專利名稱：一種液相超臨界辣椒紅色素脫辣分離方法及其專用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液相超臨界辣椒紅色素脫辣分離方法及其專用裝置，可應(yīng)用于辣椒紅色素的連續(xù)萃取和分離，并可對尾氣凈化循環(huán)利用。
背景技術(shù)：
超臨界流體萃取技術(shù)是近三十年來興起的一種新型分離技術(shù)，在食品、化妝品、醫(yī)藥、天然植物有效成分提取和石油化工等領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用，并取得了一系列工業(yè)化應(yīng)用成果。其中超臨界二氧化碳具有溶解能力強(qiáng)、傳質(zhì)速率高、臨界參數(shù)適宜(臨界壓力 7. 3MPa，臨界溫度31°C)、化學(xué)惰性、無毒、無腐蝕、價(jià)廉易得及安全高效等諸多優(yōu)點(diǎn)，使超臨界萃取分離過程可在接近室溫條件下方便進(jìn)行，并使二氧化碳成為最適合工業(yè)化應(yīng)用的超臨界流體溶劑。因此，近年來超臨界二氧化碳萃取技術(shù)的研究和應(yīng)用方面都得到了很大的發(fā)展。辣椒紅色素色澤鮮美，無毒副作用，具有很高的生理價(jià)值，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織列為A類食用色素。近年來，隨著合成色素毒性的不斷發(fā)現(xiàn)，世界各國使用的合成色素日趨減少，辣椒紅色素作為綠色環(huán)保產(chǎn)品除在食品行業(yè)應(yīng)用外，在化妝品、飲料糖果、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)都有著十分廣泛的使用?，F(xiàn)在生產(chǎn)辣椒紅色素的方法多為溶劑法，該方法生產(chǎn)的辣椒紅色素溶劑殘留多，有異味，色價(jià)低，且工藝過程存在溶劑回收難、能耗大、 提取率低等缺點(diǎn)。近年來，隨著超臨界二氧化碳萃取技術(shù)的發(fā)展，已有采用超臨界二氧化碳萃取技術(shù)對辣椒紅色素提取、分離的相關(guān)報(bào)道。如ZL99114740. 5專利申請公開了一種超臨界二氧化碳精制脫臭辣椒紅色素生產(chǎn)方法，該方法主要步驟包括萃取、一級分離、二級分離，即先將未脫辣或已脫辣的辣椒紅色素通過泵送入萃取器中，然后用泵送入超臨界二氧化碳流體和有機(jī)溶劑(乙醇、丙酮或異丙酮)，調(diào)節(jié)萃取器和分離釜不同的壓力和溫度進(jìn)行萃取，最后萃取器中得到精制的辣椒紅色素，分離釜中得到分離物。但該方法采用間歇操作，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低；且該方法以成本較高的辣椒紅色素粗產(chǎn)品為原料，經(jīng)攜帶劑超臨界萃取后色價(jià)由150提升至最大程度的260，辣椒紅色素產(chǎn)品的色價(jià)提升率較低；另外由于萃取分離過程中添加乙醇、異丙酮等攜帶劑，造成了辣椒紅色素產(chǎn)品中較高的有機(jī)溶劑殘留。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)萃取、分離、凈化一體化連續(xù)生產(chǎn)的高效液相辣椒紅色素超臨界萃取脫辣裝置。本發(fā)明以液體辣椒樹脂為萃取原料，所述的液體辣椒樹脂為干紅辣椒成熟果實(shí)經(jīng)粉碎后用有機(jī)溶劑(石油醚、丙酮或乙醇)提取而得。液體辣椒樹脂中主要含有辣椒紅色素、辣味素(辣椒堿)和有機(jī)溶劑，其中超臨界二氧化碳可以溶解液體辣椒樹脂中的辣味素和有機(jī)溶劑。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是一種液相超臨界辣椒紅色素脫辣分離方法，包括以下步驟
(1)以液體辣椒樹脂為原料，辣椒樹脂經(jīng)物料進(jìn)口及液體分布器(5)從萃取精餾柱(F) 上方流下，超臨界CO2從萃取精餾柱(F)底部的CO2氣體進(jìn)口(7)進(jìn)入，進(jìn)行逆流萃取；(2) 萃取物(溶解有辣味素和有機(jī)溶劑的CO2)從萃取精餾柱(F)頂部萃取物出口( 1)排出，依次
進(jìn)入分離器I (G)和分離器]I (H)脫除有機(jī)溶劑和辣味素；
(3)萃余物純辣椒紅色素產(chǎn)品從萃取精餾柱(F)底部萃余物料出口(8)排出并收集。上述步驟(2)中，CO2尾氣脫辣器(I)脫除氣相中溶解的辣味素，脫除辣味素后的 CO2可循環(huán)利用。上述萃取精餾柱(F)的操作壓力為10_30MPa，操作溫度為35_80°C ；分離器I (G) 的壓力為5-lOMPa，溫度為35-80°C ；控制分離器II (H)與CO2尾氣脫辣器(I)的壓力為 4-8MPa，溫度為35-80°C ；液體辣椒樹脂進(jìn)料量為2_8L/h，CO2循環(huán)流量為5_40L/h。上述液相超臨界辣椒紅色素脫辣分離方法的專用裝置，包括萃取裝置和分離裝
置，其中萃取精餾柱(F)與分離器1(G)、分離器π (H)和CO2尾氣脫辣器(I)依次串聯(lián)，萃取
精餾柱(F)底部設(shè)置有CO2氣體進(jìn)口(7)和萃余物料出口(8)，頂部設(shè)置有萃取物出口(1)。萃取精餾柱(F)的筒體(9)分為上、中、下三段，每段都設(shè)置有物料進(jìn)口及液體分布器(5)，液體物料可采用三段單獨(dú)或同時(shí)進(jìn)料；萃取精餾柱(F)的筒體(9)設(shè)有上、中、下三段夾套(10)，各段夾套(10)內(nèi)通入換熱介質(zhì)，換熱介質(zhì)由換熱介質(zhì)進(jìn)口(6)進(jìn)入，從換熱介質(zhì)出口(11)離開，各段溫度能單獨(dú)調(diào)控，并可根據(jù)不同工藝條件設(shè)置萃取溫度；萃取精餾柱(F)的筒體(9)內(nèi)裝有規(guī)整金屬絲網(wǎng)或波紋填料(4);萃取精餾柱(F)的最大操作壓力為50MPa，最高溫度為300°C，材質(zhì)為不銹鋼；萃取精餾柱(F)內(nèi)設(shè)置有捕沫器(2)、填料壓板 (3 )、液體再分布器(12)和填料支承板(13)。所述的CO2尾氣脫辣器(I)為一空心圓柱罐體，內(nèi)裝不同活性脫辣劑，最大耐壓 30MPa,最高操作溫度為100°C，材質(zhì)為不銹鋼。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
(1)本發(fā)明使原料與萃取劑逆流接觸，增強(qiáng)了傳質(zhì)效果，且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。(2)本發(fā)明是采用溶劑法所得的低色價(jià)的液體辣椒樹脂為原料，色價(jià)提升率很高。 經(jīng)過本發(fā)明裝置處理后，可獲得色價(jià)由原料的80提高到320以上的辣椒紅色素產(chǎn)品。(3) 本發(fā)明在整個(gè)超臨界萃取分離與脫辣凈化工藝過程中，沒有添加任何有機(jī)溶劑攜帶劑，所得產(chǎn)品經(jīng)檢測有機(jī)溶劑殘留量不超過lOppm，遠(yuǎn)低于有機(jī)殘留25ppm的國家標(biāo)準(zhǔn)。(4)本發(fā)明設(shè)計(jì)了 CO2脫辣器，在降低了色素產(chǎn)品辣味素含量的同時(shí)，對尾氣做進(jìn)一步的凈化處理， 解決了尾氣中辣味素含量較高使色素產(chǎn)品帶有辣味的難題，實(shí)現(xiàn)CO2氣體的循環(huán)利用，節(jié)能環(huán)保且降低成本。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖中A為CO2儲罐，B為冷箱，C為加壓泵，D為原料儲罐，E為加料泵，F(xiàn)為萃取精餾柱， G為分離器I，H為分離器II，I為CO2脫辣器。
圖2是萃取精餾柱的結(jié)構(gòu)圖2中1為萃取物出口，2為捕沫器，3為填料壓板，4為填料，5為物料進(jìn)口及液體分布器，6為換熱介質(zhì)進(jìn)口，7為CO2氣體進(jìn)口，8為萃余物料出口，9為萃取精餾柱筒體，10為夾套，11為換熱介質(zhì)出口，12為液體再分布器，13為填料支承板。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。實(shí)施例1以溶劑法所得液體辣椒樹脂中間體為原料，采用本發(fā)明裝置獲得高色價(jià)辣椒紅色素。本實(shí)施例所用萃取精餾柱高255cm，萃取精餾柱中的填料為規(guī)整金屬絲網(wǎng)，萃取精餾柱的設(shè)計(jì)壓力為50MPa。工藝流程圖如圖1所示，萃取精餾柱的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，CO2由CO2儲罐(A)進(jìn)入冷箱(B)冷卻后經(jīng)過加壓泵(C)加壓到10-30MPa，萃取精餾柱(F)溫度控制在35_80°C， 進(jìn)入萃取精餾柱(F)內(nèi)的CO2達(dá)到超臨界狀態(tài)。原料辣椒樹脂由原料儲罐(D)經(jīng)加料泵(E)從萃取精餾柱(F)頂部進(jìn)入萃取精餾柱(F)內(nèi)，加料速率控制在2-8L/h。同時(shí)，高壓CO2從萃取精餾柱(F)底部進(jìn)入，在超臨界狀態(tài)下與辣椒樹脂進(jìn)行逆流萃取，控制超臨界CO2的操作流量為5-40L/h，操作壓力為 10-30MPa。所得產(chǎn)品辣椒紅色素由萃取精餾柱(F)底部閥門放出并收集，調(diào)節(jié)該閥門使排放流量與加料速率基本相等。辣味素等萃取產(chǎn)物由超臨界CO2溶解后從萃取精餾柱(F)頂部帶出，通過調(diào)節(jié)閥頂部進(jìn)入分離器I。分離器I的壓力為5-lOMPa，溫度為35_80°C。分離產(chǎn)品由分離器I底部閥門放出并收集，CO2流體經(jīng)過調(diào)節(jié)閥從頂部進(jìn)入分離器II。分離器II的壓力為4-8MPa，溫度為35_80°C。分離產(chǎn)品由分離器II底部閥門放出并收集，CO2流體經(jīng)過調(diào)節(jié)閥從底部進(jìn)入CO2脫辣器。CO2脫辣器(I)脫除了 CO2流體中的辣味素，辣味素由CO2脫辣器(I)底部閥門放出并收集，凈化后的CO2返回到氣相貯槽循環(huán)利用。采用本發(fā)明分離方法和專用裝置提取的純辣椒紅色素產(chǎn)品色價(jià)高達(dá)320，辣味素含量低于0. 35%，總有機(jī)溶劑殘余量低于20ppm。各項(xiàng)主要指標(biāo)均優(yōu)于辣椒紅色素產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)(GB10783-2008)。
權(quán)利要求
1.一種液相超臨界辣椒紅色素脫辣分離方法，包括以下步驟(1)以液體辣椒樹脂為原料，辣椒樹脂經(jīng)物料進(jìn)口及液體分布器(5)從萃取精餾柱(F) 上方流下，超臨界CO2從萃取精餾柱(F)底部的CO2氣體進(jìn)口(7)進(jìn)入，進(jìn)行逆流萃取；(2)萃取物從萃取精餾柱(F)頂部萃取物出口(1)排出，依次進(jìn)入分離器 I (G)和分離器II (H)脫除有機(jī)溶劑和辣味素；(3)萃余物純辣椒紅色素產(chǎn)品從萃取精餾柱(F)底部萃余物料出口(8)排出并收集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相超臨界辣椒紅色素脫辣分離方法，其特征在于步驟 (2)中，CO2尾氣脫辣器(I)脫除氣相中溶解的辣味素，脫除辣味素后的CO2可循環(huán)利用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液相超臨界辣椒紅色素脫辣分離方法，其特征在于萃取精餾柱(F)的操作壓力為10-30MPa，操作溫度為35_80°C;分離器I (G)的壓力為5_10MPa，溫度為35-80°C ；控制分離器II (H)與CO2尾氣脫辣器(I)的壓力為4_8MPa，溫度為35_80°C。
4.權(quán)利要求1所述液相超臨界辣椒紅色素脫辣分離方法的專用裝置，包括萃取裝置和分離裝置，其特征在于萃取精餾柱(F)與分離器I (G)、分離器II (H)和CO2尾氣脫辣器(I) 依次串聯(lián)，萃取精餾柱(F)底部設(shè)置有CO2氣體進(jìn)口(7)和萃余物料出口(8)，頂部設(shè)置有萃取物出口(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的專用裝置，其特征在于萃取精餾柱(F)的筒體(9)分為上、 中、下三段，每段都設(shè)置有物料進(jìn)口及液體分布器(5 )，液體物料采用三段單獨(dú)或同時(shí)進(jìn)料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的專用裝置，其特征在于萃取精餾柱(F)的筒體(9)設(shè)置有上、中、下三段夾套(10)，各段夾套(10)內(nèi)通入換熱介質(zhì)，換熱介質(zhì)由換熱介質(zhì)進(jìn)口(6)進(jìn)入，從換熱介質(zhì)出口(11)離開，各段溫度單獨(dú)調(diào)控，根據(jù)不同工藝條件設(shè)置萃取溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的專用裝置，其特征在于萃取精餾柱(F)的筒體(9)內(nèi)裝有規(guī)整金屬絲網(wǎng)或波紋填料(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的專用裝置，其特征在于萃取精餾柱(F)的最大操作壓力為 50MPa，最高溫度為300°C，材質(zhì)為不銹鋼。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的專用裝置，其特征在于萃取精餾柱(F)內(nèi)設(shè)置有捕沫器 (2)、填料壓板(3)、液體再分布器(12)和填料支承板(13)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的專用裝置，其特征在于所述的CO2尾氣脫辣器(I)為一空心圓柱罐體，內(nèi)裝不同活性脫辣劑，最大耐壓30MPa，最高操作溫度為100°C，材質(zhì)為不銹鋼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液相超臨界辣椒紅色素脫辣分離方法，包括以下步驟以液體辣椒樹脂為原料，辣椒樹脂經(jīng)物料進(jìn)口及液體分布器從萃取精餾柱上方流下，超臨界CO2從萃取精餾柱底部的CO2氣體進(jìn)口進(jìn)入，進(jìn)行逆流萃??；萃取物從萃取精餾柱頂部萃取物出口排出，依次進(jìn)入分離器Ⅰ和分離器Ⅱ脫除有機(jī)溶劑和辣味素；萃余物純辣椒紅色素產(chǎn)品從萃取精餾柱底部萃余物料出口排出并收集。本發(fā)明使原料與萃取劑逆流接觸，增強(qiáng)了傳質(zhì)效果，且可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率；采用溶劑法所得的低色價(jià)的液體辣椒樹脂為原料，可獲得色價(jià)由原料的80提高到320以上的辣椒紅色素產(chǎn)品。
文檔編號C09B67/54GK102321384SQ20111016777
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者侯磊磊, 王玉琪, 鄭嵐, 陳開勛, 馬亞峰 申請人:西北大學(xué)