CN104003969B - 一种花青素的高效浓缩提取设备及其应用 - Google Patents

一种花青素的高效浓缩提取设备及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种花青素的浓缩提取设备及其应用，采用膜技术对花青素进行浓缩提取，具体包括了固液分离，树脂纯化，解吸，浓缩，干燥等步骤。由于采用膜浓缩技术代替了传统的刮板式蒸发浓缩技术，从而大大提高了花青素的生产效率和产品品质，并且减少了生产成本，提高了企业的经济效益和市场竞争力。

Description

一种花青素的高效浓缩提取设备及其应用
技术领域
本发明涉及到花青素，具体是指一种针对花青素的高效浓缩提取设备及其应用。
背景技术
花青素是一类广泛存在于植物中的水溶性色素，属于类黄酮化合物。已开发的葡萄皮色素是开发最早且最丰富的花青素类色素，由葡萄科果实的果皮或葡萄酒酒厂的废料--葡萄渣，以水或乙醇萃取，后经精制、真空浓缩而得，花青素类色素广泛存在于所有深红色、紫色或蓝色的蔬菜水果。花青素在欧洲，被称为“口服的皮肤化妆品”尤其蓝莓花青素，营养皮肤，增强皮肤免疫力，应对各种过敏性症状。已经投入商业生产色素有葡萄皮色素、浆果类(草莓、覆盆子、杨梅、黑枸杞)、紫玉米、含有花青素的紫山药、萝卜红（胭脂萝卜）、蓝靛果、越橘红、黑米红等。具体来说，花青素有如下几种作用：有助于预防多种与自由基有关的疾病，包括癌症、心脏病、过早衰老和关节炎；增强免疫系统能力来抵御致癌物质；增强动脉、静脉和毛细血管弹性；保持血细胞正常的柔韧性从而帮助血红细胞通过细小的毛细血管，因此增强了全身的血液循环；花青素还具有抗辐射的作用，花青素颜色因pH值不同会发生变化，对于白领或是长期处于日晒、电辐射环境中的人群，花青素的功效可是不可或缺的；花青素可以促进视网膜细胞中的视紫质再生，预防近视，增进视力。
花青素的产量主要集中在中国，在花青素的生产过程中，从提取到产品，必然要经过浓缩工序。但由于花青素的耐温性不高，在浓缩过程会严重影响产品品质。一般企业选用刮板式薄膜蒸发器类型的浓缩装置，将花青素液体在温度60度下进行真空加热浓缩，并在极短时间内将较高温度的料液急速降温，通过减少料液高温的停留时间来降低对产品品质的破坏。通过这种方法浓缩，存在几大问题：1、浓缩费用很高，包含了加热和冷却的能量消耗，维持高真空度的能量消耗；2、设备产量很低，由于浓缩效率不高，导致浓缩设备较为庞大，占用生产场地过多；3、料液接触过高温后，导致色价降低，影响产品品质的提升。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种花青素的浓缩提取设备，该设备具有浓缩效率高，浓缩后产品品质优良，浓缩所需设备占用空间小，降低整体生产成本等优点。
为了达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：一种花青素的浓缩提取设备，包括多个阀门、原液入口、第一增压泵、袋滤器、精滤器、大孔径树脂柱组、储罐、第二增压泵、清洗液入口、高压泵、纳滤膜组、除菌过滤器、浓缩液出口、热交换器、保安精滤器、第一清洗液出口和第二清洗液出口，所述各个装置之间通过管道连接，所述管道包括第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、第五管道、第六管道、第七管道、第八管道和第九管道，按溶液流动方向的入口端为首端，出口端为末端；
所述第一管道首端连接原液入口，末端连接大孔径树脂柱组，所述第二管道首端连接大孔径树脂柱组，末端连接原液入口，所述第三管道首端连接大孔径树脂柱组，末端连接储罐，所述第四管道首端连接储罐，末端连接纳滤膜组，所述第九管道首端连接纳滤膜组，末端连接第五管道，所述第五管道沿溶液流动方向依次连接第一清洗液出口、除菌过滤器和大孔径树脂柱组，所述第六管道首端连接纳滤膜组，末端分支成第七管道和第八管道，所述第七管道末端连接储罐，所述第八管道沿液体流动方向依次连接第二清洗液出口和浓缩液出口，所述第一管道上依次设有第一增压泵、袋滤器和精滤器，所述第四管道上依次设有第二增压泵、保安精滤器、清洗液入口和高压泵，所述第七管道上设有热交换器；。
所述花青素的高效浓缩提取设备的应用方法，采用膜技术对花青素进行浓缩提取，具体包括如下步骤：
a固液分离：将通过水和含花青素的原料混合、捣碎后制成的含有大量杂质的花青素原液A依次经过袋滤器和精滤器进行初步过滤，除去大部分大颗粒的杂质后，获得含少量杂质的花青素原液B；
b树脂纯化：将含有少量杂质的花青素原液B输入大孔径树脂柱组进行吸附处理，通过树脂的选择吸附，使得花青素吸附在树脂上，再对树脂进行反复清洗，直至清洗液中无可见的杂质为止；
c解吸：选用适合浓度的乙醇溶液进行解吸，将吸附在树脂上的花青素溶解到乙醇中，获得花青素的醇溶液C；
d浓缩：使用纳滤膜组将溶液C进行膜分离处理，将醇从溶液C中浓缩分离，获得花青素浓度高于溶液C十倍以上的花青素浓缩液D；
e干燥：通过干燥处理，获得花青素。
作为优选的，所述步骤a中，所述的原料为葡萄、紫玉米、黑枸杞、含有花青素的紫山药、越橘红中的至少一种。
作为优选的，所述步骤c中，所述乙醇溶液的浓度为40%～70%。
作为优选的，所述步骤c中，所述乙醇溶液可以采用丙酮或甲醇代替。
作为优选的，所述步骤d中，所述膜分离处理中的膜采用截留分子量在100～1000Dal的纳滤膜。
作为优选的，所述浓缩提取过程中的工作温度控制在35摄氏度以下。
作为优选的，所述纳滤膜组的纳滤膜数量是八个。
作为优选的，所述第九管道上设有取样口。
本发明的有益效果：通过膜技术代替传统的刮板式蒸发浓缩技术，解决了在高温浓缩过程中对色素的破坏，大大提高了产品的品质；减少了生产成本，降低了蒸发的能耗，从刮板式蒸器的吨水300元能耗降低至10元；生产效率大大提高，每小时处理2吨料液的产能设备，占地面积仅有原设备的四分之一，处理能力提高了80%以上。
附图说明
附图1是本发明的花青素浓缩提取设备的结构示意图。
1、原液入口；10、纳滤膜组；11、除菌过滤器；12、浓缩液出口；13、热交换器；14、保安精滤器；15、第一清洗液出口；16、第二清洗液出口；2、第一增压泵；3、袋滤器；31、第一管道；32、第二管道；33、第三管道；34、第四管道；35、第五管道；36、第六管道；37、第七管道；38、第八管道；39、第九管道；4、精滤器；5、大孔径树脂柱组；6、储罐；7、第二增压泵；8、清洗液入口；9、高压泵。
具体实施方式
为了更加直接的了解本发明所述的一种花青素的浓缩提取设备及其应用的优点，下面我们结合具体实例对其作进一步的说明。
如图1所示，本实施例的一种花青素的浓缩提取设备，包括多个阀门、原液入口1、第一增压泵2、袋滤器3、精滤器4、大孔径树脂柱组5、储罐6、第二增压泵7、清洗液入口8、高压泵9、纳滤膜组10、除菌过滤器11、浓缩液出口12、热交换器13、保安精滤器14、第一清洗液出口15和第二清洗液出口16，各个装置之间通过管道连接，管道包括第一管道31、第二管道32、第三管道33、第四管道34、第五管道35、第六管道36、第七管道37、第八管道38和第九管道39，按溶液流动方向的入口端为首端，出口端为末端；
所述第一管道31首端连接原液入口1，末端连接大孔径树脂柱组5，第二管道32首端连接大孔径树脂柱组5，末端连接原液入口1，第三管道33首端连接大孔径树脂柱组5，末端连接储罐6，第四管道34首端连接储罐6，末端连接纳滤膜组10，第九管道39首端连接纳滤膜组10，末端连接第五管道35，第五管道35沿溶液流动方向依次连接第一清洗液出口15、除菌过滤器11和大孔径树脂柱组5，第六管道36首端连接纳滤膜组10，末端分支成第七管道37和第八管道38，第七管道37末端连接储罐6，第八管道38沿液体流动方向依次连接第二清洗液出口16和浓缩液出口12，第一管道31上依次设有第一增压泵2、袋滤器3和精滤器4，第四管道34上依次设有第二增压泵7、保安精滤器14、清洗液入口8和高压泵9，第七管道37上设有热交换器13；
所述花青素的高效浓缩提取设备的应用方法，采用膜技术对花青素进行浓缩提取，具体包括如下步骤：
a固液分离：将通过水和含花青素的原料混合、捣碎后制成的含有大量杂质的花青素原液A依次经过袋滤器3和精滤器4进行初步过滤，除去大部分大颗粒的杂质后，获得含少量杂质的花青素原液B；
b树脂纯化：将含有少量杂质的花青素原液B输入大孔径树脂柱组5进行吸附处理，通过树脂的选择吸附，使得花青素吸附在树脂上，再对树脂进行反复清洗，直至清洗液中无可见的杂质为止；
c解吸：选用适合浓度的乙醇溶液进行解吸，将吸附在树脂上的花青素溶解到乙醇中，获得花青素的醇溶液C；
d浓缩：使用纳滤膜组10将溶液C进行膜分离处理，将醇从溶液C中浓缩分离，获得花青素浓度高于溶液C十倍以上的花青素浓缩液D；
e干燥：通过干燥处理，获得花青素。
本实施例中，所述步骤a中，的原料为葡萄、紫玉米、黑枸杞、含有花青素的紫山药、越橘红中的至少一种。
本实施例中，所述步骤c中，乙醇溶液的浓度为40%～70%。
本实施例中，所述步骤c中，乙醇溶液可以采用丙酮或甲醇代替。
本实施例中，所述步骤d中，膜分离处理中的膜采用截留分子量在100～1000Dal的纳滤膜。可以截留花青素，便于分离乙醇，浓缩花青素溶液。
本实施例中，所述浓缩提取过程中的工作温度控制在35摄氏度以下。防止花青素因为受到高热而被破坏，影响花青素的品质。
本实施例中，所述纳滤膜组10的纳滤膜数量是八个。
本实施例中，所述第九管道39上设有取样口。
本实施例中，所述第七管道37用于将纳滤膜组10分离后的浓缩度较低花青素溶液回送到储罐6进行再次浓缩，直至浓缩倍率合格；所述第五管道35用于将纳滤膜组10分离后的含杂质的乙醇进行过滤处理，然后回送到大孔径树脂柱组5进行回收利用。上述操作可以有效的提高花青素的浓缩效率，同时节约生产所需的原料，降低生产成本。
实施例一
采用膜面积120m2的工业生产设备，浓缩设备功率约10KW，花青素初始浓度12g/L，操作压力2.0Mpa，温度控制在35℃以下，每小时产量可透过2000L的水。
采用膜技术对花青素进行浓缩提取，具体包括如下步骤：
a固液分离：将通过水和含花青素的原料混合、捣碎后制成的含有大量杂质的花青素原液A依次经过袋滤器和精滤器进行初步过滤，除去大部分大颗粒的杂质后，获得含少量杂质的花青素原液B；
b树脂纯化：将含有少量杂质的花青素原液B输入大孔径树脂柱组进行吸附处理，通过树脂的选择吸附，使得花青素吸附在树脂上，再对树脂进行反复清洗，直至清洗液中无可见的杂质为止；
c解吸：选用适合浓度的乙醇溶液进行解吸，将吸附在树脂上的花青素溶解到乙醇中，获得花青素的醇溶液C；
d浓缩：使用纳滤膜组将溶液C进行膜分离处理，将醇从溶液C中浓缩分离，获得花青素浓度高于溶液C十倍以上的花青素浓缩液D；
e干燥：通过干燥处理，获得花青素。
最终，花青素浓度可浓缩至72g/L，提高了6倍，且浓缩前后色价没有降低。
实施例二
采用膜面积120m2的工业生产设备，浓缩设备功率约10KW，花青素的乙醇（50%）解吸液，初始浓度8g/L，操作压力2.0Mpa，温度控制在35℃以下，每小时产量可透过1600L的50%的乙醇液，乙醇液无色透明，花青素损耗在十万分之一以下。
采用膜技术对花青素进行浓缩提取，具体包括如下步骤：
a固液分离：将通过水和含花青素的原料混合、捣碎后制成的含有大量杂质的花青素原液A依次经过袋滤器和精滤器进行初步过滤，除去大部分大颗粒的杂质后，获得含少量杂质的花青素原液B；
b树脂纯化：将含有少量杂质的花青素原液B输入大孔径树脂柱组进行吸附处理，通过树脂的选择吸附，使得花青素吸附在树脂上，再对树脂进行反复清洗，直至清洗液中无可见的杂质为止；
c解吸：选用适合浓度的乙醇溶液进行解吸，将吸附在树脂上的花青素溶解到乙醇中，获得花青素的醇溶液C；
d浓缩：使用纳滤膜组将溶液C进行膜分离处理，将醇从溶液C中浓缩分离，获得花青素浓度高于溶液C十倍以上的花青素浓缩液D；
e干燥：通过干燥处理，获得花青素。
最终，花青素浓度可浓缩至130g/L，提高了16.25倍，且浓缩前后色价没有降低。
实施例三
采用膜面积120m2的工业生产设备，浓缩设备功率约10KW，花青素的乙醇（30%）解吸液，初始浓度8g/L，操作压力2.0Mpa，温度控制在35℃以下，每小时产量可透过1600L的50%的乙醇液，乙醇液无色透明，花青素损耗在十万分之一以下。
采用膜技术对花青素进行浓缩提取，具体包括如下步骤：
a固液分离：将通过水和含花青素的原料混合、捣碎后制成的含有大量杂质的花青素原液A依次经过袋滤器和精滤器进行初步过滤，除去大部分大颗粒的杂质后，获得含少量杂质的花青素原液B；
b树脂纯化：将含有少量杂质的花青素原液B输入大孔径树脂柱组进行吸附处理，通过树脂的选择吸附，使得花青素吸附在树脂上，再对树脂进行反复清洗，直至清洗液中无可见的杂质为止；
c解吸：选用适合浓度的乙醇溶液进行解吸，将吸附在树脂上的花青素溶解到乙醇中，获得花青素的醇溶液C；
d浓缩：使用纳滤膜组将溶液C进行膜分离处理，将醇从溶液C中浓缩分离，获得花青素浓度高于溶液C十倍以上的花青素浓缩液D；
e干燥：通过干燥处理，获得花青素。
最终，花青素浓度可浓缩至96g/L，提高了12倍，且浓缩前后色价没有降低。
实施例四
采用膜面积120m2的工业生产设备，浓缩设备功率约10KW，花青素的乙醇（80%）解吸液，初始浓度8g/L，操作压力2.0Mpa，温度控制在35℃以下，每小时产量可透过1600L的50%的乙醇液，乙醇液无色透明，花青素损耗在十万分之一以下。
采用膜技术对花青素进行浓缩提取，具体包括如下步骤：
a固液分离：将通过水和含花青素的原料混合、捣碎后制成的含有大量杂质的花青素原液A依次经过袋滤器和精滤器进行初步过滤，除去大部分大颗粒的杂质后，获得含少量杂质的花青素原液B；
b树脂纯化：将含有少量杂质的花青素原液B输入大孔径树脂柱组进行吸附处理，通过树脂的选择吸附，使得花青素吸附在树脂上，再对树脂进行反复清洗，直至清洗液中无可见的杂质为止；
c解吸：选用适合浓度的乙醇溶液进行解吸，将吸附在树脂上的花青素溶解到乙醇中，获得花青素的醇溶液C；
d浓缩：使用纳滤膜组将溶液C进行膜分离处理，将醇从溶液C中浓缩分离，获得花青素浓度高于溶液C十倍以上的花青素浓缩液D；
e干燥：通过干燥处理，获得花青素。
最终，花青素浓度可浓缩至84g/L，提高了10.5倍，且浓缩前后色价没有降低。
由以上数据可知，使用适合浓度的乙醇溶液对花青素进行解吸，可以提高浓缩效果，有利于花青素的高品质、高效率生产。
本发明的保护范围不限于以上实施例，在该领域内对本发明内容的任意常规改动均属于本发明专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种花青素的高效浓缩提取设备，其特征在于：包括多个阀门、原液入口（1）、第一增压泵（2）、袋滤器（3）、精滤器（4）、大孔径树脂柱组（5）、储罐（6）、第二增压泵（7）、清洗液入口（8）、高压泵（9）、纳滤膜组（10）、除菌过滤器（11）、浓缩液出口（12）、热交换器（13）、保安精滤器（14）、第一清洗液出口（15）和第二清洗液出口（16），所述各个装置之间通过管道连接，所述管道包括第一管道（31）、第二管道（32）、第三管道（33）、第四管道（34）、第五管道（35）、第六管道（36）、第七管道（37）、第八管道（38）和第九管道（39），按溶液流动方向的入口端为首端，出口端为末端；
所述第一管道（31）首端连接原液入口（1），末端连接大孔径树脂柱组（5），所述第二管道（32）首端连接大孔径树脂柱组（5），末端连接原液入口（1），所述第三管道（33）首端连接大孔径树脂柱组（5），末端连接储罐（6），所述第四管道（34）首端连接储罐（6），末端连接纳滤膜组（10），所述第九管道（39）首端连接纳滤膜组（10），末端连接第五管道（35），所述第五管道（35）沿溶液流动方向依次连接第一清洗液出口（15）、除菌过滤器（11）和大孔径树脂柱组（5），所述第六管道（36）首端连接纳滤膜组（10），末端分支成第七管道（37）和第八管道（38），所述第七管道（37）末端连接储罐（6），所述第八管道（38）沿液体流动方向依次连接第二清洗液出口（16）和浓缩液出口（12），所述第一管道（31）上依次设有第一增压泵（2）、袋滤器（3）和精滤器（4），所述第四管道（34）上依次设有第二增压泵（7）、保安精滤器（14）、清洗液入口（8）和高压泵（9），所述第七管道（37）上设有热交换器（13）。
2.一种应用权利要求1所述设备提取花青素的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
a固液分离：将通过水和含花青素的原料混合、捣碎后制成的含有大量杂质的花青素原液A依次经过袋滤器（3）和精滤器（4）进行初步过滤，除去大部分大颗粒的杂质后，获得含少量杂质的花青素原液B；
b树脂纯化：将含有少量杂质的花青素原液B输入大孔径树脂柱组（5）进行吸附处理，通过树脂的选择吸附，使得花青素吸附在树脂上，再对树脂进行反复清洗，直至清洗液中无可见的杂质为止；
c解吸：选用适合浓度的乙醇溶液进行解吸，将吸附在树脂上的花青素溶解到乙醇中，获得花青素的醇溶液C；
d浓缩：使用纳滤膜组（10）将溶液C进行膜分离处理，将醇从溶液C中浓缩分离，获得花青素浓度高于溶液C十倍以上的花青素浓缩液D；
e干燥：通过干燥处理，获得花青素。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤a中，所述的原料为葡萄、紫玉米、黑枸杞、含有花青素的紫山药、越橘红中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤c中，所述乙醇溶液的浓度为40%~70%。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤c中，所述乙醇溶液可以采用丙酮或甲醇代替。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤d中，所述膜分离处理中的膜采用截留分子量在100~1000Dal的纳滤膜。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述浓缩提取过程中的工作温度控制在35摄氏度以下。
8.根据权利要求1所述的一种花青素的高效浓缩提取设备，其特征在于：所述纳滤膜组（10）的纳滤膜数量是八个。
9.根据权利要求1所述的一种花青素的高效浓缩提取设备，其特征在于：所述第九管道（39）上设有取样口。
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