專(zhuān)利名稱(chēng)：膜分離提取紫甘薯紅色素的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜分離提取紫甘薯紅色素的方法。
背景技術(shù)：
色素是已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)、食品加工、化妝品生產(chǎn)等行業(yè)重要產(chǎn)品，但大多為人工合成生產(chǎn)的化學(xué)色素。現(xiàn)已不斷發(fā)現(xiàn)合成色素中不少品種，對(duì)人體具有甚為嚴(yán)重的毒害性，有許多人工合成色素還對(duì)人體有致癌性。世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)把不少合成色素從許可使用的色素名單上刪除。世界范圍內(nèi)，原來(lái)允許在食品中添加的人工合成色素，已有約70％被禁用，我國(guó)衛(wèi)生部1978年5月頒布允許使用的合成色素只有覓菜紅、胭脂紅、檸檬黃和靛藍(lán)等四種，而且都限量使用。鑒于此種情況，人們普遍恢復(fù)了對(duì)天然色素的興趣，研究、生產(chǎn)、使用以農(nóng)作物和果菜類(lèi)作為原料的天然色素，已經(jīng)是色素行業(yè)的重點(diǎn)。國(guó)際常有專(zhuān)業(yè)會(huì)議討論并介紹天然色素，其中的胡蘿卜素、黃酮類(lèi)、花青苷等都有專(zhuān)著介紹，色素使用和生產(chǎn)大國(guó)日本還出版了《天然著色料手冊(cè)》。20世紀(jì)末，在發(fā)達(dá)國(guó)家中，美國(guó)許可使用的天然色素有29種，歐共體和英國(guó)許可的食用天然色素分別為26和28種。而世界上食用天然色素品種最多的國(guó)家——日本，已收入食品添加劑目錄的天然色素品種為98種。由此可見(jiàn)，使用天然色素，已經(jīng)是目前世界醫(yī)藥、食品、日用化工等需要大量著色添加劑行業(yè)的一個(gè)重點(diǎn)。
我國(guó)近20多年來(lái)，研究出七、八十種不同原料來(lái)源的食用天然色素，《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2760-1996》中允許使用的食用天然色素有48個(gè)品種，如蘿卜紅、番茄紅、辣椒紅和玉米黃等。但由于資源少、傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)提取成本高等原因而很難規(guī)?；a(chǎn)。
傳統(tǒng)的色素提取工藝，多采用浸提、蒸發(fā)濃縮、溶劑提純等舊工藝，存在能耗高、溶劑回收難度大、生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜、色素被破壞、產(chǎn)品純度低等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，該方法采用經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、安全、有效的膜分離技術(shù)工藝，從紫甘薯中提取食用紅色素，以便充分利用紫甘薯特有資源，生產(chǎn)新型藥用、日化工業(yè)用及食品用著色劑，為紫甘薯紅色素生產(chǎn)開(kāi)辟新途徑.
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的紫甘薯的塊根及其他各器官經(jīng)酸化溶液提取紅色素溶液，用多級(jí)分離膜分離純化，去除雜質(zhì)，得到濃縮液。
以鮮薯為例，且浸泡液是水的酸化液。
鮮紫薯用水洗凈其表面泥土，剔除病蟲(chóng)害質(zhì)變部分，用機(jī)器或人工方法切成薄片、細(xì)絲或小塊。按不低于1∶8的比例浸泡在溫度為20～40℃的酸化液中，濃度為5％的檸檬酸水溶液中，浸泡1.5小時(shí)后，泵送浸泡的溶液經(jīng)壓濾機(jī)過(guò)濾，濾去顆粒狀雜質(zhì)，經(jīng)超濾膜組件預(yù)處理，進(jìn)入流動(dòng)床離子交換塔，吸附大部分能對(duì)納濾膜及反滲透膜形成污染堵塞的水溶性雜質(zhì)，然后再泵送入納濾膜組件，去除分子量小于紅色素分子量的雜質(zhì)，純化紅色素的溶液，分離得到的酸液，回用浸泡，分離得到的紅色素溶液，經(jīng)反滲透膜組件濃縮，可以得到色素含量在80％以上的濃液產(chǎn)品，在調(diào)整PH值到3后即可作為添加劑應(yīng)用。濃液調(diào)整PH值到3后，用相應(yīng)的干燥工藝即可獲得紅色素的干粉成品。
如果用紫甘薯的干品作原料，在制作薯干時(shí)要求自然太陽(yáng)曝曬干燥時(shí)間不要超過(guò)四小時(shí)，以免色素?fù)p失過(guò)多。
本發(fā)明的技術(shù)方案中的三種主工藝流程，相應(yīng)得到色價(jià)不同級(jí)別的產(chǎn)品，以工藝流程一得到的產(chǎn)品質(zhì)量最好，色素的提取率可達(dá)80％以上。
主工藝流程之一為紫甘薯，清洗粉碎，酸化液浸泡，壓力過(guò)濾，濾液經(jīng)超濾膜處理，陽(yáng)離子吸附去雜，濾膜分離純化，反滲透膜濃縮，調(diào)pH值后得濃縮溶液成品。濃縮液也可以調(diào)pH值后干燥制成干粉成品。
主工藝流程之二為鮮紫薯或干紫薯，清洗粉碎，酸化液浸泡，壓力過(guò)濾，陽(yáng)離子吸附去雜，納濾膜分離純化，反滲透膜濃縮，調(diào)pH值后干燥，得到干粉成品。
主工藝流程之三為鮮紫薯或干紫薯，清洗粉碎，酸化液浸泡，壓力過(guò)濾，陽(yáng)離子吸附去雜，納濾膜分離純化，調(diào)pH值后得濃縮溶液成品。
輔助流程為壓力過(guò)濾后薯渣，第二次酸化液浸泡，壓力過(guò)濾，濾液經(jīng)超濾膜預(yù)處理，進(jìn)入上面所述的主工藝流程后段。
上面所述的三種主要工藝流程，可以得到三種等級(jí)的色素溶液產(chǎn)品，可適應(yīng)各種不同檔次級(jí)別的其他產(chǎn)品需要。
在所述的方法中，酸化液指用檸檬酸或食用醋酸調(diào)制的水溶液或乙醇溶液，浸泡指用酸化溶液在20℃～40℃的溫度條件下，浸泡1.5小時(shí)～2小時(shí)，第一次壓力過(guò)濾后的薯渣，在第二次浸泡時(shí)仍需相同溫度和時(shí)間。
所述的方法中，采用的各種膜組件均為有機(jī)材料或無(wú)機(jī)材料所制。
所述的方法中，采用的超濾膜孔徑為0.01微米～0.2微米，納濾膜孔徑為2納米～10納米；反滲透膜的孔徑小于1納米。超濾和納濾系統(tǒng)工作壓力為0.3～1.6MPa，反滲透膜的工作壓力為1.8～3.5MPa。
所述方法中，采用陽(yáng)離子樹(shù)脂吸附，應(yīng)附有樹(shù)脂再生流程。
所述方法中，酸化液為水溶液時(shí)，配制比例按重量比為3％～6％，以5％的比例較為合適，酸化液為乙醇溶液時(shí)，配制比例按重量比為0.6％～0.8％，以0.6％較為合適。調(diào)色素液PH值是用食用純堿(Na2CO3)或氫氧化鈉(NaOH)，調(diào)制溶液PH值在2～3之間。紫甘薯紅色素提取后的殘?jiān)?，可用于淀粉提取酒精制作等其它產(chǎn)品生產(chǎn)，進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)利用，提高色素生產(chǎn)的綜合效益。
紫甘薯是甘薯特有品種類(lèi)型。因含紅色素，其肉色紫紅，外觀美麗誘人，也因含紅色素，使其成為一種重要的天然色素源。紫甘薯所含的色素屬花色苷類(lèi)色素，這種存在于細(xì)胞液泡中的色素，其主要組份為矢車(chē)菊素和芍藥素。本發(fā)明的技術(shù)方案采用紫甘薯原料可以是鮮薯也可以是薯干片等干料，并不因?yàn)椴捎悯r薯料或干薯料而須改變工藝。除了自甘薯的塊根，其莖、葉等其他器官含有的色素，也可用本發(fā)明技術(shù)方案提取其中的色素。因此本發(fā)明的工藝其原料來(lái)源廣泛，我國(guó)大多數(shù)地區(qū)都適合甘薯種植，面積大，產(chǎn)量高。在國(guó)內(nèi)，80年代初我國(guó)引進(jìn)了“山川紫”和“紫玫瑰”等一些紫甘薯種質(zhì)，經(jīng)多年改良，現(xiàn)已選育出不少產(chǎn)量較高的紫甘薯新品系，可以滿(mǎn)足工業(yè)化提取甘薯紅色素要求。主要有濟(jì)薯18號(hào)、廣薯135號(hào)、寧薯4號(hào)。對(duì)于提取色素來(lái)說(shuō)，日本的“山川紫”、美國(guó)的“美國(guó)黑薯”兩個(gè)品種色素含量高，比普通紫薯的花青素含量高2倍以上，是本發(fā)明技術(shù)方案的首選品種。
本發(fā)明的工藝由于采用膜技術(shù)分離純化和濃縮紫甘薯紅色素，在整個(gè)過(guò)程中，色素不發(fā)生相變，且是在常溫條件下操作，能耗低，不破壞紫甘薯紅色素的分子結(jié)構(gòu)；可以不采用其他溶劑提取而只用水溶液浸提，生產(chǎn)過(guò)程中未使用任何有毒有害溶劑，無(wú)污染，安全衛(wèi)生，安全性高，成本低；色素提取回收率高，可達(dá)80％以上。色素穩(wěn)定性好在用膜技術(shù)提取過(guò)程中不破壞甘薯花色甙含有的酞基結(jié)構(gòu)，有助于對(duì)光、熱反應(yīng)的穩(wěn)定性。產(chǎn)品色價(jià)高應(yīng)用該工藝提取精制的色素產(chǎn)品色價(jià)高于其他提取工藝的色價(jià)。用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的色素，主要用于食品著色、醫(yī)藥工業(yè)品著色，也可作為特種功能保健品的添加劑。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1根據(jù)工藝流程之一，取鮮紫甘薯200公斤，洗凈后切片，放入容積2m3的浸泡罐中，注入濃度為5％的檸檬酸水溶液，調(diào)整浸泡溫度到40℃，1.5小時(shí)后，從浸泡罐抽出紅色色素溶液，用泵送壓濾機(jī)過(guò)濾，濾去顆粒狀雜質(zhì)，過(guò)濾后的色素液體，以0.4MPa的壓力，泵送進(jìn)錯(cuò)流式超濾膜組件，預(yù)處理分離后，得到含部分色素的酸液，利用剩余的泵壓返回浸泡罐再用；得到的富集紅色素溶液，仍在剩余的泵壓作用下，進(jìn)入陽(yáng)離子交換塔，去除會(huì)給納濾及反滲透膜造成污染和堵塞的水溶性雜質(zhì)；用0.6MPa的壓力，泵送進(jìn)錯(cuò)流式納濾膜組件，分離出溶液中95％以上的非色素部分，此時(shí)的色素溶液濃度約為20％～30％，分離后剩余的酸液，還回到浸泡罐回收利用；納濾分離得到的紅色素溶液，在泵的作用下，通過(guò)反滲透膜的濃縮，得到濃度為90％的色素溶液，在適當(dāng)調(diào)整PH值后，其色價(jià)可以達(dá)到100(E1％)。反滲透膜分離后的色素溶液，進(jìn)一步干燥得到干粉成品，色價(jià)高于100(E1％)，各項(xiàng)指標(biāo)完全符合食品添加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例2根據(jù)工藝流程之二，鮮紫甘薯200公斤，洗凈后切片，放入容積2m3的浸泡罐中，注入濃度為5％的檸檬酸水溶液，調(diào)整浸泡溫度到40℃，1.5小時(shí)后，從浸泡罐抽出紅色色素溶液，用泵送壓濾機(jī)過(guò)濾，濾去顆粒狀雜質(zhì)，過(guò)濾后的色素液體，以0.1MPa的壓力，泵送進(jìn)入陽(yáng)離子交換塔，去除會(huì)給納濾及反滲透膜造成污染和堵塞的雜質(zhì)；用0.6MPa的壓力，泵送進(jìn)錯(cuò)流式納濾膜(NF)組件，分離出溶液中95％以上的非色素部分，此時(shí)的色素溶液濃度約為20％～30％，分離后剩余的酸液，還回到浸泡罐回收利用；納濾分離得到的紅色素溶液，在2.0MPa泵壓的作用下，通過(guò)反滲透膜的濃縮，得到濃度為90％的色素溶液，在適當(dāng)調(diào)整PH值后，其色價(jià)可以達(dá)到100(E1％)。反滲透膜分離后的色素溶液，進(jìn)一步干燥得到干粉成品，色價(jià)高于100(E1％)，各項(xiàng)指標(biāo)完全符合食品添加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3根據(jù)工藝流程之一，鮮紫甘薯200公斤，洗凈后切片，放入容積2m3的浸泡罐中，注入濃度為5％的檸檬酸水溶液，調(diào)整浸泡溫度到40℃，1.5小時(shí)后，從浸泡罐抽出紅色色素溶液，用泵送壓濾機(jī)過(guò)濾，濾去顆粒狀雜質(zhì)，過(guò)濾后的色素液體，以0.1MPa的壓力，泵送進(jìn)入流動(dòng)床型陽(yáng)離子交換塔，去除會(huì)給納濾及反滲透膜造成污染和堵塞的雜質(zhì)；用0.6MPa的壓力，泵送進(jìn)錯(cuò)流式納濾膜(NF)組件，分離出溶液中95％以上的非色素部分，此時(shí)的色素溶液濃度約為50％～60％，分離后剩余的酸液，還回到浸泡罐回收利用；納濾分離得到的紅色素溶液，色價(jià)可達(dá)60(E1％)以上，其他各項(xiàng)指標(biāo)完全符合食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例4根據(jù)工藝流程之二，鮮紫甘薯莖、葉100公斤，洗凈后切碎，放入容積2m3的浸泡罐中，注入濃度為5％的檸檬酸水溶液，調(diào)整浸泡溫度到40℃，2小時(shí)后，從浸泡罐抽出紅色色素溶液，用泵送壓濾機(jī)過(guò)濾，濾去顆粒狀雜質(zhì)，過(guò)濾后的色素液體，以0.1MPa的壓力，泵送進(jìn)入陽(yáng)離子交換塔，去除會(huì)給納濾膜及反滲透膜造成污染和堵塞的雜質(zhì)；用0.6MPa的壓力，泵送進(jìn)錯(cuò)流式納濾膜(NF)組件，分離出溶液中95％以上的非色素部分，此時(shí)的色素溶液濃度約為30％～40％，分離后剩余的酸液，還回到浸泡罐回收利用；納濾分離得到的紅色素溶液，在泵的作用下，通過(guò)反滲透膜的濃縮，得到濃度為90％的色素溶液，在適當(dāng)調(diào)整PH值后，其色價(jià)可以達(dá)到100(El％)(國(guó)標(biāo))。反滲透膜分離后的色素溶液，進(jìn)一步干燥得到干粉成品，色價(jià)高于100(E1％)，各項(xiàng)指標(biāo)完全符合食品添加劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
按上述工藝流程生產(chǎn)得到的液體產(chǎn)品，經(jīng)檢驗(yàn)其花色苷的重要結(jié)構(gòu)未被破壞，可以作為食品添加劑使用。
權(quán)利要求
1.一種膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于該方法為紫甘薯的塊根及其他各器官經(jīng)酸化溶液提取紅色素溶液，用多級(jí)分離膜分離純化，去除雜質(zhì)，得到濃縮液。
2.根椐權(quán)利要求1所述的膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于所述的方法中，經(jīng)酸化溶液提取的紅色素溶液經(jīng)超濾膜處理、陽(yáng)離子吸附去雜、納濾膜分離純化、反滲透膜濃縮、調(diào)pH值后得到濃縮液。
3.一種膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于鮮紫薯或干紫薯清洗粉碎，酸化液浸泡，壓力過(guò)濾，陽(yáng)離子吸附去雜，經(jīng)納濾膜分離純化，經(jīng)反滲透膜濃縮，調(diào)pH值后得濃縮溶液。
4.一種膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于鮮紫薯或干紫薯，清洗粉碎，酸化液浸泡，壓力過(guò)濾，陽(yáng)離子吸附去雜，經(jīng)納濾膜分離純化，調(diào)pH后真空濃縮，調(diào)pH值后得濃縮溶液。
5.根椐權(quán)利要求1、2、3或4所述的膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于所述的方法中，壓力過(guò)濾后的薯渣，第二次酸化液浸泡，再次壓力過(guò)濾，濾液經(jīng)超濾膜預(yù)處理，進(jìn)入上面所述的方法的工藝流程的后段。
6.根椐權(quán)利要求1、2、3或4所述的膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于所述的方法中，酸化液指用檸檬酸或食用醋酸調(diào)制的水溶液或乙醇溶液，浸泡指用酸化溶液在20℃～40℃的溫度條件下，浸泡1.5小時(shí)～2小時(shí)，第一次壓力過(guò)濾后的薯渣，在第二次浸泡時(shí)仍需相同溫度和時(shí)間。
7.根椐權(quán)利要求1、2、3或4所述的膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于所述的方法中，采用的各種膜組件均為有機(jī)材料或無(wú)機(jī)材料所制。
8.根椐權(quán)利要求2所述的膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于所述的方法中，采用的超濾膜孔徑為0.01微米～0.2微米，納濾膜孔徑為2納米～10納米；反滲透膜的孔徑小于1納米。超濾和納濾系統(tǒng)工作壓力為0.3～1.6MPa，反滲透膜的工作壓力為1.8～3.5MPa。
9.根椐權(quán)利要求3或4所述的膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于所述的方法中，納濾膜孔徑為2納米～10納米，納濾系統(tǒng)工作壓力為0.3～1.6MPa。
10.根椐權(quán)利要求3所述的膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，其特征在于所述的方法中，反滲透膜的孔徑小于1納米，反滲透膜的工作壓力為1.8～3.5MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種膜分離提取紫甘薯紅色素的方法，該方法是將紫甘薯的塊根及其他各器官經(jīng)酸化溶液提取紅色素溶液，用多級(jí)分離膜分離純化，去除雜質(zhì)，得到濃縮液成品。本發(fā)明的方法所用原料來(lái)源廣泛，且是在常溫條件下操作，能耗低，生產(chǎn)過(guò)程中未使用任何有毒有害溶劑，無(wú)污染，安全衛(wèi)生，成本低；色素提取回收率高，可達(dá)80％以上。色素穩(wěn)定性好，產(chǎn)品色價(jià)高可充分利用紫甘薯特有資源，生產(chǎn)新型藥用、日化工業(yè)用及食品用著色劑。
文檔編號(hào)B01D61/58GK1807516SQ20061001063
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者吳仲賢, 鄧卉戎, 李芃, 王文哲 申請(qǐng)人:吳仲賢, 鄧卉戎