乙醇提取辣味雞油中辣椒素工藝

劉 欣，李汴生*

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東 廣州 510640)

乙醇提取辣味雞油中辣椒素工藝

劉 欣，李汴生*

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東 廣州 510640)

以工業(yè)生產(chǎn)鹽焗雞的副產(chǎn)物——辣味雞油為原料，研究乙醇提取辣椒素工藝。結(jié)果表明：辣椒素的最佳提取條件為以95%乙醇作為提取溶劑，70℃提取3h，料液比1:3(g/mL)；一次提取的提取率可達(dá)51.44%，一次提取無(wú)法將辣味雞油中的辣椒素提取完全，需要經(jīng)過(guò)多次提取。通過(guò)方差分析，對(duì)提取率影響因素從大到小依次為：乙醇體積分?jǐn)?shù)＞溫度＞時(shí)間＞料液比。

辣味雞油；辣椒素；提取

隨著生活水平的不斷提高，雞肉愈來(lái)愈多地作為我國(guó)居民的重要肉食來(lái)源，熟制加工雞肉的產(chǎn)量也在不斷上升。工業(yè)化生產(chǎn)鹽焗雞時(shí)，鹵制是一種主要加工工序，鹵制過(guò)程中會(huì)有雞油溶出，分離后可得到鹽焗雞加工中數(shù)量頗大的副產(chǎn)物——雞油。雞油中含有一些雜質(zhì)，通過(guò)精煉可提高雞油的品質(zhì)和貯藏性。精煉的雞油，除了可用于食用外，還可用于氧化并發(fā)生美拉德反應(yīng)生產(chǎn)雞肉風(fēng)味香精[1]，也可用于制備生物柴油[2]。由于在鹵液中加入調(diào)味用的干辣椒等，因此分離出的雞油有明顯的辣味，成為辣味雞油。辣味物質(zhì)的存在影響了雞油的進(jìn)一步利用，因此需要利用物理或化學(xué)手段分離出去。

辣椒素類化合物(capsaicinoids)是辣椒中產(chǎn)生辛辣味的主要化學(xué)物質(zhì)，已知的約有19種[3]，現(xiàn)代理化分析技術(shù)已經(jīng)分析得知辣椒中的辣椒素主要有5種，分別為辣椒素(capsaicin)、二氫辣椒素(dihydrocapsaicin)、降二氫辣椒素(nordihydrocapsaicin)、高辣椒素(homocapsaicin)和高二氫辣椒素(homodihydrocapsaicin)。目前，辣椒素提取方法主要有有機(jī)溶劑浸出法[4]、酸堿法[5]、超臨界萃取法[6]、超聲波提取法[7]和微波萃取法[8]等。其中超聲波提取、微波萃取等是對(duì)有機(jī)溶劑提取辣椒或者辣椒粉等固態(tài)原料的輔助手段，溶于油脂中的辣椒素可采用與油脂不混溶且能溶解辣椒素的溶劑進(jìn)行萃取，以達(dá)到分離的目的。辣椒素的化學(xué)穩(wěn)定性高，在辣椒的烘干過(guò)程、各種有機(jī)溶劑的萃取過(guò)程中損失極少。它能溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等有機(jī)溶劑中，辣椒素類提取物通常是混合物，沒(méi)有固定熔點(diǎn)，通常熔點(diǎn)范圍為 57～66℃，沸點(diǎn)范圍為 210～220℃[9]。從油脂中分離提取辣椒素，需要同時(shí)考察油脂和萃取溶劑對(duì)辣椒素的溶解度，辣椒素類物質(zhì)的典型官能團(tuán)是苯環(huán)上有鄰位的－OH 和—OCH3、支鏈上有—NH—CO—，表明辣椒素類物質(zhì)有一定極性，易溶解于一定極性的有機(jī)溶劑中。乙醇是一種弱極性的有機(jī)溶劑，水是強(qiáng)極性溶劑，不同濃度乙醇的極性有所不同，文獻(xiàn)中利用乙醇提取辣椒素[10-11]，得到的最適提取濃度有所不同，這可能與提取的原料不同有關(guān)。

本實(shí)驗(yàn)用乙醇作溶劑對(duì)辣味雞油中的辣椒素進(jìn)行提取研究，通過(guò)對(duì)乙醇體積分?jǐn)?shù)、溫度、料液比和時(shí)間對(duì)提取率的影響進(jìn)行考察，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化乙醇提取辣椒素的工藝，以期為從辣味雞油中分離辣椒素提供指引。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辣味雞油 廣東無(wú)窮食品有限公司。

甲醇、四氫呋喃均為色譜純；乙醇為分析純；辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥95%)、二氫辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥90%) 美國(guó)Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

高效液相色譜儀、Dionex ultimate 3000 UV檢測(cè)器美國(guó)戴安公司；0.45 μm有機(jī)溶劑過(guò)濾膜 天津市騰達(dá)過(guò)濾器件廠；RE-2000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；THZ-82A恒溫振蕩器 常州澳華儀器有限公司；超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 提取單因素和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

稱取50g辣味雞油于三角瓶中，瓶口用保鮮膜封住，加入100mL 95%乙醇溶液，于50℃恒溫振蕩器中水浴(轉(zhuǎn)速60r/min)提取4h，分別改變乙醇體積分?jǐn)?shù)(10%、30%、50%、60%、75%、85%、95%)、料液比(1:0.5、1:1、1:2、1:3、1:4)、提取溫度(30、40、50、60、70℃)和時(shí)間(0.5、1、2、3、4、5h)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1。將提取液進(jìn)行分液，取乙醇相濃縮、定容、稀釋等處理后，用高效液相色譜法對(duì)辣椒素的含量進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算辣椒素的提取率。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal tests

1.3.2 辣椒素的高效液相色譜分析

1.3.2.1 樣品待測(cè)液的制備

取1～2g樣品于50mL燒杯中，加入甲醇-四氫呋喃(1:1，V/V)混合溶液 25mL，用保鮮膜封口，然后放入60℃水浴中超聲提取30min，然后用甲醇-四氫呋喃(1:1，V/V)混合溶液定容至50mL，經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾后進(jìn)行色譜分析。

1.3.2.2 色譜條件

色譜柱：Venusil MP-C18(250mm×4.6mm，5μm)；柱溫：30℃；檢測(cè)波長(zhǎng)：280 m；流動(dòng)相：甲醇-水(85:15，V/V)；流速：1mL/min；進(jìn)樣量10μL。根據(jù)保留時(shí)間定性，辣椒素、二氫辣椒素峰面積定量。

1.3.2.3 辣椒素提取率的計(jì)算[12]

式中：Wa(或Wb)為試樣中辣椒素(a)或二氫辣椒素(b)的含量/(mg/g)；Ca(或Cb)為由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查到辣椒素(a)、二氫辣椒素(b)的含量/(μg/mL)；V為樣品定容體積/mL；m為試樣質(zhì)量/g。

式中：W為試樣中辣椒素類物質(zhì)總量/(mg/g)；0.9為辣椒素與二氫辣椒素折算為辣椒素類物質(zhì)總量的系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣味雞油樣品的色譜分析

按照 1.3.2 節(jié)色譜條件進(jìn)行分析，以標(biāo)準(zhǔn)品保留時(shí)間定性，出峰面積的積分值進(jìn)行定量分析，得到線性回歸方程。辣椒素的回歸方程為：Y＝0.09695X＋0.05094，R＝0.9999；二氫辣椒素的回歸方程為：Y＝0.0962X－0.0616，R＝0.999(Y表示峰面積/(mAU·min)，X表示質(zhì)量濃度/(μg/mL))。辣味雞油樣品的色譜圖見(jiàn)圖1，計(jì)算得出提取前辣味雞油中辣椒素的含量為4.133mg/g，即0.4133%，一般辣椒中辣椒素的含量為0.1%～0.4%[11]，說(shuō)明辣味雞油中辣椒素的含量與辣椒中的含量相當(dāng)，具有提取的價(jià)值和意義。

圖1 辣味雞油樣品的色譜圖Fig.1 HPLC of spicy chicken oil

2.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)辣椒素提取率的影響

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)辣椒素提取率的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on extraction rate of capsaicin

從圖2可見(jiàn)，乙醇體積分?jǐn)?shù)從10%增加至95%，辣椒素的提取率呈上升趨勢(shì)。由于乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，溶液的極性越來(lái)越小，理論上油脂在溶液中的溶解度會(huì)有所增大，但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這并不會(huì)對(duì)乙醇與雞油的分離造成不利影響，正交試驗(yàn)采用75%、85%和95%的乙醇。

2.3 料液比對(duì)辣椒素提取率的影響

圖3 料液比對(duì)辣椒素提取率的影響Fig.3 Effect of material-liquid ratio on extraction rate of capsaicin

如圖3所示，辣椒素提取率隨溶劑用量的增加而提高，料液比在1:0.5～1:1范圍內(nèi)，提取率有較大的提高，之后增加乙醇的用量，提取率趨于穩(wěn)定，因此正交試驗(yàn)采用1:1、1:2和1:3的料液比，這樣既能減少溶劑用量，又能得到較高的提取率。

2.4 溫度對(duì)辣椒素提取率的影響

圖4 提取溫度對(duì)辣椒素提取率的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on extraction rate of capsaicin

溫度是影響辣椒素在提取溶劑中溶解度的重要因素，有學(xué)者研究辣椒素在不同溶劑中的溶解度[12]時(shí)發(fā)現(xiàn)辣椒素在醇類溶劑、脂類溶劑、醚類溶劑及水和正己烷的溶解度均隨溫度升高而增大。但是提取溫度不能太高，一方面要低于提取溶劑的沸點(diǎn)，另一方面高溫會(huì)增加能量損耗，因此本實(shí)驗(yàn)選用30～70℃的溫度區(qū)間。由圖4可知，辣椒素的提取率隨溫度升高而顯著提高，在 30～50℃間變化較明顯，而在 50～70℃范圍內(nèi)，辣椒素的提取率漸趨于平穩(wěn)，正交試驗(yàn)采用50、60、70℃三個(gè)水平。

2.5 提取時(shí)間對(duì)辣椒素提取率的影響

圖5 提取時(shí)間對(duì)辣椒素提取率的影響Fig.5 Effect of extraction time on extraction rate of capsaicin

圖5表明，隨著提取時(shí)間的增加，辣椒素的提取率有所提高。當(dāng) 提取時(shí)間為1～2h時(shí)，辣椒素提取率隨時(shí)間增加而提高，當(dāng)提取時(shí)間大于4h 時(shí)，辣椒素的提取率趨于平衡，這說(shuō)明當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到一定程度，提取液達(dá)到最大飽和度，再增加提取時(shí)間無(wú)明顯效果，所以正交試驗(yàn)選取水平為2、3、4 h。

2.6 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表2 辣椒素提取工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Design and results of orthogonal tests

根據(jù)各單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定乙醇體積分?jǐn)?shù)，提取溫度、提取時(shí)間、料液比為提取過(guò)程中影響辣椒素提取率最顯著的4個(gè)因素，選取3個(gè)較優(yōu)的水平，按L9(43)正交表設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以辣椒素提取率為試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表2。

由表2均值分析可知，A3B3C3D2為從辣味雞油中提取辣椒素的最佳條件，即乙醇體積分?jǐn)?shù)95%、70℃、料液比1:3、提取3h，此時(shí)的提取率可達(dá)51.44%。該結(jié)果說(shuō)明乙醇無(wú)法一次性完全將辣味雞油中的辣椒素提取完全，需要經(jīng)過(guò)多次提取，辣椒素才能基本提取完全。

2.7 正交試驗(yàn)方差分析

在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，如果沒(méi)有重復(fù)試驗(yàn)，又無(wú)空白項(xiàng)時(shí)，常取其中一因素離均差平方和最小項(xiàng)作為誤差估計(jì)[13]。通過(guò)SPSS 13.0對(duì)4因素的方差分析可知，C因素離均差平方和最小，對(duì)整個(gè)試驗(yàn)的影響最小，因此作為誤差估計(jì)，用以檢驗(yàn)其他因素的顯著性。這樣重新進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

由表3可知，校正模型P＝0.039＜0.05，表明模型顯著，不同處理間有顯著性差異。乙醇體積分?jǐn)?shù)的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)＝64.834，P＝0.015＜0.05；而溫度和時(shí)間的P值均大于0.05，即對(duì)提取率無(wú)顯著影響，影響因素從大到小依次為：乙醇體積分?jǐn)?shù)＞溫度＞時(shí)間＞料液比。

3 結(jié) 論

3.1 利用高效液相色譜法對(duì)辣味雞油中的辣椒素含量進(jìn)行測(cè)定，提取前辣味雞油中辣椒素的含量為4.133mg/g。

3.2 通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)對(duì)辣味雞油中的辣椒素提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定辣椒素的最佳提取工藝條件為：以95%乙醇作為提取溶劑，70℃提取3h，料液比1:3(g/mL)。通過(guò)方差分析，對(duì)辣椒素提取率影響因素從大到小依次為：乙醇體積分?jǐn)?shù)＞溫度＞時(shí)間＞料液比。

3.3 一次提取的提取率可達(dá)51.44%，無(wú)法一次將辣味雞油中的辣椒素提取完全，需要經(jīng)過(guò)多次提取，辣椒素才能基本提取完全。

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Extraction of Capsaicin from Spicy Chicken Oil Using Ethanol

LIU Xin，LI Bian-sheng*
(College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

The extraction process of capsaicin from spicy chicken oil, as an industrial salted chicken by-product, was explored in this paper. The results showed that the optimal extraction process conditions were ethanol concentration of 95%, extraction temperature of 70 ℃, extraction time of 3 h and material-liquid ratio of 1:3 (g/mL). Under the optimal extraction process, the extraction rate of capsaicin could reach up to 51.44%. Through the analysis of variance, the factors for extraction rate from strong to weak order were ethanol concentration, extraction temperature, extraction time and material-liquid ratio.

spicy chicken oil；capsaicin；extraction

TS205

A

1002-6630(2012)10-0111-04

2011-04-21

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目(2009B090300002)

劉欣(1987—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称芳庸づc保藏。E-mail：xin-liu1987@163.com

*通信作者：李汴生(1962—)，男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称芳庸づc保藏。E-mail：febshli@scut.edu.cn