溶剂法提取辣椒红色素和辣椒素的研究

溶剂法提取辣椒红色素和辣椒素的研究 溶剂法提取辣椒红色素的研究 摘 要 辣椒可用作辛辣调味品，还可提取出具有药用价值的辣椒素和天然色素辣椒 红色素。 本实验以辣椒中红色素和辣椒素等组分精细产品的提取为目的，以溶剂法 为提取手段，深入开展了红辣椒的综合开发和利用研究。实验以干辣椒为原料制 备粗产品，根据不同的溶剂、固液比、回流次数来进行实验。根据色价法 国标 法 测定辣椒色素。本文采用色价法测定辣椒色素的总量，根据选择特定的波长 和选用合适的消光系数，经过经验公式计算得出的红色素较准确的色价值。经过 实验和计算，得知乙醇作溶剂，固液比为 1:9，回流2 次的时候所得色价最高， 提取效果最好。然后用超声提取法和冷浸提法提取辣椒素，超声提取法进行均匀 实验，通过不同的溶剂用量，超声时间和超声功率进行优化，选出影响提取 最大的因素，用紫外光谱分析法计算其提取物中的辣椒素含量，并得出提取最佳 条件。由实验结果得知，超声提取法优于冷浸提法，影响其提取的最大因素为超 声功率，提取率最大的实验条件为每 g 辣椒粉的乙醇溶剂用量为 5mL，超 声提取 时间为40min ，超声功率为 160w，在此条件下提取值为 8.032mg/g。 关键词:辣椒 红色素 辣椒素 提取 I 溶剂法提取辣椒红色素的研究 Abstract Capsaicin, an important natural pigment with high medicinal value, can be extracted from pepper which can be used as spicy condiment. The purpose of experiment is study the extraction capsanthin and capsaicinoids from chili by solvent methods, research the development and use of pepper. The raw materials is chili made of crude products. According to the different of solvent, the ratio of solids to liquids and the times of refluxing to operation. Determine the Capsaicin by color price method. choose the specially appointed wavelength and Extinction ,access the color price numerical by formula Calculation. From the results we know the high color price numerical of experiments conditions is the solvent is Ethanol,the ration of solids to liquids is 1 to 9,the times of refluxing is 2. Then extraction capsaicinoids by ultrasonic extraction and cold extraction. The ultrasonic extraction used uniform design experiments method. Optimal conditions through the different of solvent, time and power. Analysis the content of capsaicinoids by UV spectra. The result of experiment is the ratio of solids and liquids is 1 to 5, the time is 40min, the power is 160w. the production is 8.032mg/g. Key words :chilli capsanthin capsaicinoids extraction II 溶剂法提取辣椒红色素的研究 目录 第一章 前 言................................................................... ...................................................1 1.1辣椒红色素和辣椒素的概 念 ........................................1 1.2辣椒红色素和辣椒素的提取工 艺 ....................................2 油溶 法................................................................2 溶剂 法................................................................3 超临界CO2 流体萃取 法 ..................................................3 超声波提取 法..........................................................4 溶剂微波提取 法........................................................4 酶法提 取..............................................................4 1.3辣椒红色素和辣椒素的分析方 法 ....................................5 辣椒红色素的分析方 法..................................................5 .1 分光光度法测定色 价..................................................5 .2 薄层层分析法分析辣椒红色素的成 分....................................5 辣椒素的分析方 法......................................................5 .1 紫外光谱分析 法......................................................5 .2 斯柯维 法............................................................6 .3 比色 法..............................................................6 .4 HPLC 法 .............................................................6 1.4辣椒红色素的理化性 质 ............................................7 性 质 .................................................................7 脂溶 性................................................................7 1.5辣椒素的理化性 质 ................................................7 性 质 .................................................................7 脂溶 性................................................................7 结构稳定 性............................................................7 1.6辣椒红色素的应 用 ................................................7 食品着色 剂............................................................7 生产化妆 品............................................................8 医药应 用..............................................................8 1.7辣椒素的应 用 ....................................................8 辣椒素的镇疼、止痒作 用................................................8 辣椒素的抗炎作 用......................................................8 辣椒素的抑菌作 用......................................................8 过氧化调节作 用........................................................9 1 7.5 心肌保护作 用..........................................................9 对消化系统的作 用......................................................9 1.8结束 语 ..........................................................9 III 溶剂法提取辣椒红色素的研究 第二章 实验部 分............................................................................................................11 2.1实验材 料 .......................................................11 实验材料与试 剂.......................................................11 实验仪 器.............................................................11 材料的预处 理.........................................................12 简要步 骤.............................................................12 2.2辣椒红色素的分析方法与实 验 .....................................12 2(2.1 辣椒红色素的测定方 法................................................12 辣椒红色素的稳定 性 ..................................................12 .1 光对稳定性的影 响...................................................13 .2 温度对稳定性的影 响.................................................13 .3 PH值对色素的影 响 ..................................................13 回流次数对辣椒红色素提取效果的影 响...................................13 溶剂浓度对辣椒红色素提取效果的影 响...................................13 固液比对辣椒红色素提取效果的影 响.....................................13 2.3辣椒素的分析方法和提取工艺研 究 .................................13 分析方 法.............................................................13 实验方 法.............................................................15 .1 冷浸提 法...........................................................15 .2 超声提取 法.........................................................15 实验优 化.............................................................15 .1 提取溶剂的选 择.....................................................15 .2 均匀设计法优化超声提取法的提取条 件.................................15 第三章 实验结果与讨 论................................................................................................17 3.1回流次数对辣椒红色素提取效果的影 响 .............................17 实验数 据.............................................................17 结果讨 论.............................................................18 3.2溶剂浓度对辣椒红色素提取效果的影 响 .............................18 实验数 据.............................................................18 结果讨 论.............................................................20 3.3固液比对辣椒红色素提取效果的影 响 ...............................20 实验数 据.............................................................20 结果讨 论.............................................................21 取工艺结果讨论.........................................21 超声提取法提取溶剂的选 择.............................................21 超声提取法优化提取条 件...............................................22 超声法与冷浸提法的比 较...............................................23 结果讨 论.............................................................23 IV 溶剂法提取辣椒红色素的研 究 第四章 结论与展 望......................................................................................................25 参考文 献..........................................................................................................................26 致 谢..............................................................................................................................28 声 明..............................................................................................................................29 V 溶剂法提取辣椒红色素的研究 第一章 前言 辣椒是茄科辣椒属植物，原产于南美洲，可在不同的土壤和气候下生长， 一 般每年 7-10 月果实成熟时采收，全世界有近四分之一的人口经常食用。中 国、 印度、西班牙、墨西哥、智利、摩洛哥、匈牙利等国都是世界著名的辣椒产 地， 因产地不同辣椒的名称也有差异，产于中国、印度和非洲的辛辣刺激性强的 称为 Chilli，产于西班牙、匈牙利的低辣度大辣椒称为Paparika ，辣度介于两 者之间的 称为Red pepper。辣椒的品种很多，国外的主要品种为Capsicum annuum，如: 西班牙的C.annuum var.bola carmelina,C.annuum var.decano larg 等，匈牙利的 C.annuum var. longum nigrum,C.annuum var.lycopensiciforme rubrum等，以及美国 和加拿大的C.annuum var.lehava等很多品种。国内著名辣椒品种有陕西 的秦椒、 四川的朝天椒、河南的樱椒、贵州的花溪椒、福建的小米椒、江南的羊角椒、 山 东的“益都红”等。我国是世界辣椒生产大国，据统计，2000 年种植面积近 130 万亩，产量高达 5000-6000 万吨，在我国陕西、四川、河南、贵州、福建、山东、 湖南等省都有着广泛的农产品资源优势[11] 。 从红辣椒中提取和分离辣素与红色素,可采用常规有机溶剂法或超临界二氧 化碳萃取法。本文采用溶剂法之一的索式提取器法，秤取粉末状辣椒若干克，用 液体溶剂 乙醇、丙酮等 作为提取剂，经过加热进行提取。超临界流体 (Supercritical Fluid ，简称SF或SCF)是指超临界温度(TC )和临界压力(PC ) 状态下的高密度流体。超临界流体对物质进行溶解和分离的过程就叫超临界流体 萃取。 1.1 辣椒红色素和辣椒素的概念 辣椒红色素又名椒红素、辣椒红,分子式为C H O 。纯的辣椒红色素为深 40 56 3 胭脂红色针状晶体,易溶于极性大的有机溶剂,与浓无机酸作用显色。作为食品添 加剂等方面的辣椒红色素为暗红色油膏状,有辣味,无不良气味。辣椒红色素溶于 植物油和乙醇,在碱性溶液中溶解性也很大，耐酸碱、耐氧化等性质,在分离提取 时可利用这些性质使辣椒红色素与其它成分分离,而得到纯度较高的提取物。辣 椒红呈中性,PH值为5,7,在PH为3,12使用时,色调不变化,但在加工时应 严格 控制PH值。此外,辣椒红色素在 200 ?的油中色度基本稳定,但染着性较差,金属 离子可促使其褪色,遇铅可形成沉淀,因此在提取时,应避免与金属离子接触,以 1 溶剂法提取辣椒红色素的研究 保持其色泽稳定。 辣椒素是一种含酚经基的生物碱，又名辣椒碱。天然辣椒素是 6 种 少数辣 椒品种有 7 种 生物碱的混合物，分别是辣椒碱、二氢辣椒碱、高二氢辣椒碱、 降二氢辣椒碱、高辣椒碱、壬酞荚兰胺和壬酞香荚兰胺，它们均为邻甲氧基酚的 衍生物，其结构通式如下: 自然含量中，辣椒碱族主要成分是辣椒碱和二氢辣椒碱占 90% 以上。其分 子式为C H O N,结构式如下 18 27 3 1.2 辣椒红色素和辣椒素的提取工艺 即在常温条件下,用食用油浸渍红辣椒果皮或干辣椒粉,使辣椒红色素和辣 椒素溶解在食用油中,再通过一定的工艺流程从油中提取出辣椒红色素。这种方 法的不足之处是提取率低,油与色素分离困难,难以得到色价高的产品。 2 溶剂法提取辣椒红色素的研究 实验采用溶剂浸出法制备辣椒红色素和辣椒素，由于辣椒红色素、辣椒素等 有效成分均溶于所用有机溶剂，故先将辣椒皮 籽 粉用溶剂充分浸取，静置后过 滤分离固体残渣 可作为饲料或深加工原料使用 ，则辣椒红色素和辣椒素溶于混 合液中。利用溶剂法进行辣椒树脂中间产品制备的工艺流程见下图 虽然辣椒树脂中间产品中含有大量的辣椒红色素，但由于混在其中的辣椒 素的干扰，不仅使辣椒红色素的纯度降低，使中间产品带有明显的刺激效果，而 且有部分残留溶剂石油醚存在其中，因而不能作为成品进行销售，此时的混合树 脂需经脱辣溶剂脱除辣味和溶剂后方可作为红色素成品使用。虽然以辣椒树脂为 原料，采用有机溶剂脱辣除去树脂中的辣味能生产出辣椒红色素产品，但因溶剂 法脱辣后残余的有机溶剂无法完全脱除，且色素产品带有的草腥味等不愉快气味 无法完全去除，因此只能作为红色素的半成品使用。目前这一阶段的工作正逐渐 被超临界流体技术等新型工艺方法所替代。 CO2流体萃取法 超临界CO 流体萃取是一种新的分离技术。该技术是利用超临界CO 作为萃 2 2 取剂,从液体或固体物料中萃取、分离和纯化物料。这种技术工艺简单、耗能低、 萃取溶剂无毒,产品易回收且纯度高。国内外的研究结果表明,用超临界CO2流体 萃取法可以成功地脱除辣椒红色素中的残留溶剂,制备高纯度的辣椒红色素。试 验表明,用超临界CO 流体纯化辣椒红色素,使产品符合FAO/WHO的最佳工艺 2 条件是萃取压力 18MPa,萃取温度25?,萃取剂流量 2.0L/min,萃取时间 3h 。采用 超临界CO 流体萃取法,在压强大于 30MPa左右时,超临界能从红辣椒中高 效地 2 萃取红、黄色素及辣椒素等有效成分,取得率较高,且经多级萃取及分离能获得较 纯的产品。 3 溶剂法提取辣椒红色素的研究 提取法 辣椒粉是片状不平的纤维组织结构，辣椒素及其它脂溶性成分存在于纤维组 织之内，采用传统的有机溶剂提取法需要耗费大量有机溶剂和时间才能提取完 全。超声提取过程产生强烈的振动，空化，搅拌，与传统提取方式比较具有 收率 高、生产周期短、无需加热，有效成分不被破坏等优点。 波提取法 将微波应用于提取，其对物质的作用表现在:当被提取物和溶媒共同处于微 波场下时，目标组分分子受到高频电磁波的作用，产生剧烈振荡，分子本身获得 了巨大的能量 即活化能 以挣脱周边环境的束缚，当环境存在一定浓度差时，可 以在非常短的时间内实现分子自内向外的迁移达到一个平衡点这就是微波可以 在短时间内实现提取色素的原因。 取 醇法提取辣椒色素为精制辣椒红色素粗制品的新工艺。脱辣最佳工艺条件: 温度为室温;脱辣剂 乙醇 浓度 70% ;投料比 1:2.5-1:3;萃取次数 3-4 次。脱脂最 佳工艺条件为 pH8 ，室温，脱脂剂 Mix酶 浓度 10--15mg/L，反应时间 50 min 。 4 溶剂法提取辣椒红色素的研究 1.3 辣椒红色素和辣椒素的分析方法 色素的分析方法 .1分光光度法测定色价 用色价法 国标法 测定辣椒色素，色素总量与色价之间呈正相关性，用色价 可反映辣椒中总色素含量的多少。方法简便，快速，可直接测定而无需进行皂化。 虽不能定量各种色素单体，但能反映工艺条件对产品的影响，可以作为检测产品 质量好坏的指标。色素中红、黄两种组分的含量比常用色调表示。根据选择特定 的波长和选用合适的消光系数，经过经验公式计算得出的红、黄色素之间较准确 的比值。 .2薄层层分析法分析辣椒红色素的成分 溶剂萃取法提取的油状辣椒红色素由多种组分组成，极性大小不同，用展开 剂系统可以将其分离。即将高效硅胶 G 板在 110?活化 0.5h，将色素用丙酮稀释， 用微量毛细管点样，点样后薄层板在层析缸中，按上行法展开，至斑点分开时终 止层析，取出薄板晾干，计算系统薄层层析的 Rf 值。 的分析方法 .1紫外光谱分析法 称取一定质量的辣椒红素试样，用甲醇水溶液萃取。然后过滤，保留滤液。 制备原料碱性液、原料酸性液、空白碱性液以及空白酸性液。在 248nm 和 296nm 处分别测得四种试液的紫外光谱值，按 GB10783-1996 公式计算得到辣椒素的含 量。其原理是酸性介质使最大吸收峰数据移动，而碱性性介质则不影响最大吸收 峰;这主要由于辣椒素显碱性，易于与酸性介质反应，而使吸光度减小。由 此可 见，在碱性介质下，248nm 及 296nm 处的吸光度为辣椒红素与辣椒素二种物质 的总和;而在酸性介质中，248nm 及 296nm 处的吸光度只属于辣椒红素一种物质; 纯酸碱空白液于 248nm 及 296nm 处无吸收，其吸光度只起基准校正作用。用碱 性介质二种物质的吸光度减去酸性介质辣椒红素的吸光度即为辣椒素的吸光度。 这种分析方法操作简单、方便快捷，存在的缺点是准确度不高，在实验要求不高 的情况下，利用此方法进行常规分析是可行的。 5 溶剂法提取辣椒红色素的研究 .2斯柯维法 斯柯维法是用人的感官评估法确定样品中辣椒素的含量。在斯柯维法中， 一份已知辣脂重量的稀酒精溶液，逐步用 5%糖液稀释至不同的浓度，确定吞服 5m1 稀释液在喉部引起辛辣感时的稀释度。据此推断斯柯维辣值。假定纯辣椒素 的斯柯维辣值为 15, 000，000，据此可与其它方法的测定结果进行换算比较。该 法被美国香料联合会采纳。但该法也有其固有的缺点，即由于人们感官的差异和 迅速滞钝，因而各个实验室之间，以至同一实验室内不同时期的测定结果，都很 难一致。 .3比色法 比色法作为一种常规分析方法在一般的实验条件下运用较多，常用的比色 法有:钼兰法，钼酸钠-亚硝酸钠法，Folin-Denis 试剂法、Gibbs 试剂法及紫外比 色法等。这些方法基本上进行适当的分离提纯，然后与显色剂显色测定。前面的 分离纯化方法是多种多样的，主要有液液萃取法和各种色谱方法，如柱色谱、纸 色谱、薄层色谱等。这种分析方法存在的弊端是操作繁琐费时，准确度和灵敏度 不高，但在实验要求不高的情况下，利用上述方法进行分析是可行的。 .4 HPLC 法 高效液相色谱法现已被广泛应用于药物分析、环境监测及食品分析等方面。 高效液相色谱法具有高分离度、高灵敏度、高准确度及省时快捷等优点。高效液 相色谱法在七十年代末即被用于辣椒素的定量定性分析，此后的研究在辣椒素的 提取液、流动相、流速及光波的激发和辐射波峰等方面做了一系列的改进，从而 节约了分析时间，提高了灵敏度，降低了分析成本。高效液相色谱法与计算机控 制系统，数据处理系统和紫外检测系统相配套使用。因而具有快速、准确的特点。 高效液相色谱法一般采用 C18 柱进行分离，流速为 1mL/min，根据各种物质在 柱内停留时间的不同而得到不同的峰，以标准品为参照，根据峰面积与物质 浓度 的关系，得到被测物质的浓度。 6 溶剂法提取辣椒红色素的研究 1.4 辣椒红色素的理化性质 纯品为深红色液体，无任何辣味，其显色强度为其它色素的 10 倍。，纯的辣 椒红素为有光泽的深红色针状晶体，熔点 175?左右，联合国粮农组织 FAO 和 世界卫生组织 WHO 已将辣椒色素列为 A 类色素，在使用中不加以限量。 辣椒红色素不溶于水，易溶于乙醇、丙酮、正己烷、油脂等有机溶剂 1.5 辣椒素的理化性质 纯净的辣椒素为单斜棱柱体或矩形的晶体，熔点为 61?,沸点为210-220 ?， 稀释到 10 万分之一仍能感觉到辣味。 辣椒素不溶于水，能溶于乙醇、乙醚、丙酮、石油醚等有机溶剂和碱溶液。 定性 在碱溶液中酸胺碱会少量水解，在常温条件下稳定存在。 1.6 辣椒红色素的应用 色剂 辣椒红素主要用于着色，例如用于罐头食品和糕点上彩装、酱料、冰淇淋、 饼干、糖果、熟肉制品、药片糖衣等的着色。在这些应用中，辣椒红素不仅对人 体无毒副作用，且增加了体内的类胡萝卜素类化合物，有一定的营养价值。在使 用时，其特点为着色均匀，性质较稳定，色泽鲜艳明快，光亮度好，在食品工业 7 溶剂法提取辣椒红色素的研究 中有广阔的应用前景。 妆品 近年来，化妆品的“天然化”和“保健化”己成热门，其中也涉及到了色素 的应用。化妆品中如口红、胭脂等的颜色有重要地位，并对人体有直接影响，因 此为美化人民的生活，并有利于健康，应大力开发天然化妆品，将天然色素应用 于化妆品中。 用 天然色素在医药应用也很广泛，如各种液体药品中的显色，各种药丸、药片 外衣的色彩，其中辣椒红素用作糖衣片的着色剂，优点是色泽鲜艳明快，使人乐 于接受，尤其是做小儿用药更佳，同时兼有防潮作用。 1.7 辣椒素的应用 的镇疼、止痒作用 人体和动物内服或局部使用辣椒素都显示对伤害性热和化学品刺激所引起 的疼痛和骚痒有明显失敏作用，这些疼痛或骚痒都同样是由神经 P2 物质进行传 递。辣椒素可能主要作用于 C 型感觉神经元上的 P2 物质，C 型神经纤维中一些 无髓慢传导可传导皮肤痛觉和病态骚痒感。辣椒素阻止外周神经的感觉传导，从 而起到抗痒的作用。 的抗炎作用 研究发现辣椒素对二甲苯，巴豆油所致小白鼠耳廓肿胀和丁酸菌、P2 物质 引起的动物关节炎有显著的抗炎作用。有明显抑制作用，从而揭示辣椒素具有抗 炎功效。在炎症发生前或炎症高峰期，服用辣椒素均有效。另外，辣椒素对用组 胺或 P2 物质引发的人体皮肤炎症也有显著的抗炎作用。 的抑菌作用 辣椒素具有广谱抑菌作用。辣椒素对细菌、酵母菌有较好的抑制作用，尤其 8 溶剂法提取辣椒红色素的研究 对细菌抑菌效果更为显著，且辣椒素的最低抑菌浓度均较低;辣椒素对霉菌无抑 制作用;辣椒素在不同的 pH 值范围内均较稳定，在中性条件下能更好地发挥抑 菌作用:辣椒素抑菌活性在高温下稳定，实际应用中受限制较少，可广泛地应用 于食品工业。 调节作用 辣椒素对气体、化学和辐射等刺激剂诱导的过氧化具有调节作用。采用二 氧化碳和臭氧感染肺组织，不仅能通过自由基的形成引起脂质过氧化，而且还能 通过激活 C 纤维引起脂质过氧化。在与这些气体刺激剂接触之后，长期给予辣 椒素，产生明显的抑制过氧化作用。同样，在与气体刺激剂接触前后，辣椒素短 期处理，对自由基诱导的脂质过氧化形成呈显著的抑制作用。总之，以辣椒素及 其类似物作为对不同类型刺激剂诱导自由基损伤的保护剂，很有希望用于治疗。 1 7.5心肌保护作用 辣椒素能诱导早期和延迟心肌保护，其保护作用可能与促进降钙素基因相关 释放有关。对于鼠损伤的心肌，辣椒素可改善其心功能、降低肌酸激酶释放。 系统的作用 各种临床资料表明，食用辣椒对于人体消化性溃疡具有防治作用。辣椒素可 以预防内毒素诱导的肠粘膜损害;能促进对醋酸诱导的胃溃疡的痊愈，对大鼠预 先给予辣椒素，对于乙醇、阿斯匹林以及压力所致的实验性胃粘膜损伤有明显保 护作用。此外，辣椒素也可以促进胃肠的蠕动。 1.8结束语 辣椒的营养价值很高，堪称“蔬菜之冠”，含有维持人体正常生理机能和增 强人体抗性及活力的多种化学物质。每 100g 鲜辣椒中约含水 93g、蛋白质 1.0g, 脂肪 0.2g,碳水化合物 4.0g 、胡萝卜素 1.6g、维生素 C 0.2g，还含有粗纤维、钙、 磷、硫胺素、核黄素和尼克酸等，可产生热量 109KJ。其中维生素C 的含量在蔬 菜中占首位，匈牙利的一位科学家曾经在 20 世纪 30 年代从辣椒中提取出数公斤 维生素 C 而获得诺贝尔奖。同时，辣椒中还含有大量的维生素 A, B, C 。另外， 辣椒中的钻含量也较高。 9 溶剂法提取辣椒红色素的研究 本文以红辣椒为原料，研究其中辣椒素和功能性天然色素―辣椒红色素提 取、初步制造的工艺。主要研究内容为辣椒素和辣椒色素的检测方法，辣椒素和 辣椒色素的提取工艺及提取条件。 论文完成了以干红辣椒为原料，采用溶剂法 及超声溶剂法提取辣椒素和辣椒红色素等产品的系统研究和实验工作。首先要以 干椒为原料制备粗产品，并分别研究了提取溶剂、固液比和索式提取回流次数等 工艺参数的影响，在此基础上确定出采用索式提取溶剂法提取辣椒红色素的 最佳 工艺条件。研究了以固液比、超声时间和超声功率等工艺参数对提取辣椒素的影 响，以均匀设计实验法确定了超声溶剂法提取辣椒素的最佳工艺条件。 10 溶剂法提取辣椒红色素的研究 第二章 实验部分 2.1 实验材料 料与试剂 实验中所用药品和材料如表 2-1 表 2-1 实验所用药品和材料 名称 产地 红辣椒 购自当地市场 乙醇(无水乙醇) 北京化工厂 丙酮 北京化工厂 氢氧化钠 北京化工厂 浓盐酸 北京化工厂 乙酸乙酯 北京化工厂 甲醇 北京化工厂 石油醚 北京化工厂 去离子水 自制 器 实验中所用实验仪器如表 2-2 表 2-2 实验所用仪器 名称 产地 DF-1型集热式磁力搅拌器 江苏省华容仪器制造有限公司 调温型电热套 河北省黄骅市新兴电器厂 电热恒温水浴锅 北京长安科学仪器厂 电子天平 上海精天电子科技厂 电热鼓风干燥箱 天津市中环实验电炉有限公司 752 型紫外可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司 KQ-100DB 型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司 JY92-IIN 超声波细胞粉碎机 宁波新芝生物科技股份有限公司 11 溶剂法提取辣椒红色素的研究 预处理 挑选色红、无霉烂的干红辣椒，去籽和蒂，50?烘干，粉碎，取出收集，低 温暗藏。 骤 实验采用索式提取器法。将干辣椒粉用有机溶剂浸提，进行加热，回流，过 滤。采用超声提取法，用有机溶剂作溶剂对辣椒进行分离提取，然后进行过滤干 燥，称重。 2.2 辣椒红色素的分析方法与实验 2(2.1辣椒红色素的测定方法 本文采用分光光度法，即用色价法 国标法 测定辣椒色素，色素总量与色价 之间呈正相关性，用色价可反映辣椒中总色素含量的多少。方法简便，快速，可 直接测定而无需进行皂化。虽不能定量各种色素单体，但能反映工艺条件对产品 的影响，可以作为检测产品质量好坏的指标。色素中红、黄两种组分的含量比常 用色调表示。根据选择特定的波长和选用合适的消光系数，经过经验公式计 算得 出的红、黄色素之间较准确的比值。 本实验准确称量 0.1 克样品，用乙醇(丙酮)稀释于 100ml 容量瓶中，再精 确吸取稀释溶液 10ml,用乙醇(丙酮)稀释至 100ml，以乙醇(丙酮)作参比液， 测定 460nm 处溶液的吸光度，按以下公式计算色价 AF E 100M 式中:E-色价 A-样品在 460nm 处吸光度 F-稀释倍数 M-样品质量(g ) 辣椒红色素的稳定性 稳定性即指红色素在不同的环境中是否保持原有的色泽，是否变色或者褪 色。 12 溶剂法提取辣椒红色素的研究 .1光对稳定性的影响 将辣椒皮分在室内光线下，放置四周，色素无褪色现象。而当直接暴露于室 外强光时，很容易褪色。 .2温度对稳定性的影响 温度对辣椒红色素有一定影响。温度越高，色素损失越多。本实验用水作溶 剂在 100?以上加热辣椒皮则褪色较为明显。 .3 pH值对色素的影响 色素的耐酸耐碱性好。将辣椒皮置于 pH 值在 3-12 之间的溶液浸泡，色泽稳 定不变。 数对辣椒红色素提取效果的影响 条件:以乙醇和丙酮分别为溶剂的情况下采用回流 2 ，3，4 ，5 次进行提取。 固液比均为 1:10。据色价来分析回流次数对辣椒红色素的色价的影响。 度对辣椒红色素提取效果的影响 条件:采用乙醇和丙酮的浓度为 50%，60%，70%，80%，90%，95% 的水 溶液来进行提取。固液比为 1:10，回流两次. 据色价来分析溶剂浓度对辣椒红 色素的色价的影响。 对辣椒红色素提取效果的影响 溶剂采用乙醇和丙酮，用固液比为 1:8，1:9，1:10 来进行提取。回流两 次。据色价来分析不同固液比对辣椒红色素的色价的影响。 2.3 辣椒素的分析方法和提取工艺研究 法 本文采用紫外光谱分析法进行辣椒素的分析。称取一定质量的辣椒红素试 样，用甲醇水溶液萃取。然后过滤，保留滤液。制备原料碱性液、原料酸性液、 空白碱性液以及空白酸性液。在 248nm 和 296nm 处分别测得四种试液的紫外光 13 溶剂法提取辣椒红色素的研究 谱值，按 GB10783-1996 公式计算得到辣椒素的含量。其原理是酸性介质使最大 吸收峰数据移动，而碱性介质则不影响最大吸收峰;这主要由于辣椒素显碱性， 易于与酸性介质反应，而使吸光度减小。由此可见，在碱性介质下，248nm 及 296nm 处的吸光度为辣椒红素与辣椒素二种物质的总和;而在酸性介质中，248nm 及 296nm 处的吸光度只属于辣椒红素一种物质;纯酸碱空白液于 248nm 及 296nm 处无吸收，其吸光度只起基准校正作用。用碱性介质二种物质的吸光度减去酸性 介质辣椒红素的吸光度即为辣椒素的吸光度。这种分析方法操作简单、方便快捷， 存在的缺点是准确度不高，在实验要求不高的情况下，利用此方法进行常规分析 是可行的。 本实验采用 70% 的甲醇溶液在室温下、在 120r/min 的恒温振荡培养箱中振 摇 1 小时。然后过滤，保留滤液。按表 2-3 制备四种试液。 表 2-3 1号 2号 3号 4号 滤液 4.00 4.00 - - 去离子水 17.80 16.80 19.00 18.00 1mol/L HCL 1.00 - 1.00 - 1mol/L NAOH - 2.00 - 2.00 测定值 A1 A2 A3 A4 4 个瓶中的试液分别用甲醇定容至 100mL并摇匀，于 248nm和 296nm 处分别 测四种试液的吸光值A , A , A , A , A' , A' , A' , A' 。辣椒素含 量计算方法如下: 1 2 3 4 1 2 3 4 [ 2 1 3 ] 4 ? ? ? × A A A A f 248nm 处:X 314 ×m 2 1 4 3 × [ A - A - A - A ] f 296nm 处:X' 127 m × 式中:X-式样中辣椒素的含量;% m-式样质量;g f-式样的稀释倍数; 314，127 为纠正系数 X 和 X' 的值不得超过 10%，否则从新做。 14 溶剂法提取辣椒红色素的研究 法 .1冷浸提法 准确称取 l0.0g 辣椒粉，放入带塞锥形瓶中，加入对应体积的无水乙醇，按 相应条件提取，减压过滤，浓缩，回收有机溶剂，将浓缩物置真空干燥箱中烘干 至恒重，得辣椒油脂粗品，测辣椒素含量。 .2超声提取法 超声提取过程产生强烈的振动、空化、搅拌，与传统提取方式比较具有收 率高、生产周期短、无需加热，有效成分不被破坏等优点。关于辣椒红素提取的 文献有不少，但是采用超声提取的文献还未见报道，本文以乙醇为提取溶剂，采 用超声法对辣椒红素的提取进行了研究，运用均匀设计法优化了辣椒红素的提取 条件。 化 .1提取溶剂的选择 选择乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯这几种溶剂提取辣椒素，选以上几种溶 剂作为提取剂，在每 1g 辣椒粉的溶剂用量为 6mL、超声功率为 120W 条件 下， 分别超声 10min 提取辣椒素，比较不同溶剂对提取辣椒素效果的影响。 .2均匀设计法优化超声提取法的提取条件 准确称取辣椒粉 100g，选择乙醇体积与辣椒粉的液固比 X ，超声 时间(X ， 1 2 超声波功率 X 等 3 因素，考察 3 因素对辣椒素收率的影响。按均匀设计 U 8 × 3 8 42 表列实验条件，见表 2-4 15 溶剂法提取辣椒红色素的研究 表 2-4 均匀设计表 水平 X 固液比 X 超声时间/min X 功率/W 1 2 3 1 1.5:1 30 320 2 3:1 10 240 3 4.5:1 40 160 4 6:1 20 80 5 7.5:1 30 320 6 9:1 10 240 7 10.5:1 40 160 8 12:1 20 80 16 溶剂法提取辣椒红色素的研究 第三章 实验结果与讨论 3.1 回流次数对辣椒红色素提取效果的影响 据 乙醇作溶剂回流次数对辣红素色价的影响 表 3-1 乙醇作溶剂回流次数对辣红素色价的影响 回流次数 2 3 4 5 色价 70.2 68.5 62.3 58.8 75 70 65 色价 60 55 50 2 3 4 5 回流次数 图 3-1 乙醇作溶剂回流次数对辣红素色价的影响 丙酮作溶剂回流次数对辣红素色价影响 表 3-2 丙酮作溶剂回流次数对辣红素色价影响 温度 2 3 4 5 色价 65.7 63.8 58.9 53.5 17 溶剂法提取辣椒红色素的研究 70 60 50 40 色价 30 20 10 0 2 3 4 5 回流次数 图 3-2 丙酮作溶剂回流次数对辣红素色价影响 论 从图 3-1 和图 3-2 可知，回流次数为 2 次时色价最高，随着回流次数越多， 色价越来越低。因为随着回流次数的增加，红色素提取量加大，但是黄色素的提 取含量也将增加，杂质增多，导致红色素含量降低。说明对于辣椒红色素，回流 2 次即可取得相应最大比例的辣红素。 3.2 溶剂浓度对辣椒红色素提取效果的影响 据 乙醇作溶剂其浓度变化对辣椒红色素色价的影响 表 3-3 乙醇作溶剂其浓度变化对辣椒红色素色价的影响 浓度 50% 60% 70% 80% 90% 95% 色价 67.5 69.2 71.3 71.8 72.1 72.4 18 溶剂法提取辣椒红色素的研究 73 72 71 70 色价69 68 67 66 65 50% 60% 70% 80% 90% 溶剂浓度 图 3-3 乙醇作溶剂其浓度变化对辣椒红色素色价的影响 丙酮作溶剂其浓度变化对辣椒红色素色价的影响 表 3-4 丙酮作溶剂其浓度变化对辣椒红色素色价的影响 浓度 50% 60% 70% 80% 90% 95% 色价 61.2 63.1 64.9 65.6 66.1 66.3 67 66 65 64 63 色价 62 61 60 59 58 50% 60% 70% 80% 90% 溶剂浓度 图 3-4 丙酮作溶剂其浓度变化对辣椒红色素色价的影响 19 溶剂法提取辣椒红色素的研究 论 由图3-3 和图 3-4 可知，作为溶剂的乙醇和丙酮的浓度越大，精制 效果越好。 乙醇浓度达到 95%时，辣椒红色素的色价高达 72.4. 因此越高浓度所脱杂 质的效 果越好。不过考虑到原料的使用，价格和色价的提高率上的变化，在生产实际操 作中可以使用 50%的浓度。 3.3 固液比对辣椒红色素提取效果的影响 据 乙醇做溶剂固液比对辣椒红色素色价的影响 表 3-5 乙醇做溶剂固液比对辣椒红色素色价的影响 固液比 1:8 1:9 1:10 色价 66.5 70.5 68.3 71 70 69 68 色价 67 66 65 64 1:08 1:09 1:10 固液比 图 3-5 乙醇做溶剂固液比对辣椒红色素色价的影响 丙酮做溶剂固液比对辣椒红色素色价的影响 20 溶剂法提取辣椒红色素的研究 表 3-6 丙酮做溶剂固液比对辣椒红色素色价的影响 固液比 1:8 1:9 1:10 色价 57.5 65.1 63.9 丙酮做溶剂固液比对色价的影响 66 64 62 60 色价 58 56 54 52 1:08 1:09 1:10 固液比 图 3-6 丙酮做溶剂固液比对辣椒红色素色价的影响 论 由图3-5 和图 3-6 可知，固液比在提取过程中也存在一个最佳值。用料多时， 非色素的提取量增加，影响色价。用料少时，色素提取不完全。在 1:8，1:9， 1:10 三个范围内，1:9 的色价最高，提取量最大。1:8 时表示色素提取不完 全，而 1:10 时色素的降低表示了非色素提取量加大。而且此时原料浪费较多， 既浪费原料，又影响产品质量，所以不宜采用。所以最适合固液比为 1:9. 取工艺结果讨论 取法提取溶剂的选择 选择乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯这几种溶剂提取辣椒素，选以上几种溶剂 作为提取剂，在每1g辣椒粉的溶剂用量为6mL、超声功率为120W条件下， 分别 超声10min提取辣椒素，比较不同溶剂对提取辣椒素效果的影响 21 溶剂法提取辣椒红色素的研究 表 3-9 提取溶剂 乙醇 甲醇 丙酮 乙酸乙酯 辣椒素mg/g 6.357 6.746 5.786 4.139 由表3-9 可知甲醇提取辣椒素的效果最好，乙醇次之，乙醇与甲醇的 提取效 果相差不很大，又因为提取的辣椒素用于医药和食品行业，而乙醇是对人体 无毒 无害的有机溶剂，因此选择乙醇作为提取溶剂。 取法优化提取条件 从辣椒中超声提取辣椒素，影响提取量的因素主要因素为:每 g 辣椒 粉的溶 剂用量 Va 、超声时间 t 与超声波功率 u 。设计水平试验表进行实验。考 察 3 因素对辣椒色素超声提取率的影响，设计表见 3-10 表 3-10 设计条件表 编号 Va/ml t/min u/w 1 1.5 30 320 2 3 10 240 3 4.5 30 160 4 6 10 80 5 7.5 40 320 6 9 20 240 7 10.5 40 160 8 12 20 80 实验结果如表3-11 表 3-11 实验结果对照表 编号 辣椒素产量 mg/g 编号 辣椒素产量 mg/g 1 6.681 5 7.177 2 6.994 6 6.938 3 7.723 7 7.764 4 5.549 8 5.712 以上实验结果由紫外光谱分析法计算所得 对以上实验进行回归分析处理，得到回归方程 2 2 Y 3.11+0.0454X +0.0338X -0.00373 X -0.0000829 X 2 3 1 3 22 溶剂法提取辣椒红色素的研究 Y-辣椒素产量，重复相关系数 R 0.9931,均匀性偏差 S 临界检验值 F0.1 4,3 5.3432,F 检验值 Ft 53.937,Ft F0.1 4,3 ,回归方程显著。 由表 3-11 和回归方程可知，超声提取的影响效应为超声功率最大， 超声时 间次之，溶剂的用量最小。因为固液比太小溶液很快达到溶解饱和不利于收率的 提高，但固液比过大对收率没有很大影响却浪费有机溶剂;超声时间不够时，只 有一部分细胞壁和纤维组织破坏了，大部分辣椒素只能慢慢渗透出来，但是超声 时间过长能量消耗太大;功率太低时无法破坏辣椒的细胞壁和纤维组织，而功率 过高时也是能耗太大不可取。所以根据实际经验，选择最佳的超声提取条件为: 无水乙醇与辣椒粉的液固比为 5:l，超声提取时间为40min ，超声功率为 160w。 与冷浸提法的比较 取同样两份辣椒 每份 10.0g 分别按以上设计的优化条件进行超声方 法和冷 浸提方法进行辣椒红素的提取实验，实验结果见表 3-14 表 3-12 超声法与冷浸提法比较 提取方法 总提取时间 乙醇用量/ml 功率/w 提取次数 辣 椒 素 mg/g 超声法 40min 50 160 1 8.032 冷浸提法 15h 150 - 3 6.882 从表 3-12 可以看出，在最佳超声提取条件提取的实验值为 8.032mg/g，远高 于冷浸提法的 6.882 。表明了采用超声法均匀设计得到的效果好，能较好的反映 各条件变化对提取效果的影响。从传统方法和超声提取的对比可以看出，传统提 取法比超声提取法需要多几倍的溶和多几十倍的时间才有可能达到相同的收率。 因为辣椒素主要存在于表皮细胞中，用传统提取方法，辣椒素要通过细胞壁和纤 维组织才能渗透出来，而超声提取过程中超声波产生强烈的振动、空化、搅拌效 应，可以破坏细胞壁和纤维组织，极大加快了提取过程，节省了时间和溶剂，从 而保证了较高的提取率。 论 1 采用乙醇做提取溶剂效果仅次于甲醇而优于其他有机溶剂，但是乙醇无 毒无害可以将提取后的辣椒素应用于食品和医药行业，所以本文选择乙醇作提取 剂。 2 辣椒素采用乙醇做提取溶剂的超声提取最佳条件为:每克辣椒粉的乙醇 23 溶剂法提取辣椒红色素的研究 溶剂用量为 5mL，超声提取时间为 40min ，超声功率为 160w，在此条件下提取 值为 8.032mg/g。 3 与传统提取方式比较，超声提取方法具有简便、提取率高、操作时间短、 溶剂用量少等优点。 24 溶剂法提取辣椒红色素的研究 第四章 结论与展望 本论文以红辣椒粉中的有效成分辣椒色素和辣椒素作为研究对象，确定了其 测定方法和有机溶剂法提取工艺，主要研究结果如下: 1 在针对不同溶剂乙醇和丙酮的实验中可以看出，回流次数为2次时其提 取辣椒红色素的色价最高。当回流次数增加时，红色素提取量加大，但是黄色素 的提取量同样增加，而增加了杂质，影响了红色素的纯度，也导致色价的降低。 所以，回流2次即可得到较纯的产品。 2 不同溶剂浓度对红辣椒色素提取的影响并不大。虽然随着溶剂的浓度的 增大，辣椒红色素的色价和纯度也随之增大。不过在实际应用和生产中，考虑到 成本和效果的原因，可使用50%的溶剂浓度进行生产。 3 固液比对辣椒色素的提取是有极大影响的。并且存在一个最佳比例来取 得最好的提取效果。用料多不一定提取效果就好。反而会增加非色素的提取量， 影响红色素的纯度和色价。而用料少时，提取不完全，同样影响提取效果。所以， 1:9的固液比可以达到最好的提取效果。 4 采用乙醇做提取溶剂效果仅次于甲醇而优于其他有机溶剂，但是乙醇无 毒无害可以将提取后的辣椒素应用于食品和医药行业，所以本文选择乙醇作提取 剂。 5 辣椒素采用乙醇做提取溶剂的超声提取最佳条件为:每克辣椒粉的乙醇 溶剂用量为 5mL，超声提取时间为 40min ，超声功率为 160w，在此条件下提取 值为 8.032mg/g。 6 与传统提取方式比较，超声提取方法具有简便、提取率高、操作时间短、 溶剂用量少等优点。 25 溶剂法提取辣椒红色素的研究 参考文献 [1]韩玉谦，隋晓，刘玉申.超临界CO 萃取辣椒红色素的研究[J].中国食品添加剂,1996，2:1~4 2 [2]周端美,减志清,林述英. 超临界二氧化碳对辣椒红色素和辣素萃取分离的初步研究[J]. 福 州大学学报 自然科学版 ,1995 ，23 :85~88 [3]姜炜. 超临界萃取技术在辣椒红色素中的应用[J].南京理工大学学报,2002，26 (1):80~82 [4]郎中敏,吴刚强. 超临界萃取技术在天然色素中的应用前景[J]. 内蒙古石油化工,2006，9 : 83~84 [5] 朱凯,程康华,毛连山. 超临界二氧化碳精制辣椒红色素的研究[J]. 化工时刊,2004 ，18 (12):25~27 [6]洪海龙,贺文智,索全伶. 红辣椒中辣椒红色素的提取工艺研究[J].中国食品添加剂,2004，6 : 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