专利名称：纯天然β－胡萝卜素的提取方法
技术领域：
本发明涉及农业产品的深加工领域，尤其是农业产品成分的提取。
背景技术：
β-胡萝卜素广泛存在于绿、橙、黄、红色蔬果中的天然胡萝卜素，是所有胡萝卜素中含量最大的一种，是一种强抗氧化剂，具有高效碎灭单线态氧和清除自由基的作用，与其它类抗氧化剂相比，胡萝卜素的活性更强大。胡萝卜素具有防癌、抗癌、抗衰老、防辐射，能降低血浆中的胆固醇物质，治疗心血管病，而且能清除香烟和汽车废气中的有毒物质，活化免疫细胞。此外，胡萝卜素还是一种安全无毒的天然色素和食品添加剂，广泛地应用于食品着色、营养保健品，药品及饲料四大领域。因此如何从富含胡萝卜素的胡萝卜、盐藻和甘薯等天然物种中提取胡萝卜素，已经引起了人们越来越多的关注，直接关系到胡萝卜素的开发应用。
胡萝卜素是一种紫红色至暗红色，有光泽的结晶粉末，分子式为C40H56(相对分子量为536.88)属四萜类化合物，其分子含有两个紫罗蓝酮环和四个异戊二烯〔Ch2＝C(CH3)-CH2〕，整个分子是对称的，即两个β-酮芷环在两端，中心断裂可产生两个维生素A分子，有多个双键且双键之间共轭。
由于胡萝卜素分子中存在共轭双键结构，对氧敏感而不稳定，特别是纯的结晶产品更易被氧化破坏。许多物理的、化学的、生物的因素都影响到胡萝卜素的稳定性，例如光辐射、高温、酸、碱、游离卤素、水分状况等，但氧是影响胡萝卜素稳定的主要因素。胡萝卜素的熔点为184℃，约有20余种异构体，不溶于水，微溶于植物油，在脂肪族和芳香族的烃中有中等的溶解性，最易溶于氯化烃，如氯仿等。
利用丰富的农副产品加工剩余物质如生产胡萝卜汁、番茄酱、玉米淀粉等产品后的副产品胡萝卜渣、玉米蛋白粉等干物质中提取胡萝卜素，可充分发挥农作物的价值，提高产品附加值，提高资源转换的利用率，每年能产生总量达百万吨的β-胡萝卜素。但它们在生物体内的含量并不高，一般仅占干重的0.2％左右。目前从天然植物提取β-胡萝卜素的技术主要是有机溶剂提取技术，常用的有机溶剂有甲醇、无水乙醇、无水乙醚、石油醚、丙酮及石油醚-丙酮。但大量有机溶剂的使用会带来不同程度的污染，且不易回收，而且耗能高，耗时长，提取效率低等问题。近年来，大量资料报道了采用超临界流体CO2萃取法提取胡萝卜素的技术，虽然提取效率大有提高但该法成本高，投资规模大，需要高压设备，设备复杂，溶剂选择范围窄，实现大规模工业化生产尚需时日。用微波技术作为辅助措施的方法，主要用于食品和中药有效成分的提取上，从而使萃取速度提高数倍，降低了萃取温度，保证了萃取质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、产率高、无污染、无毒害、适于大规模工业化生产的萃取纯天然β-胡萝卜素提取方法。采用的核心技术为微波辐射辅助的溶剂萃取技术。
微波与物质相互作用主要是两种方式极性分子(如H2O)在微波电磁场中快速旋转和离子在微波场中的快速迁移，从而互相摩擦而发热。微波加热方式与传统加热方式不同，微波将能量直接作用于被加热物质，空气和器皿基本上不会损耗微波的能量，这保证了能量的快速传递和充分利用。
微波萃取技术是目前用于食品和中药有效成分提取方面的一项新技术。微波用于生物原料萃取时，微波高频电磁波穿透萃取媒质，到达被萃取物料的内部，微波能迅速转化为热能，使细胞内部温度快速上升，当细胞内部压力超过细胞壁承受能力，细胞破裂，细胞内有效成分自由流出，在较低的温度下溶解于萃取媒质，再通过过滤和分离，便获得萃取物料。在微波辐射作用下被萃取物料的成分加速向萃取溶剂界面扩散，从而使萃取速率大幅提高，同时还降低了萃取温度，最大限度保证萃取的质量。
实现上述发明目的的技术方案为纯天然β-胡萝卜素的提取方法，包括原料的前处理、溶剂萃取、萃取液分离、浓缩、转化为油树脂产品、产品纯化、结晶，所述溶剂萃取为微波辅助溶剂萃取，萃取溶剂为乙酸乙脂或乙醇，或两者联合使用，以重量计算的萃取溶剂的用量为原料的1.5-3倍，微波频率为2400-2500MHz，波长为11.5-12.5cm，萃取温度为15-40℃，萃取时间为10-20分钟。所述产品纯化为超临界Co2脱溶纯化。产品形式为胡萝卜素的油树脂产品和胡萝卜素结晶产品。
超临界Co2脱溶技术通常用做物料的萃取，CO2的超临界体是CO2液体和气体完全融在一起的物体，是一种处于高温高压下的状态。达到超临界状态的温度和压力称为“临界点”，CO2的超临界体的临界点为31℃和73个大气压，它即可象气体那样扩散，渗透到其他的物体中，又可象液体那样溶解固态物质，还能与油类物质结合，可用来脱脂、分离油分、祛除杂质等，当原料吸收CO2时，同时发生溶剂化过程，超临界CO2进而萃取溶质，并随液体一起离开固体物料而被萃取出来。它具有萃取温度低、萃取速度快、流程简单、CO2惰性无毒，对人体和环境无害的特点。因为它存在着溶剂用量大，成本高，易造成环境污染的问题，本发明将该技术应用于产品的纯化，因为存在于产品中的溶剂浓度已经不高，所以溶剂用量小，不会造成成本高和易污染环境的问题，充分发挥了其萃取效率高，使纯化作用十分明显的特点。
萃取过程在管式或罐式微波萃取设备中进行，以管式微波萃取设备更适于大规模连续生产的目的。
本发明经过多次实验表明原料中的胡萝卜素提取率 ＞90％胡萝卜素油树脂产品(类胡萝卜素含量) 6％-90％胡萝卜素结晶产品(β-胡萝卜素含量)＞90％乙酸乙脂单独或混合的残留量 ＜0.8％本发明具有下列优点1、高的热效率，萃取效率高，省时，是单纯溶剂法的1/10-1/20；2、溶剂用量少，节能，污染少；3、萃取结果不受物质含水量的影响，回收率高；4、因萃取时间短，有利于萃取热不稳定物质；5、微波能量控制在2450MHz左右，介于红外线和无线电波之间，对应能量为0.96j/mL，能量属于分子间作用力的范畴，与化合键能相差甚远，保证萃取物纯度高；6、仪器设备简单，价廉，适应面广。
图1为本发明纯天然β-胡萝卜素的提取方法工艺流程简图。
具体实施例方式
通过下述实验例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例11、原料前处理 将富含类胡萝卜素的农产品，如番茄、胡萝卜、玉米等粉碎成颗粒，打浆。
2、微波辅助溶剂萃取 在管式或罐式微波萃取设备中进行，内壁具有微波涂层。
溶剂 乙酸乙脂用量(重量)溶剂∶原料为1.5∶1温度 35℃时间 10分钟微波频率 2400MHz波长 12cm3、萃取液分离在离心机中进行。
4、浓缩 用加热方式将萃取液浓缩。
5、产品油树脂化 加入食用油，食油用量视β-胡萝卜素在油树脂产品中的含量而定。
6、用超临界CO2脱脂纯化 31℃，73atm。
7、产品结晶化 在分子蒸馏器中进行。
胡萝卜素提取率为93％。
实施例2除微波辅助溶剂萃取工艺参数与实施例1不同外，其于工艺相同。
微波辅助溶剂萃取工艺参数为溶剂 乙酸乙脂1份与乙醇1份混合使用用量(重量)溶剂∶原料为3∶1温度 25℃时间 15分微波频率 2350MHz波长 11.5cm胡萝卜素提取率为92.5％。
实施例3除微波辅助溶剂萃取工艺参数与实施例1不同外，其余工艺条件相同。
微波辅助溶剂萃取参数为溶剂 乙醇用量(重量)溶剂∶原料＝2∶1温度 15℃时间 20分微波频率 2450MHz波长 12.5cm胡萝卜素提取率为92.5％。
权利要求
1.纯天然β-胡萝卜素的提取方法，包括原料的前处理，溶剂萃取、萃取液分离、浓缩、转化为油树脂产品、产品纯化、结晶，其特征为所述溶剂萃取为微波辅助溶剂萃取，萃取溶剂为乙酸乙脂或乙醇，或两者联合使用，以重量计算的萃取溶剂的用量为原料的1.5-3倍，微波频率为2400-2500MHz，波长为11-12.5cm，萃取温度为15-40℃，萃取时间为10-20分。
2.根据权利要求1所述的纯天然β-胡萝卜素的提取方法，其特征为所述产品纯化为超临界CO2脱溶纯化。
全文摘要
本发明为纯天然β－胡萝卜素的提取方法，涉及农业产品的深加工领域，β－胡萝卜素的现有萃取工艺存在着效率低，成本高，设备复杂，萃取剂用量大，易污染环境等问题，本发明在现有萃取工艺的基础上引入了微波辐射进行辅助萃取，萃取剂为乙酸乙脂或乙醇，或两者联合使用，萃取剂的用量为原料的1.5－3倍，萃取温度为15－40℃，萃取时间为10－20分，微波频率为2400－2500MHz，波长为11.5－12.5cm，还采用了超临界CO
文档编号C07C403/24GK1923809SQ20061014962
公开日2007年3月7日 申请日期2006年10月12日 优先权日2006年10月12日
发明者李晓红 申请人:李晓红