超聲波提取辣椒紅色素的研究

從青椒中提取的青椒紅色素是優(yōu)良的天然色素，其安全性得到世界認可，并在食品、飲料、護理等領域得到廣泛的應用。中國青椒資源豐富，種類繁多。從青椒中提取青椒紅色素有良好的應用前景。現(xiàn)在，青椒紅色素主要通過溶劑法提取。其優(yōu)點是處理面積大，成本低。缺點是，盡管樣品中有溶劑殘留和味道。另一種方法是五種含有二氧化碳的方法。該方法簡單，無溶劑殘留，但設備要求高，需要高。為了提高產品的質量和產量，一些研究人員改進了提取方法和分離方法，并將新技術應用于青椒紅色素的提取，如微波提取技術、超聲波提取技術和分子蒸餾提取技術。這些技術在提取天然產物方面的應用已經不斷擴大。在提取青椒紅色素的應用尚處于初步階段，提取過程中需要不斷完善。雖然青椒紅色素的良好性能很好，但由于不同的外部環(huán)境，其性能也受到不同的影響，并降低。影響青椒紅色素的主要原因包括光線、溫度和氧化、維生素c和兒茶素等物理因素的影響。因此，我們將以福建省“青椒王”為原料，在超聲提取過程中提取青椒紅色素，與傳統(tǒng)的個人提取方法進行比較，并研究提取青椒紅色素的穩(wěn)定性，為青椒的開發(fā)利用和深度開發(fā)提供理論依據。1材料和方法1.1試驗材料福建產“辣椒王”,市售干紅辣椒,去梗去籽后在多功能粉碎機內粉碎成辣椒粉,裝于棕色瓶內備用.1.2酶活劑丙酮,正己烷,石油醚,無水乙醇,鹽酸,以上試劑均為分析純,天津化學試劑有限公司生產;氫氧化鈉,分析純,天津市富祿化工試劑廠生產.KQ-500B型超聲波發(fā)生器(昆山超聲儀器有限公司);TU-1800PC型紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司);JA3003型電子天平(上海天平儀器廠);PHSJ-4A型pH計(上海精密科學儀器有限公司).1.3料液提取.2.4中辣椒紅色素的合成1.3.1超聲波提取工藝稱取20g辣椒粉放入250mL燒杯中,加入不同體積的提取液(正己烷、石油醚、丙酮或乙醇),用塑料薄膜封住燒杯口,然后將燒杯置于超聲波發(fā)生器中反應至規(guī)定時間.然后將燒杯內混合物抽濾,濾液減壓蒸餾、濃縮得到油狀辣椒紅色素粗品,同時回收溶劑.1.3.2索氏提取工藝稱取20g辣椒粉裝入濾紙筒內,將濾紙筒放入索氏提取器的浸提管內,紙筒的高度不超過虹吸管頂部.向抽提瓶中加入200mL提取液(正己烷、石油醚、丙酮或乙醇),連接好裝置,水浴加熱抽提,約5min虹吸1次.抽提一定時間得到粗辣椒紅色素溶液.將此溶液減壓蒸餾、濃縮得到油狀辣椒紅色素粗品,同時回收溶劑.1.3.3辣椒紅色素粗品的純化向辣椒紅色素粗品中加入3倍體積的質量分數為10%的氫氧化鈉溶液,50℃保溫反應30min.冷卻至室溫,靜置分層.除去水相后用濃度為0.5mol·L-1的鹽酸調節(jié)有機相的pH值為7,靜置分層,分離出下層黃色液體.最后用20mL石油醚分2次進行萃取,將上層暗紅色的石油醚層進行減壓蒸餾,除去石油醚得到深紅色膏狀的精制辣椒紅色素.1.3.4辣椒紅色素的分析辣椒紅色素的色價E1%1cm1cm1%(460)按照國家標準GB10783-1996采用紫外分光光度法測量.E1%1cm1cm1%(460)表示被測試樣為1%,1cm比色皿,在460nm處的吸光度.辣椒紅色素的產率=精制辣椒紅色素的質量/辣椒粉的質量×100%;辣椒紅色素的色素損失率=(初始色價-測定色價)/初始色價×100%2結果與分析2.1提取溶劑的確定分別用正己烷、石油醚、丙酮和乙醇作為提取液進行超聲波提取,用量為100mL,提取30min得到辣椒紅色素粗品,再經過純化工藝得到精制辣椒紅色素.準確稱取一定質量,溶于丙酮中配成溶液,用紫外分光光度計以丙酮作參比液在460nm波長下測量吸光度并計算色價.表1列出了不同溶劑提取得到的辣椒紅色素的產率和色價.從表1可以看出,乙醇作溶劑的產率最大,但是色價最低,主要是因為乙醇沸點較高,在回流提取過程中高溫使部分紅色素分解褪色.另外,還發(fā)現(xiàn)乙醇提取液粘度增大,將一些無用的果膠等物質也提取了出來,不易分離,所以乙醇不適合.正己烷和石油醚作溶劑時,產率和色價都不高;而丙酮作溶劑得到的產率較大,并且色價最高.因此,在相同條件下,采用丙酮作為提取溶劑最為合適.2.2溶劑用量對辣椒紅色素產率的影響李美粉等采用均勻設計法優(yōu)化實驗,發(fā)現(xiàn)溶劑用量和提取時間是超聲波提取辣椒紅色素的顯著影響因素.本研究進一步對這2個條件進行了單因素分析.表2給出了不同溶劑用量條件下辣椒紅色素的產率和色價.實驗條件為:丙酮作溶劑,辣椒質量20g,超聲波提取30min.從表2可以看出,隨著溶劑用量的增大,辣椒紅色素的產率也增大.當溶劑用量超過160mL后,產率已經達到比較高的值,色價也比較高,綜合產率和成本兩方面考慮,溶劑用量為160mL能夠滿足提取要求.2.3提取時間對辣椒紅色素的影響稱取20g辣椒粉分散在160mL丙酮中,分別用超聲波提取10,30,50和70min,然后經過濃縮和提純,得到精制辣椒紅色素.表3給出了不同時間下得到的辣椒紅色素的產率和色價.從表3可以看出,隨著提取時間的增大,辣椒紅色素的產率和色價不斷增大,但是當提取時間在50min時辣椒紅色素產率和色價達到最大,提取時間再延長則果膠、辣椒素等成分的溶解量增大,導致后續(xù)分離步驟增多,紅色素會有較多損失,所以產率有所下降.所以提取時間控制在50min以內就可得到色價較高的辣椒紅色素產品,這與劉振華等的研究結果一致.2.4超聲波提取與索氏提取的比較稱取20g辣椒粉,在不同溶劑、用量和提取時間下,采用兩種提取工藝分別得到精制辣椒紅色素.表4給出了不同工藝所得辣椒紅色素的產率和色價.從表4可以看出,超聲波提取比索氏提取用更短的時間和更少的溶劑就能達到相同的產率與色價.主要是因為辣椒紅色素存在于辣椒的表皮細胞中,常規(guī)溶劑提取時,紅色素要通過細胞壁和纖維素組織才能滲透出來;而超聲波產生強烈的振動,具有空化效應和攪拌作用,能夠加速紅色素的滲透,從而提高提取效率.2.5溫度對紅色素穩(wěn)定性的影響準確稱取0.1g辣椒紅色素,用丙酮定容于100mL容量瓶內,移取10mL至比色管中,分別在室溫(28℃),40,50,60,70和80℃條件下保溫2h.然后冷卻至室溫,測量色價并計算色素損失率.圖1給出了不同溫度下的色素損失率.由圖1可以看出,辣椒紅色素損失率隨著溫度升高而增大,在30~50℃范圍內,辣椒紅色素的熱損失率小于5%,比較穩(wěn)定;在50~70℃范圍內,色素損失率有所增大;在70℃以上,色素損失率明顯增大.說明在70℃以上,辣椒紅色素不穩(wěn)定,而在30~70℃范圍內相對穩(wěn)定.2.6ph值對色素損失率的影響準確稱取0.1g辣椒紅色素,用丙酮定容于100mL容量瓶內,移取10mL至小燒杯中,用0.5mol·L-1的氫氧化鈉或者鹽酸調節(jié)pH值分別為2,4,6,8,10,12,測量色價并計算色素損失率.圖2給出了不同pH值下的色素損失率.從圖2可以看出,在中性和酸性條件下,色素的損失率較小,色素穩(wěn)定性較好.在堿性條件下,色素損失率略有增大,但最高不超過4%,主要是由于辣椒紅色素中的酯類色素在堿性環(huán)境水解,分子的端基上生成對光敏感的羥基容易被氧化,分解成無顏色的產物而引起紅色素的損失.3中紅色素的提取超聲波提取辣椒紅色素工藝中,丙酮作溶劑得到的產品的產率較大、雜質少、色價最高.超聲波提取所用時間短,比索氏提取工藝快4~5倍,提取產率高,而且不用加熱,色素損失能降到最低.按照原料和溶劑的質量體積比為1∶8的比例,選擇丙酮為溶劑,超聲波提取50min從干紅辣椒中提取出辣椒紅色素,產率達到3.4%,色價達到132.穩(wěn)定性研究表明,溫度對辣椒紅色素有一定影響