專利名稱：純天然β－胡蘿卜素的提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的深加工領(lǐng)域，尤其是農(nóng)業(yè)產(chǎn)品成分的提取。
背景技術(shù)：
β-胡蘿卜素廣泛存在于綠、橙、黃、紅色蔬果中的天然胡蘿卜素，是所有胡蘿卜素中含量最大的一種，是一種強抗氧化劑，具有高效碎滅單線態(tài)氧和清除自由基的作用，與其它類抗氧化劑相比，胡蘿卜素的活性更強大。胡蘿卜素具有防癌、抗癌、抗衰老、防輻射，能降低血漿中的膽固醇物質(zhì)，治療心血管病，而且能清除香煙和汽車廢氣中的有毒物質(zhì)，活化免疫細胞。此外，胡蘿卜素還是一種安全無毒的天然色素和食品添加劑，廣泛地應(yīng)用于食品著色、營養(yǎng)保健品，藥品及飼料四大領(lǐng)域。因此如何從富含胡蘿卜素的胡蘿卜、鹽藻和甘薯等天然物種中提取胡蘿卜素，已經(jīng)引起了人們越來越多的關(guān)注，直接關(guān)系到胡蘿卜素的開發(fā)應(yīng)用。
胡蘿卜素是一種紫紅色至暗紅色，有光澤的結(jié)晶粉末，分子式為C40H56(相對分子量為536.88)屬四萜類化合物，其分子含有兩個紫羅藍酮環(huán)和四個異戊二烯〔Ch2＝C(CH3)-CH2〕，整個分子是對稱的，即兩個β-酮芷環(huán)在兩端，中心斷裂可產(chǎn)生兩個維生素A分子，有多個雙鍵且雙鍵之間共軛。
由于胡蘿卜素分子中存在共軛雙鍵結(jié)構(gòu)，對氧敏感而不穩(wěn)定，特別是純的結(jié)晶產(chǎn)品更易被氧化破壞。許多物理的、化學的、生物的因素都影響到胡蘿卜素的穩(wěn)定性，例如光輻射、高溫、酸、堿、游離鹵素、水分狀況等，但氧是影響胡蘿卜素穩(wěn)定的主要因素。胡蘿卜素的熔點為184℃，約有20余種異構(gòu)體，不溶于水，微溶于植物油，在脂肪族和芳香族的烴中有中等的溶解性，最易溶于氯化烴，如氯仿等。
利用豐富的農(nóng)副產(chǎn)品加工剩余物質(zhì)如生產(chǎn)胡蘿卜汁、番茄醬、玉米淀粉等產(chǎn)品后的副產(chǎn)品胡蘿卜渣、玉米蛋白粉等干物質(zhì)中提取胡蘿卜素，可充分發(fā)揮農(nóng)作物的價值，提高產(chǎn)品附加值，提高資源轉(zhuǎn)換的利用率，每年能產(chǎn)生總量達百萬噸的β-胡蘿卜素。但它們在生物體內(nèi)的含量并不高，一般僅占干重的0.2％左右。目前從天然植物提取β-胡蘿卜素的技術(shù)主要是有機溶劑提取技術(shù)，常用的有機溶劑有甲醇、無水乙醇、無水乙醚、石油醚、丙酮及石油醚-丙酮。但大量有機溶劑的使用會帶來不同程度的污染，且不易回收，而且耗能高，耗時長，提取效率低等問題。近年來，大量資料報道了采用超臨界流體CO2萃取法提取胡蘿卜素的技術(shù)，雖然提取效率大有提高但該法成本高，投資規(guī)模大，需要高壓設(shè)備，設(shè)備復(fù)雜，溶劑選擇范圍窄，實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)尚需時日。用微波技術(shù)作為輔助措施的方法，主要用于食品和中藥有效成分的提取上，從而使萃取速度提高數(shù)倍，降低了萃取溫度，保證了萃取質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低、產(chǎn)率高、無污染、無毒害、適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的萃取純天然β-胡蘿卜素提取方法。采用的核心技術(shù)為微波輻射輔助的溶劑萃取技術(shù)。
微波與物質(zhì)相互作用主要是兩種方式極性分子(如H2O)在微波電磁場中快速旋轉(zhuǎn)和離子在微波場中的快速遷移，從而互相摩擦而發(fā)熱。微波加熱方式與傳統(tǒng)加熱方式不同，微波將能量直接作用于被加熱物質(zhì)，空氣和器皿基本上不會損耗微波的能量，這保證了能量的快速傳遞和充分利用。
微波萃取技術(shù)是目前用于食品和中藥有效成分提取方面的一項新技術(shù)。微波用于生物原料萃取時，微波高頻電磁波穿透萃取媒質(zhì)，到達被萃取物料的內(nèi)部，微波能迅速轉(zhuǎn)化為熱能，使細胞內(nèi)部溫度快速上升，當細胞內(nèi)部壓力超過細胞壁承受能力，細胞破裂，細胞內(nèi)有效成分自由流出，在較低的溫度下溶解于萃取媒質(zhì)，再通過過濾和分離，便獲得萃取物料。在微波輻射作用下被萃取物料的成分加速向萃取溶劑界面擴散，從而使萃取速率大幅提高，同時還降低了萃取溫度，最大限度保證萃取的質(zhì)量。
實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案為純天然β-胡蘿卜素的提取方法，包括原料的前處理、溶劑萃取、萃取液分離、濃縮、轉(zhuǎn)化為油樹脂產(chǎn)品、產(chǎn)品純化、結(jié)晶，所述溶劑萃取為微波輔助溶劑萃取，萃取溶劑為乙酸乙脂或乙醇，或兩者聯(lián)合使用，以重量計算的萃取溶劑的用量為原料的1.5-3倍，微波頻率為2400-2500MHz，波長為11.5-12.5cm，萃取溫度為15-40℃，萃取時間為10-20分鐘。所述產(chǎn)品純化為超臨界Co2脫溶純化。產(chǎn)品形式為胡蘿卜素的油樹脂產(chǎn)品和胡蘿卜素結(jié)晶產(chǎn)品。
超臨界Co2脫溶技術(shù)通常用做物料的萃取，CO2的超臨界體是CO2液體和氣體完全融在一起的物體，是一種處于高溫高壓下的狀態(tài)。達到超臨界狀態(tài)的溫度和壓力稱為“臨界點”，CO2的超臨界體的臨界點為31℃和73個大氣壓，它即可象氣體那樣擴散，滲透到其他的物體中，又可象液體那樣溶解固態(tài)物質(zhì)，還能與油類物質(zhì)結(jié)合，可用來脫脂、分離油分、祛除雜質(zhì)等，當原料吸收CO2時，同時發(fā)生溶劑化過程，超臨界CO2進而萃取溶質(zhì)，并隨液體一起離開固體物料而被萃取出來。它具有萃取溫度低、萃取速度快、流程簡單、CO2惰性無毒，對人體和環(huán)境無害的特點。因為它存在著溶劑用量大，成本高，易造成環(huán)境污染的問題，本發(fā)明將該技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品的純化，因為存在于產(chǎn)品中的溶劑濃度已經(jīng)不高，所以溶劑用量小，不會造成成本高和易污染環(huán)境的問題，充分發(fā)揮了其萃取效率高，使純化作用十分明顯的特點。
萃取過程在管式或罐式微波萃取設(shè)備中進行，以管式微波萃取設(shè)備更適于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的目的。
本發(fā)明經(jīng)過多次實驗表明原料中的胡蘿卜素提取率 ＞90％胡蘿卜素油樹脂產(chǎn)品(類胡蘿卜素含量) 6％-90％胡蘿卜素結(jié)晶產(chǎn)品(β-胡蘿卜素含量)＞90％乙酸乙脂單獨或混合的殘留量 ＜0.8％本發(fā)明具有下列優(yōu)點1、高的熱效率，萃取效率高，省時，是單純?nèi)軇┓ǖ?/10-1/20；2、溶劑用量少，節(jié)能，污染少；3、萃取結(jié)果不受物質(zhì)含水量的影響，回收率高；4、因萃取時間短，有利于萃取熱不穩(wěn)定物質(zhì)；5、微波能量控制在2450MHz左右，介于紅外線和無線電波之間，對應(yīng)能量為0.96j/mL，能量屬于分子間作用力的范疇，與化合鍵能相差甚遠，保證萃取物純度高；6、儀器設(shè)備簡單，價廉，適應(yīng)面廣。


圖1為本發(fā)明純天然β-胡蘿卜素的提取方法工藝流程簡圖。
具體實施例方式
通過下述實驗例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
實施例11、原料前處理 將富含類胡蘿卜素的農(nóng)產(chǎn)品，如番茄、胡蘿卜、玉米等粉碎成顆粒，打漿。
2、微波輔助溶劑萃取 在管式或罐式微波萃取設(shè)備中進行，內(nèi)壁具有微波涂層。
溶劑 乙酸乙脂用量(重量)溶劑∶原料為1.5∶1溫度 35℃時間 10分鐘微波頻率 2400MHz波長 12cm3、萃取液分離在離心機中進行。
4、濃縮 用加熱方式將萃取液濃縮。
5、產(chǎn)品油樹脂化 加入食用油，食油用量視β-胡蘿卜素在油樹脂產(chǎn)品中的含量而定。
6、用超臨界CO2脫脂純化 31℃，73atm。
7、產(chǎn)品結(jié)晶化 在分子蒸餾器中進行。
胡蘿卜素提取率為93％。
實施例2除微波輔助溶劑萃取工藝參數(shù)與實施例1不同外，其于工藝相同。
微波輔助溶劑萃取工藝參數(shù)為溶劑 乙酸乙脂1份與乙醇1份混合使用用量(重量)溶劑∶原料為3∶1溫度 25℃時間 15分微波頻率 2350MHz波長 11.5cm胡蘿卜素提取率為92.5％。
實施例3除微波輔助溶劑萃取工藝參數(shù)與實施例1不同外，其余工藝條件相同。
微波輔助溶劑萃取參數(shù)為溶劑 乙醇用量(重量)溶劑∶原料＝2∶1溫度 15℃時間 20分微波頻率 2450MHz波長 12.5cm胡蘿卜素提取率為92.5％。
權(quán)利要求
1.純天然β-胡蘿卜素的提取方法，包括原料的前處理，溶劑萃取、萃取液分離、濃縮、轉(zhuǎn)化為油樹脂產(chǎn)品、產(chǎn)品純化、結(jié)晶，其特征為所述溶劑萃取為微波輔助溶劑萃取，萃取溶劑為乙酸乙脂或乙醇，或兩者聯(lián)合使用，以重量計算的萃取溶劑的用量為原料的1.5-3倍，微波頻率為2400-2500MHz，波長為11-12.5cm，萃取溫度為15-40℃，萃取時間為10-20分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純天然β-胡蘿卜素的提取方法，其特征為所述產(chǎn)品純化為超臨界CO2脫溶純化。
全文摘要
本發(fā)明為純天然β－胡蘿卜素的提取方法，涉及農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的深加工領(lǐng)域，β－胡蘿卜素的現(xiàn)有萃取工藝存在著效率低，成本高，設(shè)備復(fù)雜，萃取劑用量大，易污染環(huán)境等問題，本發(fā)明在現(xiàn)有萃取工藝的基礎(chǔ)上引入了微波輻射進行輔助萃取，萃取劑為乙酸乙脂或乙醇，或兩者聯(lián)合使用，萃取劑的用量為原料的1.5－3倍，萃取溫度為15－40℃，萃取時間為10－20分，微波頻率為2400－2500MHz，波長為11.5－12.5cm，還采用了超臨界CO
文檔編號C07C403/24GK1923809SQ20061014962
公開日2007年3月7日 申請日期2006年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月12日
發(fā)明者李曉紅 申請人:李曉紅