辣椒紅色素提取工藝優(yōu)化與分析研究

杜蘇萌 馬文亮 賈子昌 鄒承鷹

（太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西太原 030008）

辣椒紅色素是當(dāng)前世界上使用范圍最廣泛的天然色素之一，得到絕大多數(shù)消費(fèi)者認(rèn)可，被世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織認(rèn)定為A類(lèi)食用色素。辣椒紅色素在各個(gè)方面應(yīng)用廣泛，其著色能力較強(qiáng)，在一些科學(xué)技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家，如俄國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)家，將辣椒紅色素作為紅色素的主要色素。在國(guó)內(nèi)，辣椒紅色素被廣泛運(yùn)用在化妝品、醫(yī)藥、防輻射、調(diào)味品、烘焙食物染色劑等著色等方面。近年來(lái)，辣椒紅色素的提取工藝取得很大進(jìn)展，比較成熟的提取方法有機(jī)溶劑法、油溶法、微波法、超聲波輔助以及超臨界CO2萃取法等，這幾種方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在選擇提取方法時(shí)，要根據(jù)自生條件以及提取目的確定最優(yōu)提取方法。將來(lái)的研究方向是在已有方法的基礎(chǔ)上努力拓展發(fā)現(xiàn)新的提取方法，增大辣椒紅色素的提取效率，減小投資成本，另外還需要培育新的色素含量較高的紅辣椒品種。本文以太原市郊區(qū)生產(chǎn)的辣椒作為原材料提取紅色素，旨在為辣椒紅色素的優(yōu)化提取提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

干紅辣椒，購(gòu)于超市，經(jīng)粉碎、過(guò)篩后制成紅辣椒粉。

甲醇、無(wú)水乙醇，天津市申泰化學(xué)試劑有限公司；丙酮、石油醚，天津市天大化工實(shí)驗(yàn)廠。

電熱恒溫干燥箱、高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；752紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海元析儀器有限公司；水浴鍋，上海天平儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 椒紅素最大吸收波長(zhǎng)確定

取0.1 g辣椒紅標(biāo)準(zhǔn)品溶于50 mL的無(wú)水乙醇，待其充分溶解后吸取1 mL溶液于比色管中，用乙醇定容到25 mL。用無(wú)水乙醇做空白對(duì)照，測(cè)量不同波長(zhǎng)下辣椒紅溶液的吸光度。選擇合適的波長(zhǎng)梯度，確定最大吸收波長(zhǎng)，繪制最大吸收波長(zhǎng)圖，結(jié)果如圖1所示。

圖1 椒紅素最大吸收波長(zhǎng)確定

從圖1可以看出，該試驗(yàn)所用辣椒紅色素的最大吸收波長(zhǎng)在514 nm處。

1.2.2 椒紅素的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)繪制方法

辣椒紅色素標(biāo)準(zhǔn)溶液(辣椒紅標(biāo)準(zhǔn)品辣椒紅的含量為85%)的配制：設(shè)置濃度梯度為0.002 g、0.006 g、0.010 g、0.014 g、0.018 g、0.022 g、0.026 g、0.030 g、0.034 g。分別取相應(yīng)質(zhì)量的辣椒紅標(biāo)準(zhǔn)品，如0.002 g，用乙醇稀釋到25 mL后，取0.3 mL溶液于比色管中并用乙醇定容到25 mL，用無(wú)水乙醇做空白對(duì)照，將紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的紫外光調(diào)到514 nm處，測(cè)出辣椒紅色素各質(zhì)量濃度的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，如圖2所示。

圖2 椒紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

該標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)所確定的質(zhì)量濃度與其所對(duì)應(yīng)吸光度的關(guān)系為：C=（A+0.0187 9）/0.0348 8（R2=0.997 74）。

1.2.3 辣椒粉的脫辣處理方法

將辣椒粉和NaOH溶液按1∶10（g∶mL） 的比例混合后，如稱(chēng)取1 g辣椒粉，加入10 mL質(zhì)量濃度為15%的NaOH脫辣液，在60℃下脫辣1.5 h。

1.2.4 椒紅素提取率計(jì)算方法

其中：C——辣椒紅色素的質(zhì)量濃度，μg/mL；

V——提取溶液的總體積，mL；

M——提取時(shí)所用的干辣椒質(zhì)量，μg。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝

無(wú)水乙醇和石油醚對(duì)辣椒紅色素的提取效率較高。在索氏提取器中用石油醚提取時(shí)圓底燒瓶中的液體較為渾濁，遠(yuǎn)不如用無(wú)水乙醇、甲醇、丙酮做提取劑時(shí)提取效果好，色澤鮮亮，而乙醇的提取效率較高，故選用乙醇做提取劑。分析乙醇體積分?jǐn)?shù)、回流次數(shù)、料液比、回流溫度4個(gè)因素對(duì)辣椒紅色素的影響。

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)椒紅素提取率的影響

料液比為1∶40，分別將體積分?jǐn)?shù)為80%、85%、90%、95%、100%的乙醇溶液100 mL倒入索氏提取器的圓底燒瓶中，將水浴鍋的溫度調(diào)至100℃，分別吸取不同體積分?jǐn)?shù)乙醇回流2次后的溶液1 mL于比色管中稀釋至25 mL，用無(wú)水乙醇做空白對(duì)照測(cè)定溶液的吸光度，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)椒紅素提取率的影響

從圖3可以看出，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)的范圍控制在80%～100%之間時(shí)，辣椒粉中椒紅素的提取效率隨乙醇濃度的升高而增大，故用無(wú)水乙醇做提取劑時(shí)，提取效果最好。

2.1.2 回流次數(shù)對(duì)椒紅素提取率的影響

將回流次數(shù)分別定為3次、4次、5次、6次、7次5個(gè)水平。確定料液比為1∶40，即用分析天平稱(chēng)取2.5 g辣椒粉裝入濾紙筒，放入索氏提取器中。量取100 mL天水乙醇倒入索氏提取器的圓底燒瓶中，將水浴鍋的溫度調(diào)至100℃，分別吸取回流3次、4次、5次、6次、7次后的溶液1 mL于比色管中稀釋至25 mL，用無(wú)水乙醇做空白對(duì)照測(cè)定溶液的吸光度，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 回流次數(shù)對(duì)辣椒紅色素提取效率的影響

從圖4可以看出，隨著回流次數(shù)增多辣椒紅色素提取率增高，在回流次數(shù)為6次時(shí)，從干辣椒中提取出來(lái)的紅色素提取率最高。

2.1.3 料液比對(duì)椒紅素提取率的影響

將料液比定為 1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45，即無(wú)水乙醇100 mL，辣椒粉的質(zhì)量分別為4.00 g、3.33 g、2.85 g、2.50 g、2.22 g。折 5 個(gè)濾紙筒，分別將稱(chēng)好的辣椒粉放入濾紙筒中，用少量棉花封口，將濾紙筒放入索氏提取器中，注意濾紙筒的高度不得高于支管口。將100 mL無(wú)水乙醇倒入索氏提取器的圓底燒瓶中，將水浴鍋溫度調(diào)至100℃，用無(wú)水乙醇做空白對(duì)照，回流2次后吸取1 mL溶液于比色管中稀釋至25 mL，測(cè)定溶液的吸光度，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同料液比對(duì)辣椒紅色素提取率的影響

從圖5可以看出，當(dāng)料液比在1∶25～1∶45之間時(shí)，干辣椒中紅色素的提取效率先隨料液比的增大而增大，超過(guò)一定的限度后，隨著料液比的增大提取效率反而下降，料液比為1∶40時(shí)提取效率較高。

2.1.4 回流溫度對(duì)椒紅素提取效率的影響

設(shè)定回流溫度分別為80℃、85℃、90℃、95℃、100℃5個(gè)水平。確定料液比為1∶40，即稱(chēng)取2.5 g辣椒粉裝入濾紙筒，放入索氏提取器中，量取100 mL無(wú)水乙醇倒入索氏提取器的圓底燒瓶中，將水浴鍋的溫度分別設(shè)定為80℃、85℃、90℃、95℃、100℃，分別吸取不同溫度下回流2次后的溶液1 mL于比色管中稀釋至25 mL，用無(wú)水乙醇做空白對(duì)照，測(cè)定溶液的吸光度，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)圖6。

從圖6可以看出，當(dāng)溫度范圍設(shè)置在80℃～100℃之間時(shí)，干辣椒中紅色素的提取率先隨回流溫度的增大而增大，超過(guò)一定的溫度限度后，隨著回流溫度的增大，提取效率反而下降，當(dāng)回流溫度90℃時(shí)，提取效率最高。

圖6 回流溫度對(duì)椒紅素提取率的影響

2.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗(yàn)來(lái)確定最佳提取條件，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 正交試驗(yàn)水平因素設(shè)計(jì)

表2 辣椒紅色素提取率影響因素的正交試驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響大小為：回流溫度>回流次數(shù)>料液比>乙醇體積分?jǐn)?shù)。從表中可以看出提取效率最高的組合為A2B3C2D3，即：乙醇體積分?jǐn)?shù)95%，回流次數(shù)5次，回流溫度95℃，料液比1∶50時(shí)，提取效率最高，此條件即為提取干辣椒中紅色素的最優(yōu)提取工藝條件。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

在提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)95%，回流次數(shù)5次，回流溫度95℃，料液比1∶50下，做3組平行試驗(yàn)，結(jié)果表明，3組試驗(yàn)結(jié)果均大于等于正交試驗(yàn)表中的最大吸光度，故正交試驗(yàn)結(jié)果正確。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)主要運(yùn)用索氏提取法將辣椒紅色素從干辣椒中提取出來(lái)，以乙醇提取分?jǐn)?shù)、回流次數(shù)、回流溫度、料液比為影響因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，確定了各因素的適宜范圍。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果表明，4個(gè)因素對(duì)辣椒紅素提取率的影響順序?yàn)椋夯亓鳒囟?回流次數(shù)>料液比>乙醇分?jǐn)?shù)，最佳提取工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)95%，回流次數(shù)5次、回流溫度95℃、料液比1∶50，此條件下辣椒紅色素提取率最高。