辣椒红色素的提取方法及应用的研究进展

魏雅雯,靳玲侠

(1.长安大学杂志社，西安 710064；2.陕西理工大学 化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001)

辣椒红色素的提取方法及应用的研究进展

魏雅雯1*,靳玲侠2

(1.长安大学杂志社，西安 710064；2.陕西理工大学 化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001)

辣椒红色素是一种天然食用色素，在食品、医药、化妆品和饲料等领域有着广泛的应用价值。如何发展操作简便、成本低、提取率高的提取方法，并有效地利用辣椒红色素一直是天然产物化学研究的热点问题。综述了近几年从辣椒中提取辣椒红色素的研究成果和辣椒红色素的应用现状，旨在为辣椒红色素的研究与利用提供基础的资料和理论依据。

红辣椒；辣椒红色素；提取方法；应用

辣椒又名番椒、海椒、辣茄、辣子等，是茄科辣椒属一年生草本植物，原产于中拉丁美洲，明末传入中国。据统计数据，在中国辣椒每年的种植面积约为2000万亩，位列各类蔬菜中的第二位，其年产值可高达700亿元，具有非常高的经济效益[1]。

辣椒红色素又称为辣红素、椒红素，可直接从成熟的红辣椒中提取。辣椒红色素是一种天然食用红色素，安全、无毒副作用，被认为是最好的A类红色素。辣椒红色素不是单一化合物，而是混合物，其主要成分有辣椒红素、辣椒玉红素、玉米黄质等，成品是深红色黏性油状液体，有辣味，无不良气味，水溶性差，可溶于非极性溶剂，如丙酮、氯仿、正己烷、乙醇等有机溶剂[2]。辣椒红色素中的辣椒红素、辣椒玉红素、玉米黄质等皆为类胡萝卜素，可在人体内转化为维生素A并被人体吸收。我国辣椒资源丰富，开发从红辣椒中提取辣椒红色素工艺具有广泛的应用前景。

1 辣椒红色素的提取方法

从红辣椒中提取辣椒红素的方法主要有油溶法、溶剂法、超声波溶剂提取法、微波辅助提取法、酶提取法、超临界CO2提取法、亚临界水萃取法等。

1.1 传统提取方法

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，浸提辣椒中的辣椒红色素，在后处理中不能有效分离油与辣椒红色素，难以得到纯品，且产品收率较低，在实际生产中难以推广[3]。

1.1.2 有机溶剂提取法

溶剂提取法是根据辣椒红色素的溶解性能，利用有机溶剂直接浸提辣椒粉末，之后经过进一步分离纯化即可得到辣椒红色素的方法。方樟彩等[4]用正己烷为提取溶剂，60 ℃回流搅拌3.5 h，液固比为5∶1，提取2次，可得到辣椒红色素粗产品，并采用红黄色素比值(R/Y)法进行辣椒红色素品质的评价(式1)。为了进一步得到精制的辣椒红色素，该研究以60%乙醇为萃取剂，按照辣椒红色素正己烷溶液(原料液)与萃取剂比例为4∶1进行液-液萃取，室温下萃取1 h，即可获得色价为87.3的辣椒红色素。

(1)

式中：R为辣椒红色素中红色素的浓度；Y为辣椒红色素中黄色素的浓度；A472，A508分别为待测溶液在472，508 nm处的吸光值。

汤秀华[5]在综合评价溶剂、时间、温度、料液比和辣椒目数等影响因素的基础上，以吸光度为评价指标，提出了辣椒中辣椒红色素的最佳提取条件：辣椒粉为60目，95%乙醇为溶剂，料液比为1∶7(g/mL)，60 ℃提取2 h，该方法的吸光度可达到0.718。该研究由正交试验得出，在影响辣椒红色素提取效果的各因素中，料液比影响最大，其次为提取时间、提取温度。

冯晶晶等[6]以异丙醇为提取溶剂，通过筛选提取时间、温度、料液比等因素，得出在提取辣椒红色素的工艺中，异丙醇作为溶剂优于95%乙醇的结论。作者同时也指出，尽管异丙醇作为提取溶剂有一定的优越性，但是在提取过程中提取液会有明显分层现象，其具体成分尚不明确。

利用有机溶剂提取辣椒中的辣椒红色素工艺简单，操作简便，但是使用该方法时料液比往往较大，制得的产品中易存在溶剂残留，产品纯度较低，并且有机溶剂并不能完全浸提辣椒中的辣椒红色素，生产效益有待提高。

1.2 现代提取方法

1.2.1 超声波辅助提取法

超声波辅助提取是利用超声波所产生的空化效应、机械效应和热效应，使溶剂能够迅速进入固体物质中，将其中所含的化学成分快速、高效地提取出来的一项技术[7]。

王博等[8]应用超声波辅助技术对辣椒红色素进行提取，试验采用Box-Benhnken组合试验和响应面分析法，在以无水乙醇作为提取溶剂基础上，对提取时间、超声功率、时间和料液比进行了单因素试验，得出当超声波功率为600 W，料液比为1∶12(W/V)，提取时间为30 min，温度为50 ℃时为最优提取条件，在此条件下，辣椒红色素的提取率可达10.68%。

邓祥元等[9]采用超声波辅助法，通过单因素试验和正交试验设计综合考察并优化了辣椒红色素提取过程中的各个影响因子，得到的最佳提取工艺为：提取溶剂为丙酮，料液比为1∶8(g/mL)，超声温度和时间分别为35 ℃，30 min，在该条件下得到的辣椒红色素色价可达139.4。在该研究中，辣椒红色素色价的测定依据GB 10783-1996[10]，以丙酮为参比液，根据式2计算色价。

(2)

王疆龙[11]采用超声波辅助方法，固定正己烷为辣椒红色素提取溶剂，使用响应面分析方法，通过单因素试验对提取工艺进行了筛选，结果表明：当固液比为1∶5，超声功率、温度和时间分别为120 W，70 ℃和30 min时，辣椒红色素的吸光值为0.786。

与传统的溶剂提取法相比，超声波辅助提取法提取率高，提取时间短，产品纯度高，操作工艺简单，设备维护、保养方便，是一种实现高效、节能、环保式提取的现代高新技术手段。

1.2.2 微波辅助提取法

微波是指频率在0.3～300 GMHz的电磁波。微波辅助提取法是利用电磁场的作用使固体或半固体物质中的某些有机物成分与基体有效地分离，并能保持分析对象的原本化合物状态的一种分离提取方法。

李瑞丽等[12]利用微波辅助提取辣椒中的辣椒红色素，并通过单因素试验和正交试验优化了提取工艺，即先以料液比1∶5(g/mL)的条件加入干辣椒粉与蒸馏水，在750 W的微波功率条件下进行破壁8 min，之后加入适量95%乙醇，在40 ℃条件下浸提2 h，浸提1次的辣椒红色素收率可达1.646%。

邓祥元等[13]利用微波辅助法提取辣椒红色素，并通过单因素试验和响应面试验进行了反应中各个影响因素的分析，结果表明：以丙酮为溶剂，温度为42 ℃，微波功率为105 W时提取2 min，辣椒中辣椒红色素的提取率可以达到最高，所得产品的吸光度为0.631。

刘立业等[14]采用微波辅助法提取辣椒红色素，并应用单因素试验和正交试验对反应条件进行了筛选，结果表明：当提取溶剂为95%乙醇，料液比为6∶1(g/mL)，微波功率为300 W，55 ℃条件下提取2次，提取时间均为15 min时，产物的色价约为73.27。

微波辅助提取法极大地缩短了辣椒红色素的提取时间，并且工艺简单，操作性和稳定性均较好，具有很大的应用前景。

1.2.3 酶辅助提取法

酶辅助提取法是指通过合适的酶将细胞壁结构水解或破坏，以加速细胞内活性物质的释放，从而提高目标产物提取率的一种新型提取方法[15]。

周旭章等[16]使用自己培养的MX酶对在pH为8条件下对已脱辣的辣椒红色素粗品进行脱脂，可在原来基础上将色价提高1倍。

郭庆义[17]在鲜辣椒中加入含有大量酶的青贮剂，在18～34 ℃条件下青贮发酵10天后烘干、粉碎，用正己烷作为萃取剂，得到的产物色价为10.8，而与之对照的未经酶处理的直接烘干样品和自然晒干样品的色价分别仅为6.281，5.155，研究还表明随着青贮发酵时间的延长，辣椒红色素的色价还会继续增长。

肖文中等[18]申请了关于生物酶辅助提取辣椒红色素和辣椒碱的专利。在该专利中，原料首先用生物复合酶处理，具体做法为：配制浓度为0.1%～0.3%的生物复合酶溶液，加入20～40目的干红辣椒粉，38～42 ℃条件下避光发酵1～2 天，过滤所得的滤渣即为经过酶初步处理过的产品，将其晾干或烘干再进行有机溶剂提取，最后经柱层析分离和重结晶，可同时得到精制的辣椒红色素和辣椒碱，实例证明得到的辣椒红色素色价最高为222，辣椒碱的总碱含量最高为96.34%。专利中所使用的生物复合酶主要有脂肪酶、纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶等，可以溶解细胞壁，帮助目标产物更好地渗透出来。

酶辅助提取辣椒红色素的技术具有多重优势，如反应专一性强，反应条件温和，过程容易控制，产物提取率明显提高等[19]。但是，生物酶价格较高，而且在不合适的环境下很容易丧失生物活性，大大制约了酶在辅助提取天然产物中的应用。

1.2.4 超临界CO2提取法

超临界流体是指温度和压力均高于其临界点，介于气体和液体之间的流体，最常用的是超临界CO2，其临界温度为31.06 ℃，临界压力为7.38 MPa。超临界CO2对某些特殊天然产物具有特殊溶解性，其溶解能力与密度相关，因此，利用压力和温度对超临界CO2溶解能力的影响可以将其广泛地应用于生物活性物质和天然药物的提取[20]。

Jaren-Galan等[21]应用超临界CO2提取辣椒红色素，并对提取压力、助溶剂、提取是否连续等因素进行了考察。结果表明：以1%的乙醇或丙酮为助溶剂，提取过程分两步：第一阶段超临界CO2的提取压力为2000 psi，此时可将辣椒中的大部分酯类物质除去，第二阶段将压力提高为6000 psi或7000 psi，可高收率得到辣椒红色素。

王玉琪等[22]先根据溶剂提取法以石油醚为溶剂浸提红辣椒粉可得到含有辣椒红色素的粗品，再以该粗品为原料，应用超临界CO2提取其中的辣椒红色素。该研究对超临界CO2提取过程中涉及的压力、温度、时间、装料系数等进行筛选，得出以超临界CO2提取辣椒红色素，在装料系数为0.7，萃取压力为20 MPa，温度为35 ℃条件下萃取6 h时，产物的色价最高可达320，产物中正己烷的残留低于0.001%，有机溶剂残留不超过0.002%，辣椒素含量不超过0.4%，全部优于国家标准。

超临界CO2提取法是一种清洁、高效的提取分离技术，具有提取溶剂成本低，产品纯度高，溶剂残留少，提取条件温和，操作简便等优点，已在生物活性物质和天然药物的提取中得到充分的应用，但是，该技术需要的设备成本较高，工业化程度有限。随着人们环保意识的增强和科技的发展，超临界CO2提取法这种绿色技术的工业化必将能够得到实现。

1.2.5 亚临界水萃取法

水的临界压力是22 MPa，临界温度是374 ℃，亚临界水是指在一定的压力下，将水加热到100～374 ℃时，仍然能够保持在液体状态的水，又称超加热水、高压热水或热液态水。亚临界状态下水的微观结构已发生了较大的变化，因此其物理、化学特性与常温常压下的水在性质上有较大差别[23,24]。亚临界水萃取是指通过控制亚临界水的温度和压力，使水的极性、表面张力和黏度等在较大范围内变化，从而实现天然产物中有效成分从水溶性成分到脂溶性成分的连续提取，并可实现选择性提取[25,26]。此外，由于亚临界水萃取是以价廉、无污染的水作为萃取剂，因此，亚临界水萃取技术被视为绿色环保、前景广阔的一项变革性技术。

王洪等[27]在单因素试验基础上，采用正交试验确定了亚临界水萃取法提取辣椒红色素的条件，应用分光光度法确定辣椒红色素提取率(式3)。试验确定的最优萃取工艺条件为：亚临界水温度120 ℃，萃取压力0.8 MPa，萃取时间2 h，料液比10∶1(mL/g)，水溶液pH为5，在此条件下，辣椒红色素的提取率约为2.46%。在该试验中，将亚临界水萃取法与水浸提法、超声提取法进行了比较，发现亚临界水萃取法的时间短、提取率高，明显优于其他两种提取方法。

(3)

式中：A为最大吸收波长处的吸光度；V为最终体积，mL；DF为稀释倍数；M为样品质量，g；98.2为消光系数。

2 辣椒红色素的应用

2.1 食品

辣椒红色素色泽鲜明，光亮度好，性质稳定，着色均匀，且安全、无毒副作用，用于食品添加剂不仅可以增色，对于人体来说还可以增加类胡萝卜素的摄入。王明轩等[28]将辣椒红色素与一定量的去味剂和乳化剂混合，分别加入饮料、糖果和果冻中，发现辣椒红色素着色均匀，色泽鲜艳，亮度好，且无异味，适于糖制品的制作。

张甫生等[29]对比了辣椒红色素、甜菜红色素、胡萝卜红色素3种色素在仿真食品中的表现，发现辣椒红色素不仅较为耐酸、耐碱、耐光、耐热，其保质期、保色效果等亦为最优，可以有效解决食品加工过程中的褪色问题，延长食品的货架期。

张志强等[30]将辣椒红色素加入酸奶和布丁中，发现辣椒红色素在食物中的着色很好，且随着时间的延长，食物颜色无明显变化，稳定性较好。

2.2 医药

天然食用色素已经应用于各种片剂、液体口服液、药丸、药片外衣等的着色。王明轩等按照辣椒红色素：95%乙醇∶聚山梨酯-80∶70%单糖浆为0.5∶3∶1∶100～30的比例制备有色糖浆，然后对强力银翘片素片包糖衣，结果表明将辣椒红色素作为糖衣片的着色剂色泽鲜艳明快，着色均匀，性质稳定。

Maoka等[31]通过体外试验，以淋巴瘤细胞(Raji cell)中的Epstein-Barr病毒为测试目标，发现辣椒红色素及其衍生物具有抗肿瘤活性；该研究还进行了大鼠活体试验，发现辣椒红色素及其衍生物可以有效地对抗大鼠皮肤瘤。

2.3 化妆品

作为天然可食用色素，辣椒红色素用作化妆品中的添加剂不仅颜色宜人，而且无任何毒害作用。李晓霞等[32]对辣椒红色素作为添加剂在化妆品中所涉及到的各项影响因素进行了考察，包括温度、溶解度、光照、溶液酸碱度、还原剂(抗坏血酸)、氧化剂(H2O2)、金属离子、防腐剂(G-Plus)、香精(香兰素)、乳化剂(吐温-80)和UVA/UBV光保护剂(丁基甲氧基二苯酰和甲烷辛基甲氧基肉桂酸辛酯)等，结果表明：辣椒红色素在非极性溶剂中的稳定性较好，pH在4～11之间时性质稳定，对热不敏感，但在太阳光下不稳定，化妆品中的添加剂如防腐剂、氧化剂和香精等的影响不大，还原剂、乳化剂和光稳定剂等更是对其稳定性有帮助，通过配制金属盐溶液考察了金属离子对辣椒红色素的潜在影响，发现Na+，K+，Ca2+和Zn2+无影响，而Al3+，Cu2+，Ba2+，Mg2+和Pb2+等会影响辣椒红色素的稳定性。同时，该研究还对化妆品制备工艺对辣椒红色素的影响进行了初步探讨，研究认为在O/W乳化体系中，应先将辣椒红色素均匀分散于油相体系之后再进行乳化，该工艺直接影响到辣椒红色素的稳定性。

2.4 饲料

随着研究的深入，研究人员注意到在饲料中添加天然色素不仅可以改善畜产品外在感官性状，还可能参与动物体内的某些生理活动，比如清除体内自由基，抗氧化和参与免疫应答反应等，但是这些天然色素并不能由动物自身合成，只能由外界摄入[33]。

李晓双[34]对辣椒红色素分别进行物理改性和化学皂化处理，研究表明经皂化处理的产品更稳定且更易被动物吸收。陈继发等[35]对216只健康商品蛋鸡分组，分别喂食添加了不同含量辣椒红色素的饲料，发现辣椒红色素对蛋黄色泽有明显提高，且辣椒红色素添加量越多，蛋黄色泽提高越多，同时辣椒红色素的添加对蛋鸡的产蛋性能及鸡蛋的其他常规品质均无负面影响。

3 前景展望

中国辣椒资源丰富，分布广，是世界上辣椒出口大国之一，但对辣椒深加工产品的开发尚有待完善。辣椒红色素是一种安全无毒且具有一定营养价值的天然食用色素，可从成熟的红辣椒中直接提取。在辣椒红色素的提取开发上，传统的有机溶剂提取法工艺简单、操作简便、设备便宜，但是提取率低，生产效益有待提高；现代发展的超声波辅助提取法、微波辅助提取法、酶辅助提取法、超临界CO2提取法、亚临界水萃取等高效提取技术在辣椒红色素等天然产物的提取中具有提取能力强、设备简单、产物品质好、提取率高等优点，但是工业化程度均不高。辣椒红色素性质稳定，着色均匀，用作食品、饲料添加剂不仅可以增加外观品质，还具有一定的生理作用，同时辣椒红色素及其部分衍生物也是纯天然的抗肿瘤药物，值得大力研究。如何更好地对辣椒红色素进行提取以及其综合开发利用有待人们进一步研究和探讨。

[1]中国辣椒种植网.年产值700亿！我国辣椒种植重要产区简介[EB/OL].http://www.ljzzw.com/article-181.html,2016-12-24.

[2]曹雁平,刘玉德．食品调色技术[M]．北京：化学工业出版社，2003．

[3]史兰香，赵全海，冯美卿，等．辣椒红素的应用及提取工艺评述[J].河北轻化工学院学报，1998，19(2)：77-79．

[4]方樟彩，徐国华，钱超，等.辣椒红色素制备新工艺研究[J].高校化学工程学报,2012,26(1):105-111.

[5]汤秀华.溶剂萃取法提取辣椒中的红色素研究[J].中国调味品，2013，38(4)：87-89.

[6]冯晶晶,钱文娟,李伟.异丙醇提取辣椒红色素的工艺研究[J].现代农业科技，2015(22):291-293.

[7]胡爱军，郑捷．食品超声技术[M]．北京：化学工业出版社，2013.

[8]王博，王建中，赵良成，等.超声波提取辣椒红色素工艺的响应面法优化[J].中国农学通报，2008，24(6)：96-101.

[9]邓祥元，刘约翰，高坤，等.超声波辅助提取辣椒红色素的工艺研究[J].食品研究与开发，2013，34(6)：25-29.

[10]GB 10783-1996，食品添加剂 辣椒红[S].

[11]王疆龙.红辣椒中辣椒红色素的提取工艺研究[D].石河子：石河子大学，2015.

[12]李瑞丽，李晓，冯佳.微波辅助提取辣椒红色素的工艺研究[J].食品工程，2009(2)：19-22.

[13]邓祥元，刘约翰，高坤，等.响应面法优化微波辅助提取辣椒红色素的工艺研究[J].江西农业大学学报，2012，34(2)：382-387.

[14]刘立业，钟方丽，娄大伟，等.微波辅助法提取辣椒红色素工艺研究[J].辽宁化工，2015，44(11)：1300-1302.

[15]Munish P,Deepika S,Barrow C J.Enzyme-assisted extraction of bioactives from plants[J].Trends in Biotechnology,2011,30(1):37-44.

[16]周旭章，魏开华，周海龙.辣椒红色素精制工艺的研究[J].林产化工通讯，1996(6)：9-11.

[17]郭庆义.微生物保存与酶水解技术在提取辣椒色素方面的应用[A].中国食品添加剂和配料协会着色剂专业委员会2008年年会论文集[C].昆明，2008.

[18]肖文中，胡亮亮.一种生物酶处理提取分离辣椒红色素和辣椒碱的工艺[P].中国专利：CN 103073915 A,2013.

[19]Shen L Q,Wang X Y,Wang Z Y,et al.Studies on tea protein extraction using alkaline and enzyme methods[J].Food Chemistry,2008,107(2):929-938.

[20]白亮，陶永清，肖传作，等.超临界CO2萃取天然产物的应用现状[J].中国酿造，2015，34(5)：16-20.

[21]Jaren-Galan M,Nienaber U,Schwartz S J.Paprika (Capsicumannuum) oleoresin extraction with supercritical carbon dioxide[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1999,47(9): 3558-3564.

[22]王玉琪，陈开勋，姚瑞清.超临界萃取法制备辣椒红色素[J].化学工程，2008，36(8)：9-12.

[23]陈赟,田景奎,程翼宇.中草药挥发油提取新技术亚临界水萃取[J].化学工程,2006,34(8):59-62.

[24]Li B,Yang Y,Gan Y,et al.On-line coupling of subcritical water extraction with high-performance liquid chromatography via solid-phase trapping[J].Journal of Chromatography A,2000,873(2):175-184.

[25]Hartonen K,Inkala K,Kangas M,et al.Extraction of polychlorinated biphenyls with water under subcritical conditions[J].Journal of Chromatography A,1997,785(1-2):219-226.

[26]Yamaguchi T.Structure of subcritical and supercritical hydrogen-bonded liquids and solutions[J].Journal of Molecular Liquids,1998,78(1-2):43-50.

[27]王洪,徐曼旭.辣椒红色素亚临界水萃取工艺的优化[J].中国调味品,2016,41(12):122-125.

[28]王明轩，赵淑琳.辣椒红色素在医药和食品业中的应用[J].西北大学学报(自然科学版)，1995，25(6)：645-647.

[29]张甫生，庞杰，李文东.辣椒红色素在仿真食品中的应用[J].食品与机械，2002(5)：34-35．

[30]张志强，江英，田丽萍.辣椒红色素的稳定性及在食品中的应用研究[J].中国调味品，2006(4)：32-35.

[31]Maoka T,Mochida K,Kozuka M,et al.Cancer chemopreventive activity of carotenoids in the fruits of red paprikaCapsicumannuumL.[J].Cancer Letters,2001,172(2):103-109.

[32]李晓霞，蒋林，王德友，等.辣椒红色素在化妆品中的稳定性研究[J].日用化学品科学，2011，34(11)：21-25.

[33]张桂国，杨在宾.饲料中的天然色素类物质在动物营养中的应用研究进展[J].山东畜牧兽医,2008(S)：28-33.

[34]李晓双.辣椒红色素的改性及在饲料中的应用研究[J].饲料研究，2001(4)：20-22.

[35]陈继发，韩召，曲湘勇.辣椒红素对蛋鸡生产性能和蛋品质的影响[J].中国家禽，2016，38(21)：34-37.

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 *通讯作者

中央高校基本科研项目(310850160322)；国家自然科学基金项目(21603133)；陕西省教育厅专项科研基金项目(16JK1134)

魏雅雯(1984-)，女，陕西渭南人，博士，主要从事绿色催化、天然产物化学方面的研究。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.08.031

1000-9973(2017)08-0142-06