辣椒紅色素的提取與分離

張 艷， 趙麗麗， 仝其根

(北京農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系，北京 102206)

辣椒紅色素的提取與分離

張 艷， 趙麗麗， 仝其根

(北京農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系，北京 102206)

利用索氏提取法，用不同溶劑從幾種辣椒中提取辣椒紅色素和辣椒素，確定了較佳提取工藝條件;利用樹脂吸附法和溶劑萃取法分離色素和辣椒素，確定了較佳洗脫劑和萃取分離條件.試驗(yàn)結(jié)果表明，小米椒辣椒紅色素含量最高，用氯仿提取效果較好，較佳提取時(shí)間為50 min;XAD16樹脂可吸附無水乙醇溶解的紅色素，其飽和吸附為每g樹脂可吸附0.017 g辣椒提取物中的色素，氯仿為較佳洗脫劑;溶劑萃取分離辣椒紅色素的較佳條件為:80%乙醇，萃取3次，萃取時(shí)間60 min.另外，弱堿性金屬氧化物有很好的除辣效果.

辣椒紅色素;辣椒素;提取;分離

辣椒紅色素又名椒紅素、辣椒紅，是一種優(yōu)質(zhì)的天然色素，其含量一般為其干重的0.2% ～0.5%，其中95%左右含在果皮中，屬于葉黃素類共扼多烯烴含氧衍生物，主要成分為辣椒紅素(C40H56O3，分子量584)和辣椒玉紅素(C40H56O4，分子量600).辣椒紅色素中還含有胡蘿卜素、油酸和硬脂酸等對(duì)人體有益的物質(zhì)［1－3］.辣椒紅色素不僅色澤鮮艷、色價(jià)高、著色力強(qiáng)，而且安全性高，具有營養(yǎng)保健作用，作為天然紅色素，是最有開發(fā)價(jià)值的實(shí)用紅色素之一［4－5］.

辣椒紅色素不溶于水，易溶于乙醇、丙酮、正己烷、油脂等有機(jī)溶劑，目前提取色素的方法有溶劑法、油溶法、超臨界CO2萃取法、超聲波溶劑提取法、分子蒸餾法等［6－8］.一般提取所得的辣椒紅色素是以辣椒玉紅素為主體的混合物，且都不可避免地存在辣椒素，因此在制取辣椒紅色素的工藝中，如何將其分離并進(jìn)行除辣顯得尤為重要，目前已有的方法包括提取原料前處理除辣和提取液除辣法［7－9］.本文旨在找到提取辣椒紅色素的最好溶劑、最佳工藝條件以及最好的分離、除辣方法.

1 材料與方法

1.1 材料

朝天椒、小米椒、線椒、美人椒，市場(chǎng)購買;石油醚，天津市東正精細(xì)化學(xué)試劑廠;丙酮、無水乙醇、環(huán)己烷、氯仿、乙酸乙酯、正己烷、甲醇，北京化工廠;氧化鎂、氧化鋁、氧化鈣，北京化工廠;FPA90CL、FPA53、XAD16、FPC3500、XAD4，北京慧得易科技有限責(zé)任公司.

1.2 儀器

TU－1810型紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;FW80型高速萬能試樣粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司;JJ100型精密電子天平，常熟雙杰測(cè)試儀器廠;ZFQ85A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海醫(yī)械專用機(jī)械廠;DH－101型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，天津市中環(huán)試驗(yàn)電爐有限公司;Soxtec 2405型脂肪提取器，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 辣椒紅色素的提取方法

將從市場(chǎng)購買的4種含色素高并且辣度大的紅辣椒(朝天椒、美人椒、線椒、小米椒)用干燥箱烘干，將其分別粉碎過30目篩，取一定量粉末至濾紙?zhí)崛”?，塞上脫脂棉，在Soxtec 2405脂肪提取器加入提取劑，沸騰狀態(tài)下進(jìn)行提取，得到的提取液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法去掉殘留的提取溶劑得最終辣椒提取物.

1.3.2 辣椒紅色素的分離方法

本試驗(yàn)采用樹脂法［10］和溶劑萃取法［6，11］分離提純色素.

1.3.2.1 樹脂法

1)大孔樹脂預(yù)處理:稱取足量樹脂放入燒杯，用95%的乙醇溶液浸泡24 h，用去離子水清洗去掉乙醇，再用4%HCl溶液浸泡3 h后用去離子水洗至pH=7，最后用5%NaCl溶液浸泡3 h后用去離子水洗至pH=7，備用.

2)上柱液的制備:將辣椒提取物用不同溶劑溶解并定容至100 mL，備用.

3)色素的吸附:取處理好的大孔樹脂裝入玻璃柱，上柱液以一定的流速重力過柱，觀察樹脂的顏色和流出液的顏色，判定色素是否被樹脂吸附.

4)洗脫試驗(yàn):將吸附飽和的大孔樹脂，用不同的溶劑洗脫，觀察流出液的顏色，并收集洗脫液，判定洗脫劑的洗脫效果.

1.3.2.2 溶劑萃取法

將辣椒提取物用不同濃度的乙醇溶解定容，吸取適量裝入分液漏斗，加入石油醚，利用色素在石油醚和乙醇中的溶解度不同將色素從乙醇相中萃取出來.并將分離后的石油醚相在475.5 nm處測(cè)定吸光值，乙醇相進(jìn)行辣味閾值對(duì)比判定.

1.3.3 辣素的去除

將辣椒提取物用石油醚溶解定容，取適量，加入等體積的水與弱堿性氧化物混合物(氧化鎂、氧化鋁、氧化鈣等)的混合物，充分震蕩后靜置，待其穩(wěn)定分層后，利用感官評(píng)定判斷除辣效果.

1.3.4 色素相對(duì)含量對(duì)比判定方法

將不同溶劑提取的辣椒提取物用無水乙醇溶解并定容至相同體積，再分別稀釋至一定倍數(shù)，直至肉眼能判定出顏色深淺為止，并按顏色深淺排出順序，排序標(biāo)準(zhǔn)為由深到淺，以此判定提取物中色素的相對(duì)含量.

1.3.5 辣味閾值對(duì)比判定方法

將一定的辣椒提取物用乙醇溶解并定容，再分別稀釋至不同倍數(shù)，利用感觀評(píng)定法得到提取物的辣味閾值，辣味閾值以稀釋倍數(shù)來表達(dá).

2 結(jié)果與分析

2.1 辣椒紅色素提取工藝條件選擇

2.1.1 較佳提取溶劑的選擇

以10 g朝天椒為提取原料，選擇甲醇、無水乙醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿、環(huán)己烷、己烷、石油醚為提取溶劑(60 mL)，按1.3.1所述方法進(jìn)行提取，將所得提取物進(jìn)行稱量，并用無水乙醇將提取物溶解定容至60 mL，按照1.3.4所述方法進(jìn)行色素相對(duì)含量判定，結(jié)果如表1.

表1 不同溶劑對(duì)朝天椒提取物中色素的相對(duì)含量排序Tab.1 Order of different solvent extracts of chili relative content of Capsanthin

將提取物稀釋感官評(píng)價(jià)可看到，提取物稀釋100倍時(shí)，乙酸乙酯和甲醇作提取溶劑得到提取物溶解后的顏色最淺，且甲醇提取所得的最淺，稀釋1000倍后可看出，氯仿提取所得提取物溶解后顏色最深，以后依次為環(huán)己烷提取所得色素，石油醚提取所得色素，正己烷提取所得色素，乙醇提取所得色素，丙酮提取所得提取物溶解后的顏色最淺，最后得出不同溶劑提取辣椒得到的色素溶解稀釋后顏色效果為:氯仿＞環(huán)己烷＞石油醚＞正己烷＞無水乙醇＞丙酮＞乙酸乙酯＞甲醇，即氯仿作為提取溶劑所得提取物溶解后顏色最深，說明其中含色素最多，因此較佳提取溶劑為氯仿.

2.1.2 最佳提取時(shí)間的確定

以20 g朝天椒為原料，60 mL氯仿為提取溶劑，按1.3.1所述方法進(jìn)行熱回流提取，提取條件中的浸提時(shí)間分別設(shè)為5，10，20，40，50，60 min.結(jié)果如圖1.

由圖1可以看出，當(dāng)浸提時(shí)間為50 min時(shí)，提取率為4.4%，達(dá)到最高，再增加提取時(shí)間，提取物質(zhì)量沒有明顯的增加，說明浸提50 min就已經(jīng)基本提取完全.

2.2 不同品種辣椒紅色素含量的測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果與分析

分別以10 g朝天椒、美人椒、線椒、小米椒為提取原料，60 mL氯仿為提取溶劑，按1.3.1所述提取方法，按較佳提取工藝條件進(jìn)行提取，將所得提取物用無水乙醇溶解定容至100 mL，按1.3.4所述方法進(jìn)行色素相對(duì)含量判定，得到結(jié)果如表2.

圖1 提取率與提取時(shí)間的關(guān)系Fig.1 Extraction rate and extraction time diagram

表2 不同辣椒提取物中色素相對(duì)含量排序Tab.2 Relative content of capsanthin sort about different chili extracts

將不同品種辣椒提取物的乙醇溶液稀釋10倍時(shí)可明顯看到，朝天椒的顏色最淺，稀釋到100倍時(shí)，小米椒提取物顏色最深，線椒提取物其次，美人椒提取物最淺.由此可知，小米椒提取所得的色素含量最多.

2.3 辣椒紅色素的樹脂提純?cè)囼?yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 分離樹脂的確定

分別將無水乙醇和氯仿溶解的辣椒提取物制備為上柱液，采用重力過柱法經(jīng) FPA90CL、FPA53、XAD16、FPC3500、XAD4樹脂吸附，觀察樹脂吸附效果，結(jié)果見表3.

表3 不同樹脂對(duì)辣椒紅色素的吸附情況Tab.3 Capsanthin adsorbed by different resin

由表3可知XAD16樹脂可吸附用無水乙醇溶解的辣椒紅色素，其余樹脂對(duì)用氯仿或無水乙醇溶解的辣椒紅色素均沒有吸附作用.

2.3.2 樹脂吸附飽和度試驗(yàn)

稱取20.00 g XAD16樹脂，處理好后裝入玻璃柱中.將制備的濃度為0.01 g/mL朝天椒提取物無水乙醇溶液作為上柱液，用重力過柱法經(jīng)XAD16樹脂柱吸附，吸附達(dá)飽和時(shí)用了35 mL上柱液.由此可得，XAD16飽和吸附為每克樹脂可吸附0.017 g辣椒提取物中的色素.

2.3.3 洗脫試驗(yàn)

分別用1%氫氧化鈉、50%乙醇、無水乙醇、氯仿作為洗脫劑對(duì)吸附飽和的樹脂進(jìn)行洗脫，得到結(jié)果如表4.

表4 不同洗脫劑洗脫情況Tab.4 Elution conditions of different eluting agent

由表4可知，氯仿能夠洗脫吸附的色素，洗脫效果最好，因此氯仿為最佳洗脫劑.

2.4 辣椒紅色素溶劑萃取分離最佳工藝條件的選擇試驗(yàn)結(jié)果與分析

按1.3.2.2所述方法，以溶解辣椒提取物的乙醇濃度、萃取次數(shù)、萃取時(shí)間為主要因素作L9(34)正交試驗(yàn).其中，加入石油醚的總體積為80 mL，萃取2次時(shí)每次加入40 mL，3次時(shí)每次加入石油醚體積分別為30 mL，30 mL，20 mL，4次時(shí)每次加入石油醚體積分別為20 mL;萃取時(shí)間為加入萃取劑后的震蕩時(shí)間，當(dāng)萃取2次共30 min時(shí)，每次萃取時(shí)間為15 min，萃取3次共60 min時(shí)，每次為20 min，萃取4 次90 min 時(shí)，每次分別為 20，20，20，10 min，其他同此規(guī)律.將分離后的石油醚相在475.5 nm處測(cè)定吸光值，乙醇相進(jìn)行辣味閾值判定，試驗(yàn)結(jié)果及分析見表5.

根據(jù)表5吸光值直觀分析可知:RA＞RC＞RB=RD，即影響辣椒紅色素萃取分離的主要影響因素為A乙醇濃度，萃取時(shí)間次之，萃取次數(shù)影響最小.較優(yōu)水平為A1B2C2，即乙醇濃度為80%，經(jīng)過3次萃取，一共萃取60 min時(shí)，萃取分離色素效果較佳.

由對(duì)萃取分離后的乙醇相進(jìn)行辣味閾值判定試驗(yàn)結(jié)果知，同濃度乙醇辣椒提取物溶解液萃取分離后乙醇相辣椒堿含量區(qū)別不大，70%濃度乙醇相辣椒堿含量最多，80%濃度乙醇相辣椒堿含量次之，60%濃度乙醇相辣椒堿含量最少.因此可知，對(duì)70%乙醇溶解的辣椒提取物進(jìn)行萃取分離后，辣椒堿被分離出來最多.

表5 L9(34)辣椒紅色素分離結(jié)果與分析Tab.5 L9(34)Capsanthin of results and analysis

由于本次試驗(yàn)為提取分離色素，將色素分離出來為最終目的，其中含有的辣素可以經(jīng)過后續(xù)的除辣步驟將其除去，因此，辣椒紅色素最佳提取工藝條件應(yīng)以紅色素分離效果較佳為標(biāo)準(zhǔn)，即確定較佳分離條件為:乙醇濃度為80%，經(jīng)過3次萃取，一共萃取60 min.

2.5 除辣試驗(yàn)結(jié)果與分析

將由10 g辣椒原料所得提取物用石油醚溶解定容至100 mL，取6份20 mL于6個(gè)三角瓶中，分別加入相同體積的蒸餾水和弱堿性金屬氧化物混合物，其中加入固體混合物的量如表6，充分震蕩，靜置待分層后，感官判定除辣效果，結(jié)果見表6.

表6 不同弱堿性金屬氧化物混合物添加量的除辣效果Tab.6 Different weak alkaline metal oxide removal effect of mixture adding quantity

由表6可知，當(dāng)20 mL的色素石油醚溶液中弱堿性金屬氧化物混合物的添加量達(dá)到10 g時(shí)，石油醚相中基本沒有辣味，說明其中的辣素基本去除.

試驗(yàn)過程中，如若不加蒸餾水，直接加入弱堿性金屬氧化物混合物的固體，充分震蕩后，整個(gè)體系為渾濁狀態(tài)，不易分層，固體混合物懸浮于石油醚相中，雖有除辣效果，但難以將固體混合物和石油醚相分開.加入蒸餾水與弱堿性金屬氧化物混合物，震蕩靜置約1 h分層后，上層為石油醚相，呈清澈透亮的紅色，下層為水相，稍帶黃色，有未溶解的沉淀，應(yīng)為各種弱堿性金屬氧化物和相對(duì)應(yīng)氫氧化物的混合物，因此水的作用是將固體混合物和色素石油醚相分開.另外，加水后部分弱堿性金屬氧化物混合物生成堿，為除辣提供了堿性環(huán)境，與已有報(bào)道的氫氧化鈉溶液除辣的液體環(huán)境相似，有可能有助于除辣.

文獻(xiàn)［12］報(bào)道，氫氧化鈉的除辣原理是堿與辣素反應(yīng)生成鹽從而達(dá)到除辣的效果，而本實(shí)驗(yàn)中加入的弱堿性金屬氧化物混合物主要是利用其吸附作用將辣素吸附于固體表面而達(dá)到除辣效果的.這種方法與氫氧化鈉除辣相比，不會(huì)有強(qiáng)堿破壞辣椒紅色素的弊端，且加入的弱堿性金屬氧化物混合物易與色素相分開，操作簡(jiǎn)單方便.但是，因?yàn)楣腆w混合物的吸附作用會(huì)吸附少量的色素，色素也會(huì)有少量的損失.

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)利用索氏提取法對(duì)本地常見4種辣椒朝天椒、美人椒、線椒、小米椒進(jìn)行辣椒紅色素和辣椒素的提取并進(jìn)行分離提純，得出結(jié)論如下.

1)小米椒辣椒紅色素含量較高，氯仿提取效果較好，較佳提取時(shí)間為50 min.

2)XAD16樹脂可較好的吸附溶解于無水乙醇的辣椒提取物中的色素，其飽和吸附為每克樹脂可吸附0.017 g辣椒提取物中的色素，氯仿的洗脫效果較好.

3)溶劑萃取分離辣椒紅色素的較佳條件為:80%乙醇，萃取3次，萃取60 min.

4)弱堿性金屬氧化物有很好的除辣效果，其除辣原理初步判定主要是固體的吸附作用.

［1］李巧玲.辣椒中有效成分的提取及利用［J］.山西食品工業(yè)，2003(3):30-32.

［2］張甫生，龐杰，徐秋蘭，等.辣椒紅色素的研究進(jìn)展［J］.辣椒雜志，2003(2):37-41.

［3］謝建華，葉文武，龐杰，等.辣椒的深加工技術(shù)研究進(jìn)展［J］.辣椒雜志，2004(2):28-31.

［4］張澍聲.天然食用色素［J］.化工商品科技情報(bào)，1992(2):20-23.

［5］暢功民，陜方，劉森，等.天然辣椒紅色素提取精制工藝研究［J］.山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001(2):70-73.

［6］張玲，高飛虎，尹旭敏，等.辣椒紅色素的提取及純化技術(shù)研究進(jìn)展［J］.南方農(nóng)業(yè)，2009(11):88-90.

［7］楊博智，謝達(dá)平，張竹青.辣椒紅色素的提取方法和應(yīng)用［J］.辣椒雜志，2007(2):26-29.

［8］張華，昌玉璋.辣椒紅色素的制取和應(yīng)用研究概述［J］.雜糧作物，2000(6):38-43.

［9］涂莉娟.辣椒紅色素的提取脫辣及純化研究［D］.長沙:湖南師范大學(xué)，2007.

［10］孟憲昉，陸蘭麗.辣椒紅色素的提取與利用大孔徑樹脂脫除辣素的研究［J］.中國食品添加劑，2007(16):77-79.

［11］黃巍，鄒學(xué)校，馬艷青，等.辣椒紅色素的研究進(jìn)展［J］.辣椒雜志，2008(2):32-44.

［12］邵景景，趙桂紅，鐘乃良.辣椒紅色素的提取及除辣研究［J］.食品研究與開發(fā)，2009(6):189-192.

(責(zé)任編輯:王 寬)

Extraction and Seperation of Capsanthin from Chilli

ZHANG Yan， ZHAO Li-li， TONG Qi-gen
(School of Food，Beijing Agricultural College，Beijing 102206，China)

Capsanthin and capsaicine were extracted from several different chili using Soxhlet extraction，and the optimum extraction condition were studied.The resine adsorption and solvent liquid extracting were used to separate the capsanthin from capsaicine.The results showed that the content of red pigment in Millet pepper was the highest，the optimal extraction solvent was chloroform，and extraction time was 50 min.XAD16 adsorption resin could adsorb capsanthin dissolved in ethanol，the saturation adsorption of 1 g resin was 0.017 g capsanthin.The optimum extracting conditions of capsanthin were as follows:80%ethanol，3 times extraction，extraction for 60 min.In addition，alkalescence metal oxid could eliminate capsaicin very well.

capsanthin;capsaicine;extraction;separation

TS202.3

A

1671-1513(2011)06-0045-05

2011-07-08

張 艷，女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程;

仝其根，男，副教授，碩士，主要從事蛋品加工及食品添加劑方面的研究.通訊作者.