一种羽衣甘蓝叶绿素提取及稳定装置的制作方法

本发明涉及天然色素提取设备，具体涉及一种羽衣甘蓝叶绿素提取及稳定装置。

背景技术：

1、叶绿素是自然界中分布最广泛的天然色素之一，广泛应用于食品着色、保健品、化妆品和医药等领域。羽衣甘蓝因其叶绿素含量高、色泽鲜亮，是提取天然叶绿素的优质原料。是一种极具开发潜力的天然绿色色素原料。叶绿素作为植物光合作用的核心功能物质，具备生物安全性高、色泽鲜亮自然、着色能力强等特点。同时，现有研究表明，天然叶绿素还兼具抗氧化、抗炎、清除自由基等多种生理活性，在功能食品、天然饮料、化妆品及医药辅料等领域具有广阔的应用前景。然而，叶绿素分子结构中含有卟啉环和中心镁离子，对光、热、氧气和酸碱环境极为敏感，在提取和储存过程中容易发生光降解、热降解、氧化降解和脱镁反应，导致颜色褪变和生物活性丧失。

2、cn120904208a中指出现有叶绿素提取普遍存在有机溶剂残留、提取率低、降解严重、运行成本高、工艺适配性差等缺陷。cn223393532u公开了一种植物叶绿素提取装置，采用破碎器与挤压箱联用进行原料破碎，但该装置为敞开式结构，缺乏避光和惰性气体保护措施，叶绿素在提取过程中易发生光降解和氧化降解。cn224166948u公开了一种叶绿素多级浓缩分离装置，采用水浴加热方式辅助提取，但加热温度偏高，易导致叶绿素热降解。

3、综合分析现有技术，主要存在以下问题：（1）多数提取装置采用敞开或半敞开式结构，缺乏系统性的避光设计，叶绿素在光照射下迅速发生光氧化降解；（2）温度控制不精确或控制范围过宽，高温提取导致叶绿素热降解，研究表明叶绿素在温度超过40℃时降解速率显著加快；（3）未设置惰性气体保护系统，提取环境中氧气导致叶绿素氧化降解；（4）缺乏在线稳定化调控机制，无法在提取过程中同步进行ph调控和稳定剂添加，导致叶绿素在提取后迅速降解；（5）自动化程度低，各工艺参数依赖人工调节，重现性差。

4、因此，亟需一种集避光、低温、惰性气体保护和在线稳定化调控于一体的羽衣甘蓝叶绿素提取及稳定装置，以解决现有技术中叶绿素提取率低、降解严重、稳定性差的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有叶绿素提取设备存在的光氧热致降解严重、提取率偏低、集成化与连续化不足等技术问题，提供一种羽衣甘蓝叶绿素提取及稳定装置，该装置通过全流程避光设计、精确低温控制、惰性气体保护和在线稳定化调控，有效抑制叶绿素在提取过程中的光、热降解和氧化降解，同时通过在线添加复合稳定剂提高叶绿素的储存稳定性，实现高提取率和高保留率，适配工业化连续生产。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种羽衣甘蓝叶绿素提取及稳定装置，其特征在于，包括原料预处理单元(1)、避光密闭提取单元(6)、在线稳定化调控单元(15)、固液分离单元(21)、低温溶剂回收单元(24)和智能控制单元(28)。

3、原料预处理单元(1) ：包括避光破碎仓(2)、低温粉碎机构(3)和惰性气体保护接口(4)。破碎仓为遮光不锈钢材质，内部低温粉碎机构(3)采用液氮或夹套制冷，粉碎温度控制在0-10℃，规避摩擦热造成叶绿素降解。氮气源经惰性气体保护接口持续通气置换仓内空气，构建无氧保护环境。作为优选方案，原料预处理单元(1)还包括复合酶解预处理接口(5)，设置于避光破碎仓(2)的下游，用于向物料中添加纤维素酶与果胶酶的复合酶制剂，通过酶解破坏羽衣甘蓝细胞壁，提高叶绿素溶出率。

4、避光密闭提取单元(6) ：包括全避光双层夹套立式罐体(7)、控温夹套(8)、惰性气体充气口(9)、排气口(10)、超声发生组件(11)和搅拌组件(12)。全避光双层夹套立式罐体(7)采用双层结构，内层为316l不锈钢，外层为遮光材料，双层之间设有控温夹套(8)，通过循环冷却介质实现25-35℃的精确控温。惰性气体充气口(9)设置于罐体底部，排气口(10)设置于罐体顶部，通过底部充气、顶部排气的方式实现氮气置换，将罐内含氧量降至0.5%以下。超声发生组件(11)设置于罐体外壁，超声频率为20-40khz，功率密度为0.2-0.4w/ml，通过超声空化效应加速叶绿素从细胞内溶出。搅拌组件(12)包括螺旋空心转轴(13)和沿轴向间隔设置的条形刮板(14)，条形刮板(14)与罐体内壁贴合设置，搅拌转速为150-300r/min，螺旋空心转轴(13)可通入冷却介质辅助控温，条形刮板(14)可有效防止物料在罐壁粘附。避光密闭提取单元(6)的进料端通过避光输送管路(31)与原料预处理单元(1)的出料端连接。

5、在线稳定化调控单元(15) ：包括ph调节剂添加口(16)、稳定剂添加口(17)、在线静态混合组件(18)、在线ph传感器(19)和在线溶氧传感器(20)。ph调节剂添加口(16)通过计量泵连接ph调节剂储罐（如柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液），稳定剂添加口(17)通过独立的计量泵分别连接氯化钙储罐、抗坏血酸储罐和果胶储罐。在线ph传感器(19)和在线溶氧传感器(20)实时监测提取液的ph值和溶解氧含量，并将信号反馈至控制器(29)。在线静态混合组件(18)采用静态混合器结构，使添加的调节剂和稳定剂与提取液充分混合。在线稳定化调控单元(15)设置于避光密闭提取单元(6)的出料管路上，使稳定化处理与提取过程无缝衔接。稳定剂的作用机制为：氯化钙中的钙离子置换叶绿素分子中的镁离子，形成热稳定性和光稳定性更高的叶绿素钙；抗坏血酸作为抗氧化剂，清除体系中的活性氧，抑制叶绿素氧化降解；果胶通过形成疏水微域包裹叶绿素分子，阻隔氧气和光照，研究表明果胶可使叶绿素半衰期显著延长。

6、固液分离单元(21) ：包括低温离心组件(22)和精密微滤组件(23)。低温离心组件(22)的离心温度≤15℃，离心转速为8000-12000r/min，实现固液初步分离。精密微滤组件(23)采用孔径为0.1-0.45μm的陶瓷微滤膜，进一步去除提取液中的细微颗粒和杂质，获得澄清的叶绿素提取液。固液分离单元(21)的进料端与在线稳定化调控单元(15)的出料端连接。

7、低温溶剂回收单元(24) ：包括减压低温蒸馏组件(25)、冷凝回收组件(26)和真空泵(27)。减压低温蒸馏组件(25)的蒸馏温度≤38℃，真空泵(27)提供的真空度为-0.08～-0.06mpa，在低温减压条件下实现溶剂的蒸发分离，避免高温浓缩导致的叶绿素热降解。冷凝回收组件(26)包括冷凝器和溶剂收集罐，回收的溶剂通过回流管路(32)返回避光密闭提取单元(6)循环使用。低温溶剂回收单元(24)的进料端与固液分离单元(21)的滤液出口连接。

8、智能控制单元(28) ：包括控制器(29)、显示面板(30)、数据存储模块和报警模块。控制器(29)采用plc可编程逻辑控制器，内置pid温控算法和超声功率自动调节程序，分别与低温粉碎机构(3)、控温夹套(8)、超声发生组件(11)、搅拌组件(12)、惰性气体保护接口(4)的控制阀、惰性气体充气口(9)的控制阀、ph调节剂添加口(16)的添加泵、稳定剂添加口(17)的添加泵、在线ph传感器(19)、在线溶氧传感器(20)、在线含氧量监测仪电连接，实现全流程自动化控制。显示面板(30)实时显示温度、ph值、溶氧量、超声功率、搅拌转速和系统含氧量等参数。数据存储模块记录全过程工艺数据，报警模块在参数超出设定范围时发出警报。

9、此外，全避光双层夹套立式罐体(7)、避光输送管路以及各单元间的连接管路均采用避光涂层或遮光材料制成，工作环境下各单元内部光照强度＜50lux，从结构上确保全流程避光。为全避光双层夹套立式罐体，夹套内通循环制冷 / 加热介质实现 0–40℃精准控温；罐顶设惰性气体充气口与排气口；罐内设有超声发生组件与搅拌组件协同强化传质；罐体全避光设计，阻止光照降解。

10、综上所述，本技术具有以下有益效果。

11、（1）多重防护协同抑制叶绿素降解：设备全流程遮光、低温控温、氮气低氧密闭体系可分别规避光、热、氧化分解，出料管路在线稳定单元通过钙盐、抗坏血酸、果胶三重作用进一步提升叶绿素储存稳定性；搭配 20–40khz、0.2–0.4w/ml 超声提取及可选复合酶解破壁，大幅提升叶绿素提取效率，plc 智能自控保障工艺稳定可控。

12、（2）产品综合性能优势突出：实测装置叶绿素提取率 90% 以上，24h 留存率超95%，相较传统敞口提取工艺（提取率 68.3%、24h 保留率 41.2%）提升效果显著。