辣椒紅色素的提取與應(yīng)用

邢澤農(nóng)，蘇 娟，東莎莎，王春燕*

（1.寶雞市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西寶雞 721006；2.中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014）

我國辣椒資源豐富，數(shù)據(jù)顯示，2018年我國辣椒產(chǎn)量達(dá)1 820萬t，同比增長2.1%[1-2]。辣椒紅色素又名辣椒紅、辣椒油樹脂等，是在成熟的紅辣椒中提取的一種色素物質(zhì)?；趯?shí)踐驗(yàn)證和成分分析得出，辣椒紅色素性狀穩(wěn)定，色澤鮮艷，著色性好，屬于天然色素，安全無毒，同時(shí)還具有一定的醫(yī)療價(jià)值，如鎮(zhèn)痛、止癢、抗炎、抑菌、調(diào)節(jié)脂質(zhì)過氧化、保護(hù)心肌、減肥等生理功能[3-4]。因此，辣椒紅色素是公認(rèn)的安全色素，WHO已將辣椒紅色素列為A類色素。目前辣椒紅色素已被廣泛應(yīng)用于加工、食品餐飲、醫(yī)藥工業(yè)、飼料等領(lǐng)域。本文從辣椒紅色素的成分、提取方法和應(yīng)用領(lǐng)域等幾個(gè)方面綜述了辣椒紅色素的研究與應(yīng)用進(jìn)展。

1 辣椒紅色素的營養(yǎng)成分

辣椒紅色素是存在于辣椒中的類胡蘿卜素類色素，是辣椒的主要顯色物質(zhì)，其質(zhì)量占辣椒果皮的0.2%～0.5%[4-5]。辣椒紅色素的性狀、特點(diǎn)、用途與其成分密不可分，研究表明，辣椒紅色素最主要的成分是辣椒紅素、辣椒玉紅素。一般來說，辣椒紅色素中含有脂肪酸80%～85%、維生素E 0.6%～1.0%、維生素C 0.2%～1.1%、蛋白質(zhì)（總氮）140～170 mg/100 g樣品、類胡蘿卜素11.2%～15.5%[4-6]。

由于辣椒品種和成熟度的差異，辣椒紅色素含量及占比存在一定的差異。不同的辣椒品種所含的辣椒紅色素成分不同，一般成熟度好的辣椒中辣椒紅色素的品質(zhì)較高。不同辣椒品種成熟果實(shí)中類胡蘿卜素的含量相差很大，不同成熟期辣椒果實(shí)中類胡蘿卜素總量、紅色類胡蘿卜素含量以及葉綠素的含量也有很大不同。從結(jié)果初期到果實(shí)完全成熟，類胡蘿卜素總量和紅色類胡蘿卜素量分別增加66、124倍，紅色與黃色的比例也從0.22增加到1.34，而葉綠素含量到成熟時(shí)接近零，因而常用成熟紅辣椒果實(shí)來提取辣椒紅色素[6]。

2 辣椒紅色素的提取

在辣椒紅色素的研究和應(yīng)用過程中，提取始終是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。從當(dāng)前辣椒紅色素的提取方法來看，常見的主要有溶劑提取法、超聲波提取法、微波輔助提取法、超臨界流體萃取法和酶提取法。

2.1 溶劑提取法

溶劑提取法是提取辣椒紅色素較為常用的方法，是利用辣椒紅色素溶于有機(jī)溶劑的特點(diǎn)。具體的提取過程是將成熟的干辣椒打成粉末，之后與有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等物質(zhì)混合，制備成辣椒油樹脂，然后通過一系列的程序，如蒸餾、分離等，最終獲得辣椒紅色素。溶劑提取法的顯著優(yōu)點(diǎn)是成本低，不需要昂貴精密的設(shè)備即可實(shí)施；缺點(diǎn)是提取的辣椒紅色素純度不夠，有機(jī)試劑殘留較多。目前國內(nèi)外生產(chǎn)辣椒紅色素的廠家絕大多數(shù)采用此法提取，但也已呈現(xiàn)出逐漸被淘汰的趨勢[6-7]。侯維[8]發(fā)明了一種提高辣椒紅色素提取率的工藝，是使用有機(jī)溶劑浸提辣椒顆粒原料，然后進(jìn)行沉降、過濾及蒸發(fā)溶劑，獲得初級(jí)辣椒油樹脂；通過添加適量的甲基環(huán)戊烷以增強(qiáng)溶劑中正己烷對(duì)辣椒紅色素的提取性能，使辣椒紅色素產(chǎn)品的提取率提高，試驗(yàn)證明該方法中甲基環(huán)戊烷的添加對(duì)辣椒紅色素產(chǎn)品的生產(chǎn)成本影響甚微。張曄等[9]用乙醇作溶劑，攪拌輔助粗提得辣椒紅色素，試驗(yàn)證明該方法所得產(chǎn)品成本低、產(chǎn)率較高，提取率增加，同時(shí)副產(chǎn)品也可以被利用。方樟彩等[10]重點(diǎn)考察了乙醇溶液的濃度、原料液和乙醇溶液比值、萃取次數(shù)等對(duì)萃取過程的影響，建立了一條提取辣椒紅色素的工藝路線。萃取過程合適的工藝條件為常溫下，選用60%（V/V）乙醇水溶液作萃取劑，原料液和萃取劑的體積比值為4∶1，萃取1次。在上述條件下，得到的辣椒紅色素含量為0.16%。

2.2 超聲波提取法

超聲波提取法的原理是利用超聲波對(duì)辣椒進(jìn)行更精細(xì)的粉碎，使辣椒中的成分在提取溶劑中更好地融合，最終得到純度較高的辣椒紅色素。超聲波提取法與溶劑提取法有相似之處，但比溶劑提取法更加快捷高效、成本低，最重要的是它天然、環(huán)保，因此更受歡迎[11-12]。

鄧祥元等[13]采用響應(yīng)面分析法確定了辣椒紅色素超聲提取的理想工藝條件，即以無水乙醇為溶劑，料液比為1∶12（w/V），超聲時(shí)間為30 min，超聲波功率為700 W，此時(shí)辣椒紅色素提取率為0.13%。與傳統(tǒng)方法比較，該方法具有得率高、產(chǎn)品純度高、污染小、生產(chǎn)周期短、有效成分不被破壞等優(yōu)點(diǎn)。王芳芳[14]在辣椒紅色素分離純化技術(shù)的研究中得出，超聲波輔助萃取法提取的最優(yōu)條件為料液比1∶25（g/mL），超聲波功率120W，75℃提取37 min，此條件下所得辣椒紅色素提取率為0.132%。李瑞麗等[15]研究了超聲提取辣椒紅色素的工藝，通過正交試驗(yàn)得出超聲提取辣椒紅色素的最佳條件，即以無水乙醇為提取溶劑，超聲功率為240 W，料液比1∶15，超聲時(shí)間20 min，此條件下辣椒紅色素提取率可高達(dá)1.646 g/100 g。陳煜等[16]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明最佳的提取工藝條件是以乙酸乙酯為溶劑，溫度50 ℃，固液比為1∶15，在400 W的超聲波功率下超聲處理45 min，該實(shí)驗(yàn)還對(duì)12份來自貴州不同區(qū)域產(chǎn)紅辣椒進(jìn)行了辣椒紅色素的提取，通過吸光度的比較發(fā)現(xiàn)凱里市劍河縣線椒中辣椒紅色素含量最高。

2.3 微波輔助提取法

微波輔助萃取又稱微波萃取，是微波和傳統(tǒng)的溶劑萃取法相結(jié)合而形成的一種新型技術(shù)。利用微波輔助提取辣椒紅色素低碳環(huán)保，且提取效率高。王芳芳[14]通過試驗(yàn)得到，微波輔助提取法的最佳工藝條件是料液比1∶10（g/mL），微波功率130 W，提取時(shí)間6 min，實(shí)驗(yàn)測得辣椒紅色素的提取率為0.14%。陳小全等[17]在微波作用下從辣椒中提取辣椒紅色素，以辣椒紅色素的提取率為指標(biāo)，運(yùn)用正交法確定了乙醇超聲提取辣椒紅色素的最佳條件，并分析了該方法與浸提法的區(qū)別。他得出，微波輔助提取極大地縮短了提取時(shí)間，而且可使提取率明顯提高。鄧祥元等[13]以紅辣椒為原料，丙酮為提取劑，利用微波輔助有機(jī)溶劑法提取辣椒紅色素，進(jìn)而通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)分析微波功率、微波溫度、微波時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)提取效率的影響，并優(yōu)化了提取工藝。

2.4 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法是利用壓力調(diào)控、溫度調(diào)控的方法來增強(qiáng)CO2對(duì)辣椒的溶解效果，最終選擇性地提取辣椒紅色素。這一方法看似復(fù)雜，實(shí)則對(duì)環(huán)境和操作要求不高，在常溫下即可實(shí)施，且該方法不存在溶劑殘留，提取的辣椒紅色素純度較高，是目前較為理想的辣椒紅色素提取方法[18]。魏雅雯等[19]分析得出超臨界流體萃取法技術(shù)工藝簡單，能耗低，萃取溶劑無毒、易回收，所得產(chǎn)品純度高。宿光平[20]也通過比較試驗(yàn)得出，超臨界萃取法制得的色素多為混合色素，方法簡便，成本相對(duì)較低，色價(jià)高，已成為國內(nèi)外通用的辣椒紅色素制備工藝。

2.5 酶提取法

酶提取法是借助于纖維素酶、果膠酶等物質(zhì)來改變辣椒的細(xì)胞壁，從而提取其中的辣椒紅色素。王超超等[21]研究提出醇提辣-酶脫脂二步法精制辣椒紅色素粗制品的新工藝。通過試驗(yàn)得出，脫辣最佳工藝條件為室溫、乙醇濃度70%、料液比（1∶2.5）～（1∶3）、萃取次數(shù)3～4次。洪海龍等[18]研究得出，可以用NaOH溶液浸泡辣椒粉提取辣椒紅色素，并進(jìn)一步得出最佳工藝條件為辣椒粉與15%NaOH溶液之比為1∶9（g/mL），90 ℃浸泡1.5 h，得出辣椒紅色素的提取率為0.803%。

3 辣椒紅色素的應(yīng)用

辣椒紅色素不僅色澤鮮艷、色價(jià)高、著色力強(qiáng)、保色效果好，可能有效延長食品的貨架期，而且還具有一定的營養(yǎng)和生理功用，被譽(yù)為“最安全的A類色素”，目前已被應(yīng)用于食品、飼料、化妝品及醫(yī)療等領(lǐng)域。

3.1 食品工業(yè)領(lǐng)域

辣椒紅色素性狀穩(wěn)定、著色效果好，而且不存在毒副作用，能夠補(bǔ)充人體的類胡蘿卜素類化合物。因此食品工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中對(duì)辣椒紅色素有著較強(qiáng)的依賴性。調(diào)味品、油脂產(chǎn)品、飲品、糕餅、肉制品等食品加工生產(chǎn)過程中都用到辣椒紅色素。魏雅雯等[19]研究了辣椒紅色素在食品中的上色效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用辣椒紅色素處理的食品放置3個(gè)月后，表面幾乎無漂浮分層等現(xiàn)象發(fā)生。也有學(xué)者提出，辣椒紅色素穩(wěn)定性好，著色效果顯著，且制造方便，可在飲料上推廣應(yīng)用[7]。

3.2 仿真食品領(lǐng)域

辣椒紅色素可用在仿真食品中。辣椒紅色素色澤鮮亮，易上色，安全無毒，且成本較低，因此在仿真食品（如仿真面包、仿真水果、仿真蔬菜等）中的應(yīng)用普遍，有研究者得出，將辣椒紅色素添加到仿真食品中能有效延長仿真食品的貨架期，改善食品的著色效果及貯藏過程中的特性[19]。楊鈺欽等[22]得出，辣椒紅色素的穩(wěn)定性、耐光、耐熱、耐酸堿等特性能夠較好地解決仿真食品加工過程中退色問題，且辣椒紅色素來源廣泛，價(jià)格低，是仿真食品中較為理想的一種食用天然色素。

3.3 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

辣椒紅色素在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用途廣泛。由于辣椒紅色素具有穩(wěn)定的著色效果，而且具有一定的干燥作用，因此在藥物的糖衣、膠囊顆粒中常被使用。尤其是兒童用藥，鮮艷的辣椒紅色素能夠降低幼兒對(duì)藥物的恐懼，提高兒童的服用興趣。另外近年來發(fā)現(xiàn)辣椒紅色素中的類胡蘿卜素具有治療動(dòng)脈硬化的效果，這一發(fā)現(xiàn)提高了辣椒紅色素在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。

楊鈺欽等[22]將辣椒紅色素作為藥品糖衣著色劑應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，辣椒紅色素在糖漿中分散均勻，可用于小兒藥品的推廣。也有些學(xué)者認(rèn)為，許多嗜辣的民族，如東南亞和印度等地的人，患癌癥的概率低于西方國家，可能是因?yàn)槔苯芳t色素中含有較高濃度的胡蘿卜素，在人體內(nèi)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素A，經(jīng)常食用能減少患病的危險(xiǎn)性[3-4]。

3.4 動(dòng)物飼料領(lǐng)域

動(dòng)物飼料制作同樣離不開辣椒紅色素。辣椒紅色素之所以可以用在動(dòng)物飼料中，主要有兩個(gè)方面的原因：一是辣椒紅色素屬于純天然的色素，安全且著色穩(wěn)定，二是動(dòng)物自身無法合成色素，因此飼料成為它們補(bǔ)充色素的必要途徑，辣椒紅色素能夠提高豬牛羊、魚類、蝦類的皮膚著色等，幫助合成色素，增強(qiáng)動(dòng)物的健康，提高賣相，因此在動(dòng)物飼料中，辣椒紅色素備受青睞[23]。李化強(qiáng)[24]對(duì)辣椒紅色素的改性及在飼料中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，將辣椒紅色素改性后更容易被動(dòng)物吸收，性狀也更穩(wěn)定。同時(shí)，辣椒紅色素制品與葉黃素制品配合使用，效果更明顯。

4 小結(jié)

以上各種提取方法無論采用哪種生產(chǎn)，在提取前均需將辣椒粉碾成粉末，操作費(fèi)用較高。此外，由于提取后的殘?jiān)羞€殘留相當(dāng)量的辣椒紅色素，使產(chǎn)品的雜質(zhì)含量提高，精制費(fèi)用昂貴，殘?jiān)目衫眯圆?，給生產(chǎn)帶來困難。因此亟需探索出一種流程簡單、得率較高且安全環(huán)保的辣椒紅色素提取方法。鑒于辣椒紅色素廣泛的應(yīng)用價(jià)值，因此在工業(yè)生產(chǎn)與生活中應(yīng)加強(qiáng)深入研究，提高辣椒紅色素的應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平。