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1、 毕 业 设 计题目 辣椒红色素的提取 姓 名 学 号 系（院） 班 级 指导教师 职 称 年 月 日目录：1 辣椒红产品的工艺概况1.1辣椒红生产历史及发展趋势 31.2 辣椒红性质 31.3辣椒红的主要用途 31.4辣椒红的生产方法 41.5辣椒红的生产工艺流程的选择 51.6 本设计的工艺流程简图 52 生产过程的主要设备的物料衡算 2.1 已知条件 62.2 主要物料的物料衡算和热量衡算 63 主要设备的选择和计算 3.1主要设备的构造与大小尺寸的计算确定 63.2主要设备的选型 64 生产工序的设备一览表 65 产品的消耗定额和主要控制指标 76 结束语 77参考文献 81.1 辣椒
2、红生产历史及发展趋势：辣椒红色素以往是我国天然提取和天然色素出口的拳头产品，由于无法提高产品品质，低档次的产品在国际上卖不上好价钱，前年由于辣椒价格较低，影响椒农种植的积极性，去年种植减少，加上物价上涨的影响，去年辣椒价格成倍甚至翻番增长，很多辣椒红色素生产厂家不敢收购或干脆买不起辣椒，大部分工厂没有开机生产，少数企业只是少量加工，无法满负荷开机和正常生产，国内辣椒红色素生产去年可谓一片低迷，也许之前的粗制滥取格局已走到尽头了，大市场又要回到国外市场上去了，也许这是粗制滥取在国际大环境下的必然现象，决策者应该有所醒悟，调整生产格局，培养和广纳行业人才，搞好现有产品的应用技术开发，提高产品品质和
3、档次以适应国际和国内市场的需要，方能在国际市场中站稳脚跟和得到更好的发展。 1.2 辣椒红性质：天然植物色素作为着色剂的重要组成部分，广泛应用于食品加工、医药和化妆品等与人体健康紧密相关的行业。天然植物色素与人工合成色素相比，原料来源充足，对人体无毒副作用，并且天然色素大多具有一定的生理功能，如天然-胡萝卜素在防癌、抗癌和预防心血管疾病等方面有明显作用。随着生物技术的发展，天然植物色素的研究与开发日益受到人们的重视，其应用有着广泛的发展前景。辣椒色素是天然色素研究的热点之一，是含有多种色素成分的混合色素，包括辣椒红素、辣椒玉红素、隐黄素等红色系色素和紫黄质、黄灵等黄色系色素。 目前的辣椒色素产
4、品主要是辣椒红色素，它属于类胡萝卜素中的复烯酮类，为辣椒红素、辣椒玉红素和-胡萝卜素的混合物，它安全无毒，能够被人体消化吸收，并在人体内转化为维生素A。辣椒红色素外观为深红色粘性油状液体，可任意溶于植物油、丙酮、己醚、三氯甲烷、正己烷，易溶于乙醇，稍难溶于丙三醇，不溶于水，对酸对碱稳定(在偏酸性环境中稳定性更好)，在加热条件下不易被破坏，并且具有较强的着色力和良好的分散性，但耐光性、耐氧化性较差，波长210440nm特别是285nm紫外光可使其褪色，添加L-抗坏血酸可提高其光稳定性，添加类黄酮和多元酚等物质可作为抗氧化剂。辣椒红色泽鲜艳，色价高，其显色强度为其它色素的10倍。 1.3辣椒红的主
5、要用途 从辣椒中提取的天然色素，其安全性已得到世界公认。联合同粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)将辣椒红色素列为A类色素，在使用中不加以限量。我国食品卫生法规定，辣椒红色素既可用于油性食品、调味汁、水产品加工、蔬菜制品、果冻、冰淇淋、奶油、人造奶油、干酪、色拉、调味酱、米制品、烘烤食品等食品加工中，还可广泛应用于饲料、仿真食品、预防辐射、化妆品和制药业中。目前，日本对辣椒红色素的年需求量约260 t，年销售额约23亿日元；美国包括辣椒红素在内的天然色素的年销售额已超过2亿美元；我国既是辣椒红色素原料的生产大国，又是红色素的需求大国。因此，开发和应用辣椒红色素具有很大的经济效益和广阔的市
6、场前景。1.4 辣椒红的生产方法：基于辣椒色素的上述特点，国内外学者对其进行了大量的研究，现已形成了几种较为成熟的提取、分离方法。笔者对辣椒色素提取精制技术等方面的研究成果作简单介绍，同时展望未来辣椒色素的研究动向。 几种典型的辣椒色素提取精制方法： （一） 有机溶剂萃取法 根据辣椒色素的理化性质，工业上多采取以下方法进行提取:将茄科植物辣椒的成熟干燥果实之果皮粉碎后，用乙醇、丙酮、丁烷、异丙醇或正己烷等抽提。 （二） 柱层析法据报道，辣椒中的辣椒素即使稀释1:100000仍能感觉到辣味，这在很大程度上限制了辣椒色素的应用。用硅胶柱层析分离辣椒红色素，总结出以下工艺流程: 辣椒挑选粉碎加酶过滤
7、浓缩乙醇、石油醚提取过滤浓缩上硅胶柱洗脱浓缩得深红色粘稠液体。 辣椒红色素的柱层析提取精制方法:用丙酮作萃取剂从红辣椒干粉中提取出辣椒红粗品，粗品经减压蒸馏浓缩处理后进行柱层析脱辣精制操作。 （三）超临界CO2流体萃取技术 超临界流体萃取是一种新型的化工分离技术。该技术的关键是了解超临界流体的溶解能力及随诸多因素影响的变化规律。超临界CO2流体萃取(SCFE-CO2)就是使用高于临界温度、临界压力的CO2流体作为溶媒的萃取过程。 采用瑞士NOVA公司制造的超临界萃取装置对辣椒色素进行分离、提纯。使产品符合FAO/WHO残留溶剂标准要求(己烷含量25mg/kg)的最佳工艺参数是:萃取压力18MP
8、a，萃取温度25，萃取剂流量2.0L/min，萃取时间3h。在最佳工艺条件下产品色价可达到342。韩玉谦等采用超临界CO2流体萃取技术对色价100180，溶剂残留3010-615010-6的辣椒红色素进行精制，实验结果表明:当萃取压力控制在20MPa以下时，辣椒红色素的色价和色调几乎不受损失，有机溶剂的残留可以降低到2.710-6左右，但辣椒色素中的红色系色素和黄色系色素未达到完全分离。研究发现，在超临界CO2流体萃取辣椒色素的过程中使用助溶剂如1%的乙醇或丙酮或升高提取压力能提高辣椒色素得率。在较低压力下分离得到的辣椒色素几乎都是-胡萝卜素，而在较高压力下得到较大比例的红色类胡萝卜素如辣椒红
9、素、辣椒玉红素、玉米黄质、-隐黄质等和少量的-胡萝卜素。在两步分段提取过程中，第一阶段采用分离红辣椒油和-胡萝卜素的技术保证了第二阶段辣椒色素提取的富集，并使辣椒红、黄色素比率达到1.8。在自行开发的多功能超临界CO2流体萃取分馏装置上对辣椒色素脱辣精制技术进行了研究，结果表明:在小于10.0MPa压力下可萃取出黄色和辣味成分，保留红色素;当压力大于12.0MPa时可将红色组分萃取完全。尽管超临界流体萃取天然色素具有很多的优点，但由于超临界设备一次性投资较大，目前我国在这一领域还未得到广泛的应用。 考虑到天然红辣椒中含有辣椒红、辣椒素、辣椒油脂等成分，其中辣椒素即辣椒碱有辣味，高温下产生刺激性
10、蒸气，因此在辣椒色素的精制过程中必须将其去除。从结构上看辣椒素含有酰胺键，分子中含有一个羟基，是一个极性化合物，其晶体呈现为单斜棱柱体或矩形，熔点61，溶于稀乙醇、己醚、丙酮、乙酸乙酯等溶剂及碱性水溶液中。考虑到辣椒红混合物和辣椒素在不同溶剂中溶解度不同，可以利用两者的溶解度差异进行脱辣处理。贺文智等5基于此原理采用正己烷萃取法，利用辣椒红色素易于溶于正己烷而辣椒素较难溶于正己烷的性质将两者进行分离，操作步骤如下:称取经去蒂、去籽、粉碎处理后的红辣椒粉末，以正己烷为萃取剂进行常压萃取操作，提取液在温度为90、真空度为0.09MPa的条件下进行减压蒸馏浓缩，同时回收正己烷。（四）其它 采用两步法
11、萃取分离红辣椒，即先用有机溶剂浸取法从干尖辣椒中萃取出含有红色素、辣椒素和焦油味臭味的辣椒浸膏，然后再用超临界CO2萃取的方法去除焦油味臭味并把红色素和辣椒素分开，从而得到不含有机溶剂的红色素和辣椒素，产量较单纯用超临界萃取方法提高57倍，且质量远超过FAO/WHO(1984)标准。姚祖凤、姜洪杰等以6种分离、提取方法进行了54次实验，通过这些实验了解到:辣椒红色素的得率和质量与生产技术和工艺条件有着密切的关系。通过对比分析，可以比较以上几种生产技术的先进性和实用性。 1.5 辣椒红的生产工艺流程的选择：通过以上几种生产技术的比较得知，技术（一）生产的辣椒红色素质量最好；技术（二）、（三）生产
12、的辣椒红色素各项指标符合标准，但色价较低；显然，技术其他几种技术只能提取色价较低、纯度不高的粗品，尚需进一步精制。我所在的实习企业，公司从设备等情况出发选择用技术（一），即有机溶剂萃取法。1.6 本设计的工艺流程简图（见手工绘图）2.1已知条件浸出罐一次投辣椒颗粒3.4 t，提取量与投料量之比为1：15，每天投8批料，每批溶剂用量3 t。单批投料量单批溶剂用量提取比例浸膏产量3.4 t3 t1：150.227 t溶剂正己烷物料辣椒颗粒渣料（辣椒残渣）色素（辣椒红）回收溶剂（正己烷）2.2 物料衡算式：物料质量+溶剂质量=渣料质量+混合油质量（浸膏质量+回收溶剂质量）2.3热量衡算式:热水提供热
13、量（热水温度：80-90）=混合油携带热量（混合油温度：38-40）+渣料携带热量3.1主要设备的构造与大小尺寸的计算确定浸出罐:材质尺寸大小Q345RL=4m D=2m =12mm3.2主要设备选型浸出罐（1，2）（蒸汽加热反应釜） 暂存罐（1，2） 混合油罐 溶剂罐4 生产工序的设备一览表设备名称浸出罐（1，2）暂存罐（1，2）混合油罐溶剂罐型号蒸汽加热反应釜尺寸大小L=4m D=2m =12mmL=4 m =12mm D=2mL=5m D=2m =12mmL=6m D=2m =12mm材质Q345RQ345RQ345RQ345R或16MnDR设备名称真空泵油泵缓冲罐喷淋塔压缩机型号WY-
14、100往复真空泵50Y-60B6AW 12.5氨压缩机尺寸大小L=1m =8mm D=0.25mH=3m材质碳钢碳钢碳钢碳钢碳钢 操作过程简述：打开进料阀门，开启绞龙和提升机开始进料（辣椒颗粒3.4吨），进完后关闭进料阀，开启搅拌开关，搅拌约四分之一周，以使物料摊平；开启排空阀，利用真空泵排空至-0.08MPa方可停止；在已正常开车的情况下，打开回渣阀对暂存罐、混合油灌、缓冲罐等进行回渣（如果是首次开车则无需进行此项）；再打入溶剂（或混合油）至试镜下边缘处即可；给浸出灌加热至适当温度（一批物料共浸出六遍，1、2遍需要温度为4043，36遍需要温度为4446）浸泡；浸泡时间（1、2遍需要30mi
15、n，36遍需要20 min）；将1、2遍打到暂存罐1号静置510 min后去混合油灌进行蒸发，36遍分别按照3打1，4打2，5打3，6打4的原则达到其他浸出灌里循环使用（必要时可以有所改动）；待六遍液过后进行脱溶（脱溶一般需60 min，压力达到-0.08MPa时停止脱溶），然后破真空（使浸出灌内压力在0.00MPa）开启刮板进行排渣，整个生产流程就是这些。5产品的消耗定额和主要控制指标产品的消耗定额表：原料名称单位规格每批消耗量（t）成品消耗定额（单耗 t/t ）辣椒颗粒吨含量小于20g/kg水分小于123.41/15主要控制指标：遍数1-2遍3-6遍温度（）38-4040-43压力（MPa
16、）0 .80 .8时间（min）3015-20渣残小于0.58个色价溶残(mg/kg)506结束语：通过本次实习，进一步了解了有关设备的主要构造、性能和使用方法。认识到严格控制工艺条件对安全生产的重要性和对生产合格产品的必要性。为今后的工作和学习奠定了基础。在研究分析的过程中，老师给予了指导，并提供了很多相关的重要信息，培养了我对事情研究分析的严谨态度和创新精神，很大程度上提高了我分析问题，解决问题的能力，这非常有利于我现在和今后的学习和工作。在此表示衷心的感谢！7参考文献：（1）化工制图主编：胡建生 化学工业出版社，2008、4（2）常用化工单元设备的设计 主编：刘玉兰、陈英南 华东理工大学
17、出版社 2005、4（3）化工原理 主编：李殿宝 大连理工大学出版社 2008、6（4）化工原理 天津大学化工原理教研组，天津科学技术出版社，1992（5）化工原理课程设计 天津大学化工原理教研组，天津科学技术出版社，1994（6）化学工程手册编辑委员会，化学工程手册（第13篇）汽液传质设备. 化学工业出版社，1987（7）热交换器原理与设计 主编：史美中 王中铮东南大学出版社 1996、11（8）建筑及工程结构钢材手册 中国建筑工业出版社 （9）换热器设计手册主编：钱颂文 化学工业出版社 2002、8（10）机械设计课程设计主编：巩云鹏 东北大学出版社 2000、12（11）化工容器及设备简明设计手册主编：贺卫国 化学工业出版社（12）有机化学主编：张发庆 化学工业出版社 2002、7
