萃取分离姜精油和富含姜辣素姜油树脂的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于天然产物的萃取分离技术领域，具体涉及一种低压超临界CO2萃取分离姜精油和富含姜辣素姜油树脂的方法。
【背景技术】
[0002]生姜为姜科姜属植物姜(Zingiber officinale Rose.)的根莖，中医药认为姜辛、热；归脾、胃、心、肺经，具有温中散寒，回阳通脉，燥湿消痰的功效，用于腕腹冷痛，呕吐泄泻，肢冷脉微，痰饮喘咳等症，现代药理研究表明，生姜具有解热、镇痛、抗炎、抗心衰、抑菌、镇吐、促进胆汁分泌，保护心肌细胞缺氧缺糖性损伤，抗血小板聚集等药理活性。姜也是一种深受喜爱、广泛使用的天然辛香食品调味料，是典型的药食两用植物。
[0003]生姜中最重要的化学组成为挥发油-姜精油(Essentialoil of ginger)和姜辣素类-姜油树脂(Oleoresin of ginger)。
[0004]姜精油通常是指从生姜根茎中用水汽蒸馏的方法提取出来的挥发性油分，几乎不含高沸点成分，具有浓郁的芳香气味，主要用于食品及饮料的加香和调味。姜精油是透明、浅黄到橘黄可流动的液体，是一种复杂的混合物。由于姜精油香气浓郁，有令人愉悦的具鲜花特征的香气、略有柠檬味，口味温热、香辛、不辛辣，主要用于食品及化妆品。如用于食品、饮料、无醇清凉饮料和特殊甜酒的加香、调味，是天然的食品香料；用于化妆品特别是男士用香水的理想天然香精原料。姜精油作为药用也有悠久的历史，有祛寒除湿，驱风止痛，温经通络，防治晕车、船、飞机等运动病，还有抗衰老作用。最近的研究表明，姜精油中的萜烯化合物具有保护胃粘膜和抗溃疡作用，姜精油对中枢神经系统有抑制作用，姜精油还有较好的抗炎作用。
[0005]姜油树脂是指用有机溶剂萃取生姜根茎，然后回收有机溶剂，剩下的比较粘稠的半流体物质，含有精油不具备的不挥发的脂肪成分。姜油树脂作为姜调味料精加工产品，含有感官上非常重要的挥发性油分、姜辣素成分以及脂肪油、棕桐酸、树脂和碳水化合物，其中姜辣素是决定姜的滋味以及姜油树脂风味的最主要成分。作为调味料，姜油树脂含有姜的全部香气和味道，因此可作为高品质的浓缩调味料替代传统香辛原料应用于食品加工及烹饪，特别是它含有姜的主要风味成分-姜辣素，研究证实，姜辣素具有强心、降压、降血脂、降血糖、抗血小板、抗氧化、抗肿瘤、抗炎止痛等广泛的药理作用，并具有重要的生物活性作用，在医药领域有重要用途。
[0006]超临界流体萃取，特别是超临界CO2流体萃取技术，是一种新的化工分离单元技术，集提取分离过程于一体，工艺流程短，萃取温度低，萃取效率高，无溶剂残留，特别适合于天然产物中非极性或弱极性物质-如脂溶性挥发性有效成分的提取分离。
[0007]然而，现有技术中利用超临界CO2萃取分离生姜有效成分的方法，需要在较高的萃取压力7Mpa?45Mpa、较高萃取温度32°C-80°C下进行萃取制得萃取物，之后再进行多级分离制得姜辣素类-姜油树脂和姜精油，最终制得姜辣素类-姜油树脂中姜辣素含量较低，仅为ll-14wt%，并且由于采用的萃取温度较高，对天然产物中热敏成分造成损害，从而影响有效成分的收率和纯度。此外，由于萃取系统需要承受高压，设备造价昂贵，投资巨大，一般企业难以承受;并且萃取系统整体规模一般比较小，难以实现大规模萃取。
【发明内容】
[0008]为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种在有效降低萃取温度和萃取压力的同时提高有效成分收率和纯度的低压超临界CO2萃取分离姜精油和富含姜辣素姜油树脂的方法。
[0009]本发明所采用的技术方案为:
[0010]一种低压超临界CO2萃取分离姜精油和富含姜辣素姜油树脂的方法，包括如下步骤:
[0011](SI)第一次萃取:利用压力为8-12MPa、温度为7-20°C的高压低温⑶2流体对生姜粉进行萃取，制得溶解有生姜有效成分的第一次CO2萃取液；这是由于上述萃取压力8-12MPa略高于0)2的临界压力(7.4MPa)，萃取温度7-20 °C则低于CO2的临界温度(31°C )，在此条件下，CO2呈液体，粘度低，具有较好的渗透性、扩散性，密度高，具有较强的溶解能力，经本发明人研究发现，这个条件下的CO2流体的溶解力相当于45°C、27MPa以上压力的超临界CO2，从而能够对生姜粉中的有效成分进行充分溶解和萃取；
[0012](S2)第一次换热升温:将步骤(SI)所述的溶解有生姜有效成分的第一次⑶2萃取液进行换热升温，形成超临界状态的第一次CO2萃取液；
[0013](S3)第一次分离:在压力为6-8MPa、温度35-45 V的条件下，对步骤(S2)所述超临界状态的CO2萃取液进行分离，得到含生姜全成分提取物的姜油树脂和低压超临界CO2流体；
[0014](S4)第二次萃取:利用压力为8_12MPa、温度为7_20°C的高压低温⑶2流体对步骤
(S3)所述的含生姜全成分提取物的姜油树脂进行萃取，制得溶解有生姜有效成分的第二次CO2萃取液；
[0015](S5)第二次换热升温:将步骤(S4)所述的溶解有生姜有效成分的第二次⑶2萃取液进行换热升温，形成超临界状态的第二次CO2萃取液；
[0016](S6)精馏:在压力为8_12MPa、温度35_45°C的条件下，对所述超临界状态的第二次CO2萃取液进行精馏，得到富含姜辣素的姜油树脂和与挥发性轻组分；
[0017](S7)第二次分离:在压力为6-8MPa、温度35-45 V的条件下，将所述挥发性轻组分进行分离，得到姜精油和低压超临界CO2流体。这是由于:精馏后形成的挥发性轻组分包括姜精油和超临界CO2流体，姜精油随着超临界CO2流体进入较低的压力环境(低于初始萃取压力8-12MPa)之后，姜精油析出，同时使得低压超临界CO2流体得以分离。
[0018]步骤(SI)中，所述生姜粉的粒径为2_3皿1。
[0019]步骤(S2)中，所述超临界状态的第一次CO2萃取液的温度为31_45°C。
[0020]步骤(S5)中，所述超临界状态的第二次CO2萃取液的温度为31_45°C。
[0021]将步骤(S3)和步骤(S7)得到的所述低压超临界CO2流体依次进行冷却、增压后形成步骤(SI)所述的高压低温CO2流体，循环使用。这是由于，与姜精油进行分离后的低压超临界⑶2流体，经冷却降温至临界温度31°C以下，不发生相变，直接经加压后形成高压低温CO2流体作为萃取剂进行循环使用，并且由于没有相变热，更为节能。
[0022]—种实施所述方法的系统，沿工艺路程依次设置包括:
[0023]萃取装置，所述萃取装置的顶部设置萃取液排出口，底部设置CO2流体注入口；
[0024]换热升温装置，所述换热升温装置的顶部与所述萃取液排出口连通设置；
[0025]精馏塔，所述精馏塔的底部与所述换热升温装置的底部通过第一连接管连通设置，所述第一连接管上设置第一阀门；
[0026]分离塔，所述分离塔的上部分别设置CO2萃取液进口和挥发性轻组分进口，顶部设置超临界CO2流体排出口，底部设置物料排出口 ；所述CO2萃取液进口与所述换热升温装置的底部通过第二连接管连通设置，所述第二连接管上设置第二阀门；所述挥发性轻组分进口与所述精馏塔的顶部通过第三连接管连通设置，所述第三连接管上设置第三阀门。
[0027]所述精馏塔由下至上依次设置第一精馏单元、第二精馏单元、第三精馏单元和第四精馏单元，所述第一精馏单元、第二精馏单元、第三精馏单元和第四精馏单元的精馏温度依次