辣椒红色素油β-环糊精包合工艺技术研究

刘锦妮， 刘纪成 ， 阮崇美， 姬万民

（1.信阳农林学院，河南信阳464000；2.瑞普（天津）生物科技股份有限公司，天津空港300308）

辣椒红色素又称辣椒红， 是以辣椒果实为原料经提取得到的食用天然色素， 属于叶黄素类共轭多烯烃含氧衍生物， 其主要成分为辣椒红素和辣椒玉红素（张卫明，2013）。 因其色泽鲜艳、着色力强、对人体无任何毒副作用，广泛应用于食品、医药、饲料、保健品等行业，成为国内外添加剂行业开发研究和消费关注的热点之一 （张亚琼等，2018）。

目前， 辣椒红色素作为饲料添加剂在畜禽养殖中的应用研究较为广泛（唐利华等，2012）。杨秋霞等（2011）通过在日粮中添加不同剂量的辣椒红色素，探讨其对鸡蛋品质、生产性能的影响，结果表明辣椒红色素对蛋鸡的生产性能无显著影响，但是对蛋黄颜色的影响显著， 各试验组的蛋黄罗氏比色度明显高于对照组；李守学（2017）和吴燕（2018）研究表明，添加不同水平的辣椒红色素均能显著提高蛋黄颜色，而鸡蛋中蛋白、蛋黄风味无显著性差异；付静等（2002）研究发现，辣椒红色素不仅能改善鸡蛋蛋黄颜色， 还能提高蛋黄中类胡萝卜素含量。 然而，辣椒红色素不溶于水，易氧化分解，稳定性较差，且其多为暗红色膏状物（刘向前等，2013），很难与饲料中的其他物料混和均匀，因此提高辣椒红色素的稳定性及实现其粉末化具有重要价值和意义。 β-环糊精是一种药物包合材料，在体内以碳水化合物形式参与机体代谢，是一种较理想的包合载体（雍国平，2007）。本试验采用β-环糊精包合技术， 探讨辣椒红色素油与β-环糊精的包合工艺条件， 为辣椒红色素油资源的深度开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 药品与试剂 辣椒红素（含量93.3%，购于CHROMADEX INC 公司）， 辣椒红色素油[色价（E1cm1% 460 nm）为10，湖北华饲联生物科技有限公司提供]；β-环糊精 （上海展云化工有限公司）；甲醇（分析纯，无锡市晶科化工有限公司）。

1.1.2 仪器 TU-1810 型紫外分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）； 恒温磁力搅拌器（上海精密科学仪器有限公司）；超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 辣椒红色素油β-环糊精包合工艺的研究精密称取适量的β-环糊精于烧杯中， 加入70 ℃水充分溶解制备β-环糊精饱和水溶液。并于磁力搅拌器上恒温搅拌。 精密吸取辣椒红色素油1 mL，缓慢滴加至β-环糊精饱和水溶液中，恒温搅拌至规定时间。冷却至室温，4 ℃静置24 h，过滤，无水甲醇洗涤，真空干燥，即得辣椒红色素油β-环糊精包合物。

1.2.2 单因素试验

1.2.2.1 辣椒红色素油与β-环糊精比例的确定分别选择辣椒红色素油与β-环糊精的比例为1：2、1：4、1：6 和1：8，进行包合试验，以包合物中辣椒红素浓度为考察指标，确定辣椒油与β-环糊精的最佳比例。

1.2.2.2 包合温度的确定 按照辣椒红色素油与β-环糊精的比例为1:4，分别考察包合温度为40、50、60、70 ℃时包合物中辣椒红素的浓度，确定最佳包合温度。

1.2.2.3 搅拌时间的确定 按照辣椒油和β-环糊精的比例为1:4，包合温度为60 ℃，分别考察搅拌时间为0.5、1.0、1.5、2.0 h 时包合物中辣椒红素的浓度，确定搅拌时间。

1.2.3 辣椒红色素油β-环糊精包合工艺正交试验设计 根据单因素试验的考察， 以包合物中辣椒红素浓度作为指标，选取辣椒红色素油和β-环糊精的比例（A）、包合温度（B）、搅拌时间（C）进行三因素三水平L9（34）正交试验设计（表1）。

表1 辣椒红色素油β-环糊精包合工艺的正交试验设计

1.2.4 包合物中辣椒红素测定方法

1.2.4.1 辣椒红素标准曲线制备 将辣椒红素储备液配制成浓度分别为30、60、90、120、150、180、210 μg/mL 系列标准工作液，在280 mm 处采用紫外可见分光光度计测定其吸光度值（A）。 以辣椒红素吸光度值（A）为纵坐标，辣椒红素的浓度（C）为横坐标，建立标准曲线，求出回归方程以及相关系数（r）。

1.2.4.2 包合物中辣椒红素含量测定方法 精密称取0.100 g 包合物，加入适量甲醇水（V:V=1：1）充分溶解，定容100 mL 容量瓶中，过滤，取上清液，在280 mm 处测定其吸光度值（A），计算其包合物中辣椒红素浓度。

1.3 数据处理与统计分析 试验数据采用Excel 2007 整理并进行分析。

2 结果与分析

2.1 辣椒红素标准曲线制备 从图1 可以看出，辣椒红素在30 ～210 μg/mL 浓度范围内线性关系良好， 其线性回归方程为A=0.003C+0.035，相关系数（r）为0.9984。

图1 辣椒红素的标准曲线

2.2 单因素试验结果

2.2.1 辣椒红色素油与β-环糊精比例对包合工艺的影响 表2 所示，当辣椒红色素油和β-环糊精的比例为1：4 时， 测得的包合物中辣椒红素浓度最高，为40.11 μg /mL。 因此，确定辣椒红色素油和β-环糊精的比例为1：4。

表2 辣椒红色素油与β-环糊精比例对包合工艺的影响

2.2.2 包合温度对包合工艺的影响 由表3 可以看出，随着包合温度的增加，包合物中辣椒红素的浓度呈现增加趋势，而当温度超过70 ℃后，辣椒红素稳定性较差，因此选择包和温度为70 ℃。

表3 包合温度对包合工艺的影响

2.2.3 搅拌时间对包合工艺的影响 如表4 所示， 搅拌时间对包合效果的影响呈现先增加后降低的趋势。当搅拌时间超过1 h 后，包合物中辣椒红素浓度逐渐降低，搅拌时间为1.5 h 和2 h 时其包合物中辣椒红素浓度变化不大，因此，确定辣椒红素油β-环糊精包合工艺时搅拌时间为1 h。

表4 搅拌时间对包合工艺的影响

2.3 正交试验结果 辣椒红色素油β-环糊精包合工艺正交试验结果见表5。 以包合物中辣椒红素浓度为指标时，根据极差大小，其对包合效果的影响因素为C＞A＞B，依据K 值大小，其较优条件为C2A3B1。结合单因素试验，最终确定辣椒红素油β-环糊精包合工艺较优条件为辣椒红色素油与β-环糊精比例为1:4，包合温度为70 ℃，搅拌时间为1.0 h。

2.4 最佳工艺验证 为验证方法C2A3B1的合理性，确保辣椒红色素油包合制备的高效可行，分别按照最优工艺制备3 批样品（见表6），三批样品的辣椒红素的浓度分别为191.13、192.24、192.59 μg/mL，RSD 为0.76%，表明该制备工艺条件合理可行。

3 讨论

浓度比例、包合温度及搅拌时间等是影响β-环糊精包合工艺重要因素（谢飞，2015；周一万等，2010）。 不同物质对其要求也不尽相同。 李卫红等（2010）研究了薏苡仁油β-环糊精包合工艺，确定了最佳工艺条件为薏苡仁油β-环糊精比例1:8，包合温度65 ℃，包合时间18 h。 孙淑萍等（2013）通过单因素试验法和正交试验法，确定薄荷油β-环糊精包合物最佳的制备工艺为薄荷油与β-环糊精的比例1:7，搅拌时间75 min，包合温度40 ℃。本试验结果表明，在辣椒红色素油与β-环糊精为1:4，包合温度为70 ℃，搅拌时间为1.0 h 时辣椒红素油β-环糊精包合物制备工艺的效果最好。与上述报道存在一定差异，表明物质不同，其包合制备工艺也存在一定差异。此外，包合温度对辣椒红色素油的包合具有双面影响。 一方面温度升高可增强辣椒红色素油在β-环糊精水溶液中的分子运动，提高辣椒红色素油分子在β-环糊精水溶液中的分散程度，有利于辣椒红色素油的包合，另一方面温度升高可造成辣椒红色素油稳定性发生改变，研究结果表明，当温度大于80 ℃，放置时间2 h 以上，会导致辣椒红色素的分解，降低溶液中色素的含量（赵新月，2015）。本次正交试验的结果包合温度为70 ℃，搅拌时间为1.0 h，不至于太高或太低，其对分析结果的影响不显著。

表5 正交试验结果

表6 正交工艺验证

包合物中被包合物质浓度测定过程中， 选用合适的溶剂至关重要（王宏阳，2011）。 所选取溶剂一方面要将包合物中辣椒红素分离， 另一方面要避免将已包合药物解包。 在萃取溶剂选择过程中，曾使用无水甲醇、 无水乙醇对辣椒红色素油包合物进行萃取分离，结果发现，其萃取效果较差，而采用甲醇水（V:V=1：1）对其进行萃取，效果最好，因此本试验选择甲醇水（V:V=1：1）作为萃取溶剂。