CN105884791B - 一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法，将磺化后的红曲黄色素反应液作为电渗析设备的淡水室液，将水作为电渗析设备的浓水室液，采用聚偏氟乙烯材质的膜片作为电渗析设备的阴膜和阳膜进行电渗析脱盐操作。本发明通过电渗析设备分离色素中的盐分，使得终产品的灰分（盐分）＜10%，并且本发明提供的方法还显著提高了红曲黄色素的色价，优化了生产工艺并达到缩短生产周期和减能降耗的目的。

Description

一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法

技术领域

本发明属于技术领域，具体涉及一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法。

背景技术

现有技术中，天然食用色素的来源主要有植物提取、动物提取和微生物发酵等三大类，而红曲色素是一种由红曲霉属的丝状真菌经发酵而成的优质的天然食用色素，是红曲霉的次级代谢产物。

红曲黄色素通常以大米和黄豆为主要原料，经红曲菌液体深层发酵得到次级代谢产物，再经精制提取得到天然红曲红色素，加入磺化剂转化即得。生产红曲黄色素的原料充足易得，因此可以大规模生产红曲黄色素。但存在的问题是，在红曲红转化为红曲黄色素的过程中，为提高产品的收得率、稳定产品质量，需要加入磺化剂、酸和碱等物质，这使得转化过程中会产生硫酸盐、亚硫酸盐等物质，使产品的灰分大量增加，并产生大量难于处理的废水，由于这些盐类物质的分子量与红曲黄色素的相差不大，采用一般的膜分离方法难以分离。

目前的生产方法多通过沉淀法进行分离，沉淀法在去除盐分的同时提取红曲黄色素，该方法通常能够提取出约80%的红曲黄色素，还有约20%的红曲黄色素与盐分混在一起当作废液进行处理，造成了极大的资源浪费和生产成本的提高，同时还造成了环境的污染。并且现有技术生产红曲黄色素的生产成本较高，导致红曲黄色素销售价格偏高，无法满足市场的大量需求。因此，仍需寻求一种新型高效的脱盐方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法，本发明通过电渗析设备分离色素中的盐分，使得终产品的灰分（盐分）＜10%，并且本发明提供的方法还有效提高了红曲黄色素的色价。

本发明的另一目的在于提供一种红曲黄色素的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种红曲黄色素。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法，将磺化后的红曲黄色素反应液作为电渗析设备的淡水室液，将水作为电渗析设备的浓水室液，采用聚偏氟乙烯材质的膜片作为电渗析设备的阴膜和阳膜进行电渗析脱盐操作。

本发明采用电渗析法对红曲黄色素反应液进行脱盐处理，利用荷电膜的选择透过性和电场力作用对液体中的离子型物质进行分离而达到脱盐的目的。电渗析设备的主要部件为阴离子交换膜、阳离子交换膜、隔板、电极和直流电源五部分；隔板构成的隔室为液体流经过的通道，物料经过的隔室为淡水室，脱盐后浓水经过的隔室为浓水室。在直流电场的作用下，利用离子交换膜的选择透过性，阳离子透过阳膜，阴离子透过阴膜，淡水室的离子向浓水室迁移，浓水室的离子由于膜的选择透过性而无法向浓水室迁移。这样淡水室的盐分浓度逐渐降低，相邻浓水室的盐分浓度相应逐渐升高，经过这样的过程物料中的盐分得以脱除。

本发明的发明人经过多次试验尝试之后发现，当选用聚偏氟乙烯材质的膜片作为电渗析设备的阴膜和阳膜时，聚偏氟乙烯可有效截流住红曲黄色素反应液中的有机物质，防止有效成分的损失，而选用其它材料的膜片则无法有效阻止有机物质透过膜片，造成有机物质渗透扩散到隔壁的浓水室中；另外，聚偏氟乙烯具有良好的化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性、耐酒精、耐侯性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等特殊性能，使得聚偏氟乙烯具有较好的稳定性，适宜作为电渗析法中使用的半选择性透过膜，聚偏氟乙烯材质的膜片可有效脱除红曲黄色素反应液中的盐分并具有较好的效果。

优选地，所述淡水室和浓水室的水流量为400～600L/h；所述极水室的水流量为100～200L/h；在本发明中，水流量对除盐效果影响较大，当流量过大会造成进水压力过高，会发生装置的泄露和变形，水流量过小悬浮物会黏附于电渗析设备中造成水流压力上升，除盐效率下降，进而造成水流死角和具备极化结垢。

优选地，所述电渗析设备的压力控制在≤0.06MPa。

在脱盐过程中，工作电流高有利于提高设备运行的效率，但是电流过高则会对膜对造成损伤，因此优选地，电渗析脱盐过程中的电流控制在10A以下。

优选地，电渗析脱盐完毕后，所述红曲黄色素反应液的电导率小于2700ms/cm。

优选地，在电渗析脱盐过程中，浓水室的盐分不能过高，盐分过高会造成盐分脱除的不完全，因此控制浓水室的电导率不高于淡水室的电导率的20倍。

优选地，所述磺化后的红曲黄色素反应液预先采用超滤膜或微滤膜去除滤渣；在本发明中选用超滤膜或微滤膜去除红曲黄色素反应液中的滤渣，滤渣如果不及时清除可能会造成膜片堵塞，降低脱盐效率，严重时会使脱盐工作无法进行；同时去除滤渣还可延长阴膜和阳膜的使用寿命。

优选地，所述脱盐方法在5～40℃、200～250V膜对电压下进行电渗析脱盐操作。

一种红曲黄色素的制备方法，采用上述脱盐方法对红曲黄色素反应液进行脱盐处理。

优选地，所述红曲黄色素反应液经脱盐处理后，浓缩、配料后进行喷雾干燥即可得红曲黄产品。

本发明通过电渗析法制备得到的红曲黄色素中的盐分含量较少，灰分（盐分）含量＜10%，本发明提供的红曲黄色素的方法还提高了色素的色价，使得产品质量显著提高；同时本发明提供的方法基本不使用酸和碱溶液，减少了酸和碱的使用量以及废水的产生，缩短了生产周期，对降低生产成本起到非常重要的作用。

上述制备方法制备得到的红曲黄色素。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的电渗析脱盐方法采用特定材质的阳膜和阴膜使得在进行电渗析脱盐处理时，膜片能够有效截流住红曲黄色素反应液中的有机物，使有机物不至于扩散到浓水室中，最大程度的保留了红曲黄反应液中的有效成分，使得红曲黄色素的提取率超过95％；本发明通过采用电渗析法代替传统除盐工艺，利用电渗析阴阳膜分离红曲黄色素中的盐分，使得产品质量得到提高，本发明提供的方法对盐分的脱除率达到70％以上，并且电渗析法脱盐后制备得到的红曲黄色素的灰分(盐分)含量＜10％。本发明提供的电渗析脱盐法大大减少了化学合成的酸和碱的使用量以及废水的产生，生产周期显著缩短，大幅度降低了生产成本，具有较大的推广应用价值。

附图说明

图1为电渗析法用于红曲黄色素反应液脱色的工作原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法：所使用原料、助剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场购买等商业途径得到的原料和助剂。

实施例1 一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法

（1）将磺化后带酒精的物料经过滤后放在淡水室中，自来水充入浓水室中，0.5%的食盐水放入极水室中；检查各阀门及电气开关，确保电压电流调节旋钮归零，直流电源没有处于工作状态；

（2）一切就绪后，略微开启三路阀门，开启三台循环泵，调节好流量和压力，浓淡水室控制流量在500L/h，极水流量控制在120L/h，压力控制在≤0.06MPa，注意保持各室的压力均衡；

（3）待各路流量稳定后再开启整流器开关，逐渐调节旋钮，使电压从“0”逐渐调到100v；运行1～2分钟后，继续调节使电压上升至250v；

（4）脱盐过程中，控制浓水室的盐分不能高于物料中盐分的20倍，若高于20倍则排放部分浓水并补充等量体积的自来水，其盐分含量是通过电导率来体现的，此次实施结束时浓水室的电导率为2726ms/cm，淡水室为2150 ms/cm；

（5） 随着脱盐过程的持续，含盐量的降低，电流会下降，可调节旋钮提高电压，可调节至电压上限指标250v；运行过程中注意控制料液的温度不能超过40℃，如果温度升高，开启制冷设备及换热器降温，此次实施过程中温度在30℃；

（6） 当电流为0时，表示物料脱盐结束，把旋钮调节到电压为0，再关闭整流器及各水泵；本实施例电渗析法脱盐处理后的红曲黄色素反应液测试指标的实验数据如下：

表1 电渗析前后红曲黄色素反应液的性能指标

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实施例2 一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法

（1）将磺化后带酒精的物料经过滤后放在淡水室中，自来水充入浓水室中，0.75%的食盐水放入极水室中；检查各阀门及电气开关，确保电压电流调节旋钮归零，直流电源没有处于工作状态；

（2）一切就绪后，略微开启三路阀门，开启三台循环泵，调节好流量和压力，浓淡水室控制流量在400L/h，极水流量控制在140L/h，压力控制在≤0.06MPa，注意保持各室的压力均衡；

（3）待各路流量稳定后再开启整流器开关，逐渐调节旋钮，使电压从“0”逐渐调到100v；运行1～2分钟后，继续调节使电压上升至250v；

（4）脱盐过程中，控制浓水室的盐分不能高于物料中盐分的20倍，若高于20倍则排放部分浓水并补充等量体积的自来水，其盐分含量是通过电导率来体现的；此次实施结束时浓水室的电导率为2170ms/cm，淡水室为2670 ms /cm；

（5） 随着脱盐过程的持续，含盐量的降低，电流会下降，可调节旋钮提高电压，调节至电压上限指标250v；运行过程中注意控制料液的温度不能超过40℃，如果温度升高，开启制冷设备及换热器降温；此次实施过程中温度在30℃。

（6） 当电流为0时，表示物料脱盐结束，把旋钮调节到电压为0，再关闭整流器及各水泵；本实施例电渗析法脱盐处理后的红曲黄色素反应液测试指标的实验数据如下：

表2 电渗析前后红曲黄色素反应液的性能指标

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实施例3 一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法

（1）将磺化后带酒精的物料经过滤后放在淡水室中，自来水充入浓水室中，0.3%的食盐水放入极水室中；检查各阀门及电气开关，确保电压电流调节旋钮归零，直流电源没有处于工作状态；

（2）一切就绪后，略微开启三路阀门，开启三台循环泵，调节好流量和压力，浓淡水室控制流量在550L/h，极水流量控制在180L/h，压力控制在≤0.06MPa，注意保持各室的压力均衡；

（3）待各路流量稳定后再开启整流器开关，逐渐调节旋钮，使电压从“0”逐渐调到100v；运行1～2分钟后，继续调节使电压上升至250v；

（4）脱盐过程中，控制浓水室的盐分不能高于物料中盐分的20倍，若高于20倍则排放部分浓水并补充等量体积的自来水，其盐分含量是通过电导率来体现的；此次实施结束时浓水室的电导率为2500ms/cm，淡水室为2560ms/cm；

（5） 随着脱盐过程的持续，含盐量的降低，电流会下降，可调节旋钮提高电压，调节至电压上限指标250v；运行过程中注意控制料液的温度不能超过40℃，如果温度升高，开启制冷设备及换热器降温；此次实施过程中温度在30℃。

（6） 当电流为0时，表示物料脱盐结束，把旋钮调节到电压为0，再关闭整流器及各水泵；本实施例电渗析法脱盐处理后的红曲黄色素反应液测试指标的实验数据如下：

表3 电渗析前后红曲黄色素反应液的性能指标

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实施例4 一种红曲黄色素的制备方法

（1）以大米和黄豆为主要原料,采用红曲霉菌进行液体深层发酵的方法,得到红曲红色素；

（2）将发酵液进行采用板框压滤进行固液分离，固体菌丝体进行酒精萃取，制得红曲红色素酒精萃取液；

（3）萃取液中加入一定量的磺化剂进行转化反应，可制得红曲黄色素反应液；

（4）采用板框压滤、超滤或微滤等方法去除反应液中滤渣得到滤液；

（5）滤液采用实施例1～3中的方法使用电渗析设备进行去除红曲黄色素反应液中的无机盐，降低产品的灰分（盐分）；

将磺化后带酒精的物料放在淡水室中，自来水充入浓水室中，0.25%～1%的食盐水放入极水室中；调节好循环泵的压力和流量，注意保持各室的压力均衡；

调控整流器电压及电流，利用离子交换膜的选择透过性，阳离子透过阳膜，阴离子透过阴膜，淡水室的离子向浓水室迁移，浓水室的离子由于膜的选择透过性而无法向淡水室迁移。这样淡室的盐分浓度逐渐降低，相邻浓水室的盐分浓度相应逐渐升高，经过这样的过程物料中的盐分得以脱除；随着脱盐过程的持续，含盐量的降低，电流会下降，注意调控电压；物料脱盐达到指标后，关闭电源、整流器、水泵等。本实施例电渗析法脱盐处理后的红曲黄色素反应液测试指标的实验数据如下：

表4 电渗析前后红曲黄色素反应液的性能指标

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（6）将步骤（5）所得红曲黄色素反应液再经浓缩去除物料中的酒精和水，并添加辅料进行配料后，通过喷雾干燥，即可得到粉末状的红曲黄色素产品，所得到的红曲黄色素为橙红色粉末，灰分（盐分）含量＜5%；本实施例制备得到的红曲黄色素测试指标的实验数据如下：

表5 红曲黄色素的性能指标

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对照例1 一种化学沉淀法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法

（1）以大米和黄豆为主要原料,采用红曲霉菌进行液体深层发酵的方法,得到红曲红色素；

（2）将发酵液采用板框压滤进行固液分离，固体菌丝体进行酒精萃取，制得红曲红色素酒精萃取液；

（3）萃取液中加入一定量的磺化剂进行转化反应，可制得红曲黄色素反应液；

（4）再向红曲黄色素反应液中加入稀盐酸，调节pH至3.5～4.0,使红曲黄色素形成沉淀，去除上清液；

（5）用酒精溶解步骤(4)的沉淀物，同时加入氢氧化钠溶液调节料液pH至7.0即得红曲黄色素沉淀液，该红曲黄色素沉淀液测试指标的实验数据如下：

表6 化学沉淀法前后红曲黄色素反应液的性能指标

（6）将步骤（5）所得红曲黄色素反应液再经真空浓缩分离物料中的酒精和水，并添加辅料进行配料后，通过喷雾干燥，即可得到粉末状的红曲黄色素产品，所得到的红曲黄色素为橙红色粉末，灰分（盐分）含量8.5～10%，所得红曲黄色素的测试指标的实验数据如下。

表7 红曲黄色素的性能指标

由实施例1～3可知，本发明提供的电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法，可有效提高红曲黄色素反应液的色价，提高率高达15.80%；由实施例4和对照例1可知，本发明提供的电渗析法脱除盐分后制备得到的红曲黄色素显著降低了处理后的红曲黄色素反应液中的灰分（盐分）的含量，本发明提供的电渗析法的脱除率能够达到70%以上；相比之下，现有的方法脱盐后制备得到的红曲黄色素对盐分的脱除率仅达到45%左右，脱盐效果较差，并且现有的脱盐方法在脱盐的同时脱除了部分色素，使得红曲黄色素反应液的色价降低，降低率高达20%。

Claims (3)

1.一种电渗析法用于红曲黄色素反应液的脱盐方法，其特征在于，将磺化后的红曲黄色素反应液作为电渗析设备的淡水室液，将水作为电渗析设备的浓水室液，采用聚偏氟乙烯材质的膜片作为电渗析设备的阴膜和阳膜进行电渗析脱盐操作；在电渗析脱盐过程中，所述电渗析设备的压力控制在≤0.06MPa；电流控制在10A以下；在5～40℃、200～250V膜对电压下进行电渗析脱盐操作；所述淡水室和浓水室的水流量为400～600L/h；控制浓水室的盐分不高于淡水室中物料盐分的20倍。

2.根据权利要求1所述脱盐方法，其特征在于，电渗析脱盐完毕后，所述红曲黄色素反应液的电导率小于2700ms/cm。

3.一种红曲黄色素的制备方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述脱盐方法对红曲黄色素反应液进行脱盐处理，脱盐处理后的红曲黄色素反应液经浓缩、配料后进行喷雾干燥即得产品。