辣椒紅色素的提取方法及應用的研究進展

魏雅雯,靳玲俠

(1.長安大學雜志社，西安 710064；2.陜西理工大學 化學與環境科學學院，陜西 漢中 723001)

辣椒紅色素的提取方法及應用的研究進展

魏雅雯1*,靳玲俠2

(1.長安大學雜志社，西安 710064；2.陜西理工大學 化學與環境科學學院，陜西 漢中 723001)

辣椒紅色素是一種天然食用色素，在食品、醫藥、化妝品和飼料等領域有著廣泛的應用價值。如何發展操作簡便、成本低、提取率高的提取方法，并有效地利用辣椒紅色素一直是天然產物化學研究的熱點問題。綜述了近幾年從辣椒中提取辣椒紅色素的研究成果和辣椒紅色素的應用現狀，旨在為辣椒紅色素的研究與利用提供基礎的資料和理論依據。

紅辣椒；辣椒紅色素；提取方法；應用

辣椒又名番椒、海椒、辣茄、辣子等，是茄科辣椒屬一年生草本植物，原產于中拉丁美洲，明末傳入中國。據統計數據，在中國辣椒每年的種植面積約為2000萬畝，位列各類蔬菜中的第二位，其年產值可高達700億元，具有非常高的經濟效益[1]。

辣椒紅色素又稱為辣紅素、椒紅素，可直接從成熟的紅辣椒中提取。辣椒紅色素是一種天然食用紅色素，安全、無毒副作用，被認為是最好的A類紅色素。辣椒紅色素不是單一化合物，而是混合物，其主要成分有辣椒紅素、辣椒玉紅素、玉米黃質等，成品是深紅色黏性油狀液體，有辣味，無不良氣味，水溶性差，可溶于非極性溶劑，如丙酮、氯仿、正己烷、乙醇等有機溶劑[2]。辣椒紅色素中的辣椒紅素、辣椒玉紅素、玉米黃質等皆為類胡蘿卜素，可在人體內轉化為維生素A并被人體吸收。我國辣椒資源豐富，開發從紅辣椒中提取辣椒紅色素工藝具有廣泛的應用前景。

1 辣椒紅色素的提取方法

從紅辣椒中提取辣椒紅素的方法主要有油溶法、溶劑法、超聲波溶劑提取法、微波輔助提取法、酶提取法、超臨界CO2提取法、亞臨界水萃取法等。

1.1 傳統提取方法

1.1.1 油溶法

油溶法是以食用油，如花生油、大豆油、菜籽油等，浸提辣椒中的辣椒紅色素，在后處理中不能有效分離油與辣椒紅色素，難以得到純品，且產品收率較低，在實際生產中難以推廣[3]。

1.1.2 有機溶劑提取法

溶劑提取法是根據辣椒紅色素的溶解性能，利用有機溶劑直接浸提辣椒粉末，之后經過進一步分離純化即可得到辣椒紅色素的方法。方樟彩等[4]用正己烷為提取溶劑，60 ℃回流攪拌3.5 h，液固比為5∶1，提取2次，可得到辣椒紅色素粗產品，并采用紅黃色素比值(R/Y)法進行辣椒紅色素品質的評價(式1)。為了進一步得到精制的辣椒紅色素，該研究以60%乙醇為萃取劑，按照辣椒紅色素正己烷溶液(原料液)與萃取劑比例為4∶1進行液-液萃取，室溫下萃取1 h，即可獲得色價為87.3的辣椒紅色素。

(1)

式中：R為辣椒紅色素中紅色素的濃度；Y為辣椒紅色素中黃色素的濃度；A472，A508分別為待測溶液在472，508 nm處的吸光值。

湯秀華[5]在綜合評價溶劑、時間、溫度、料液比和辣椒目數等影響因素的基礎上，以吸光度為評價指標，提出了辣椒中辣椒紅色素的最佳提取條件：辣椒粉為60目，95%乙醇為溶劑，料液比為1∶7(g/mL)，60 ℃提取2 h，該方法的吸光度可達到0.718。該研究由正交試驗得出，在影響辣椒紅色素提取效果的各因素中，料液比影響最大，其次為提取時間、提取溫度。

馮晶晶等[6]以異丙醇為提取溶劑，通過篩選提取時間、溫度、料液比等因素，得出在提取辣椒紅色素的工藝中，異丙醇作為溶劑優于95%乙醇的結論。作者同時也指出，盡管異丙醇作為提取溶劑有一定的優越性，但是在提取過程中提取液會有明顯分層現象，其具體成分尚不明確。

利用有機溶劑提取辣椒中的辣椒紅色素工藝簡單，操作簡便，但是使用該方法時料液比往往較大，制得的產品中易存在溶劑殘留，產品純度較低，并且有機溶劑并不能完全浸提辣椒中的辣椒紅色素，生產效益有待提高。

1.2 現代提取方法

1.2.1 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取是利用超聲波所產生的空化效應、機械效應和熱效應，使溶劑能夠迅速進入固體物質中，將其中所含的化學成分快速、高效地提取出來的一項技術[7]。

王博等[8]應用超聲波輔助技術對辣椒紅色素進行提取，試驗采用Box-Benhnken組合試驗和響應面分析法，在以無水乙醇作為提取溶劑基礎上，對提取時間、超聲功率、時間和料液比進行了單因素試驗，得出當超聲波功率為600 W，料液比為1∶12(W/V)，提取時間為30 min，溫度為50 ℃時為最優提取條件，在此條件下，辣椒紅色素的提取率可達10.68%。

鄧祥元等[9]采用超聲波輔助法，通過單因素試驗和正交試驗設計綜合考察并優化了辣椒紅色素提取過程中的各個影響因子，得到的最佳提取工藝為：提取溶劑為丙酮，料液比為1∶8(g/mL)，超聲溫度和時間分別為35 ℃，30 min，在該條件下得到的辣椒紅色素色價可達139.4。在該研究中，辣椒紅色素色價的測定依據GB 10783-1996[10]，以丙酮為參比液，根據式2計算色價。

(2)

王疆龍[11]采用超聲波輔助方法，固定正己烷為辣椒紅色素提取溶劑，使用響應面分析方法，通過單因素試驗對提取工藝進行了篩選，結果表明：當固液比為1∶5，超聲功率、溫度和時間分別為120 W，70 ℃和30 min時，辣椒紅色素的吸光值為0.786。

與傳統的溶劑提取法相比，超聲波輔助提取法提取率高，提取時間短，產品純度高，操作工藝簡單，設備維護、保養方便，是一種實現高效、節能、環保式提取的現代高新技術手段。

1.2.2 微波輔助提取法

微波是指頻率在0.3～300 GMHz的電磁波。微波輔助提取法是利用電磁場的作用使固體或半固體物質中的某些有機物成分與基體有效地分離，并能保持分析對象的原本化合物狀態的一種分離提取方法。

李瑞麗等[12]利用微波輔助提取辣椒中的辣椒紅色素，并通過單因素試驗和正交試驗優化了提取工藝，即先以料液比1∶5(g/mL)的條件加入干辣椒粉與蒸餾水，在750 W的微波功率條件下進行破壁8 min，之后加入適量95%乙醇，在40 ℃條件下浸提2 h，浸提1次的辣椒紅色素收率可達1.646%。

鄧祥元等[13]利用微波輔助法提取辣椒紅色素，并通過單因素試驗和響應面試驗進行了反應中各個影響因素的分析，結果表明：以丙酮為溶劑，溫度為42 ℃，微波功率為105 W時提取2 min，辣椒中辣椒紅色素的提取率可以達到最高，所得產品的吸光度為0.631。

劉立業等[14]采用微波輔助法提取辣椒紅色素，并應用單因素試驗和正交試驗對反應條件進行了篩選，結果表明：當提取溶劑為95%乙醇，料液比為6∶1(g/mL)，微波功率為300 W，55 ℃條件下提取2次，提取時間均為15 min時，產物的色價約為73.27。

微波輔助提取法極大地縮短了辣椒紅色素的提取時間，并且工藝簡單，操作性和穩定性均較好，具有很大的應用前景。

1.2.3 酶輔助提取法

酶輔助提取法是指通過合適的酶將細胞壁結構水解或破壞，以加速細胞內活性物質的釋放，從而提高目標產物提取率的一種新型提取方法[15]。

周旭章等[16]使用自己培養的MX酶對在pH為8條件下對已脫辣的辣椒紅色素粗品進行脫脂，可在原來基礎上將色價提高1倍。

郭慶義[17]在鮮辣椒中加入含有大量酶的青貯劑，在18～34 ℃條件下青貯發酵10天后烘干、粉碎，用正己烷作為萃取劑，得到的產物色價為10.8，而與之對照的未經酶處理的直接烘干樣品和自然曬干樣品的色價分別僅為6.281，5.155，研究還表明隨著青貯發酵時間的延長，辣椒紅色素的色價還會繼續增長。

肖文中等[18]申請了關于生物酶輔助提取辣椒紅色素和辣椒堿的專利。在該專利中，原料首先用生物復合酶處理，具體做法為：配制濃度為0.1%～0.3%的生物復合酶溶液，加入20～40目的干紅辣椒粉，38～42 ℃條件下避光發酵1～2 天，過濾所得的濾渣即為經過酶初步處理過的產品，將其晾干或烘干再進行有機溶劑提取，最后經柱層析分離和重結晶，可同時得到精制的辣椒紅色素和辣椒堿，實例證明得到的辣椒紅色素色價最高為222，辣椒堿的總堿含量最高為96.34%。專利中所使用的生物復合酶主要有脂肪酶、纖維素酶、果膠酶、半纖維素酶等，可以溶解細胞壁，幫助目標產物更好地滲透出來。

酶輔助提取辣椒紅色素的技術具有多重優勢，如反應專一性強，反應條件溫和，過程容易控制，產物提取率明顯提高等[19]。但是，生物酶價格較高，而且在不合適的環境下很容易喪失生物活性，大大制約了酶在輔助提取天然產物中的應用。

1.2.4 超臨界CO2提取法

超臨界流體是指溫度和壓力均高于其臨界點，介于氣體和液體之間的流體，最常用的是超臨界CO2，其臨界溫度為31.06 ℃，臨界壓力為7.38 MPa。超臨界CO2對某些特殊天然產物具有特殊溶解性，其溶解能力與密度相關，因此，利用壓力和溫度對超臨界CO2溶解能力的影響可以將其廣泛地應用于生物活性物質和天然藥物的提取[20]。

Jaren-Galan等[21]應用超臨界CO2提取辣椒紅色素，并對提取壓力、助溶劑、提取是否連續等因素進行了考察。結果表明：以1%的乙醇或丙酮為助溶劑，提取過程分兩步：第一階段超臨界CO2的提取壓力為2000 psi，此時可將辣椒中的大部分酯類物質除去，第二階段將壓力提高為6000 psi或7000 psi，可高收率得到辣椒紅色素。

王玉琪等[22]先根據溶劑提取法以石油醚為溶劑浸提紅辣椒粉可得到含有辣椒紅色素的粗品，再以該粗品為原料，應用超臨界CO2提取其中的辣椒紅色素。該研究對超臨界CO2提取過程中涉及的壓力、溫度、時間、裝料系數等進行篩選，得出以超臨界CO2提取辣椒紅色素，在裝料系數為0.7，萃取壓力為20 MPa，溫度為35 ℃條件下萃取6 h時，產物的色價最高可達320，產物中正己烷的殘留低于0.001%，有機溶劑殘留不超過0.002%，辣椒素含量不超過0.4%，全部優于國家標準。

超臨界CO2提取法是一種清潔、高效的提取分離技術，具有提取溶劑成本低，產品純度高，溶劑殘留少，提取條件溫和，操作簡便等優點，已在生物活性物質和天然藥物的提取中得到充分的應用，但是，該技術需要的設備成本較高，工業化程度有限。隨著人們環保意識的增強和科技的發展，超臨界CO2提取法這種綠色技術的工業化必將能夠得到實現。

1.2.5 亞臨界水萃取法

水的臨界壓力是22 MPa，臨界溫度是374 ℃，亞臨界水是指在一定的壓力下，將水加熱到100～374 ℃時，仍然能夠保持在液體狀態的水，又稱超加熱水、高壓熱水或熱液態水。亞臨界狀態下水的微觀結構已發生了較大的變化，因此其物理、化學特性與常溫常壓下的水在性質上有較大差別[23,24]。亞臨界水萃取是指通過控制亞臨界水的溫度和壓力，使水的極性、表面張力和黏度等在較大范圍內變化，從而實現天然產物中有效成分從水溶性成分到脂溶性成分的連續提取，并可實現選擇性提取[25,26]。此外，由于亞臨界水萃取是以價廉、無污染的水作為萃取劑，因此，亞臨界水萃取技術被視為綠色環保、前景廣闊的一項變革性技術。

王洪等[27]在單因素試驗基礎上，采用正交試驗確定了亞臨界水萃取法提取辣椒紅色素的條件，應用分光光度法確定辣椒紅色素提取率(式3)。試驗確定的最優萃取工藝條件為：亞臨界水溫度120 ℃，萃取壓力0.8 MPa，萃取時間2 h，料液比10∶1(mL/g)，水溶液pH為5，在此條件下，辣椒紅色素的提取率約為2.46%。在該試驗中，將亞臨界水萃取法與水浸提法、超聲提取法進行了比較，發現亞臨界水萃取法的時間短、提取率高，明顯優于其他兩種提取方法。

(3)

式中：A為最大吸收波長處的吸光度；V為最終體積，mL；DF為稀釋倍數；M為樣品質量，g；98.2為消光系數。

2 辣椒紅色素的應用

2.1 食品

辣椒紅色素色澤鮮明，光亮度好，性質穩定，著色均勻，且安全、無毒副作用，用于食品添加劑不僅可以增色，對于人體來說還可以增加類胡蘿卜素的攝入。王明軒等[28]將辣椒紅色素與一定量的去味劑和乳化劑混合，分別加入飲料、糖果和果凍中，發現辣椒紅色素著色均勻，色澤鮮艷，亮度好，且無異味，適于糖制品的制作。

張甫生等[29]對比了辣椒紅色素、甜菜紅色素、胡蘿卜紅色素3種色素在仿真食品中的表現，發現辣椒紅色素不僅較為耐酸、耐堿、耐光、耐熱，其保質期、保色效果等亦為最優，可以有效解決食品加工過程中的褪色問題，延長食品的貨架期。

張志強等[30]將辣椒紅色素加入酸奶和布丁中，發現辣椒紅色素在食物中的著色很好，且隨著時間的延長，食物顏色無明顯變化，穩定性較好。

2.2 醫藥

天然食用色素已經應用于各種片劑、液體口服液、藥丸、藥片外衣等的著色。王明軒等按照辣椒紅色素：95%乙醇∶聚山梨酯-80∶70%單糖漿為0.5∶3∶1∶100～30的比例制備有色糖漿，然后對強力銀翹片素片包糖衣，結果表明將辣椒紅色素作為糖衣片的著色劑色澤鮮艷明快，著色均勻，性質穩定。

Maoka等[31]通過體外試驗，以淋巴瘤細胞(Raji cell)中的Epstein-Barr病毒為測試目標，發現辣椒紅色素及其衍生物具有抗腫瘤活性；該研究還進行了大鼠活體試驗，發現辣椒紅色素及其衍生物可以有效地對抗大鼠皮膚瘤。

2.3 化妝品

作為天然可食用色素，辣椒紅色素用作化妝品中的添加劑不僅顏色宜人，而且無任何毒害作用。李曉霞等[32]對辣椒紅色素作為添加劑在化妝品中所涉及到的各項影響因素進行了考察，包括溫度、溶解度、光照、溶液酸堿度、還原劑(抗壞血酸)、氧化劑(H2O2)、金屬離子、防腐劑(G-Plus)、香精(香蘭素)、乳化劑(吐溫-80)和UVA/UBV光保護劑(丁基甲氧基二苯酰和甲烷辛基甲氧基肉桂酸辛酯)等，結果表明：辣椒紅色素在非極性溶劑中的穩定性較好，pH在4～11之間時性質穩定，對熱不敏感，但在太陽光下不穩定，化妝品中的添加劑如防腐劑、氧化劑和香精等的影響不大，還原劑、乳化劑和光穩定劑等更是對其穩定性有幫助，通過配制金屬鹽溶液考察了金屬離子對辣椒紅色素的潛在影響，發現Na+，K+，Ca2+和Zn2+無影響，而Al3+，Cu2+，Ba2+，Mg2+和Pb2+等會影響辣椒紅色素的穩定性。同時，該研究還對化妝品制備工藝對辣椒紅色素的影響進行了初步探討，研究認為在O/W乳化體系中，應先將辣椒紅色素均勻分散于油相體系之后再進行乳化，該工藝直接影響到辣椒紅色素的穩定性。

2.4 飼料

隨著研究的深入，研究人員注意到在飼料中添加天然色素不僅可以改善畜產品外在感官性狀，還可能參與動物體內的某些生理活動，比如清除體內自由基，抗氧化和參與免疫應答反應等，但是這些天然色素并不能由動物自身合成，只能由外界攝入[33]。

李曉雙[34]對辣椒紅色素分別進行物理改性和化學皂化處理，研究表明經皂化處理的產品更穩定且更易被動物吸收。陳繼發等[35]對216只健康商品蛋雞分組，分別喂食添加了不同含量辣椒紅色素的飼料，發現辣椒紅色素對蛋黃色澤有明顯提高，且辣椒紅色素添加量越多，蛋黃色澤提高越多，同時辣椒紅色素的添加對蛋雞的產蛋性能及雞蛋的其他常規品質均無負面影響。

3 前景展望

中國辣椒資源豐富，分布廣，是世界上辣椒出口大國之一，但對辣椒深加工產品的開發尚有待完善。辣椒紅色素是一種安全無毒且具有一定營養價值的天然食用色素，可從成熟的紅辣椒中直接提取。在辣椒紅色素的提取開發上，傳統的有機溶劑提取法工藝簡單、操作簡便、設備便宜，但是提取率低，生產效益有待提高；現代發展的超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、酶輔助提取法、超臨界CO2提取法、亞臨界水萃取等高效提取技術在辣椒紅色素等天然產物的提取中具有提取能力強、設備簡單、產物品質好、提取率高等優點，但是工業化程度均不高。辣椒紅色素性質穩定，著色均勻，用作食品、飼料添加劑不僅可以增加外觀品質，還具有一定的生理作用，同時辣椒紅色素及其部分衍生物也是純天然的抗腫瘤藥物，值得大力研究。如何更好地對辣椒紅色素進行提取以及其綜合開發利用有待人們進一步研究和探討。

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Research Progress on Extraction Methods and Application of Capsanthin

WEI Ya-wen1*, JIN Ling-xia2

(1.Periodical Office, Chang'an University, Xi'an 710064, China;2.School of Chemical &Environmental Science，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723001, China)

Capsanthin is a kind of natural edible pigment, which is widely used in food, medicine, cosmetics and feed. How to develop a easy-operation, low-cost and high-efficiency extraction method, and make an effective use of capsanthin has been one of hot issues of natural product chemistry. Review the research status of the extraction methods and the application of capsanthin in recent years, in order to provide basic data and theoretical basis for the research and utilization of capsanthin.

chilli；capsanthin；extraction method；application

2017-02-05 *通訊作者

中央高校基本科研項目(310850160322)；國家自然科學基金項目(21603133)；陜西省教育廳專項科研基金項目(16JK1134)

魏雅雯(1984-)，女，陜西渭南人，博士，主要從事綠色催化、天然產物化學方面的研究。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.08.031

1000-9973(2017)08-0142-06