紅辣椒中類胡蘿卜素提取方法及工藝條件優(yōu)化研究

王歲樓，謝雯麗

（中國(guó)藥科大學(xué)工學(xué)院，江蘇南京 211198）

以β - 胡蘿卜素為代表的類胡蘿卜素是一類廣泛存在于自然界中，具有特殊生理藥理功能，在醫(yī)藥、食品等各個(gè)領(lǐng)域被廣泛使用，對(duì)于人類健康有著重要作用的有機(jī)化合物[1]。但是，因人體自身不能合成β - 胡蘿卜素只能依靠外界攝取[2]，考慮到其日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求量，β - 胡蘿卜素的高效提取在工業(yè)應(yīng)用中尤顯重要。β - 胡蘿卜素可從藻類、果蔬植物及一些菌類中提取獲得，目前國(guó)外市場(chǎng)上β - 胡蘿卜素來(lái)源主要為化學(xué)合成，但以天然食物為提取原料更有利于人類健康[3]。

我國(guó)辣椒資源豐富，且品種繁多、廉價(jià)易得，可為大量提取天然β - 胡蘿卜素提供廣泛來(lái)源[4-5]。試驗(yàn)以新鮮紅辣椒為原料，探索不同溶劑配比、料液比、浸提時(shí)間、浸提溫度對(duì)β - 胡蘿卜素提取率的影響，并在此單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)優(yōu)化 β - 胡蘿卜素提取工藝條件，為紅辣椒β - 胡蘿卜素在食品工業(yè)的高效提取、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和有效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅辣椒要求成熟度好、外皮無(wú)傷害且顏色鮮艷的新鮮紅辣椒，購(gòu)于南京王墅農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；β - 胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品，上海麥克林生化科技有限公司提供；丙酮、石油醚等試劑，均為分析純。

1.2 儀器

DHG-9070A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；萊芙- 800 型粉碎機(jī)，永康紅太陽(yáng)機(jī)電有限公司產(chǎn)品；AR224CN 型電子天平，奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品；KH-100B 型超聲波清洗器，昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司產(chǎn)品；TGL-16G 型臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；754N 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海儀電分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 材料預(yù)處理

將新鮮紅辣椒洗凈后去蒂去籽，置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，于65 ℃條件下烘干24 h，除盡內(nèi)部水分后制得辣椒干；置于粉碎機(jī)中將其粉碎成粉，于干燥潔凈的塑封袋中避光貯藏備用。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

分別考查不同提取溶劑、料液比、浸提溫度、浸提時(shí)間等因素對(duì)辣椒β - 胡蘿卜素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取5.0 g 辣椒干粉，按一定料液比加入特定有機(jī)溶劑后，在一定超聲溫度下浸提一段時(shí)間，冷卻后離心取上清液為提取液，于波長(zhǎng)450 nm 處測(cè)定其吸光度，3 次重復(fù)。據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算提取物中β - 胡蘿卜素得率。

1.3.3 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選用溶劑種類、料液比、浸提溫度及浸提時(shí)間為試驗(yàn)因素，以紅辣椒中β -胡蘿卜素得率為指標(biāo)進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)

1.3.4 β - 胡蘿卜素的測(cè)定

精確稱取β - 胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品，以丙酮作為提取溶劑，精確配置1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0 μg/mL 的β - 胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品溶液，分別進(jìn)樣于波長(zhǎng)450 nm 處測(cè)吸光度，3 次重復(fù)取均值。以β - 胡蘿卜素質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。得到回歸方程Y=0.098 5X+0.004 8（R2=0.999 1）。式中，Y 為吸光度，X 為β - 胡蘿卜素質(zhì)量濃度（μg/mL）。結(jié)果表明，β - 胡蘿卜素在質(zhì)量濃度為1.0～8.0 μg/mL 范圍內(nèi)與峰面積呈良好線性關(guān)系。

按上述各自方法進(jìn)行提取試驗(yàn)，得出提取液于波長(zhǎng)450 nm 處的吸光度，據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算β - 胡蘿卜素含量：

式中：C—— β - 胡蘿卜素質(zhì)量濃度，μg/mL；

V——提取液體積，mL；

N——稀釋倍數(shù)；

m——樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 溶劑種類對(duì)浸提效果的影響

在料液比1∶12，浸提溫度45 ℃，浸提時(shí)間20 min的提取條件下，比較丙酮、石油醚及其3 種混合溶劑對(duì)紅辣椒β - 胡蘿卜素提取量的影響。

不同浸提溶劑對(duì)β - 胡蘿卜素提取量的影響見(jiàn)圖1。

由圖1 可看出，石油醚和丙酮均為較適宜的浸提溶劑，這符合相似相溶原理。其中，以丙酮- 石油醚（3∶7，V/V） 作為浸提溶劑進(jìn)行提取時(shí)，β -胡蘿卜素提取量最高，為2.42 mg/g。

2.1.2 料液比對(duì)浸提效果的影響

采用丙酮- 石油醚（3∶7，V/V） 作為提取溶劑，在浸提溫度45 ℃，浸提時(shí)間20 min 的提取條件下，比較不同料液比對(duì)紅辣椒β - 胡蘿卜素提取量的影響。

不同料液比對(duì)β- 胡蘿卜素提取量的影響見(jiàn)圖2。

大家都紛然祝賀。老巴說(shuō)：“過(guò)年我去歸元寺燒了香。我什么都沒(méi)求，只求阿東找個(gè)好工作，看來(lái)菩薩曉得我心誠(chéng)呀。”

由圖2 可知，1∶6 為紅辣椒最適合的料液比，此時(shí)β - 胡蘿卜素提取量最高，為4.31 mg/g。從理論角度分析推測(cè)該結(jié)果，可能起初隨著料液比的升高，因溶解度未達(dá)到飽和狀態(tài)，色素溶解能力隨著溶劑用量增加而增強(qiáng)，故浸提效果隨之上升。當(dāng)料液比超過(guò)1∶6 后，因溶劑用量過(guò)大將導(dǎo)致非色素成分較多地被提取，從而致使浸提效果隨著料液比升高而變差。

2.1.3 超聲溫度對(duì)浸提效果的影響

采用丙酮- 石油醚（3∶7，V/V） 作為提取溶劑，在料液比1∶6，浸提時(shí)間20 min 的條件下，比較不同超聲溫度對(duì)紅辣椒β- 胡蘿卜素提取量的影響。

不同浸提溫度對(duì)β - 胡蘿卜素提取量的影響見(jiàn)圖3。

由圖3 可見(jiàn)，隨著浸提溫度從35 ℃升高到60 ℃，其β - 胡蘿卜素提取量也隨之升高；且浸提溫度超過(guò)50 ℃后β - 胡蘿卜素提取量呈幾何上升趨勢(shì)。然而，當(dāng)浸提溫度大于50 ℃后，雜質(zhì)增多，黃色素含量增大，致使溶劑對(duì)β - 胡蘿卜素提取量逐漸降低，故合理推斷此“假上升”現(xiàn)象實(shí)因溶劑蒸發(fā)致使提取液濃度增大而實(shí)際色素提取量處于下降趨勢(shì)。故最終試驗(yàn)結(jié)果表明，起初浸提溫度逐漸升高將導(dǎo)致溶劑的滲透性增強(qiáng)，溶解能力隨之增大，有利于β -胡蘿卜素浸出，致使β - 胡蘿卜素提取量也逐漸增多；但當(dāng)浸提溫度超過(guò)50 ℃后不利于保持β- 胡蘿卜素穩(wěn)定性，且非色素成分被較多提取導(dǎo)致雜質(zhì)增多。綜上及結(jié)合試驗(yàn)條件，確定最佳浸提溫度為50 ℃，提取量為2.57 mg/g。

2.1.4 浸提時(shí)間對(duì)浸提效果的影響

采用丙酮- 石油醚（3∶7，V/V） 作為提取溶劑，在料液比1∶6，浸提溫度50 ℃的條件下，比較不同浸提時(shí)間對(duì)紅辣椒β - 胡蘿卜素提取量的影響。

由圖4 可看出，超聲浸提的最有效時(shí)間為20 min，此時(shí)β - 胡蘿卜素提取量最高，為3.61 mg/g。因辣椒中色素極易被溶劑浸提出，在較短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到傳質(zhì)平衡；故當(dāng)浸提時(shí)間超過(guò)20 min 后，因β -胡蘿卜素長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中被氧化，且隨著浸提時(shí)間增長(zhǎng)，超聲波的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)等致使萃取體系中β - 胡蘿卜素降解愈發(fā)嚴(yán)重，致使提取率隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。可見(jiàn)，最適浸提時(shí)間以20 min 為宜。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)結(jié)果及分析見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

由表2 可知，影響紅辣椒中β - 胡蘿卜素提取量的因素主次為B＞C＞A＞D，即料液比＞浸提溫度＞提取溶劑配比＞浸提時(shí)間；提取工藝最優(yōu)組合為A2B1C2D3，即以丙酮- 石油醚（3∶7，V/V） 為提取溶劑，料液比1∶5（g∶mL），浸提溫度50 ℃，浸提時(shí)間25 min。

方差分析見(jiàn)表3。

表3 方差分析

由表3 可知，在影響紅辣椒β - 胡蘿卜素提取量的各個(gè)因素中，料液比和超聲提取溫度具有顯著性，即這2 個(gè)因素條件在超聲輔助提取紅辣椒β -胡蘿卜素過(guò)程中起著首要作用。按正交試驗(yàn)確定的最佳條件組合進(jìn)行驗(yàn)證（3 次平行試驗(yàn)）。結(jié)果表明，β - 胡蘿卜素提取量均值可達(dá)2.428 mg/g。

2.3 最優(yōu)提取工藝條件的確定

反觀比較單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在料液比試驗(yàn)中當(dāng)提取溶劑采用丙酮- 石油醚（3∶7，V/V），料液比1∶6，浸提溫度45 ℃，浸提時(shí)間20 min 的組合條件下，β - 胡蘿卜素提取率高于其他任何一次試驗(yàn)條件下的提取量，達(dá)4.31 mg/g。基于此，對(duì)該條件組合進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)再驗(yàn)證，結(jié)果表明提取量基本穩(wěn)定可靠，故最終確定此條件組合為最佳提取工藝條件。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)的比較和優(yōu)化，初步確定了以紅辣椒為原料提取β - 胡蘿卜素的最優(yōu)工藝參數(shù)組合為提取溶劑采用丙酮- 石油醚（3∶7，V/V），料液比1∶6，浸提溫度45 ℃，浸提時(shí)間20 min，此時(shí)β - 胡蘿卜素提取量均值可達(dá)4.31 mg/g，但如何進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝并將其推向工業(yè)化水平有待深入研究。