辣椒油樹脂的純化工藝及成分分析

戴雄澤，張可欣，弓志青，王文亮

（1.湖南農業大學園藝學院，湖南 長沙 410128；2.山東省農業科學院農產品加工與營養研究所，山東 濟南 250100；3.山東農業大學食品科學與工程學院，山東 泰安 271018）

辣椒油樹脂（Capsicum oleoresin）是一種從辣椒中提取、濃縮制得的具有強烈辛辣味的油狀液體，主要用于生產食品添加劑、調味料等。其主要成分是辣椒素，該物質具有抗氧化、抑菌和抗腫瘤等重要作用［1］；此外，還含有少量的蛋白質、果膠、脂肪酸、多糖等活性成分［2］。Kim等［3］研究發現辣椒提取物中含有豐富的辣椒紅素和β-胡蘿卜素，有助于降低氧化應激引起的疾病風險。中國辣椒資源豐富，其深加工產品辣椒油樹脂具有良好的市場發展潛力［4］。但目前我國市場上的辣椒油樹脂由于存在過多雜質而顏色較深［5］、質地粘稠、流動性和分散性差且帶有異味，用食用油稀釋后出現較多沉淀，限制了其應用。因此，辣椒油樹脂精制、純化研究對擴大其應用和滿足市場需求具有重要意義。

針對上述問題，本試驗選取辣度較高的辣椒品種為原料，用95%食用乙醇超聲提取辣椒油樹脂粗品，然后以得率和辣椒素含量為指標，利用單因素和正交試驗考察95%食用乙醇用量、萃取次數、萃取溫度對辣椒油樹脂純化的影響，確定最佳純化工藝。油脂的脂肪酸成分及理化性質與其功能、加工和貯藏聯系密切，是評定油脂質量的重要指標［6］。因此，本試驗利用GC-MS技術比較分析了純化前后辣椒油樹脂的脂肪酸種類、含量及相關理化指標，進一步驗證最佳純化工藝的純化效果，以期為辣椒及辣椒油樹脂的利用提供技術參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

辣椒品種H21，湖南省疏菜研究所提供；食用油（市售大豆色拉油）；95%食用乙醇、丙酮、乙醚（優級純）、石油醚（優級純），國藥集團化學試劑有限公司；脂肪酸標準品（色譜純），Sigma公司；無水乙醇（色譜純）、甲醇（色譜純）、正己烷（色譜純），上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

恒溫水浴加熱裝置，江蘇金怡儀器科技有限公司；Thermo Trace 1310 ISQ氣相色譜-質譜聯用儀，賽默飛世爾科技（中國）有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 辣椒油樹脂粗品制備 參考范三紅等［7］的方法。干辣椒經過清洗、挑選、去蒂后置于烘干箱中70℃烘干至恒重，粉碎后過40目篩，放入密封袋備用。取一定質量的辣椒粉末，按1∶10料液比加入相應體積的95%食用乙醇，45℃超聲提取35 min，經4000 r/min離心10 min后收集上清液，90℃旋蒸至溶劑揮發完全，得辣椒油樹脂粗品。

1.2.2 辣椒油樹脂純化及工藝優化 參照何志芳等［8］的方法并進行改進。稱取一定質量的辣椒油樹脂粗品，以1∶10料液比加入食用油，在一定溫度下攪拌并靜置使其分層，棄去下層雜質，在油層中加入95%食用乙醇萃取，一定溫度下攪拌并靜置使其分層，利用旋轉蒸發器濃縮處理上層有機溶劑相，得到純化后的辣椒油樹脂，計算其得率及辣椒素含量。

單因素試驗：稱取2.0 g辣椒油樹脂粗品，以辣椒素含量和純化辣椒油樹脂得率為指標，固定部分試驗條件，考察不同95%食用乙醇用量（料液比1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6）、萃取次數（1、2、3、4、5）、萃取溫度（35、40、45、50、55℃）對兩種指標的影響?？紤]到辣椒素為辣椒油樹脂的重要成分，以辣椒素含量為主要指標，以得率為次要指標。

正交試驗：在單因素試驗基礎上，通過正交試驗設計（表1）確定最優萃取溫度、95%食用乙醇用量和萃取次數。

表1 正交試驗設計因素及水平

1.3 測定指標及方法

1.3.1 辣椒素含量 辣椒粉末中辣椒素含量：參考厲志偉［9］、韓曉嵐［10］等的方法。將辣椒在50℃下烘干至恒重，粉碎過篩，稱取2.5 g樣品（精確到0.0001 g）于50 mL離心管中，加入甲醇25 mL，超聲提取30 min，4000 r/min離心5 min，將上清液轉移至50 mL容量瓶中。濾渣中加入甲醇20 mL，超聲提取20 min，4000 r/min離心5 min。合并上清液，用甲醇定容至50 mL，經0.22 μm有機濾膜過濾后進行色譜分析。

辣椒油樹脂中辣椒素含量：精確稱取1.0 g辣椒油樹脂樣品（精確到0.0001 g）于25 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度線，充分搖勻，經0.22 μm有機濾膜過濾后進行色譜分析。

色譜條件：色譜柱為ZORBAX SB-C18（5 μm，4.6 mm×250 mm），流動相為甲醇+水（V∶V=65∶35），流速為1 mL/min，柱溫為30℃，檢測波長為280 nm，進樣量為10μL。以峰面積外標法定量。

1.3.2 純化辣椒油樹脂得率 分別稱取辣椒油樹脂純化前后的質量，根據以下公式計算得率：

1.3.3 脂肪酸種類及含量 參考《GB 5009.168—2016食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定》并稍作修改。稱取適量樣品，加入約100 mg焦性沒食子酸和幾粒沸石，再加入2 mL 95%乙醇和10 mL鹽酸溶液，70～80℃水浴中水解40 min，水解后的試樣加入95%乙醇10 mL后轉移到分液漏斗中，加入乙醚-石油醚混合液50 mL，將醚層提取液收集到燒瓶中，烘干后得到脂肪提取物。

在脂肪提取物中加入2%氫氧化鈉-甲醇溶液2 mL，85℃水浴30 min，加14%三氟化硼-甲醇溶液3 mL后再85℃水浴30 min。降至室溫，在離心管中加入正己烷1 mL，振蕩萃取2 min，靜置1 h，分層。取上層清液100μL，正己烷定容到1 mL。用0.45μm濾膜過濾后上機測試。

氣相色譜條件：色譜柱為HP-88 Agilent（100 m×0.25 mm×0.20μm），進樣口溫度290℃，載氣為He，流速1.0 mL/min，不分流。

質譜條件：離子源溫度280℃，傳輸線溫度280℃，溶劑延遲5 min，掃描范圍為30～400 amu；離子源為EI源，70 eV。

升溫程序：初始溫度100℃保持13 min，以10℃/min升溫至180℃保持6 min，以1.5℃/min升溫至192℃保持6 min，再以3.5℃/min升溫至240℃保持4 min。

1.3.4 色價 采用《GB 1886.34—2015食品添加劑辣椒紅》的方法。準確稱取一定量的試樣（視試樣色價高低進行適當調整，精確至0.0002 g），用丙酮稀釋至100 mL容量瓶中，再精確吸取10 mL稀釋至100 mL，用分光光度計在460 nm波長處、用丙酮作參比液、于1 cm比色皿中測定其吸光度。根據以下公式計算其色價。

式中：A為實測試樣溶液的吸光度；f為稀釋倍數；m為試樣質量（g）；100為換算系數。試樣結果以平行測定結果的算術平均值表示。

1.3.5 相關理化指標 對純化前后的辣椒油樹脂分別進行相關理化指標測定?？偡雍堪凑崭Ａ址臃y定；碘值按照《GB/T 5532—2008動植物油脂碘值的測定》進行；酸值按照《GB5009.229—2016食品中酸價的測定》進行；皂化值按照國標《GB/T 5534—2008動植物油脂皂化值的測定》進行；過氧化值按照國標《GB5009.227—2016食品中過氧化值的測定》進行。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2016軟件進行數據分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 95%食用乙醇用量的確定 如圖1所示，隨著95%食用乙醇用量增加，純化辣椒油樹脂得率呈先上升后下降趨勢，在95%食用乙醇用量（料液比）為1∶4時得率最高，為83.84%，這可能是因為溶劑增大了傳質效率而提高得率［11］，但過多溶劑會溶出更多雜質而降低得率。辣椒素含量隨95%食用乙醇用量的增加也呈先升高后降低趨勢，在料液比為1∶3時含量最高，為36.36 g/kg?？紤]到料液比為1∶3和1∶4時得率相差不大，且辣椒素含量為辣椒油樹脂的重要指標，故選擇最佳95%食用乙醇用量（料液比）為1∶3。

圖1 95%食用乙醇用量對純化辣椒油樹脂得率 和辣椒素含量的影響

2.1.2 萃取次數的確定 如圖2所示，隨著萃取次數增加，純化辣椒油樹脂得率及辣椒素含量均呈先上升后下降趨勢，均在萃取4次時最高，分別為83.67%、37.15 g/kg。故選擇最佳萃取次數為4次。

圖2 萃取次數對純化辣椒油樹脂得率 和辣椒素含量的影響

2.1.3 萃取溫度的確定 如圖3所示，隨著萃取溫度升高，純化辣椒油樹脂得率呈先上升后降低趨勢，在45℃時最大，為84.68%，這可能是因為萃取溫度升高有利于增強油脂在流體中的溶解度，提高得率［12］。辣椒素含量也隨萃取溫度升高先升后降，45℃時最高，為37.77 g/kg，這可能是因為溫度升高加快分子運動，而升溫到一定程度時分子運動達到平衡［13］。故選擇最佳萃取溫度為45℃。

圖3 萃取溫度對純化辣椒油樹脂得率 和辣椒素含量的影響

2.2 正交試驗結果分析

由表2可知，各因素對純化辣椒油樹脂得率的影響為萃取溫度＞95%食用乙醇用量＞萃取次數，對辣椒素含量的影響為95%食用乙醇用量＞萃取溫度＞萃取次數。由方差分析（表3、表4）可知，萃取溫度對得率具有極顯著性影響（P＜0.01），95%食用乙醇用量對得率和辣椒素含量都具有顯著影響（P＜0.05）。由正交試驗K值可知，得率和辣椒素含量的最優組合都為A3B2C2，即選擇萃取溫度50℃，95%食用乙醇用量（料液比）1∶3，萃取4次，在此條件下驗證試驗，最終結果為：得率為85.89%，辣椒素含量為38.61 g/kg。但主要指標辣椒素含量低于A3B2C1組合，因此最終選擇A3B2C1為最佳組合，即選擇萃取溫度50℃，95%食用乙醇用量1∶3，萃取3次。在此條件下，得率為85.75%，辣椒素含量為39.9147 g/kg。

表2 正交試驗結果

表3 得率方差分析

表4 辣椒素方差分析

2.3 辣椒素含量對比

本試驗選取的自培育辣椒品種H21辣椒素含量為16.81 g/kg，辣度高達259264.82 SHU（表5），遠超常用加工辣椒品種，如小米椒（50000 SHU）、朝天椒（40000 SHU）、角椒（12000 SHU）、黃皮尖椒（12000 SHU）、線椒（10000 SHU）［14］、四川二荊條（6000 SHU）［15］等；辣椒油樹脂粗品辣度達到454294.79 SHU，經純化后辣椒素含量和辣度均有所提高。

表5 辣椒原料及辣椒油樹脂中辣椒素含量對比

2.4 脂肪酸含量對比

2.4.1 脂肪酸標準品的GC-MS分析 圖4顯示，混合標準品中各種脂肪酸甲酯分離良好，各組分之間相互不干擾，達到定量分析的要求［16］。

圖4 脂肪酸甲酯混合標準總離子流GC-MS圖譜

2.4.2 樣品中脂肪酸GC-MS測定結果 如表6所示，純化前的辣椒油樹脂所含9種主要脂肪酸中亞油酸（C18∶2n6c）的含量最多，為56.973 g/kg，其次為棕櫚酸（C16∶0），為12.189 g/kg。純化后的辣椒油樹脂所含9種主要脂肪酸中亞油酸（C18∶2n6c）的含量最多，為221.948 g/kg；其次為油酸（C18∶1n9c），為69.752 g/kg。說明純化后的辣椒油樹脂不飽和脂肪酸含量增多，包括單不飽和脂肪酸（MUFA）和多不飽和脂肪酸（PUFA）［17，18］，因此營養價值更高。

表6 純化前后的辣椒油樹脂中脂肪酸含量測定結果

2.5 理化指標對比

由表7可知，純化后的辣椒油樹脂色價減小，總酚、過氧化值、皂化值、酸價和碘價升高，但均在《GB2716—2018食品安全國家標準植物油》范圍內。辣椒油樹脂經過純化去雜后顏色變淺、澄清透亮，色價變小，這與邢學輝［19］的研究結果一致。酸價能間接表明油脂中游離脂肪酸含量高低，是評價油脂品質優劣的重要指標［20］，也是后續油脂精煉脫酸中確定加堿量的主要依據。過氧化值是評價植物油脂氧化酸敗的重要指標［21］，是油脂氧化初期常采用的評價手段，通常過氧化值越高，油脂氧化酸敗越嚴重，油脂品質越差。本試驗結果表明，純化前后辣椒油樹脂的酸價和過氧化值分別為1.37±0.08、1.81±0.04 mg/g和0.17、0.96 g/kg，均符合《GB2716—2018食品安全國家標準植物油》的質量要求。

表7 純化前后的辣椒油樹脂理化性質對比

3 討論與結論

本研究選取辣度較高的辣椒品種提取辣椒油樹脂，利用食用油和95%食用乙醇萃取的方法進行純化，通過單因素和正交試驗確定最佳純化工藝為：95%食用乙醇用量（料液比）1∶3、萃取溫度50℃、萃取3次，純化辣椒油樹脂得率為85.75%，辣椒素含量為39.9147 g/kg。純化后的辣椒油樹脂產品色澤較淺、透亮，流動性好，色價降低，辣椒素含量和辣度提高，總酚含量增多，過氧化值、皂化值等都在食品安全國家標準范圍內。

純化后的辣椒油樹脂中不飽和脂肪酸尤其是油酸、亞油酸含量增多。亞油酸為必需脂肪酸［22］，可維持血脂的代謝平衡［23］，用于預防和治療動脈粥樣硬化、高血壓、心肌梗死等疾?。?4］，還具有降膽固醇［25］、提高人體免疫力等功能［26］，可調節心臟功能，增強記憶力和思維能力［27］，延緩衰老和免疫功能衰退等［28］。說明純化后的辣椒油樹脂具有更好的保健作用和食用價值。但純化工藝對辣椒油樹脂中多不飽和脂肪酸的提升機制需要進一步研究。

本試驗可為開發辣椒及辣椒油樹脂功能性食品、食品添加劑、食品調味料等提供理論基礎，促進辣椒資源的可持續開發利用。