辣椒油树脂、辣椒红素、辣椒素提取工艺研究

2013-07-22蔡君万佳

食品研究与开发 2013年17期

蔡君，万佳

（重庆市超临界精细化工生产力促进中心有限公司，重庆 401123）

辣椒（Capsecum annuum L.）是茄科辣椒属植物的果实，目前，世界辣椒主载品种有几十种，在我国南北广泛栽种，产量位具世界第一。辣椒油树脂（Capsicum oleoresin）是从辣椒中提取、浓缩而得到的一种油状液体，色香味俱佳，是广泛应用的食品添加剂原料，也是进一步提取辣椒红素（Capsanthin）和辣椒素（Capsaicinoids）的重要中间体。辣椒素在辣椒中的含量因辣椒产地品种不同而异，一般为0.1 %～1 %。辣椒素主要用在调味品、医疗、生化农药、军事等方面，其价值已广泛倍受关注。辣椒红素不仅色价高，天然安全无毒，且具有抗癌美容等功效，目前已广泛用于食品、医药、化妆品、儿童玩具等领域。传统的辣椒油树脂提取方法是溶剂提取法，缺点是溶剂用量大，生产周期长，生产环境受溶剂污染性强，更主要的是辣椒油树脂的辣香味欠佳，辣椒素含量较低，含果胶、蛋白质等多糖类杂质较多，不利于辣椒素的进一步纯化提取。因此，国内企业在普遍重视进一步提取辣椒红素的过程中多数将辣椒素作为废弃物被除去[1-2]。超临界流体萃取被誉为“超级绿色”技术，具有清洁、安全、高质、高效等优点，已成功用于食用香料、抗氧化剂、色素、医药中间体等天然产物有效成分提取等生产领域。国内关于超临界CO2萃取辣椒油树脂提取工艺的研究文献已有较多报道[2-5]，但对于辣椒中辣椒油树脂及其辣椒红素和辣椒素等多成分综合提取工艺的研究文献报道还较少，仅张晶等用溶剂法对辣椒油树脂、辣椒红素及辣椒素提取工艺的研究[6]。本实验用超临界CO2萃取法对辣椒中辣椒油树脂及其中的辣椒素、辣椒红素的综合提取效果的相关影响因素进行探讨，同时研究辣椒整粒粉碎细度对辣椒中各成分提取效果的影响，并对不同产地辣椒品种提取的辣椒油树脂的品质和得率进行比较，旨在对辣椒成分的绿色提取、综合利用及重庆产地辣椒品种的深加工产业发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料，试剂及仪器

干辣椒：重庆石柱朝天椒，贵州小米椒，河南洛阳新一代，印度Pimento，市售，各45 ℃烘干，待用；乙醇，分析纯；二氧化碳，食品级，纯度99%。

HA221-50-06-C 型超临界萃取仪：江苏南通华安超临界萃取有限公司；旋转蒸发器RE-52A：上海雅蓉仪器设备有限公司；UV-1200 型紫外/可见分光光度计：上海美谱达仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 辣椒油树脂的超临界CO2提取工艺的正交试验设计

以重庆石柱朝天椒为原料，整粒粉碎，过筛（孔径4 mm）后混匀，称取200 g 与夹带剂充分混合，投料进行超临界CO2萃取，分离塔出料合并，进行纯化后处理，得到辣椒油树脂，以实际重量计算得率。以辣椒油树脂的提取得率及其中的辣椒红素色值E460和辣椒素的含量为考查目标，以萃取压力，萃取温度，萃取时间，乙醇质量分数，乙醇体积分数为5 个因素，每个因素根据超临界CO2萃取法常用条件及辣椒中主要成分的理化性质设定4 个水平，采用L1（645）正交表，进行辣椒油树脂及其中的辣椒红素和辣椒素的综合提取，各实验重复三次取平均值。通过正交试验确定辣椒超临界CO2萃取的最佳工艺条件。

1.2.2 辣椒油树脂的纯化

合并分离塔1 出料和分离塔2 出料，进行真空旋转蒸发回收溶剂，真空干燥，得到辣椒油树脂。

1.2.3 辣椒红素的纯化及色值测定

称取一定量的辣椒油树脂，用体积分数60%的乙醇溶解，料液比1 ∶5～1 ∶3，室温下搅拌萃取2 h，静置分层、离心过滤，反复萃取多次，直到萃取液无辣味为止，所得油层真空干燥，得到脱辣后的辣椒红素纯品。按照GB10783-2008《食品添加剂辣椒红》[7]方法测定辣椒红素色值E460。

1.2.4 辣椒素的纯化及含量测定

称取一定量的辣椒油树脂，按照标准GB28314-2012《食品添加剂辣椒油树脂》[8]中辣椒素含量测定方法二的操作步骤，准确加入100 mL 体积分数70%的甲醇溶液，充分振摇20 min，静置5 min 后过滤，保留滤液。按上述标准中表A.1 的要求制备试样液，用方法二分光光度法测定辣椒素含量。

1.2.5 辣椒油树脂的香辣味评定

随机邀请10 名调香师为一组，对不同产地辣椒供试品种提取的辣椒油树脂的香辣味进行评定，以10 分为满分，9 分以上为很好，7 分以上为较好，6 分及以上为合格，6 分以下为较差。对评分结果作统计分析。

4.监督评价机制的建设完善的监督评价机制有利于提高内部控制体系的执行效率，提高医院的经营效益。监督评价机制有利于提高各部门的工作效率，制定相应的激励机制，有利于提高医院员工的积极性和热情。监督评价机制与三道防线结合，可以更好的发挥内部控制的作用，提高医院的运行效率，实现风险预测评估的最佳效益。

2 结果与讨论

2.1 正交试验设计

辣椒油树脂提取工艺的L16（45）因素及水平设计见表1。

表1 辣椒油树脂提取工艺的L16（45）正交因素水平表Table 1 Capsicum oleoresin extraction of L16（45）orthogonal level of form factors

正交设计及试验结果见表2。

辣椒油树脂提取得率的方差分析结果见表3。

辣椒红素色值E460的方差分析结果见表4。

辣椒素含量的方差分析结果见表5。

表2 辣椒油树脂提取工艺的L16（45）正交试验结果Table 2 Capsicum oleoresin extraction of L16（45）orthogonal test results

表3 辣椒油树脂得率方差分析Table 3 Capsicum oleoresin yield variance analysis

表4 辣椒红素色值E460方差分析Table 4 Capsanthin color value E460variance analysis

表5 辣椒素含量方差分析Table 5 Capsaicin content analysis of variance

对正交试验结果数据做级差分析，结果见表2，由表中的R 值分析可知，乙醇体积分数对于辣椒油树脂的提取得率及其中辣椒红素色值及辣椒素的含量影响程度最大。从R1可知各因素对辣椒油树脂得率的影响程度为E＞A＞D＞B＞C，从R2可知对辣椒红素色值的影响程度为E＞B＞D＞A＞C，从R3可知对辣椒素含量的影响程度为E＞B＞C＞D＞A。由方差分析表3～5 可知，乙醇体积分数对于辣椒红素色值的影响差异极显著，而对于辣椒油树脂得率和辣椒素含量的影响无明显差异，考虑到辣椒红素和辣椒素的脂溶性较强，因此直观分析选第4 水平（E4）；因素A 对于辣椒油树脂的提取得率有一定影响，而对于辣椒红素色值和辣椒素含量的影响无明显差异，因此综合分析选第2 水平（A2）；因素B 和因素D 对于辣椒红素色值有一定影响，而对于辣椒油树脂得率和辣椒素含量的影响无明显差异，因此分别选第2 水平（B2）和第3 水平（D3）；因素C 对于三者提取均无明显影响，根据级差综合分析选第2 水平（C2）。

综上所述，兼顾辣椒油树脂得率，辣椒红素色值和辣椒素含量，自辣椒中综合提取多种有效成分的超临界CO2萃取最佳工艺条件为A2B2C2D3E4，即萃取压力25 MPa，萃取温度40 ℃，萃取时间4 h，乙醇质量分数10%，乙醇体积分数95%。

按照最佳工艺条件A2B2C2D3E4进行验证实验，实验重复三次取平均值，获得辣椒油树脂提取得率为6.70%，辣椒红素色值E460=26.9，辣椒素含量为8.54%。实测结果也验证了最佳提取工艺的可靠性。

2.2 整粒粉碎细度效果的确定

表6 辣椒粉碎细度效果的比较Table 6 Capsicum crushing fineness effect comparison

表6 可知，用辣椒整粒直接提取辣椒中各有效成分效果均差，筛孔径4 mm 的辣椒粉碎细度对于辣椒油树脂提取得率和辣椒红素色值的影响差异均较明显，而对于辣椒素含量的影响不太明显，因此，适宜选择筛孔径4 mm 的辣椒粉碎细度进行超临界CO2萃取。

2.3 不同产地辣椒提取辣椒油树脂的品质和得率比较

采用筛选的最佳工艺参数及适宜的辣椒粉碎细度，选择重庆石柱朝天椒、贵州小米辣、河南洛阳新一代、印度Pimento 等辣椒品种进行超临界CO2萃取，各品种重复实验三次取平均值，所得各品种的辣椒油树脂得率，辣椒红素色值及辣椒素含量见表7。

表7 不同产地辣椒超临界CO2提取辣椒油树脂的品质和得率比较Table 7 Different areas of supercritical CO2extraction capsicum oleoresin compare the quality and yield

从表7 可知，供试辣椒品种中，印度Pimento 辣椒原料中辣椒素含量明显高于国内辣椒品种，印度辣椒油树脂中的辣椒素含量也明显高于国内产品；国内辣椒比较，重庆石柱朝天椒的辣椒素含量较高，其超临界CO2提取的辣椒油树脂的香辣味很好，得率较高6.70%，色值E460=26.9，辣椒素含量较高8.54%，其次是贵州小米辣及河南洛阳新一代辣椒品种。因此，重庆石柱朝天椒的超临界CO2萃取辣椒油树脂是国内较好的食品添加剂调味原料，也可作为进一步提取天然辣椒素的较好中间体原料。

但结合国际市场竞争现状，目前，印度等进口辣椒油树脂大量冲击国内市场，主要原因是印度进口辣椒油树脂中的天然辣椒素含量普遍在10%以上，高的可达到40%，用于进一步提取纯化辣椒素等高附加值的深加工产品具有明显的成本竞争优势。因此，进一步改进重庆辣椒品种的种植技术，提高原料中的辣椒素含量用于深加工开发，提高市场竞争力，是突破重庆辣椒深加工产业发展的技术瓶颈之一。