畢業(yè)設(shè)計辣椒紅色素的提取

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計題目 辣椒紅色素的提取 姓 名 學(xué) 號 系（院） 班 級 指導(dǎo)教師 職 稱 年 月 日目錄：1 辣椒紅產(chǎn)品的工藝概況1.1辣椒紅生產(chǎn)歷史及發(fā)展趨勢 31.2 辣椒紅性質(zhì) 31.3辣椒紅的主要用途 31.4辣椒紅的生產(chǎn)方法 41.5辣椒紅的生產(chǎn)工藝流程的選擇 51.6 本設(shè)計的工藝流程簡圖 52 生產(chǎn)過程的主要設(shè)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(shè)備的選擇和計算 3.1主要設(shè)備的構(gòu)造與大小尺寸的計算確定 63.2主要設(shè)備的選型 64 生產(chǎn)工序的設(shè)備一覽表 65 產(chǎn)品的消耗定額和主要控制指標(biāo) 76 結(jié)束語 77參考文獻(xiàn) 81.1 辣椒

2、紅生產(chǎn)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(chǎn)品，由于無法提高產(chǎn)品品質(zhì)，低檔次的產(chǎn)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(nóng)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(chǎn)廠家不敢收購或干脆買不起辣椒，大部分工廠沒有開機(jī)生產(chǎn)，少數(shù)企業(yè)只是少量加工，無法滿負(fù)荷開機(jī)和正常生產(chǎn)，國內(nèi)辣椒紅色素生產(chǎn)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(yīng)該有所醒悟，調(diào)整生產(chǎn)格局，培養(yǎng)和廣納行業(yè)人才，搞好現(xiàn)有產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，提高產(chǎn)品品質(zhì)和

3、檔次以適應(yīng)國際和國內(nèi)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(zhì)：天然植物色素作為著色劑的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于食品加工、醫(yī)藥和化妝品等與人體健康緊密相關(guān)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(yù)防心血管疾病等方面有明顯作用。隨著生物技術(shù)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(yīng)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(zhì)、黃靈等黃色系色素。 目前的辣椒色素產(chǎn)

4、品主要是辣椒紅色素，它屬于類胡蘿卜素中的復(fù)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(nèi)轉(zhuǎn)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(qiáng)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(zhì)可作為抗氧化劑。辣椒紅色澤鮮艷，色價高，其顯色強(qiáng)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(rèn)。聯(lián)合同糧農(nóng)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(diào)味汁、水產(chǎn)品加工、蔬菜制品、果凍、冰淇淋、奶油、人造奶油、干酪、色拉、調(diào)味醬、米制品、烘烤食品等食品加工中，還可廣泛應(yīng)用于飼料、仿真食品、預(yù)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(nèi)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(chǎn)大國，又是紅色素的需求大國。因此，開發(fā)和應(yīng)用辣椒紅色素具有很大的經(jīng)濟(jì)效

6、益和廣闊的市場前景。1.4 辣椒紅的生產(chǎn)方法：基于辣椒色素的上述特點，國內(nèi)外學(xué)者對其進(jìn)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(shù)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(jī)溶劑萃取法 根據(jù)辣椒色素的理化性質(zhì)，工業(yè)上多采取以下方法進(jìn)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(yīng)用。用硅膠柱層析分離辣椒紅色素，總結(jié)出以下工藝流程: 辣椒挑選

7、粉碎加酶過濾濃縮乙醇、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(jīng)減壓蒸餾濃縮處理后進(jìn)行柱層析脫辣精制操作。 （三）超臨界co2流體萃取技術(shù) 超臨界流體萃取是一種新型的化工分離技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)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(jìn)行分離、提純。使產(chǎn)品符合fao/who殘留溶劑標(biāo)準(zhǔn)要求(己烷含量25mg/kg)的最佳工藝參數(shù)是:萃取

8、壓力18mpa，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(chǎn)品色價可達(dá)到342。韓玉謙等采用超臨界co2流體萃取技術(shù)對色價100180，溶劑殘留30×10-6150×10-6的辣椒紅色素進(jìn)行精制，實驗結(jié)果表明:當(dāng)萃取壓力控制在20mpa以下時，辣椒紅色素的色價和色調(diào)幾乎不受損失，有機(jī)溶劑的殘留可以降低到2.7×10-6左右，但辣椒色素中的紅色系色素和黃色系色素未達(dá)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

9、在較高壓力下得到較大比例的紅色類胡蘿卜素如辣椒紅素、辣椒玉紅素、玉米黃質(zhì)、-隱黃質(zhì)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(shù)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(dá)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(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)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(dāng)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(shè)備一次性投資較大，目前我國在這一領(lǐng)域還未得到廣泛的應(yīng)用。 考慮到天然紅辣椒中含有辣椒紅、辣椒素、辣椒油脂等

10、成分，其中辣椒素即辣椒堿有辣味，高溫下產(chǎn)生刺激性蒸氣，因此在辣椒色素的精制過程中必須將其去除。從結(jié)構(gòu)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(jìn)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(zhì)將兩者進(jìn)行分離，操作步驟如下:稱取經(jīng)去蒂、去籽、粉碎處理后的紅辣椒粉末，以正己烷為萃取劑進(jìn)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(jìn)行減壓

11、蒸餾濃縮，同時回收正己烷。（四）其它 采用兩步法萃取分離紅辣椒，即先用有機(jī)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(jī)溶劑的紅色素和辣椒素，產(chǎn)量較單純用超臨界萃取方法提高57倍，且質(zhì)量遠(yuǎn)超過fao/who(1984)標(biāo)準(zhǔn)。姚祖鳳、姜洪杰等以6種分離、提取方法進(jìn)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(zhì)量與生產(chǎn)技術(shù)和工藝條件有著密切的關(guān)系。通過對比分析，可以比較以上幾種生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性和實用性。 1.5 辣椒紅的生產(chǎn)工藝流程的選擇：通過以上幾種生產(chǎn)技術(shù)的比較得知，技術(shù)（一）

12、生產(chǎn)的辣椒紅色素質(zhì)量最好；技術(shù)（二）、（三）生產(chǎn)的辣椒紅色素各項指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)，但色價較低；顯然，技術(shù)其他幾種技術(shù)只能提取色價較低、純度不高的粗品，尚需進(jìn)一步精制。我所在的實習(xí)企業(yè)，公司從設(shè)備等情況出發(fā)選擇用技術(shù)（一），即有機(jī)溶劑萃取法。1.6 本設(shè)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(chǎn)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(zhì)量+溶劑質(zhì)量=渣料質(zhì)量+混合油質(zhì)量（浸膏

13、質(zhì)量+回收溶劑質(zhì)量）2.3熱量衡算式:熱水提供熱量（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(shè)備的構(gòu)造與大小尺寸的計算確定浸出罐:材質(zhì)尺寸大小q345rl=4m d=2m =12mm3.2主要設(shè)備選型浸出罐（1，2）（蒸汽加熱反應(yīng)釜） 暫存罐（1，2） 混合油罐 溶劑罐4 生產(chǎn)工序的設(shè)備一覽表設(shè)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(yīng)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(zhì)q345rq345rq345rq345r或16mnd

14、r設(shè)備名稱真空泵油泵緩沖罐噴淋塔壓縮機(jī)型號wy-100往復(fù)真空泵50y-60b6aw 12.5氨壓縮機(jī)尺寸大小l=1m =8mm d=0.25mh=3m材質(zhì)碳鋼碳鋼碳鋼碳鋼碳鋼 操作過程簡述：打開進(jìn)料閥門，開啟絞龍和提升機(jī)開始進(jìn)料（辣椒顆粒3.4噸），進(jìn)完后關(guān)閉進(jìn)料閥，開啟攪拌開關(guān)，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(jìn)行回渣（如果是首次開車則無需進(jìn)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(dāng)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

15、為4446）浸泡；浸泡時間（1、2遍需要30min，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(jìn)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(dá)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(jìn)行脫溶（脫溶一般需60 min，壓力達(dá)到-0.08mpa時停止脫溶），然后破真空（使浸出灌內(nèi)壓力在0.00mpa）開啟刮板進(jìn)行排渣，整個生產(chǎn)流程就是這些。5產(chǎn)品的消耗定額和主要控制指標(biāo)產(chǎn)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(biāo)：遍數(shù)1-2遍

16、3-6遍溫度（）38-4040-43壓力（mpa）0 .80 .8時間（min）3015-20渣殘小于0.58個色價溶殘(mg/kg)506結(jié)束語：通過本次實習(xí)，進(jìn)一步了解了有關(guān)設(shè)備的主要構(gòu)造、性能和使用方法。認(rèn)識到嚴(yán)格控制工藝條件對安全生產(chǎn)的重要性和對生產(chǎn)合格產(chǎn)品的必要性。為今后的工作和學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。在研究分析的過程中，老師給予了指導(dǎo)，并提供了很多相關(guān)的重要信息，培養(yǎng)了我對事情研究分析的嚴(yán)謹(jǐn)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(xué)習(xí)和工作。在此表示衷心的感謝！7參考文獻(xiàn)：（1）化工制圖主編：胡建生 化學(xué)工業(yè)出版社，2008、4（2）常用化工單元設(shè)備的設(shè)計 主編：劉玉蘭、陳英南 華東理工大學(xué)出版社 2005、4（3）化工原理 主編：李殿寶 大連理工大學(xué)出版社 2008、6（4）化工原理 天津大學(xué)化工原理教研組，天津科學(xué)技術(shù)出版社，1992（5）化工原理課程設(shè)計 天津大學(xué)