畢業(yè)設計辣椒紅色素的提取

1、 畢 業(yè) 設 計題目 辣椒紅色素的提取 姓 名 學 號 系（院） 班 級 指導教師 職 稱 年 月 日目錄：1 辣椒紅產品的工藝概況1.1辣椒紅生產歷史及發(fā)展趨勢 31.2 辣椒紅性質 31.3辣椒紅的主要用途 31.4辣椒紅的生產方法 41.5辣椒紅的生產工藝流程的選擇 51.6 本設計的工藝流程簡圖 52 生產過程的主要設備的物料衡算 2.1 已知條件 62.2 主要物料的物料衡算和熱量衡算 63 主要設備的選擇和計算 3.1主要設備的構造與大小尺寸的計算確定 63.2主要設備的選型 64 生產工序的設備一覽表 65 產品的消耗定額和主要控制指標 76 結束語 77參考文獻 81.1 辣椒

2、紅生產歷史及發(fā)展趨勢：辣椒紅色素以往是我國天然提取和天然色素出口的拳頭產品，由于無法提高產品品質，低檔次的產品在國際上賣不上好價錢，前年由于辣椒價格較低，影響椒農種植的積極性，去年種植減少，加上物價上漲的影響，去年辣椒價格成倍甚至翻番增長，很多辣椒紅色素生產廠家不敢收購或干脆買不起辣椒，大部分工廠沒有開機生產，少數(shù)企業(yè)只是少量加工，無法滿負荷開機和正常生產，國內辣椒紅色素生產去年可謂一片低迷，也許之前的粗制濫取格局已走到盡頭了，大市場又要回到國外市場上去了，也許這是粗制濫取在國際大環(huán)境下的必然現(xiàn)象，決策者應該有所醒悟，調整生產格局，培養(yǎng)和廣納行業(yè)人才，搞好現(xiàn)有產品的應用技術開發(fā)，提高產品品質和

3、檔次以適應國際和國內市場的需要，方能在國際市場中站穩(wěn)腳跟和得到更好的發(fā)展。 1.2 辣椒紅性質：天然植物色素作為著色劑的重要組成部分，廣泛應用于食品加工、醫(yī)藥和化妝品等與人體健康緊密相關的行業(yè)。天然植物色素與人工合成色素相比，原料來源充足，對人體無毒副作用，并且天然色素大多具有一定的生理功能，如天然-胡蘿卜素在防癌、抗癌和預防心血管疾病等方面有明顯作用。隨著生物技術的發(fā)展，天然植物色素的研究與開發(fā)日益受到人們的重視，其應用有著廣泛的發(fā)展前景。辣椒色素是天然色素研究的熱點之一，是含有多種色素成分的混合色素，包括辣椒紅素、辣椒玉紅素、隱黃素等紅色系色素和紫黃質、黃靈等黃色系色素。 目前的辣椒色素產

4、品主要是辣椒紅色素，它屬于類胡蘿卜素中的復烯酮類，為辣椒紅素、辣椒玉紅素和-胡蘿卜素的混合物，它安全無毒，能夠被人體消化吸收，并在人體內轉化為維生素a。辣椒紅色素外觀為深紅色粘性油狀液體，可任意溶于植物油、丙酮、己醚、三氯甲烷、正己烷，易溶于乙醇，稍難溶于丙三醇，不溶于水，對酸對堿穩(wěn)定(在偏酸性環(huán)境中穩(wěn)定性更好)，在加熱條件下不易被破壞，并且具有較強的著色力和良好的分散性，但耐光性、耐氧化性較差，波長210440nm特別是285nm紫外光可使其褪色，添加l-抗壞血酸可提高其光穩(wěn)定性，添加類黃酮和多元酚等物質可作為抗氧化劑。辣椒紅色澤鮮艷，色價高，其顯色強度為其它色素的10倍。 1.3辣椒紅的主

5、要用途 從辣椒中提取的天然色素，其安全性已得到世界公認。聯(lián)合同糧農組織(fao)和世界衛(wèi)生組織(who)將辣椒紅色素列為a類色素，在使用中不加以限量。我國食品衛(wèi)生法規(guī)定，辣椒紅色素既可用于油性食品、調味汁、水產品加工、蔬菜制品、果凍、冰淇淋、奶油、人造奶油、干酪、色拉、調味醬、米制品、烘烤食品等食品加工中，還可廣泛應用于飼料、仿真食品、預防輻射、化妝品和制藥業(yè)中。目前，日本對辣椒紅色素的年需求量約260 t，年銷售額約23億日元；美國包括辣椒紅素在內的天然色素的年銷售額已超過2億美元；我國既是辣椒紅色素原料的生產大國，又是紅色素的需求大國。因此，開發(fā)和應用辣椒紅色素具有很大的經濟效益和廣闊的市

6、場前景。1.4 辣椒紅的生產方法：基于辣椒色素的上述特點，國內外學者對其進行了大量的研究，現(xiàn)已形成了幾種較為成熟的提取、分離方法。筆者對辣椒色素提取精制技術等方面的研究成果作簡單介紹，同時展望未來辣椒色素的研究動向。 幾種典型的辣椒色素提取精制方法： （一） 有機溶劑萃取法 根據(jù)辣椒色素的理化性質，工業(yè)上多采取以下方法進行提取:將茄科植物辣椒的成熟干燥果實之果皮粉碎后，用乙醇、丙酮、丁烷、異丙醇或正己烷等抽提。 （二） 柱層析法據(jù)報道，辣椒中的辣椒素即使稀釋1:100000仍能感覺到辣味，這在很大程度上限制了辣椒色素的應用。用硅膠柱層析分離辣椒紅色素，總結出以下工藝流程: 辣椒挑選粉碎加酶過濾

7、濃縮乙醇、石油醚提取過濾濃縮上硅膠柱洗脫濃縮得深紅色粘稠液體。 辣椒紅色素的柱層析提取精制方法:用丙酮作萃取劑從紅辣椒干粉中提取出辣椒紅粗品，粗品經減壓蒸餾濃縮處理后進行柱層析脫辣精制操作。 （三）超臨界co2流體萃取技術 超臨界流體萃取是一種新型的化工分離技術。該技術的關鍵是了解超臨界流體的溶解能力及隨諸多因素影響的變化規(guī)律。超臨界co2流體萃取(scfe-co2)就是使用高于臨界溫度、臨界壓力的co2流體作為溶媒的萃取過程。 采用瑞士nova公司制造的超臨界萃取裝置對辣椒色素進行分離、提純。使產品符合fao/who殘留溶劑標準要求(己烷含量25mg/kg)的最佳工藝參數(shù)是:萃取壓力18mp

8、a，萃取溫度25，萃取劑流量2.0l/min，萃取時間3h。在最佳工藝條件下產品色價可達到342。韓玉謙等采用超臨界co2流體萃取技術對色價100180，溶劑殘留3010-615010-6的辣椒紅色素進行精制，實驗結果表明:當萃取壓力控制在20mpa以下時，辣椒紅色素的色價和色調幾乎不受損失，有機溶劑的殘留可以降低到2.710-6左右，但辣椒色素中的紅色系色素和黃色系色素未達到完全分離。研究發(fā)現(xiàn)，在超臨界co2流體萃取辣椒色素的過程中使用助溶劑如1%的乙醇或丙酮或升高提取壓力能提高辣椒色素得率。在較低壓力下分離得到的辣椒色素幾乎都是-胡蘿卜素，而在較高壓力下得到較大比例的紅色類胡蘿卜素如辣椒紅

9、素、辣椒玉紅素、玉米黃質、-隱黃質等和少量的-胡蘿卜素。在兩步分段提取過程中，第一階段采用分離紅辣椒油和-胡蘿卜素的技術保證了第二階段辣椒色素提取的富集，并使辣椒紅、黃色素比率達到1.8。在自行開發(fā)的多功能超臨界co2流體萃取分餾裝置上對辣椒色素脫辣精制技術進行了研究，結果表明:在小于10.0mpa壓力下可萃取出黃色和辣味成分，保留紅色素;當壓力大于12.0mpa時可將紅色組分萃取完全。盡管超臨界流體萃取天然色素具有很多的優(yōu)點，但由于超臨界設備一次性投資較大，目前我國在這一領域還未得到廣泛的應用。 考慮到天然紅辣椒中含有辣椒紅、辣椒素、辣椒油脂等成分，其中辣椒素即辣椒堿有辣味，高溫下產生刺激性

10、蒸氣，因此在辣椒色素的精制過程中必須將其去除。從結構上看辣椒素含有酰胺鍵，分子中含有一個羥基，是一個極性化合物，其晶體呈現(xiàn)為單斜棱柱體或矩形，熔點61，溶于稀乙醇、己醚、丙酮、乙酸乙酯等溶劑及堿性水溶液中?？紤]到辣椒紅混合物和辣椒素在不同溶劑中溶解度不同，可以利用兩者的溶解度差異進行脫辣處理。賀文智等5基于此原理采用正己烷萃取法，利用辣椒紅色素易于溶于正己烷而辣椒素較難溶于正己烷的性質將兩者進行分離，操作步驟如下:稱取經去蒂、去籽、粉碎處理后的紅辣椒粉末，以正己烷為萃取劑進行常壓萃取操作，提取液在溫度為90、真空度為0.09mpa的條件下進行減壓蒸餾濃縮，同時回收正己烷。（四）其它 采用兩步法

11、萃取分離紅辣椒，即先用有機溶劑浸取法從干尖辣椒中萃取出含有紅色素、辣椒素和焦油味臭味的辣椒浸膏，然后再用超臨界co2萃取的方法去除焦油味臭味并把紅色素和辣椒素分開，從而得到不含有機溶劑的紅色素和辣椒素，產量較單純用超臨界萃取方法提高57倍，且質量遠超過fao/who(1984)標準。姚祖鳳、姜洪杰等以6種分離、提取方法進行了54次實驗，通過這些實驗了解到:辣椒紅色素的得率和質量與生產技術和工藝條件有著密切的關系。通過對比分析，可以比較以上幾種生產技術的先進性和實用性。 1.5 辣椒紅的生產工藝流程的選擇：通過以上幾種生產技術的比較得知，技術（一）生產的辣椒紅色素質量最好；技術（二）、（三）生產

12、的辣椒紅色素各項指標符合標準，但色價較低；顯然，技術其他幾種技術只能提取色價較低、純度不高的粗品，尚需進一步精制。我所在的實習企業(yè)，公司從設備等情況出發(fā)選擇用技術（一），即有機溶劑萃取法。1.6 本設計的工藝流程簡圖（見手工繪圖）2.1已知條件浸出罐一次投辣椒顆粒3.4 t，提取量與投料量之比為1：15，每天投8批料，每批溶劑用量3 t。單批投料量單批溶劑用量提取比例浸膏產量3.4 t3 t1：150.227 t溶劑正己烷物料辣椒顆粒渣料（辣椒殘渣）色素（辣椒紅）回收溶劑（正己烷）2.2 物料衡算式：物料質量+溶劑質量=渣料質量+混合油質量（浸膏質量+回收溶劑質量）2.3熱量衡算式:熱水提供熱

13、量（熱水溫度：80-90）=混合油攜帶熱量（混合油溫度：38-40）+渣料攜帶熱量3.1主要設備的構造與大小尺寸的計算確定浸出罐:材質尺寸大小q345rl=4m d=2m =12mm3.2主要設備選型浸出罐（1，2）（蒸汽加熱反應釜） 暫存罐（1，2） 混合油罐 溶劑罐4 生產工序的設備一覽表設備名稱浸出罐（1，2）暫存罐（1，2）混合油罐溶劑罐型號蒸汽加熱反應釜尺寸大小l=4m d=2m =12mml=4 m =12mm d=2ml=5m d=2m =12mml=6m d=2m =12mm材質q345rq345rq345rq345r或16mndr設備名稱真空泵油泵緩沖罐噴淋塔壓縮機型號wy-

14、100往復真空泵50y-60b6aw 12.5氨壓縮機尺寸大小l=1m =8mm d=0.25mh=3m材質碳鋼碳鋼碳鋼碳鋼碳鋼 操作過程簡述：打開進料閥門，開啟絞龍和提升機開始進料（辣椒顆粒3.4噸），進完后關閉進料閥，開啟攪拌開關，攪拌約四分之一周，以使物料攤平；開啟排空閥，利用真空泵排空至-0.08mpa方可停止；在已正常開車的情況下，打開回渣閥對暫存罐、混合油灌、緩沖罐等進行回渣（如果是首次開車則無需進行此項）；再打入溶劑（或混合油）至試鏡下邊緣處即可；給浸出灌加熱至適當溫度（一批物料共浸出六遍，1、2遍需要溫度為4043，36遍需要溫度為4446）浸泡；浸泡時間（1、2遍需要30mi

15、n，36遍需要20 min）；將1、2遍打到暫存罐1號靜置510 min后去混合油灌進行蒸發(fā)，36遍分別按照3打1，4打2，5打3，6打4的原則達到其他浸出灌里循環(huán)使用（必要時可以有所改動）；待六遍液過后進行脫溶（脫溶一般需60 min，壓力達到-0.08mpa時停止脫溶），然后破真空（使浸出灌內壓力在0.00mpa）開啟刮板進行排渣，整個生產流程就是這些。5產品的消耗定額和主要控制指標產品的消耗定額表：原料名稱單位規(guī)格每批消耗量（t）成品消耗定額（單耗 t/t ）辣椒顆粒噸含量小于20g/kg水分小于123.41/15主要控制指標：遍數(shù)1-2遍3-6遍溫度（）38-4040-43壓力（mpa

16、）0 .80 .8時間（min）3015-20渣殘小于0.58個色價溶殘(mg/kg)506結束語：通過本次實習，進一步了解了有關設備的主要構造、性能和使用方法。認識到嚴格控制工藝條件對安全生產的重要性和對生產合格產品的必要性。為今后的工作和學習奠定了基礎。在研究分析的過程中，老師給予了指導，并提供了很多相關的重要信息，培養(yǎng)了我對事情研究分析的嚴謹態(tài)度和創(chuàng)新精神，很大程度上提高了我分析問題，解決問題的能力，這非常有利于我現(xiàn)在和今后的學習和工作。在此表示衷心的感謝！7參考文獻：（1）化工制圖主編：胡建生 化學工業(yè)出版社，2008、4（2）常用化工單元設備的設計 主編：劉玉蘭、陳英南 華東理工大學出版社 2005、4（3）化工原理 主編：李殿寶 大連理工大學出版社 2008、6（4）化工原理 天津大學化工原理教研組，天津科學技術出版社，1992（5）化工原理課程設計 天津大學