[发明专利]超临界流体柱色谱制备高纯辣椒色素辣素的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超临界流体制备色谱技术，尤其涉及使用超临界流体柱色谱分离制备高纯度天然产物的工艺，属于天然产物纯化和制备领域。

背景技术

超临界流体柱色谱，也叫超临界流体柱层析，是以超临界流体为流动相，固体微粒吸附剂为固定相的层析柱分离技术。超临界流体具有类似液体的密度和类似有机溶剂的溶剂化力，而扩散系数高于液体1-2个数量级。在临界温度附近，压力的微小变化可引起密度的较大变化。而密度的变化显著地影响超临界流体的溶解能力，因此通过改变影响密度的工艺参数(主要是压力和温度)可以较容易地通过色谱法分离制备不同性质的物质。当前，研究最成熟的超临界介质是超临界二氧化碳。

辣椒油树脂是一种从辣椒中提取出来的由辣椒色素、辣素、维生素、多酚等组成的混合物。其中色素成分包括辣椒红素、辣椒玉红素、玉米黄素、紫黄质等双羟基类胡萝卜素的单体及其多种直链饱和与不饱和脂肪酸的单脂肪酸酯和双脂肪酸酯；隐黄素等单羟基类胡萝卜素单体及其多种直链饱和与不饱和脂肪酸的单脂肪酸酯；以及β-胡萝卜素等。辣素成分包括12种9-11碳支链脂肪酸香草酰胺化合物，即辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱、高二氢辣椒碱等。除此以外，辣椒油树脂中还含有较高含量的抗坏血酸。

因为辣椒色素和辣素的极性相差较大，而且两类组分对紫外线的最大吸收波长显著不同，分别在450-480nm和260-290nm范围，因此在高效液相色谱和超临界色谱中定量分析辣椒色素和辣素时，通常使用不同的色谱条件分别检测。在超临界制备色谱中，可以利用这个性质差别，在一定的时间节点，通过调控洗脱剂的极性和超临界流动相的压力以及检测器的检测波长，将两类物质一次性分步分离出来。而抗坏血酸的极性较辣椒碱系列化合物更高，最大吸收波长也与辣椒色素、辣素不同，一般在245nm左右。通过调整流动相的酸度可将其从系列辣椒碱中分离出来。

无论是普通的有机溶剂萃取法，还是超临界萃取工艺，都无法生产无溶剂残留的辣椒色素或辣素产品，更难以获得辣椒红素、辣椒玉红素、辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱等单一化合物的纯品。而使用有机溶剂为流动相的高效液相色谱虽然可做到精细分离各种色素和辣素化合物，但是难以完全解决溶剂残留问题，且存在高压下使用易燃易爆溶剂的高风险问题。

超临界二氧化碳可用作流动相分离大多数非极性、中等极性的分子。超临界二氧化碳只需降低压力即可转化为气体而与溶质完全分离，没有溶剂残留问题。所以，超临界二氧化碳制备色谱在食品、药品原料等领域有其独特且不可替代的优势。而且二氧化碳无毒无害，不可燃烧，工业规模的超临界二氧化碳制备色谱系统有着有机溶剂为流动相的高效液相制备色谱无可比拟的安全性。

在使用超临界二氧化碳流动相洗脱分离类似辣椒碱、抗坏血酸等中等以上极性化合物时，需要加入极性溶剂作为流动相极性改性剂或酸碱性化合物作为添加剂来提高流动相对中高极性物质的洗脱能力。甲醇、乙醇是使用最多的极性改性剂。在分离抗坏血酸时，除了甲醇等极性溶剂之外，还可以加入磷酸等无机酸性物质来加快洗脱过程。许多分析技术研究表明，超临界分析色谱在分析定量辣椒中的辣椒碱、二氢辣椒碱等极性辣素或辣椒红素及其酯、辣椒玉红素及其酯等低极性色素方面都比高效液相色谱的效率更高。

已经有研究者发明出一些不完善的超临界二氧化碳制备色谱系统，但这些发明中所提及的制备色谱系统没有涉及尾气回收，也没有关键的精密分离收集系统，所采用的工艺技术方案不适合用于从辣椒或辣椒提取物中制备本专利所涉及的高纯度辣素色素产品。

专利文献CN201010591082.3公开了一种蜜柚精油中橙油素的超临界色谱分离装置及其方法。该装置专用于从蜜柚精油中分离制备橙油素，因为只用了超临界二氧化碳为工质，不适合分离类似辣椒碱、抗坏血酸等中高极性的化合物。该装置没有设置尾气回收循环系统，不适合工业应用。

专利文献CN201310289339.3公开了一种分离浓缩柑橘精油中含氧化合物的超临界萃取色谱联合工艺。该工艺同样只用超临界二氧化碳作为工质，也不适合分离极性较高的辣椒碱、二氢辣椒碱等化合物。由于工艺的局限性，每次操作都需要打开设备除蜡，无法实现连续操作。该装置和其它已有发明一样，没有设置尾气回收循环系统，对环境不利，不适合工业应用。