,再蒸干溶剂,用相当于辣椒碱粗品40倍体积的6#溶剂油-乙醇混合溶液(6#溶剂油-乙醇混合溶液中,6#溶剂油与乙醇的体积比为4:1的)升温至55°C溶解,再转入结晶罐中降温至10°C结晶1.5天,过滤,真空干燥,得到白色的辣椒碱结晶0.75kg。
[0045] 按GB10783-2008规定的方法进行测定,所得天然辣椒红色素的色价为213,按GB/T21266-2007规定的方法进行测定,辣椒碱的总碱含量为95.75wt%。
[0046] 实施例4
[0047] (I)将经清洗和皮籽分离处理后的干红辣椒皮粉碎,过30目筛,将辣椒皮粉原料500kg放入发酵池中,再加入1000kg含生物复合酶0.15%的溶液(所述生物复合酶组成:主要组分,纤维素酶30%、半纤维素酶10%、果胶酶25%和脂肪酶30%,次要组分,淀粉酶1.5%、蛋白酶1%、β 一葡聚糖酶1%、木聚糖酶1.5%)溶液,充分混匀后,在温度40±2°C的黑暗条件下浸泡1.5天,然后过滤,滤液即生物复合酶溶液回收重复利用,滤渣即为经生物复合酶溶液处理的发酵好的辣椒皮粉末,晾干或烘干,备用;
[0048] (2)加入3000L 120#溶剂油浸泡2.8h,再加压50kPa渗漉,收集渗漉液;
[0049] (3)用体积比为8:1的120#溶剂油-乙酸乙酯溶液洗脱硅胶柱,收集从硅胶柱中洗脱出来的含辣椒红色素的组分;待流出液几乎无颜色时再用乙酸乙酯洗脱至无辣味,收集从硅胶柱中洗脱出来的含辣椒碱的组分;
[0050] (4)将收集的含辣椒红色素的组分投入浓缩罐中浓缩干,再投入除臭罐中进行除臭处理,得到天然辣椒红色素28.53kg ;
[0051] 将收集的含辣椒碱的组分投入浓缩罐中浓缩干,得到辣椒碱粗品;将辣椒碱粗品用120#溶剂油洗涤2次,再蒸干溶剂,用50倍体积的体积比为5:1的6#溶剂油-乙醇混合溶液升温至40°C溶解,再转入结晶罐中降温至5°C结晶I天,过滤,真空干燥,得到白色的辣椒碱结晶0.76kg。
[0052] 按GB10783-2008规定的方法进行测定,所得天然辣椒红色素的色价为219,按GB/T21266-2007规定的方法进行测定,辣椒碱的总碱含量为95.78wt%。

Claims (8)

1.一种生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,包括以下步骤: (1)原料生物复合酶处理:将原料干红辣椒皮粉碎,过20~40目筛,转入发酵池中,然后加入相当于原料干红辣椒皮粉末重量I~2倍的含生物复合酶0.lwt%~0.3wt%的生物复合酶溶液,在40±2°C的黑暗条件下发酵I~2天后,过滤,所得滤渣即为经生物复合酶溶液处理的发酵好的辣椒皮粉末; (2)有机溶剂提取:将经步骤(1)生物复合酶处理的辣椒皮粉末晾干或烘干,然后投入渗漉装置中,按每千克原料干红辣椒皮加入> 5.0升的比例加入有机溶剂A,浸泡2~4h,然后加压渗漉,收集渗漉液; (3)层析柱层析分离:将步骤(2)所得的渗漉液直接通过装有硅胶的层析柱,硅胶的重量为原料干红辣椒皮重量的1/5~1/2,过柱流出液回收用作步骤(2)中的提取有机溶剂A,再用由有机溶剂A和有机溶剂B混配而成的辣椒红色素洗脱液进行洗脱,收集含辣椒红色素的洗脱组分;根据色素流出情况,当洗脱流出液几乎无颜色时,再用有机溶剂B进行洗脱至无辣味,收集含辣椒碱的洗脱组分; (4)浓缩、精制:将步骤(3)得到辣椒红色素洗脱组分浓缩至干,得到辣椒红色素粗品,回收洗脱液;然后将辣椒红色素粗品转入除臭罐中除臭,得到辣椒红色素产品; 将步骤(3)得到辣椒碱洗脱组分浓缩至干,得到辣椒碱粗品,回收洗脱液;将辣椒碱粗品用有机溶剂A洗涤至少2次,除去部分色素后抽滤,再加入相当于辣椒碱粗品重量20-50倍量的有机溶剂C,加热至4(T55°C,搅拌溶解,过滤;滤液转入结晶罐中,静置冷却至(T30°C,结晶1~3天,过滤,得到辣椒碱产品; 所述生物复合酶的 组分质量百分比构成为:主要组分,纤维素酶20%~30%、半纤维素酶10%~15%、果胶酶20%~30%、脂肪酶25%~35%,所述主要组分纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶和脂肪酶合计占生物复合酶总重量的94、6% ;次要组分,淀粉酶f 1.5%、蛋白酶f 1.5%、β -葡聚糖酶广1.5%、木聚糖酶f 1.5%,所述淀粉酶、蛋白酶、β 一葡聚糖酶和木聚糖酶合计占所述生物复合酶总重量的4~6% ; 所述有机溶剂A为选自石油醚、6#溶剂油、120#溶剂油、正已烷中的一种; 所述有机溶剂B为选自丙酮、乙酸乙酯、乙醇中的一种; 所述有机溶剂C为选自6#溶剂油、正已烷、石油醚中的一种与乙醇的混合物。
2.根据权利要求1所述的生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,其特征在于:所述步骤(3),所述辣椒红色素洗脱液中,有机溶剂A和有机溶剂B的体积比为10:(I ~3)。
3.根据权利要求2所述的生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,其特征在于:步骤(3)中,有机溶剂A和有机溶剂B的体积比为(9~5):1。
4.根据权利要求3所述的生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,其特征在于:步骤(3)中,有机溶剂A和有机溶剂B的体积比为8:1。
5.根据权利要求1或2所述的生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,其特征在于:步骤(3)中,所述有机溶剂C中,6#溶剂油、正已烷或石油醚与乙醇的体积比为(6 ~4):1。
6.根据权利要求1或2所述的生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,其特征在于:所述加压渗漉,所施加的压力为0-60kPa。
7.根据权利要求6所述的生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,其特征在于:所述加压渗漉,所述施加的压力为10-50kPa。
8.根据权利要求1或2所述的生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的生产工艺,其特征在于:步骤(2)中,在渗漉装置中,按每千克原料干红辣椒皮加入5.5~6.0升的比例加入有机溶 剂A。
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