一种从辣椒色素中制备β-胡萝卜素的方法及其产品与流程

本发明属于食品添加剂精制，具体涉及一种从辣椒色素中制备β-胡萝卜素的方法及其产品。

背景技术：

1、β-胡萝卜素(c40h56)是类胡萝卜素之一，也是橘黄色脂溶性化合物，它是自然界中最普遍存在的天然色素，诸如绿色蔬菜、甘薯、胡萝卜、辣椒、盐藻、棕榈等都含有较丰富β-胡萝卜素。

2、β-胡萝卜素的来源主要有合成、微生物发酵和天然植物制备三种方式，由于β-胡萝卜素对人身体具有良好的功效，而天然来源量未能满足市场需求，因此，化学合成来源的β-胡萝卜素也盛极一时。但由于采用化学方法合成的胡萝卜素由于不能完全被人体吸收，并对人体产生一定程度的毒副作用，长期服用还会对人体产生不可逆转的病变，因而不被大多数食品学家所接受，在西方发达国家已被禁止用作食品添加剂等方面。

3、天然提取的胡萝卜素易于被人体吸收，并具有较好的抗氧化能力，从而形成较高的需求热潮。目前，棕涧油和藻类如盐生杜氏藻是很好的胡萝卜素原料。从杜氏盐藻中获取天然胡萝卜素，重点是在盐藻的养殖，但是盐藻养殖受到外界环境条件的严格限制，使其规模均难于壮大，天然胡萝卜素产量也就远远不能满足国际的市场需求。而棕榈油的主产地在东南亚地区，严重限制了我国天然β-胡萝卜素的发展。

4、目前，在国内可作为β-胡萝卜素来源且产量丰富的原料便是辣椒，国内仅新疆产色素用辣椒就在30万吨以上。其所含辣椒红(paprika red pigment)主要应用于食品、饮料、化妆品及医药等行业，是国际上公认的最好的a类红色素，其显色强度是其他色素的10倍。辣椒主要组分为辣椒红素、辣椒玉红素、β-胡萝卜素和玉米黄质等，其中β-胡萝卜素占到色素总量的13.9％以上。但是由于其多应用于食品等领域，导致其附加值过低，最终影响到整个辣椒产业的长远发展。

5、现有技术中，由于辣椒红的色素组成复杂，分离难度较大，导致关于辣椒红色素的分离技术始终无法进行产业化生产。特别是关于辣椒红中分离β-胡萝卜素的工艺，虽有方案采用高效制备型液相色谱法分离β-胡萝卜素，但也仅限于对照品的制备，其昂贵的分离材料、复杂的洗脱系统是不适合应用工业化生产的。而且，其在分离前还进行了复杂的皂化处理，导致辣椒红的主要组分物质都发生转化，比如辣椒红素，辣椒红素的酯类衍生物，叶黄素酯等物质都会被水解发生转化从而无法保证分离后剩余色素的天然特性。

6、另外，在《一种辣椒中β-胡萝卜素的制备方法》中，虽公开了先采用的是先经常压硅胶层析将辣椒色素分离为偏黄和偏红两种色调，再采用皂化等精制方法对偏黄色调辣椒红进行处理，最后得到β-胡萝卜素的方法。但是，其工艺采用的柱层析方式无法进行连续化生产，每批次需拆柱对硅胶进行高温活化后，再重新装柱分离，且低压条件下的洗脱周期长，分离效率低，工艺流程复杂，生产周期长，成为辣椒红中分离β-胡萝卜素的主要瓶颈。

7、综上，如何从辣椒红色素中分离得到高收率、高纯度的β-胡萝卜素，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种从辣椒色素中制备β-胡萝卜素的方法，主要利用酶解法联合中压柱层析从辣椒红色素中制备β-胡萝卜素。该方法首次采用酶解与中压柱层析相结合的方法，以更小粒度的层析硅胶吸附，并进行4阶段的洗脱处理，进而可以直接从酶解处理后的辣椒红油膏中分离得到含量≥20％的β-胡萝卜素，且收率高达92.5％以上，同时制备得到更高品质的偏红色调辣椒红。

2、为实现上述目的，本发明提供一种从辣椒色素中制备β-胡萝卜素的方法，具体包括以下步骤：

3、(1)对辣椒红油膏进行酶解，得到辣椒红酶解料；

4、(2)萃取：向步骤(1)得到的辣椒红酶解料中加入烷烃类溶剂溶解，静置分层，取上层，得到辣椒红酶解料溶液；

5、(3)精滤：将步骤(2)得到的辣椒红酶解料溶液经滤膜精滤，得到酶解辣椒红精滤液；

6、(4)吸附：将步骤(3)得到的酶解辣椒红精滤液用中压硅胶层析柱进行层析分离，并收集端口流出液；

7、(5)β-胡萝卜素洗脱：待中压层析柱上样结束，采用第一洗脱剂进行洗脱，收集洗脱液浓缩得β-胡萝卜素油膏；

8、(6)黄色素洗脱：待β-胡萝卜素洗脱结束，采用第二洗脱剂进行洗脱，洗脱液浓缩得到黄色素油膏；

9、(7)红色素洗脱：待黄色素洗脱结束，采用第三洗脱剂进行洗脱，洗脱液浓缩得到偏红色调辣椒红；

10、(8)橙色素洗脱：待红色素洗脱结束，采用第四洗脱剂对所述硅胶柱进行洗脱，洗脱液浓缩后与黄色素油膏合得到偏橙色调辣椒红。

11、在一优选的实施方式中，步骤(8)完成后，还包括步骤(9)溶剂置换和平衡：

12、采用置换溶剂对中压硅胶层析柱进行溶剂置换和平衡处理后，即可进行下批次的分离生产。

13、在一优选的实施方式中，步骤(1)中，所述酶解具体包括：在辣椒红油膏中加入膜过滤水和脂肪酶，搅拌反应。

14、在一优选的实施方式中，步骤(1)中，所述辣椒红油膏、膜过滤水和脂肪酶的质量比为1：(0.4～0.6)：(0.01～0.02)；

15、更优选的，所述辣椒红油膏、膜过滤水和脂肪酶的质量比为1：0.5：0.15；

16、最优选的，所述膜过滤水的滤膜电导率为＜20μs/cm。

17、在一优选的实施方式中，步骤(1)中，所述搅拌反应温度为35～40℃，所述搅拌反应时间为6～10h；更优选的，所述搅拌反应温度为38℃，所述搅拌反应时间为10h。

18、在本发明中，通过设计适宜的脂肪酶对辣椒红油膏进行酶解处理后，辣椒红油膏中的油脂类被酶解转化成脂肪酸，从而改变其极性，进而增强β-胡萝卜素与油脂类杂质的分离效果。

19、在一优选的实施方式中，步骤(2)中，所述烷烃类溶剂为含有4～7个碳的烷烃；

20、更优选的，所述含有4～7个碳的烷烃类溶剂包括正己烷、石油醚、植物油抽提溶剂中的一种或多种。

21、在一优选的实施方式中，步骤(2)中，所述烷烃类溶剂添加量为将辣椒红酶解料溶液色价调节至60～120；

22、更优选的，所述烷烃类溶剂添加量为调节溶液色价至80～100。

23、在本发明中，采用以烷烃类溶剂作为萃取溶剂，可以直接将辣椒红从水相体系中萃取出来，实现油水分离的效果。

24、在一优选的实施方式中，步骤(3)中，精滤的作用是以物理方法对溶液中普通杂质进行去除，因此，可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，优选的，所述的精滤滤膜为0.45～10μm的有机滤膜，更优选的，所述精滤滤膜为1μm的有机滤膜。

25、在一优选的实施方式中，步骤(4)中，所述中压硅胶层析柱固定相为300～500目层析硅胶，硅胶用量与辣椒红油膏的质量比为1:(0.25～0.4)。

26、在一优选的实施方式中，步骤(4)中，所述中压硅胶层析柱压力为0.5～5mpa，色素吸附量为40～120色价/g；

27、更优选的，所述中压硅胶层析柱压力为0.5～2mpa，色素吸附量为60～100色价/g。

28、本步骤中，通过对辣椒红色素组分进行硅胶吸附，过程中伴随着β-胡萝卜素等物质的洗脱，因为β-胡萝卜素在辣椒红色素中的极性最小，因此最先被洗脱下来。

29、在一优选的实施方式中，步骤(5)中，所述第一洗脱剂为含有4～7个碳的烷烃，洗脱体积为1～5bv，洗脱速度为0.5～3bv/h；

30、更优选的，所述第一洗脱剂包括正己烷、石油醚、植物油抽提溶剂中的一种或多种，洗脱体积为1～3bv，洗脱速度为0.5～2bv/h。

31、在一优选的实施方式中，步骤(5)中，所述浓缩温度为40～100℃；浓缩的真空度为-0.03～-0.09mpa；

32、更优选的，所述浓缩温度为40～80℃；浓缩的真空度为-0.05～-0.09mpa。

33、本步骤中，采用小极性的烷烃类洗脱剂，实现β-胡萝卜素的洗脱分离，提高产品收率。

34、在一优选的实施方式中，步骤(6)中，所述第二洗脱剂为含有4～7个碳的烷烃与丙酮按质量比为(8～50)：1混合得到；

35、更优选的，所述含有4～7个碳的烷烃包括正己烷、石油醚、植物油抽提溶剂中的一种或多种；

36、最优选的，所述含有4～7个碳的烷烃与丙酮按质量比为(8～20)：1。

37、在一优选的实施方式中，步骤(6)中，所述洗脱体积为1～5bv，洗脱速度为0.5～3bv/h；

38、更优选的，所述洗脱体积为1～3bv，洗脱速度为0.5～2bv/h。

39、在一优选的实施方式中，步骤(6)中，所述浓缩温度为40～100℃；浓缩的真空度为-0.03～-0.09mpa；

40、更优选的，所述浓缩温度为40～80℃；浓缩的真空度为-0.05～-0.09mpa。

41、在β-胡萝卜素洗脱过程中，黄色素物质也在移动，但第一洗脱剂对其洗脱效率低，洗脱时间太长，需要增加洗脱剂极性至第二洗脱剂进行洗脱，实现黄色素的洗脱分离，因此设计前述洗脱溶剂和洗脱条件。

42、在一优选的实施方式中，步骤(7)中，所述第三洗脱剂为含有4～7个碳的烷烃与丙酮按质量比为(8～50)：1混合得到；

43、更优选的，所述含有4～7个碳的烷烃包括正己烷、石油醚、植物油抽提溶剂中的一种或多种；

44、最优选的，所述含有4～7个碳的烷烃与丙酮按质量比为(8～20)：1。

45、在一优选的实施方式中，步骤(7)中，所述洗脱体积为1～5bv，洗脱速度为0.5～3bv/h；

46、更优选的，所述洗脱体积为1～3bv，洗脱速度为0.5～2bv/h。

47、在一优选的实施方式中，步骤(7)中，所述浓缩温度为40～100℃；浓缩的真空度为-0.03～-0.09mpa；

48、更优选的，所述浓缩温度为40～80℃；浓缩的真空度为-0.05～-0.09mpa。

49、在红色素洗脱步骤中，为了将偏红色调色素与末端的橙色素分开，不宜再增加洗脱剂极性，第2洗脱剂的极性满足对红色调色素的洗脱。另外，第3洗脱剂与第2洗脱剂通过调整洗脱时间(即洗脱剂用量)从而产生洗脱效果的差异。

50、在一优选的实施方式中，步骤(8)中，所述第四洗脱剂为丙酮，洗脱体积为1～5bv，洗脱速度为0.5～3bv/h；

51、更优选的，所述洗脱体积为1～3bv，洗脱速度为0.5～2bv/h。

52、在一优选的实施方式中，步骤(8)中，所述浓缩温度为40～100℃；浓缩的真空度为-0.03～-0.09mpa；

53、更优选的，所述浓缩温度为40～80℃；浓缩的真空度为-0.05～-0.09mpa。

54、本步骤中，采用大极性的丙酮直接将残留的橙色素和不显色的杂质类物质全部洗脱下来，从而得到高品质的偏红色调辣椒红。

55、在一优选的实施方式中，步骤(9)中，所述置换溶剂为含有4～7个碳的烷烃，溶剂置换和平衡体积为1.5～5bv，流速为0.5～3bv/h；

56、更优选的，所述置换溶剂为含有4～7个碳的烷烃，溶剂置换和平衡体积为2～4bv，流速为0.5～2bv/h。

57、本发明的另一目的在于提供上述任意一种方法制备得到的β-胡萝卜素，本发明采用中压柱层析法，直接从酶解处理的辣椒红油膏中分离β-胡萝卜素，同时制备得到更高品质的偏红色调辣椒红；并首次将连续中压硅胶柱层析法应用到辣椒红产业化的分离生产中，实现了直接从辣椒红油膏中分离得到20％以上β-胡萝卜素的产业化生产，整体工艺简单、高效。得到的β-胡萝卜素的收率为92.5％以上，纯度在20％以上。

58、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

59、本发明首次将酶解技术和层析硅胶作为固定相的中压柱层析分离纯化技术相结合的方法从辣椒红油膏中直接分离β-胡萝卜素，将辣椒色素油膏酶解，得到辣椒红酶解料；辣椒红酶解料经溶剂溶解、精滤，在中压条件下采用湿法连续上样进行层析分离，分别得到两种洗脱液。洗脱液经浓缩分别得到β-胡萝卜素和偏黄、偏橙和偏红色调辣椒红。

60、在本发明中，硅胶柱层析分离采用的是正相分离，物质被洗脱的先后顺序取决于物质的极性，洗脱溶剂的极性是从小到大，物质也是根据极性从小到达的顺序被洗脱下来，因此β-胡萝卜素极性最小，其次为其它黄色素物质，其次为偏红色调色素，最后为橙色调极性最大。以此方法优化了不同色调辣椒红的分离效果，分别得到偏黄、偏橙和偏红色调的辣椒红，且红色素的吸光比值由原先的1.02提升至1.08以上。另一方面本发明还简化了直接从辣椒红油膏中分离β-胡萝卜素的效果，从而可以采用工业方法规模化生产β-胡萝卜素。

61、综上所述，本发明首次采用酶解联合中压柱层析的分离技术可直接制备得到20％β-胡萝卜素产品，同时显著提升了辣椒红的产品品质，使其综合品质和附加值得到显著的提升，可广泛应用于食品和保健食品。本发明技术方案所具备的技术效果不仅可显著提升辣椒来源的β-胡萝卜素产品的产品规模和市场优势，而且也为拓展辣椒产业新的发展空间奠定了基础。