辣椒红色素提取工艺优化与分析研究

杜苏萌 马文亮 贾子昌 邹承鹰

（太原工业学院环境与安全工程系，山西太原 030008）

辣椒红色素是当前世界上使用范围最广泛的天然色素之一，得到绝大多数消费者认可，被世界卫生组织和联合国粮农组织认定为A类食用色素。辣椒红色素在各个方面应用广泛，其着色能力较强，在一些科学技术比较先进的国家，如俄国、美国、法国、日本等国家，将辣椒红色素作为红色素的主要色素。在国内，辣椒红色素被广泛运用在化妆品、医药、防辐射、调味品、烘焙食物染色剂等着色等方面。近年来，辣椒红色素的提取工艺取得很大进展，比较成熟的提取方法有机溶剂法、油溶法、微波法、超声波辅助以及超临界CO2萃取法等，这几种方法都各有优缺点，因此在选择提取方法时，要根据自生条件以及提取目的确定最优提取方法。将来的研究方向是在已有方法的基础上努力拓展发现新的提取方法，增大辣椒红色素的提取效率，减小投资成本，另外还需要培育新的色素含量较高的红辣椒品种。本文以太原市郊区生产的辣椒作为原材料提取红色素，旨在为辣椒红色素的优化提取提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

干红辣椒，购于超市，经粉碎、过筛后制成红辣椒粉。

甲醇、无水乙醇，天津市申泰化学试剂有限公司；丙酮、石油醚，天津市天大化工实验厂。

电热恒温干燥箱、高速万能粉碎机，北京中兴伟业仪器有限公司；752紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；水浴锅，上海天平仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 椒红素最大吸收波长确定

取0.1 g辣椒红标准品溶于50 mL的无水乙醇，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。用无水乙醇做空白对照，测量不同波长下辣椒红溶液的吸光度。选择合适的波长梯度，确定最大吸收波长，绘制最大吸收波长图，结果如图1所示。

图1 椒红素最大吸收波长确定

从图1可以看出，该试验所用辣椒红色素的最大吸收波长在514 nm处。

1.2.2 椒红素的标准曲线绘制方法

辣椒红色素标准溶液(辣椒红标准品辣椒红的含量为85%)的配制：设置浓度梯度为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。分别取相应质量的辣椒红标准品，如0.002 g，用乙醇稀释到25 mL后，取0.3 mL溶液于比色管中并用乙醇定容到25 mL，用无水乙醇做空白对照，将紫外可见分光光度计的紫外光调到514 nm处，测出辣椒红色素各质量浓度的吸光度，绘制标准曲线，如图2所示。

图2 椒红素标准曲线

该标准线所确定的质量浓度与其所对应吸光度的关系为：C=（A+0.0187 9）/0.0348 8（R2=0.997 74）。

1.2.3 辣椒粉的脱辣处理方法

将辣椒粉和NaOH溶液按1∶10（g∶mL） 的比例混合后，如称取1 g辣椒粉，加入10 mL质量浓度为15%的NaOH脱辣液，在60℃下脱辣1.5 h。

1.2.4 椒红素提取率计算方法

其中：C——辣椒红色素的质量浓度，μg/mL；

V——提取溶液的总体积，mL；

M——提取时所用的干辣椒质量，μg。

2 结果与分析

2.1 单因素试验优化提取工艺

无水乙醇和石油醚对辣椒红色素的提取效率较高。在索氏提取器中用石油醚提取时圆底烧瓶中的液体较为浑浊，远不如用无水乙醇、甲醇、丙酮做提取剂时提取效果好，色泽鲜亮，而乙醇的提取效率较高，故选用乙醇做提取剂。分析乙醇体积分数、回流次数、料液比、回流温度4个因素对辣椒红色素的影响。

2.1.1 乙醇体积分数对椒红素提取率的影响

料液比为1∶40，分别将体积分数为80%、85%、90%、95%、100%的乙醇溶液100 mL倒入索氏提取器的圆底烧瓶中，将水浴锅的温度调至100℃，分别吸取不同体积分数乙醇回流2次后的溶液1 mL于比色管中稀释至25 mL，用无水乙醇做空白对照测定溶液的吸光度，测定结果见图3。

图3 乙醇体积分数对椒红素提取率的影响

从图3可以看出，当乙醇体积分数的范围控制在80%～100%之间时，辣椒粉中椒红素的提取效率随乙醇浓度的升高而增大，故用无水乙醇做提取剂时，提取效果最好。

2.1.2 回流次数对椒红素提取率的影响

将回流次数分别定为3次、4次、5次、6次、7次5个水平。确定料液比为1∶40，即用分析天平称取2.5 g辣椒粉装入滤纸筒，放入索氏提取器中。量取100 mL天水乙醇倒入索氏提取器的圆底烧瓶中，将水浴锅的温度调至100℃，分别吸取回流3次、4次、5次、6次、7次后的溶液1 mL于比色管中稀释至25 mL，用无水乙醇做空白对照测定溶液的吸光度，测定结果见图4。

图4 回流次数对辣椒红色素提取效率的影响

从图4可以看出，随着回流次数增多辣椒红色素提取率增高，在回流次数为6次时，从干辣椒中提取出来的红色素提取率最高。

2.1.3 料液比对椒红素提取率的影响

将料液比定为 1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45，即无水乙醇100 mL，辣椒粉的质量分别为4.00 g、3.33 g、2.85 g、2.50 g、2.22 g。折 5 个滤纸筒，分别将称好的辣椒粉放入滤纸筒中，用少量棉花封口，将滤纸筒放入索氏提取器中，注意滤纸筒的高度不得高于支管口。将100 mL无水乙醇倒入索氏提取器的圆底烧瓶中，将水浴锅温度调至100℃，用无水乙醇做空白对照，回流2次后吸取1 mL溶液于比色管中稀释至25 mL，测定溶液的吸光度，测定结果见图5。

图5 不同料液比对辣椒红色素提取率的影响

从图5可以看出，当料液比在1∶25～1∶45之间时，干辣椒中红色素的提取效率先随料液比的增大而增大，超过一定的限度后，随着料液比的增大提取效率反而下降，料液比为1∶40时提取效率较高。

2.1.4 回流温度对椒红素提取效率的影响

设定回流温度分别为80℃、85℃、90℃、95℃、100℃5个水平。确定料液比为1∶40，即称取2.5 g辣椒粉装入滤纸筒，放入索氏提取器中，量取100 mL无水乙醇倒入索氏提取器的圆底烧瓶中，将水浴锅的温度分别设定为80℃、85℃、90℃、95℃、100℃，分别吸取不同温度下回流2次后的溶液1 mL于比色管中稀释至25 mL，用无水乙醇做空白对照，测定溶液的吸光度，测定结果见下页图6。

从图6可以看出，当温度范围设置在80℃～100℃之间时，干辣椒中红色素的提取率先随回流温度的增大而增大，超过一定的温度限度后，随着回流温度的增大，提取效率反而下降，当回流温度90℃时，提取效率最高。

图6 回流温度对椒红素提取率的影响

2.2 正交试验优化提取工艺

在单因素试验的基础上，采用L9（34）正交试验来确定最佳提取条件，正交试验设计见表1，试验结果见表2。

表1 正交试验水平因素设计

表2 辣椒红色素提取率影响因素的正交试验结果

从表2可以看出，各因素对试验结果的影响大小为：回流温度>回流次数>料液比>乙醇体积分数。从表中可以看出提取效率最高的组合为A2B3C2D3，即：乙醇体积分数95%，回流次数5次，回流温度95℃，料液比1∶50时，提取效率最高，此条件即为提取干辣椒中红色素的最优提取工艺条件。

2.3 正交试验结果验证

在提取条件为乙醇体积分数95%，回流次数5次，回流温度95℃，料液比1∶50下，做3组平行试验，结果表明，3组试验结果均大于等于正交试验表中的最大吸光度，故正交试验结果正确。

3 结论

本试验主要运用索氏提取法将辣椒红色素从干辣椒中提取出来，以乙醇提取分数、回流次数、回流温度、料液比为影响因素进行单因素试验，确定了各因素的适宜范围。在单因素试验的基础上进行正交试验，结果表明，4个因素对辣椒红素提取率的影响顺序为：回流温度>回流次数>料液比>乙醇分数，最佳提取工艺条件为：乙醇体积分数95%，回流次数5次、回流温度95℃、料液比1∶50，此条件下辣椒红色素提取率最高。