辣椒天然产物高值化提取分离关键技术与产业化﹎.pdf

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1、1 辣椒天然产物高值化提取分离关键 技术与产业化 一、项目简介 辣椒红、辣椒素是重要的天然功能提取物, 在国际贸易中占 有较大比重 ,自 20 世纪 50 年代美国率先在辣椒中成功提取了辣 椒红色素 , 辣椒天然产物提取成为辣椒产业发展的主要方向。美 国、西班牙、印度先后引领并主导了辣椒提取产业的发展。我 国是辣椒资源大国，传统上以简单加工及原料出口为主，自90 年代开始进行辣椒提取加工，采用与国外类似的间歇静置工艺， 生产各环节独立，周期长、提取率低、溶剂和能耗大、质量安 全无保障，辣椒红年产量60 吨，不足世界产量的2% ，严重依 赖进口。针对以上问题，项目经过十余年潜心研究和反复实践，

2、集成开发了原料处理、同步提取分离、质量控制及精深加工产 业关键技术及装备并实施了产业化应用，取得了重要创新性进 展。 1、揭示辣椒红、辣椒素极性差异，开发同步提取高效分离 工艺技术与装备。研究揭示了辣椒红、辣椒素及杂质在溶剂中 溶解和分配规律，设计互溶的复合溶剂体系，开发连续逆流梯 度提取、多级连续离心分离的同步提取与高效分离技术，集成 系列装备的改造、研制和一体化设计，建成世界首条连续化、 规模化辣椒提取分离生产线，辣椒红和辣椒素提取率比传统工 艺高 8% 和 55% ，达 98% 和 95% ；胶质含量为传统工艺的1/10 和1/50 ； 辣 椒 红 中 辣 椒 素 含 量 5mg/kg

3、， 产 品 溶 剂 残 留 2 10mg/kg ；溶剂消耗是传统工艺的1% ，能耗是传统工艺1/4 。 2、突破规模化预处理瓶颈，开发一体化封闭型连续预处理 技术与装备。攻克辣椒带柄加工影响产品品质难题，开发辣椒 粉造粒技术，对预处理各个单元进行了技术开发和装备的设计 集成，建成了业内首条全程只需30 分钟、日处理干辣椒120 吨 的一体化的连续生产线，封闭微负压系统和排气口粉尘过滤， 极大减少了辣椒粉尘扩散造成的环境污染和对操作人员的刺激 伤害。 3、阐明污染来源及迁移富集规律，建立质量控制技术体系 与标准。建立了样品中痕量危害物（苏丹红、农残等）前处理 技术和检测方法，阐明了痕量危害物污染

4、来源及其迁移富集规 律，针对辣椒提取质量要求，建立了辣椒从种植到精深加工过 程质量与安全保障体系及相关国家标准；创新复合溶剂和超临 界脱除技术，显著降低了危害物的含量，保障质量安全。 4、提取物产品深度开发，拓展应用范围，提升综合效益。 开发了辣椒碱结晶纯化、辣椒红和辣椒素水性微乳化、果胶超 声提取等产品精深加工技术，拓展了辣椒提取物的应用领域和 辣椒提取的综合效益。 项目授权专利26 项(发明专利17 项)，国家标准6 项，多 次被行业专家鉴定为“国际领先”水平。获全国行业特等奖1 项、 一等奖 1 项，省级一等奖1 项，技术与装备推广国内30 多家企 业，近三年新增销售额33 亿元，利税3

5、.8 亿元，全国辣椒红产 量达 3500 吨（其中晨光公司3000 吨），国际市场份额从不足 3 2%提高到 70% 以上，辣椒油树脂实现由严重依赖进口到掌握国 际市场话语权的根本性转变。核心技术成功应用于叶黄素、棉 籽蛋白、红米红提取工业化生产，形成了天然植物提取物现代 工业化生产技术体系。 二、主要完成人及其贡献 1、卢庆国 （晨光生物科技集团股份有限公司），排名第 1， 正高级职称，董事长兼总经理。项目负责人，主持并全程参与 完成了辣椒提取加工原料预处理技术及装备一体化开发，辣椒 红、辣椒素同步提取与高效分离技术与产业化、辣椒及提取物 中染料污染物分析与控制技术创新工作。统筹策划项目产业

6、化 实施，指导建成了世界最大的连续化、规模化辣椒天然产物提 取加工生产线。对项目3 项科技创新内容均作出了重大贡献。 2、张卫明（中华全国供销合作总社南京野生植物综合利用 研究所），排名第2，正高级职称，院长。项目技术负责人之 一，主持辣椒天然产物高值化提取加工产品标准的制定，参与 辣椒原料生产品质和质量安全评价与控制技术研究、标准化辣 椒原料种植基地建设及规范化产业生产线和产品研发工作。对 本项目第 1、3 项科技创新内容做出了重要贡献。获国家科技奖 励情况： 2011年，项目“高分子多糖生物质加工新技术与产品 应用”获国家技术发明二等奖，排名第1 位。 3、张泽生（天津科技大学），排名第3

7、，正高级职称，副 院长。项目技术负责人之一，主持完成辣椒中辣椒红色素、辣 椒素与其他成分的特性差异研究，阐明了辣椒复合溶剂高效提 4 取机制，参与完成辣椒红、辣椒素分段梯度控温的复合溶剂提 取技术开发。对项目第1 项科技创新内容作出了重要贡献。 4、曹雁平（北京工商大学），排名第4，正高级职称。项 目主要完成人之一，主持完成辣椒红连续逆流提取技术开发与 产业化以及溶剂低氧蒸发与系统尾气冷冻回收等工作，参与完 成辣椒红、辣椒素高效分离技术开发。对项目第1 项科技创新 内容作出了重要贡献。 5、连运河 （晨光生物科技集团股份有限公司），排名第 5， 正高级职称，副总经理。项目主要完成人之一，主持完

8、成辣椒 红、辣椒素同步提取与高效分离技术与产业化以及辣椒及提取 物中染料污染物分析与控制技术等创新工作，指导辣椒红、辣 椒素高端应用型产品开发，参与辣椒天然产物提取工业化生产 线建设。对项目第1、3 项科技创新内容作出了重要贡献。 6、赵伯涛（中华全国供销合作总社南京野生植物综合利用 研究所），排名第6，正高级职称，副院长。项目技术负责人 之一， 主持完成辣椒原料生产的品质和质量安全评价与控制技 术研究及规范化，指导并全程参与辣椒标准化原料种植基地建 设。对项目第3 项科技创新内容作出了重要贡献。曾获国家科 技奖励情况： 2012年，项目“果蔬食品的高品质干燥关键技术 研究及应用”获国家科技进

9、步二等奖，排名第10 位。 7、陈运霞 （晨光生物科技集团股份有限公司），排名第 7， 副高级职称，副总经理。项目技术负责人之一，主持完成无氧 连续逆流梯度提取、无氧溶剂蒸发回收系统研究设计、多级连 5 续离心萃取分离技术开发、辣椒加工原料预处理工艺技术改进 及装备集成等工作，全面负责辣椒天然产物规模化、连续化生 产线建设。对本项目第1、2 项科技创新内容作出了重要贡献。 8、李凤飞 （晨光生物科技集团股份有限公司），排名第 8， 副高级职称，副总经理。项目技术工作人员之一，负责分段梯 度控温的复合溶剂提取技术、辣椒红水溶液脱胶技术、产品快 速脱溶技术开发与装备集成以及辣椒原料前处理工艺技术开

10、发 工作，主持辣椒提取产品的生产与经营。对项目第1、2 项科技 创新内容作出了贡献。 9、韩文杰 （晨光生物科技集团股份有限公司），排名第 9， 中级职称，副总经理。项目技术工作人员之一，参与完成辣椒 原料前处理生产线建设、辣椒粉造粒技术装备研发、预处理过 程集成和一体化设计、以及连续化、自动化辣椒提取生产线建 设等工作。对本项目第2 项科技创新内容作出了贡献。 10、高伟（晨光生物科技集团股份有限公司），排名第 10， 副高级职称，经理。项目技术工作人员之一，主持完成辣椒及 其提取物中苏丹红与罗丹明B 检测方法开发、辣椒及其提取物 中苏丹红、 罗丹明迁移规律研究及去除方法开发等创新工作。 对

11、本项目第3 项科技创新内容作出了贡献。 三、主要完成单位及创新推广贡献 1、晨光生物科技集团股份有限公司（排名第1），对项目 技术创新和应用贡献主要体现在： （1）辣椒红、辣椒素同步高效提取分离技术与产业化。创 6 新复合溶剂提取技术，实现辣椒红、辣椒素同步提取，提取率 分别达 98% 和 95% ，提高了品质；集成设计了无氧连续逆流梯 度提取、无氧溶剂蒸发回收技术和装备，降低辣椒有效成分氧 化损失，吨颗粒消耗溶剂3kg ；设计开发了多级连续离心萃取 分离技术，实现了辣椒红和辣椒素及杂质的高效分离，产业化 生产线日分离能力从100kg 提高到 20 吨；开发快速脱溶技术， 溶残脱除时间大为缩短

12、，产品溶剂残留10mg/kg ，远优于国家 标准要求。 （2）辣椒规模化原料预处理关键技术创新及装备一体化。 通过技术创新突破辣椒带柄加工技术瓶颈，集成设备研制与工 艺优化，实现了丝线状、大比重及轻质杂质的分步去除，创新 辣椒切段破碎与组分筛分技术，实现了有效破碎和辣椒皮、辣 椒籽、辣椒末三种物料一次性分离；创新辣椒粉造粒技术，为 后期萃取工作奠定基础；建成了业内首条连续化、规模化辣椒 预处理生产线，单条线日处理干辣椒达120 吨，为高品质辣椒 提取提供了重要基础保障。 （3）辣椒及提取物中危害物分析与控制技术。建立了痕量 染料和农残污染的样品前处理技术和检测方法；阐明辣椒原料 中合成染料的污

13、染来源及其在提取加工过程中的迁移富集规 律；开发了辣椒提取物中苏丹红I 和罗丹明B 的去除技术并产 业化应用，产品完全满足国际市场需求。通过项目实施，晨光 生物辣椒红国际市场占有率50% 以上。 2、中华全国供销合作社南京野生植物综合利用研究所（排 7 名第2），对项目技术创新和应用贡献主要体现在：辣椒原料 生产的品质及质量安全控制技术研究及规范化。确定产地环境、 农药、肥料等为影响原料质量的关键风险因子，研究制定了一 整套质量指标要求和使用准则，实现基地标准化规范种植，保 障污染点的可控性，辣椒原料外观形态、理化特性、危害物残 留等指标符合标准要求。通过微波杀菌工艺对原料进行预处理， 避免了

14、原料在存放过程中产生真菌毒素，以及后工序提取物中 真菌毒素的残留。为全国辣椒及深加工产品行业质量标准提供 支撑，相关辣椒及深加工产品的国家标准的制定 3、天津科技大学（排名第3），对项目技术创新和应用贡 献主要体现在：辣椒中有效成分提取机理研究及产业化提取技 术开发。研究了辣椒红、辣椒素及其它成分的理化性质差异， 验证了运用复合溶剂同时实现辣椒红、辣椒素高效提取的机理。 根据辣椒红、辣椒素及杂质成分在有机溶剂中溶解和分配特性 不同，参与设计筛选以非极性溶剂为主极性溶剂为辅的复合溶 剂体系。考虑到辣椒红色素的热敏特性，指导形成了温度梯度 逆流提取工艺，同时参与生产装备的集成设计，协助建立了辣 椒

15、红、辣椒素规模化、连续化提取系统，解决了辣椒精深加工 核心技术难题，对项目的顺利实施起到了决定性作用。 4、北京工商大学（排名第4），对项目技术创新和应用贡 献主要体现在： 辣椒有效成分同步高效提取分离技术与产业化。 参与设计优化了辣椒红、辣椒素同步逆流梯度提取的初始温度、 料液比例等参数，实现辣椒红、辣椒素同步高效提取。参与、 8 指导建成日投辣椒颗粒120 吨的生产线。根据辣椒红、辣椒素 极性的差异，筛选出高效的新型脱辣溶剂并确定了最优使用浓 度，实现了辣椒红、辣椒素高效分离。创新溶剂回收系统，实 现系统尾气集中回收并循环利用，溶剂消耗降为传统工艺的 1%。参与完成辣椒红、辣椒素同步提取高

16、效分离生产线建设。 5、新疆晨光天然色素有限公司（排名第5），对项目技术 创新和应用贡献主要体现在：辣椒高效提取关键技术转化及生 产线建设，完成辣椒提取加工原料预处理、同步提取等关键技 术成果转化，参与原料除杂、逆流梯度提取等设备的设计改进， 建成日投料辣椒颗粒120 吨生产线 1 条， 年产辣椒红辣素1000 吨。主持辣椒标准化种植基地建设，公司利用地理优势，采用 辣椒原料生产的品质及质量安全控制技术，拓展辣椒种植基地 数万亩，通过统一管理模式实现了标准化规范种植，辣椒原料 中辣椒红色素、危害物等相关指标严格可控，完全满足市场要 求，为辣椒精深加工提供了原料保障，对农产品标准化种植及 生产实

17、施具有重要指导意义。 6、营口晨光植物提取设备有限公司（排名第6），对项目 技术创新和应用贡献主要体现在：辣椒精深加工生产装备的设 计研制及生产线建设。主持完成了辣椒原料预处理、提取、分 离各工序环节生产设备的研制工作，全面负责晨光生物、新疆 晨光、新疆晨曦等辣椒提取加工企业生产设备的安装、调试， 在行业内主持建设辣椒连续化、规模化生产线数十条，以先进 生产装备的推广应用，带动了行业整体水平的大幅度提升。 9 四、推广应用情况 项目创新成果已在主要完成单位实现产业化应用，技术及 装备辐射新疆晨光天然色素有限公司、河北瑞德天然色素有限 公司、新疆隆平高科红安种业有限公司等国内30 多家辣椒提取

18、企业，预处理技术及配套装备、分段控温逆流梯度提取装备在 近几年新建的辣椒提取及大量食用辣椒粉加工生产线全面普 及；逆流连续分离技术已通过不同途径应用在业内部分企业分 离工序中，辣椒及提取物中染料污染物分析与控制技术得到国 内外专家的一致认可。以上技术在全行业内应用，带动我国辣 椒提取产品国际市场占有率从不足2% 提高到70% 以上。技术 成果应用后产品品质出众，成本优势突出，综合竞争力强，多 年 来 稳 定 供 应 顶 益 集 团 、 统 一 集 团 、 旺 旺 集 团 以 及 瑞 士 Givaudan 、美国 Mccormick 、法国 Naturex 、印度 AVT 等国内 外著名食品及食

19、品配料企业。 五、主要知识产权证明目录 知 识 产 权类别 知识产权 具体名称 国家 （地 区） 授权号 授权 日期 证 书 编 号 权利人发明人 其他 食 品 添 加 剂 辣椒油 树脂 中国 GB 28314 -2012 2012年 06 月 25 日 GB 28314 -2012 晨光生物科技集 团股份有限公司 发 明 专 利 从 红 辣 椒 中 萃 取 兼 得 辣 椒 红 中国 ZL2006 100482 55.0 2011年 12 月 07 日 875133 晨光生物科技集 团股份有限公司 卢庆国 ；李 凤飞； 连运 河；田洪 10 和 辣 椒 精 的工艺 发 明 专 利 一 种 辣

20、椒 红 生 产 的 高 效 连 续 脱辣工艺 中国 ZL2007 100620 40.9 2012年 08 月 08 日 102008 2 晨光生物科技集 团股份有限公司 卢庆国 ；刘 英山； 连运 河；陈运霞； 田洪 其他 食 品 添 加 剂 辣椒红 中国 GB 10783 -2008 2009年 06 月 01 日 GB 10783 -2008 青岛红星化工集 团天然色素有限 公司 、河南省漯河市 中大天然食品添 加剂有限公司、 河北晨光天然色 素有限公司等 其他 辣椒粉天 然 着 色 物 质 总 含 量 测定 中国 GB/T 222 99-200 8 2008年 11 月 01 日 GB

21、/T 222 99-200 8 中华全国供销合 作总社南京野生 植物综合利用研 究所 其他 辣 椒 及 其 油树脂总 辣 椒 碱 含 量的测定 中国 GB/T 303 89-201 3 2014年 06 月 22 日 GB/T 30 389-20 13 中华全国供销合 作总社南京野生 植物综合利用研 究所、晨光生物 科技集团股份有 限公司 11 其他 辣 椒 及 其 油树脂总 辣 椒 碱 含 量 的 测 定 高 效 液 相 色谱法 中国 GB/T 303 88-201 3 2014年 06 月 22 日 GB/T 303 88-201 3 中华全国供销合 作总社南京野生 植物综合利用研 究所、

22、晨光生物 科技集团股份有 限公司 其他 辣椒 (整的 或粉状 ) 中国 GB/T 303 82-201 3 2014年 06 月 22 日 GB/T 303 82-201 3 中华全国供销合 作总社南京野生 植物综合利用研 究所 发 明 专 利 辣 椒 红 生 产 中 提 高 萃 取 效 率 的方法 中国 ZL2006 100482 54.6 2010年 12 月 22 日 719889 晨光生物科技集 团股份有限公司 卢庆国 ；刘 英山； 陈运 霞；田洪 发 明 专 利 一 种 去 除 天 然 提 取 物 中 危 害 物的方法 中国 ZL2009 102639 02.3 2013年 07 月 17 日 123661 0 晨光生物科技集 团股份有限公司 卢庆国 ；连 运河； 齐立 军；田 洪； 程远欣 六、项目曾获科技奖励情况 1、 “辣椒红色素、辣椒素的规模化生产工艺技术”获2009 年 度河北省科学技术进步奖一等奖； 2、 “辣椒红、辣椒素连续生产技术和装备研发及产业化”获 2011 年度中国轻工业联合会科学技术奖一等奖； 3、 “辣椒精深加工质量控制关键技术研究与产业化”获2013 年度中国商业联合会科学技术奖特等奖。