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辣椒红色素提取方法的研究进展


摘要:综述了辣椒红色素提取方法的研究进展,主要介绍了溶剂法、超声波提取法、微波辅助提取法、超临界流体萃取法、酶法、分子蒸馏法以及硅胶柱层析法的提取技术,为辣椒红色素的进一步研究和开发提供参考依据。
辣椒红色素 (Capsicum red pigmen)t 又称辣椒红,是从辣椒的果实中提取的一种四萜类天然色素,主要成分有叶黄素类的辣椒红素 (Capsanthin,分子式为 C40H56O3,分子量为 584)、辣椒玉红素(Capsorubin,分子式为 C40H56O4,分子量为 600),辣椒红素和辣椒玉红素占辣椒红色素总质量的 50%~60%。此外,还含有 B2 胡萝卜素、硬脂酸、油酸等对人体有益的物质。由于辣椒红色素色泽鲜艳、安全无毒、着色力强,而且稳定性就好,因此被很多国家定为无限量使用的天然食品添加剂,已被广泛用于食品、化妆品、制药等行业,市场需求量逐年上升,前景乐观。
我国是辣椒红色素的生产大国,又是该色素的需求大国。开发辣椒红色素有很大的经济效益,但由于提取工艺及装备技术相对落后,致使辣椒红色素的提取工序多、周期长、产率底,并且杂质含量多,用途受到限制。因此本文综述了辣椒红色素的提取方法,为辣椒红色素的进一步研究和开发提供一定的参考依据。

1 辣椒红色素的提取方法
根据辣椒红色素性质和含量的不同,目前国内外已研究出多种提取分离的方法,如传统的油溶法、溶剂法等。随着一些高新技术的发展和应用,出现了一些新的提取方法,如超声萃取法、微波辅助提取法、超临界流体萃取法、酶法提取、分子蒸馏法以及硅胶柱层析法等,丰富了辣椒红色素的分离和提取方法。
1.1 油溶法
油溶法是在常温下,辣椒果实经过液态食用油的浸渍,用呈液状的食用油浸渍辣椒果皮或干辣椒粉,使辣椒红色素溶解在食用油中,然后通过一定的方法从油中提取出辣椒红色素的一种方法。该法的优点是设备、工艺简单,但是在提取的过程中,油与色素的分离比较困难,提取率低,难以得到色价较高的辣椒红色素产品,目前油溶法现已基本停止使用。
1.2 溶剂提取法
溶剂提取法是一种最常用的方法,是利用辣椒红色素易溶于有机试剂的特性而达到提取。提取步骤一般分为三步:首先用正己烷、乙醇、丙酮等有机试剂浸提辣椒粉末,再将浸提液浓缩制得辣椒油树脂,然后通过减压蒸馏、分离纯化而得到辣椒红色素。溶剂提取法的优点是设备简单,成本较低,但是产品的溶剂残留量高、纯度差。梁鹏等人先用质量分数为 8%的氢氧化钠溶液处理辣椒皮以除去辣,然后用乙酸乙酯提取,最后经体积浓度 75%的乙醇精制,得到产率、色价较高的辣椒红色素。吉恬先用体积浓度 95%的乙醇和乙酸乙酯等体积混合液粗提,再在 70 ℃的质量分数 10%NaOH 与乙醇混合液中皂化 4 h,除去杂质和油脂,最后经过硅胶柱层析精制分离,用体积浓度 30%丙酮 - 乙酸乙酯洗脱,可得到色价高达 650 的辣椒红色素。
1.3 超声波提取法
超声具有粉碎、搅拌等作用,辣椒组织在溶剂中产生的空化泡破裂,辣椒红色素很容易进入溶剂中,提高了辣椒红色素在溶剂中的溶解度。超声波提取法比传统的有机溶剂法需要的溶剂少、时间短,是国内外天然产物提取的研究热点。
李美粉等人采用乙醇为提取剂,液固质量比为5∶1,超声时间 40 min,超声功率 160 W,在此条件下经回归方程预测辣椒红色素的提取值为8.119 mg / g,实际提取值为 8.027 mg / g。袁超以丙酮为溶剂,固液质量比 1∶8,提取时间 50 min,辣椒红色素的产率为 3.4%,色阶达 132。熊科等确定了以体积比 1∶1 的甲醇———四氢呋喃为提取剂时的最佳条件:功率 100 W,固液质量比 1∶5,提取时间 45 min,提取 3 次。周书栋等人研究表明丙酮为最佳提取溶剂,提取条件为:超声温度40 ℃,超声时间 15 min,超声功率 60 W,料液比1∶75 (g / mL)。与传统提取方式比较,超声提取具有收率高、操作时间短、溶剂用量少等优点,展现出良好的应用前景。
1.4 微波辅助提取法
在微波作用下,辣椒红色素受到高频电磁波的作用而产生剧烈振荡,挣脱周边环境的束缚,实现向外的迁移,可以在短时间内实现提取目的。与传统提取方法相比,微波提取缩短了提取时间,降低了能源、溶剂的消耗,同时可以提高产率和纯度,因此该法具有很大的的应用潜力。
陈小全等人以乙醇为提取液,研究表明当微波辐射时间、溶剂、料液质量比一定时,辐射功率越高,溶出的辣椒红色素越多;当辐射功率不变时,辐射时间越长,溶出的红色素也越多。但考虑到色素的热稳定性及功耗,辐射时间及功率也不是越大越好。确定的最佳条件为料液质量比 1∶8,超声时间 12 min,超声波功率为 600 W。范翠丽等人以乙酸乙酯为溶剂,采用微波辅助法提取辣椒红色素,最佳工艺条件为:以干燥辣椒为原料,氢氧化钠脱辣,微波火力大,料液质量比 1∶9,微波处理时间14 min。李瑞丽等以微波辅助法提取辣椒红色素,最佳工艺条件为微波功率 750 W,料液比 (g / mL)1∶5,微波作用 8 min 后,加入体积分数 95%乙醇溶液,在 40 ℃恒温水浴中回流浸提 2 h,辣椒红色素提取率可高达 1.646 g / 100 g。
1.5 超临界流体萃取法
超临界流体萃取(SFE)是一种较新型的萃取分离技术,一般常用超临界 CO2萃取法(SFE-CO2),其原理是通过调控压力、温度,改变超临界 CO2的密度,从而改变其对物质的溶解能力,有选择地萃取某些成分。
超临界流体萃取可在接近室温条件下进行,克服了传统分离方法的不足,适用于热敏性成分的提取,产品纯度高、无溶剂残留、无异味。赵亚平等用超临界 CO2获得的辣椒红色素色价高、无辣素,最佳萃取条件为:粒度 <1.2 mm、压力 15 MPa、萃取温度50 ℃、流量 6 m3/ h。姜爱丽等先用有机溶剂浸提辣椒油树脂,再以超临界 CO2流体萃取法纯化辣椒红色素,最佳工艺条件为萃取釜温度 35 ℃、萃取压力 30 MPa、萃取时间 2.0h,色价增加了 311.7%。
SFE-CO2技术的局限性在于投资大,费用高,技术要求高,工业开发难度大,需要进一步的和研究完善。
1.6 酶法提取
酶法提取的原理是通过选用一些恰当的酶类如纤维素酶、果胶酶等作用于植物细胞,以降解细胞壁中的纤维素、果胶等,破坏细胞壁的致密结构,促进有效成分向提取介质扩散。酶法提取一般分成两个步骤,首先是酶解处理,以降解细胞壁和胞间连接物;然后用溶剂提取有效成分。
周旭章等研究提出了醇提辣 - 酶脱脂二步法精制辣椒红色素粗制品的新工艺。脱辣最佳工艺条件为室温下,脱辣剂 (乙醇) 体积浓度 70%;料液质量比 1∶2.5~1∶3;萃取 3~4 次;脱脂最佳工艺条件为室温下,pH=8,脱脂剂 (Mix 酶) 质量浓度为 10 mg / L~15 mg / L,反应时间 50 min。
酶法提取技术的优点是通过对原料进行酶解预处理,缩短了提取时间,不仅提高了有效成分的提取率,而且改善了有效组分的分布,提高了产品的价值。
1.7 分子蒸馏法
分子蒸馏操作温度远低于物质常压下沸点温度,同时加热时间非常短,不会对物质造成破坏,广泛应用于浓缩或纯化高分子量、高沸点、高黏度的物质及热稳定性较差的有机化合物。
天然食用色素具有安全、无毒和有营养的特点,传统提取辣椒红色素的方法有溶剂残留等问题。有机溶剂经普通的真空精馏处理后,辣椒红色素中仍然残存体积分数 1%~2%的溶剂,影响产品质量。采用分子蒸馏技术处理辣椒红色素,产品中溶剂残留体积分数仅为 2×10-5,而且产品的色价很高,完全符合质量要求。王芳芳等人利用分子蒸馏装置,考察了进料速率、进料温度和蒸发温度等因素对辣椒红色素分离效果的影响,在最佳条件下得到的产品色价高达 177。
1.8 硅胶柱层析法
硅胶柱层析法操作简单,设备条件要求不高,分离效果很好,去除辣味完全。早在 1997 年,邓丛蕊利用不同的洗脱溶剂,从辣椒中分离出橙、红色素和辣椒素。吴波等人采用乙醇渗漏法提取,经硅胶柱层析法分离、石油醚重结晶,制得纯度较高的辣椒红色素。
层析法虽然可制得多种色价的产品,如呈紫红色的辣椒红色素和呈橙红色的辣椒玉红素分开,但工艺繁琐、工时长,工艺复杂且难度大,适用于实验室提取及研发。

来源:惠合浓缩器


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