CN103073915B

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

Info

Publication number: CN103073915B
Application number: CN201310049131.4A
Authority: CN
Inventors: 肖文中; 胡亮亮
Original assignee: HUNAN WEIJIA BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Current assignee: HUNAN WEIJIA BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: CN103073915A

Abstract

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

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

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。

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。

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

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。

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：

（1）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1～2倍含生物复合酶0.1wt%～0.3wt%的生物复合酶溶液，在40±2℃的黑暗条件下发酵1～2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；

（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；

（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；

（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40～55℃，搅拌溶解，过滤；滤液转入结晶罐中，静置冷却至0～30℃，结晶1～3天，过滤，得到辣椒碱产品；

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1～1.5%、蛋白酶1～1.5%、β－葡聚糖酶1～1.5%、木聚糖酶1～1.5%，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4~6%；

所述有机溶剂A为选自石油醚、6#溶剂油、120#溶剂油、正已烷等中的一种；

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；

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。

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）。

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。

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。

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。

进一步，所述加压渗漉，所施加的压力为0-60kPa（表压）。

进一步，所述加压渗漉，所施加的压力优选10-50kPa（表压）。

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，大大提高生产效率。

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，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

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。

实施例1

（1）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－葡聚糖酶1.5%、木聚糖酶1.5%，充分混匀后，在温度40±2℃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；

（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10kPa（表压）渗漉，收集渗漉液；

（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；

（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；

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℃溶解，再转入结晶罐中降温至20℃结晶2天，过滤，真空干燥，得到白色辣椒碱结晶0.74kg。

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%。

实施例2

（1）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－葡聚糖酶1%、木聚糖酶1.5%，充分混匀后，在温度40±2℃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；

（2）加入2800L（升）正已烷浸泡3h，再加压30kPa（表压）渗漉，收集渗漉液；

（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；

（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；

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℃溶解，再转入结晶罐中降温至15℃结晶3天，过滤，真空干燥，得到白色的辣椒碱结晶0.78kg。

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%。

实施例3

（1）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－葡聚糖酶1%、木聚糖酶1%溶液，充分混匀后，在温度40±2℃的黑暗条件下浸泡1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；

（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；

（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；

（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；

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℃溶解，再转入结晶罐中降温至10℃结晶1.5天，过滤，真空干燥，得到白色的辣椒碱结晶0.75kg。

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%。

实施例4

（1）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－葡聚糖酶1%、木聚糖酶1.5%）溶液，充分混匀后，在温度40±2℃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；

（2）加入3000L 120#溶剂油浸泡2.8h，再加压50kPa渗漉，收集渗漉液；

（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；

（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；

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℃溶解，再转入结晶罐中降温至5℃结晶1天，过滤，真空干燥，得到白色的辣椒碱结晶0.76kg。

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

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1～2倍的含生物复合酶0.1wt%～0.3wt%的生物复合酶溶液，在40±2℃的黑暗条件下发酵1～2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；

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℃，搅拌溶解，过滤；滤液转入结晶罐中，静置冷却至0~30℃，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94~96%；次要组分，淀粉酶1~1.5%、蛋白酶1~1.5%、β－葡聚糖酶1~1.5%、木聚糖酶1~1.5%，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4~6%；

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:（1～3）。

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。