辣椒中辣椒紅色素提取工藝研究

王 碩

(廣州工商學院，廣州 510800)

辣椒(Capsicumannuum), 隸屬于茄科辣椒屬，是一年生或者多年生的草本植物[1]，果實一般為圓錐形或者長圓形，在未成熟時，呈現的顏色為綠色，成熟之后呈現的顏色為紅色或者紫色，一般以紅色最為常見[2-3]。

辣椒一般用作調味劑，但是除了調味劑之外，辣椒的用途還非常廣泛，其中，辣椒豐富的紅色素也能夠作為有機色素使用[4]。目前，我國的辣椒紅色素生產還遠遠落后于其他發達國家，提取的辣椒紅色素中含有的辣味較多[5]，且生產辣椒紅色素的效率低、耗費成本高，目前只能做一些初步的加工，然后廉價出口到國外[6]。

辣椒紅色素簡稱辣椒紅，需要通過選擇一些優質的紅色辣椒進行分離提純，它是一種紅色的油狀液體[7]，與甘油和水互不相溶，但是易溶于植物油和一些有機溶劑，具有一定的耐酸性和耐堿性[8]。辣椒紅色素的分子式為C40H56O3，結構式見圖1。

圖1 辣椒紅色素分子式

辣椒紅色素是一種天然的添加劑，具有保健和著色效果，是很多發達國家如英國、美國、日本和加拿大等首選的食品色素添加劑[9-10]。在我國，辣椒紅色素主要用于調味劑、奶油和燒烤食品等[11]。由于辣椒紅色素的用途廣泛，很多國家和地區的辣椒紅色素需求量都極高，所以，提高辣椒紅色素的提取工藝和產量是辣椒紅色素產業發展的重要研究方向[12-13]。本研究基于此，對辣椒紅色素的提取工藝進行優化，旨在為辣椒紅色素產業的發展提供一個理論依據。

1 試驗材料和儀器

1.1 試驗材料

新鮮辣椒：購于當地菜市場。

1.2 試劑和儀器

正己烷、磁力攪拌器、高速冷凍離心機、粉碎機、分光光度計、蒸發儀、干燥箱和超聲波發生器。

2 試驗方法

挑選品質較好、個體發育較好的辣椒，與正己烷提取液按照試驗方案的比例進行混合，使用超聲波發生器進行萃取，以提取液的吸光值作為測定的指標，研究不同提取工藝條件對辣椒紅色素提取效果的影響，從而確定辣椒提取的最佳工藝。

2.1 超聲波輔助提取液固比對辣椒紅色素提取的影響

稱取一定量的辣椒，使用粉碎機進行打碎，按照試驗的設計，按液固比例4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1將辣椒與提取的正己烷混合，充分搖勻，將反應體系放置于超聲波發生器中，設置超聲波功率為120 W，超聲波提取溫度為60 ℃，超聲波提取時間為30 min，然后進行標定，分析液固比例對辣椒中紅色素提取效率的影響。

2.2 超聲波功率對辣椒紅色素提取效果的影響

稱取一定量的辣椒，使用粉碎機進行打碎，按照試驗設計，將正己烷與辣椒按照5∶1的比例進行混合，設定超聲溫度為60 ℃，超聲波提取時間為30 min，超聲波功率分別為100，120，140，160，180 W，然后進行標定，研究超聲波功率對辣椒紅色素提取效果的影響。

2.3 超聲波提取時間對辣椒紅色素提取效果的影響

稱取一定量的辣椒，使用粉碎機進行打碎，按照試驗設計，將正己烷與辣椒按照5∶1的比例進行混合，設定超聲溫度為60 ℃，超聲波提取時間分別為20，30，40，50，60 min，超聲波功率為120 W，然后進行標定，研究超聲波提取時間對辣椒紅色素提取效果的影響。

2.4 超聲波提取溫度對辣椒紅色素提取效果的影響

稱取一定量的辣椒，使用粉碎機進行打碎，按照試驗設計，將正己烷與辣椒按照5∶1的比例進行混合，設定超聲波提取時間為30 min，超聲波功率為120 W，超聲波溫度為40，50，60，70，80 ℃，然后進行測定，研究超聲波提取溫度對辣椒紅色素提取效果的影響。

3 試驗結果和分析

3.1 超聲波輔助提取液固比對辣椒紅色素提取效果的影響

稱取一定量的辣椒樣品，將其他的參數條件超聲波功率、提取時間和提取溫度分別設置為120 W、30 min和60 ℃，然后研究不同的液固比(4∶1、5∶1、6∶1、7∶1和8∶1)對辣椒中辣椒紅色素提取的影響，試驗結果見圖2。

圖2 液固比例對辣椒紅色素提取效果的影響

由圖2可知，當液固比例小于5∶1時，辣椒中的紅色素提取效率呈現上升的趨勢，吸光值也不斷升高，一直升高至0.652。當液固比例超過5∶1時，辣椒中的紅色素提取效率呈現下降的趨勢。分析原因是液體中辣椒比例下降，導致反應體系中辣椒的濃度下降，造成辣椒中辣椒紅色素提取效率降低[14-16]。因此，本試驗選擇液固比例5∶1為最佳的液固混合比例。

3.2 超聲波功率對辣椒紅色素提取效果的影響

稱取一定量的辣椒樣品，將其他的參數條件液固比例、提取時間和提取溫度分別設置為5∶1、30 min和60 ℃，然后研究不同的超聲波功率(100，120，140，160，180 W)對辣椒中辣椒紅色素提取的影響，試驗結果見圖3。

圖3 超聲功率對辣椒紅色素提取效果的影響Fig.3 The effect of ultrasonic power on the extraction effect of capsanthin

由圖3可知，辣椒中辣椒紅色素提取的吸光值隨著超聲波功率的不斷增加呈現出先上升后下降的趨勢。當超聲波功率為120 W時，辣椒的吸光值最大，為0.708。當超聲波功率超過120 W時，辣椒中辣椒紅色素的提取效率開始降低。這是由于隨著超聲波功率的增強，導致反應體系中的空穴效應也隨之增強[17]，破壞了已經產生的辣椒中的紅色素。所以，本試驗中最優的超聲波功率選擇120 W。

3.3 超聲波提取時間對辣椒紅色素提取效果的影響

控制超聲功率為120 W，超聲波溫度為60 ℃，液固比例為5∶1，研究超聲波提取時間20，30，40，50，60 min對辣椒紅色素提取的影響，試驗結果見圖4。

圖4 超聲時間對辣椒紅色素提取效果的影響Fig.4 The effect of ultrasonic time on the extraction effect of capsanthin

由圖4可知，隨著超聲波提取時間的不斷延長，辣椒中的辣椒紅色素一直呈現上升的趨勢，當超聲波提取時間小于30 min時，對辣椒中的紅色素提取的影響比較明顯，上升的速率較快。隨著超聲波提取時間慢慢升高，辣椒紅色素提取也有增長，只是增長的比例較低，考慮到時間成本，該試驗選擇超聲波時間為30 min。

3.4 超聲波提取溫度對辣椒紅色素提取效果的影響

稱取一定量的辣椒樣品，將其他的參數條件液固比例、提取時間和提取功率分別設置為5∶1、30 min和120 W，然后研究不同的超聲溫度(40，50，60，70，80 ℃)對辣椒紅色素提取的影響，試驗結果見圖5。

圖5 超聲溫度對辣椒紅色素提取效果的影響Fig.5 The effect of ultrasonic temperature on the extraction effect of capsanthin

由圖5可知，隨著超聲波提取溫度的不斷升高，辣椒中辣椒紅色素的提取效率先升高后降低，當超聲波提取溫度小于70 ℃時，辣椒中辣椒紅色素提取效率最高，吸光值也最高，為0.725。隨著溫度的升高，當溫度超過70 ℃時，辣椒中的辣椒紅色素的提取效率開始出現一定幅度的下降。這是由于當溫度過高時，空氣中的蒸汽壓力增大，導致反應體系中的空化作用減弱，辣椒中辣椒紅色素的提取效率降低[18-20]。

3.5 響應面優化結果分析

使用Design-Expert軟件設計試驗，在單因子試驗的基礎上，采用三水平四因子的響應面法優化辣椒中辣椒紅色素提取工藝，試驗水平及因素見表1，響應面設計及結果見表2。

表1 Box-Behnken試驗因素水平

表2 試驗設計及結果Table 2 The experimental design and results

由表2可知，本次響應面試驗設計方案一共有18個試驗，其中2，5，8，11，14，17為中心試驗點，由于估計試驗誤差，其余的12個試驗點作為結果分析試驗。通過對試驗數據進行多元回歸分析，得到辣椒紅色素提取的吸光值與各個因素之間變量的二次方程模型：吸光值=0.80+0.020X+0.0070Y-0.0004Z+0.0019γ+0.060XY+0.057XZ+0.0080YZ-0.0079Yγ+0.0050γZ-0.012X2-0.012Y2-0.012Z2-0.029γ2。

表3 二次多項模型方差表

由表3可知，模型的回歸值P<0.0001和失擬項為0.1163>0.05，研究結果表明，該模型對該次超聲波提取辣椒紅色素試驗的擬合效果良好，試驗誤差較小，所以，可以利用該模型對試驗中的真實結果進行分析。

4 小結

本試驗采用了超聲波法對辣椒中的辣椒紅色素進行提取，研究了超聲波溫度、液固比例、超聲波時間和超聲波功率對辣椒中辣椒紅色素提取效率的影響，優化了超聲波提取辣椒紅色素工藝，優化結果為液固比例5∶1，超聲波提取溫度70 ℃，超聲波提取時間30 min和超聲波提取功率120 W。同時，我們采用了響應面法對優化得到的工藝進行確認，結果表明，優化結果和回歸模型擬合效果良好。