基于超临界CO2的辣椒风味物质梯度萃取方法与流程

本发明涉及天然产物提取与分离，尤其涉及基于超临界co2的辣椒风味物质梯度萃取方法。

背景技术：

1、辣椒中含有丰富的风味物质和功能性成分，主要包括挥发性香气组分、辣椒素类化合物以及辣椒红色素等。挥发性香气组分如己醛、2-甲基丁醛、芳樟醇、β-紫罗兰酮等，是构成辣椒特征香气的重要成分，但其热敏性强，易在高温和长时间提取过程中发生氧化、聚合或挥发损失。辣椒素类化合物包括辣椒素、二氢辣椒素、降二氢辣椒素等，是辣椒辛辣味的主要来源，具有镇痛、抗氧化、促进代谢等作用。辣椒红色素包括辣椒红素、辣椒玉红素、β-胡萝卜素等，是重要的天然红色素和脂溶性抗氧化成分。

2、现有辣椒风味物质提取方法主要包括溶剂浸提法、水蒸气蒸馏法、超临界co2萃取法以及超声辅助或酶辅助提取法。溶剂浸提法虽然提取率较高，但有机溶剂残留风险大，选择性差，且后续纯化步骤复杂。水蒸气蒸馏法适合挥发性香气提取，但高温易导致热敏性香气破坏，且难以同时提取辣椒素和辣椒红色素。常规超临界co2萃取法采用单一压力、单一温度或单一夹带剂条件进行提取，往往存在以下问题：

3、第一，co2极性可调范围有限，对极性差异较大的辣椒素类和辣椒红色素难以实现同步高效提取；

4、第二，挥发性香气、辣椒素和辣椒红色素在同一条件下被混合萃取，后续分离困难，产品纯度低；

5、第三，为提高提取率而提高温度和压力，容易造成挥发性香气损失和色素降解；

6、第四，夹带剂加入方式粗放，梯度切换时管路和萃取釜中残留夹带剂易造成馏分交叉污染。

7、因此，亟需一种能够根据辣椒中不同风味物质的极性、挥发性和溶解特性，依次进行选择性萃取和分段收集的方法，以同时实现挥发性香气、辣椒素类和辣椒红色素的高效提取、高纯度分离和热敏性成分保护。

技术实现思路

1、为了解决现有超临界co2萃取辣椒风味物质时单一条件导致挥发性香气、辣椒素类和辣椒红色素混合萃取、夹带剂残留造成馏分交叉污染、co2和夹带剂回收不充分的问题，本发明设计了基于超临界co2的辣椒风味物质梯度萃取方法，本发明设置s100原料预处理、s200装填与排气、s300第一梯度萃取、s400第二梯度萃取、s500第三梯度萃取和s600co2回收循环，其中，s300以纯co2或含0-3v/v%乙醇的co2萃取挥发性香气馏分，s400以乙醇为夹带剂萃取辣椒素类馏分，s500以乙醇和乙酸乙酯混合夹带剂萃取辣椒红色素和脂溶性风味馏分，s400和s500前均用纯co2吹扫超临界萃取釜和管路，第一分离釜、第二分离釜和第三分离釜串联且压力依次递减，未冷凝co2进入吸附捕集器，s600实现co2和夹带剂循环使用，实现挥发性香气、辣椒素类和辣椒红色素的选择性萃取、分段收集、高纯度分离以及绿色循环生产的效果。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、基于超临界co2的辣椒风味物质梯度萃取方法，该方法的步骤为：

4、s100、将辣椒原料去杂、干燥至含水率≤8%，粉碎至20-60目，得到辣椒粉；

5、s200、将所述辣椒粉装入超临界萃取釜，通入co2置换超临界萃取釜内空气；

6、s300、第一梯度萃取：以含0-3v/v%乙醇的co2为第一梯度萃取介质，控制超临界萃取釜内压力为8-15mpa、温度为31-40℃、co2流量为10-30l/h，萃取20-60min，第一梯度萃取流出物进入第一分离釜进行分离，收集挥发性香气馏分；

7、s400、第二梯度萃取：第一梯度萃取结束后，用纯co2吹扫超临界萃取釜和管路1-10min，将超临界萃取釜内压力升至16-26mpa、超临界萃取釜内温度升至40-55℃，混入乙醇作为第二梯度夹带剂，使乙醇浓度达到5-15v/v%，控制co2流量为15-35l/h，萃取60-120min，第二梯度萃取流出物进入第二分离釜进行分离，收集辣椒素类馏分；

8、s500、第三梯度萃取：第二梯度萃取结束后，用纯co2吹扫超临界萃取釜和管路1-10min，将超临界萃取釜内压力升至28-40mpa、超临界萃取釜内温度升至50-70℃，混入混合夹带剂，控制co2流量为20-40l/h，萃取90-180min，第三梯度萃取流出物进入第三分离釜进行分离，收集辣椒红色素和脂溶性风味馏分；

9、s600、将第一分离釜、第二分离釜和第三分离釜排出的co2经净化、干燥、冷凝、压缩后返回超临界萃取釜循环使用。

10、进一步地，所述s100中，干燥采用热风干燥、真空干燥或微波干燥，干燥温度为40-60℃，粉碎至30-50目。

11、更进一步地，所述s100还包括酶辅助预处理：将辣椒粉与纤维素酶和果胶酶的水溶液混合，酶用量为辣椒粉质量的0.1-0.5%，ph为4.5-5.5，温度为40-50℃，酶解1-2h，然后干燥至含水率≤8%。

12、更进一步地，所述s300中，第一梯度萃取压力为9-12mpa，第一梯度萃取温度为32-38℃，co2流量为15-25l/h，第一梯度萃取时间为30-45min。

13、更进一步地，所述s400中，第二梯度萃取压力为18-24mpa，第二梯度萃取温度为45-52℃，乙醇浓度为8-12v/v%，co2流量为20-30l/h，第二梯度萃取时间为75-100min，第二分离釜压力为5-6mpa，第二分离釜温度为38-42℃。

14、更进一步地，所述s500中，第三梯度萃取压力为30-36mpa，第三梯度萃取温度为55-65℃，co2流量为25-35l/h，第三梯度萃取时间为100-150min，第三分离釜压力为3-4mpa，第三分离釜温度为45-52℃。

15、更进一步地，所述s300中，第一分离釜压力为6.5-7.5mpa，第一分离釜温度为28-32℃；

16、所述s400中，第二分离釜压力为5-6mpa，第二分离釜温度为38-42℃；

17、所述s500中，第三分离釜压力为3-4mpa，第三分离釜温度为45-52℃。

18、更进一步地，所述混合夹带剂为乙醇和乙酸乙酯，乙醇与乙酸乙酯体积比为1:2-2:1，混合夹带剂总浓度为12-20v/v%。

19、更进一步地，所述第一分离釜、第二分离釜和第三分离釜串联设置，第一分离釜压力、第二分离釜压力和第三分离釜压力依次递减；

20、在s300、s400和s500中，通过切换阀使第一梯度萃取流出物进入第一分离釜、第二梯度萃取流出物进入第二分离釜、第三梯度萃取流出物进入第三分离釜，未冷凝的co2进入吸附捕集器。

21、更进一步地，所述辣椒原料为朝天椒、小米辣、二荆条、灯笼椒、线椒中的一种或多种；

22、所述辣椒素类馏分包含辣椒素、二氢辣椒素和降二氢辣椒素；辣椒红色素和脂溶性风味馏分包含辣椒红素、辣椒玉红素和β-胡萝卜素。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、一、本发明通过第一梯度萃取、第二梯度萃取和第三梯度萃取的程序化切换，实现挥发性香气馏分、辣椒素类馏分以及辣椒红色素和脂溶性风味馏分的分段收集。第一梯度萃取采用含0-3v/v%乙醇的co2，在8-15mpa、31-40°c条件下优先萃取挥发性香气馏分；第二梯度萃取采用乙醇作为夹带剂，在16-26mpa、40-55°c条件下萃取辣椒素类馏分；第三梯度萃取采用乙醇和乙酸乙酯混合夹带剂，在28-40mpa、50-70°c条件下萃取辣椒红色素和脂溶性风味馏分，第一梯度萃取、第二梯度萃取和第三梯度萃取切换前均用纯co2吹扫超临界萃取釜和管路，避免夹带剂残留造成馏分交叉污染，第一分离釜、第二分离釜和第三分离釜串联且压力依次递减，使不同极性、不同挥发性的目标产物按预设顺序分离，提高辣椒素类馏分和辣椒红色素馏分的纯度，解决单一超临界co2条件混合萃取导致后续分离困难的问题。

25、二、本发明在第一梯度萃取中优先提取挥发性香气馏分，减少热敏性香气组分的氧化和损失；第二梯度萃取采用中压、中温和乙醇夹带剂，提高辣椒素类化合物的溶解度和传质效率；第三梯度萃取采用高压、高温和乙醇/乙酸乙酯混合夹带剂，提高辣椒红色素和脂溶性风味物质的提取率；s600将第一分离釜、第二分离釜和第三分离釜排出的co2经净化、干燥、冷凝、压缩后返回超临界萃取釜循环使用，夹带剂经精馏回收后循环使用，该方法降低有机溶剂残留和生产成本，实现辣椒风味物质的绿色化、连续化和规模化提取，解决现有技术热敏性香气损失大、辣椒素和辣椒红色素提取率低、co2和夹带剂回收不充分的问题。