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一、辣椒红产业的起步阶段
在改革开放以前,中国既无辣椒红产品的生产,又无辣椒红产业。1980年代初,我国的高等院校和科研院所开始了辣椒红项目的科学研究。一批科研工作者响应"积极发掘、总结、推广我国民间使用的传统安全的天然色素"的号召,开始了中国食用天然色素的研究开发事业,相继产生了一批食用天然色素的小试成果。辣椒红小试成果很快被当时蓬勃兴起的乡镇企业接受,在国内建起来一批辣椒红色素厂。这些初建的小厂规模很小,技术、工艺落后,设备简陋,采用乙醇萃取工艺。生产出的辣椒红产品,虽然重金属、铅、砷、乙醇残留量等卫生指标合格,但产品其他质量存在着严重缺陷,如胶质太多,黏稠,不透亮,红色成分偏少;还存在生产规模太小,生产成本太高等问题。
随后近十年中,我国辣椒红生产技术、工艺和设备水平一直没得到大的革新,其产品维持在原料型粗制品阶段,全国每年产量总计有1000~1500kg。1989年,我国公布实施了第一个辣椒红国家标准:GB10783-1989。这个标准实际上是建立在乙醇萃取和小型单罐萃取的工艺基础上的,并没有解决规模太小,成本太高,胶质太多,红色成分偏少的关键问题。
上述情况表明,当时我国不但缺乏辣椒红产业化的经验,更缺少辣椒红生产的核心技术。这是中国辣椒红产业诞生和探索阶段,这个阶段中有不少辣椒红企业的创业者做出了艰辛的努力,付出了很大的代价。
二、打造产业基础,向国外学习阶段
依靠改革开放,我国逐渐摸清了国际上的辣椒红产业情况。有些发达国家辣椒红的生产和应用已经经历了几十年的发展历程,在辣椒红萃取、纯化技术、工艺和设备配套方面已经比较成熟,并且在应用方面实现了复配、制剂化和实用化。拿印度和西班牙来说,它们的辣椒红生产厂家是以生产和销售原料型辣椒红为主的,这两个国家的原料型辣椒红几乎占据着全部的国际市场。其原料型辣椒红生产技术、工艺、设备比当时的我国先进很多,规模大,成本低。因此,我国辣椒红生产企业也将印度和西班牙作为追赶和超越的目标。
这是中国辣椒红产业真正诞生和为第二次大规模创新打基础的阶段。这个阶段的重要创新点和取得的进步有:
(1) 辣椒优良品种和种植基地优势的确立
中国是辣椒品种资源和辣椒产量的世界大国。我们要把资源优势转化为产业优势。经努力确立了几个高色素含量、高吸光比、低胶质的辣椒优良品种。又根据高纬度、长日照有利于辣椒中色素生成和累积的生物学规律,在我国的西北和东北等地建立了生产辣椒红的辣椒种植基地,收到了很好的效果。优良品种和种植基地的确立,为我国辣椒红产业奠定了原料优势基础。
(2) 科学采用6号溶剂为萃取溶剂
抛弃过去的乙醇萃取溶剂,科学地确定6号溶剂为萃取溶剂。它更有利于辣椒红色素的浸出,特别有利于辣椒红素(红色成分)的浸出,减少甚至很少浸出极性胶质。从而提高了原料中色素的回收率,提高了色素的吸光比,减少了胶质的溶出,大大提高了辣椒红产品的质量。
(3) 采用了罐组式逆浓度连续萃取技术和设备
对比以前采用的单罐多次提取,罐组式逆浓度连续萃取技术、工艺和设备配套的采用,加大了投料量,减少了溶剂使用量,缩短了提取全过程的时间。这一创新技术的实现,在一定程度上扩大了生产规模、提高了原料中色素回收率,从而降低了生产成本。随着我国辣椒红质量的提高、规模的扩大、成本的降低,从1994年开始,我国辣椒红逐渐扩大了国内外应用。首先打开了国内饼干和方便面两大应用市场,又进入了调味料市场,随即又较大规模地打开国际市场。中国辣椒红在欧洲和日本以其高吸光比的优良品质逐渐占据了国际市场近10%的份额,并有不断扩大市场份额的趋势。
(4) 分离纯化技术和设备创新
去除胶质和有效分离辣椒碱技术的实施,使我国辣椒红胶质含量大大降低,辣椒红产品中辣椒碱含量控制更精确。在上述指标方面达到了印度和西班牙水平,为我国辣椒红进入国内外市场提供了质量基础。
在脱除产品中溶剂残留方面,我国设计出一种特殊的"脱溶残罐",在脱溶残操作中优化组合温度、负压和搅拌参数,并使用氮气作携带剂,使我国的辣椒红产品溶剂残留达到≤25mg/kg的国际水平。
1996年,我国辣椒红修订标准GB10783-1996发布实施(代替GB10783-1989)。这个新修订标准是建立在使用6号溶剂作萃取溶剂和罐组式逆浓度梯度连续萃取工艺技术基础的。它有力地规范了我国辣椒红的生产。
在第一次大规模创新取得上述这么多成绩和进步时,我国辣椒红的创业者们保持了清醒的头脑,他们从世界竞争对手印度和西班牙那里找差距,第一个差距是规模小;第二个差距是溶剂损耗多。当时我国每1吨原料要损耗溶剂300~400kg,而印度每1吨原料损耗溶剂30kg。
三、新世纪辣椒红产业的发展
从2001年起,明确了目标和方向的中国辣椒红创业者们又掀起了第二轮更大规模的创新活动。其重大创新点和所取得的重大进步归纳如下:
(1)辣椒原料粉碎、造粒技术和设备配套的集成创新
创业者们跨行业考察食品、酿造、粮油加工、饲料加工、面粉加工、制药、化工多个行业的相关技术和设备,经反复研究、试验,通过集成创新,把以前辣椒原料的晾晒、去柄、粉碎、去除种子、过筛、磨粉、造粒等七个单独人工操作的环节整合成一套规模化、连续化、自动化、一体化的整机系统。辣椒从设备的一端投入,经过30分钟,从设备另一端送出造粒和分离出辣椒种子。一套设备每天处理100吨干辣椒,生产出50吨造粒。我国创新的这套设备处理能力是印度和西班牙同行业同类设备的3~5倍。目前,这套具有我国自主知识产权的辣椒原料的处理造粒技术和设备已被我国辣椒红生产企业普遍采用,它为我国实现辣椒红规模化发展提供了可能性,也为萃取及脱溶剂技术、工艺、设备的创新提供了原料造型的有利条件。
(2) 造粒萃取技术的创新
2000年以前,我国辣椒红提取是以辣椒粉末为原料,其缺点是原料中色素回收率低,粉末原料中的杂质极易被浸提到提取液中,浸提后的辣椒粉渣中残留的溶剂难以回收。利用造粒以6号溶剂萃取完全克服了上述三个缺点,提高了色素收率、防止过多的杂质浸出、易于从造粒中彻底回收溶剂。造粒型原料应用于辣椒红提取中,同样属于我国的自主创新,具有自主知识产权。
(3)萃取和脱造粒溶剂设备的引进吸收消化再创新
从2002年开始,河北晨光天然色素集团有限公司和邯郸中进天然色素有限公司等单位率先引进植物油生产的浸提和回收豆粕中溶剂的成套设备。经消化、改造形成一整套适合于辣椒造粒提取和回收溶剂的专用设备。这套设备由原料造粒的自动输入、无级调速平转式逆浓度梯度连续萃取、造粒中溶剂回转式蒸干回收和尾气回收装置构成的自动化、连续化的密闭系统,表现出较大的优越性。投料量大,每套设备每天可以投入原料造粒50~120吨,是过去我国罐组式投料量的50~120倍;是印度、西班牙单机投料量的4~5倍。色素萃取回收率高,回收率可达95%。造粒中的溶剂可以完全彻底回收。每投入1吨原料仅损耗溶剂3~5千克。而罐组式提取投入1吨原料溶剂损耗300~400千克。现在的溶剂损耗仅为罐组式提取的0.75%~1.0%。目前印度每处理1吨原料损耗溶剂30千克,是我国溶剂损耗量的6~10倍。
(4)去除机械杂质和可溶性杂质、蒸发、脱除辣椒红成品溶剂残留多个环节中的技术和设备创新
近几年来我国辣椒红生产企业先后采用了膜分离技术、超临界CO2流体萃取技术、闪蒸技术及脱成品辣椒红中溶残的专用设备和技术,使我国辣椒红产品质量有大幅度提高。目前,我国辣椒红在质量方面已达到或超过印度、西班牙水平,并且具有独特的
高吸光比的优良品质。在国际上,具有较强的质量竞争力。
(5)以辣椒油树脂制备高纯度辣椒红和高纯度辣椒精的创新
辣椒油树脂是辣椒原料经6号溶剂萃取而得。该萃取物是含有辣椒红色素、辣椒碱、胶质等其他多种杂质的混合物。
由辣椒油树脂制备辣椒红和辣椒精两个产品。在2000年以前的分离技术是溶剂萃取和长时间静置分层的间歇式操作,重复4~6次,由始至终至少需要24小时。一个工厂一天最多只能处理100千克。繁琐、间歇、耗时、分离效果不佳、规模小,限制了我国辣椒红的生产。进入21世纪以来,我国创新出一整套自动化、连续化、规模化、高效的密闭生产线。该生产线的核心工艺技术是大规模强烈(溶剂)萃取和大规模高速离心分离。全流程只需一个小时。规模大了,一天可以处理20吨,现在是原来规模的200倍。时间大大缩短了,现在是原来耗时的1/24。分离效果和产品质量大大提高了。原来的分离工艺,色素回收率70%~80%,现在回收率95%。现在辣椒红产品中可以达到无辣椒碱,而辣椒精中辣椒碱含量可以控制由1%到 20%,而其中辣椒红色素可以低到10个色价以下,甚至是无色辣椒精。创新技术生产的辣椒红和辣椒精中胶质含量都大大降低。近几年来,我国辣椒精的产销因技术创新而异军突起。中国过去从印度进口辣椒精,而现在中国向印度出口辣椒精。上述技术、工艺、设备配套是我国辣椒红生产企业的自主创新,具有自主知识产权。
可见,改革开放三十年,通过科学发展,创新驱动,中国的辣椒红产业从无到有,从小到大,从大到强,成绩是巨大的。目前,我国已经成为世界辣椒红产销大国,在国际市场上,中国辣椒红占全球市场份额已达55%。而且中国辣椒红以高吸光比的优良品质称雄国际市场,成为全球辣椒红的产销冠军。中国辣椒红产业也在世界竞争中成长起一批具有较强竞争力的企业,包括晨光天然色素集团有限公司、邯郸中进天然色素有限公司、河北瑞德天然色素有限公司、青岛红星化工集团天然色素有限公司等。这些企业在我国辣椒红产业第一次和第二次大规模创新中做出了很多贡献。晨光天然色素集团有限公司2008年产销辣椒红约1200多吨,占全国产销量的55%;出口约1100吨,出口创汇3500万美元。