辣椒紅色素提取工藝優化與分析研究

杜蘇萌 馬文亮 賈子昌 鄒承鷹

（太原工業學院環境與安全工程系，山西太原 030008）

辣椒紅色素是當前世界上使用范圍最廣泛的天然色素之一，得到絕大多數消費者認可，被世界衛生組織和聯合國糧農組織認定為A類食用色素。辣椒紅色素在各個方面應用廣泛，其著色能力較強，在一些科學技術比較先進的國家，如俄國、美國、法國、日本等國家，將辣椒紅色素作為紅色素的主要色素。在國內，辣椒紅色素被廣泛運用在化妝品、醫藥、防輻射、調味品、烘焙食物染色劑等著色等方面。近年來，辣椒紅色素的提取工藝取得很大進展，比較成熟的提取方法有機溶劑法、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缺點，因此在選擇提取方法時，要根據自生條件以及提取目的確定最優提取方法。將來的研究方向是在已有方法的基礎上努力拓展發現新的提取方法，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。本文以太原市郊區生產的辣椒作為原材料提取紅色素，旨在為辣椒紅色素的優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，購于超市，經粉碎、過篩后制成紅辣椒粉。

甲醇、無水乙醇，天津市申泰化學試劑有限公司；丙酮、石油醚，天津市天大化工實驗廠。

電熱恒溫干燥箱、高速萬能粉碎機，北京中興偉業儀器有限公司；752紫外可見分光光度計，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確定

取0.1 g辣椒紅標準品溶于50 mL的無水乙醇，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。用無水乙醇做空白對照，測量不同波長下辣椒紅溶液的吸光度。選擇合適的波長梯度，確定最大吸收波長，繪制最大吸收波長圖，結果如圖1所示。

圖1 椒紅素最大吸收波長確定

從圖1可以看出，該試驗所用辣椒紅色素的最大吸收波長在514 nm處。

1.2.2 椒紅素的標準曲線繪制方法

辣椒紅色素標準溶液(辣椒紅標準品辣椒紅的含量為85%)的配制：設置濃度梯度為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。分別取相應質量的辣椒紅標準品，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，用無水乙醇做空白對照，將紫外可見分光光度計的紫外光調到514 nm處，測出辣椒紅色素各質量濃度的吸光度，繪制標準曲線，如圖2所示。

圖2 椒紅素標準曲線

該標準線所確定的質量濃度與其所對應吸光度的關系為：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，如稱取1 g辣椒粉，加入10 mL質量濃度為15%的NaOH脫辣液，在60℃下脫辣1.5 h。

1.2.4 椒紅素提取率計算方法

其中：C——辣椒紅色素的質量濃度，μg/mL；

V——提取溶液的總體積，mL；

M——提取時所用的干辣椒質量，μg。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗優化提取工藝

無水乙醇和石油醚對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圓底燒瓶中的液體較為渾濁，遠不如用無水乙醇、甲醇、丙酮做提取劑時提取效果好，色澤鮮亮，而乙醇的提取效率較高，故選用乙醇做提取劑。分析乙醇體積分數、回流次數、料液比、回流溫度4個因素對辣椒紅色素的影響。

2.1.1 乙醇體積分數對椒紅素提取率的影響

料液比為1∶40，分別將體積分數為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，將水浴鍋的溫度調至100℃，分別吸取不同體積分數乙醇回流2次后的溶液1 mL于比色管中稀釋至25 mL，用無水乙醇做空白對照測定溶液的吸光度，測定結果見圖3。

圖3 乙醇體積分數對椒紅素提取率的影響

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

2.1.2 回流次數對椒紅素提取率的影響

將回流次數分別定為3次、4次、5次、6次、7次5個水平。確定料液比為1∶40，即用分析天平稱取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，用無水乙醇做空白對照測定溶液的吸光度，測定結果見圖4。

圖4 回流次數對辣椒紅色素提取效率的影響

從圖4可以看出，隨著回流次數增多辣椒紅色素提取率增高，在回流次數為6次時，從干辣椒中提取出來的紅色素提取率最高。

2.1.3 料液比對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，即無水乙醇100 mL，辣椒粉的質量分別為4.00 g、3.33 g、2.85 g、2.50 g、2.22 g。折 5 個濾紙筒，分別將稱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無水乙醇倒入索氏提取器的圓底燒瓶中，將水浴鍋溫度調至100℃，用無水乙醇做空白對照，回流2次后吸取1 mL溶液于比色管中稀釋至25 mL，測定溶液的吸光度，測定結果見圖5。

圖5 不同料液比對辣椒紅色素提取率的影響

從圖5可以看出，當料液比在1∶25～1∶45之間時，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時提取效率較高。

2.1.4 回流溫度對椒紅素提取效率的影響

設定回流溫度分別為80℃、85℃、90℃、95℃、100℃5個水平。確定料液比為1∶40，即稱取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，用無水乙醇做空白對照，測定溶液的吸光度，測定結果見下頁圖6。

從圖6可以看出，當溫度范圍設置在80℃～100℃之間時，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，當回流溫度90℃時，提取效率最高。

圖6 回流溫度對椒紅素提取率的影響

2.2 正交試驗優化提取工藝

在單因素試驗的基礎上，采用L9（34）正交試驗來確定最佳提取條件，正交試驗設計見表1，試驗結果見表2。

表1 正交試驗水平因素設計

表2 辣椒紅色素提取率影響因素的正交試驗結果

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

2.3 正交試驗結果驗證

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

3 結論

本試驗主要運用索氏提取法將辣椒紅色素從干辣椒中提取出來，以乙醇提取分數、回流次數、回流溫度、料液比為影響因素進行單因素試驗，確定了各因素的適宜范圍。在單因素試驗的基礎上進行正交試驗，結果表明，4個因素對辣椒紅素提取率的影響順序為：回流溫度>回流次數>料液比>乙醇分數，最佳提取工藝條件為：乙醇體積分數95%，回流次數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。