辣椒红色素的提取与分离

1、实验七辣椒红色素的分离提取一、 综述辣椒红色素别名辣椒红、辣椒色素、椒红素、辣红素，是一种存在于成熟红辣椒果实中的四萜类橙红色色素，属类胡萝卜素类色素。辣椒红色素是辣椒的主要显色物质，其中主要含辣椒红素和辣椒玉红素，具有辣椒香气味的深红色粘性油状液体，色泽鲜艳，着色力强，耐光、热、酸、碱，且不受金属离子影响；溶于油脂和乙醇。1.辣椒红色素结构及理化性质纯的辣椒红色素是有光泽的深红色针状结晶，呈橙红、橙黄色调，属类胡萝卜素类色素，主要成分及含量为：辣椒红素约50 ，辣椒玉红素约8.3，玉米黄质约14，-胡萝卜素约13.9，隐辣椒质约5.5，此外还有辣椒黄素、辣椒色素脂肪酸酯、辣椒红素乙二酸酯、辣

2、椒红素二软脂酸酯等，可用作食用红色色素，未酯化辣椒红素的生物利用率高于酯化辣椒红素。辣椒果实在成熟过程的不同时期，各种类胡萝卜素（-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质、辣椒红素）含量不同，其中在其生长过程的第9周时（自开花起计算），辣椒红素的含量为19 000 g100 g，占总类胡萝卜素的60%。纯的辣椒红色素熔点为175 左右，易溶于极性大的有机溶剂，如：丙酮、三氯甲烷、植物油、乙醚，溶于乙醇，不溶于甘油和水。与浓无机酸作用显蓝色。具有较好的分散性，在p H为312，温度在2570较为稳定，在糖类溶液中稳定性较好，耐还原性好，耐氧化性差，金属离子K+、C a2+、N a+、M g2+、Z n2+对

3、其无影响，可以与这些添加剂一起使用，而A l3+、F e3+对其影响不大，C u2+、F e2+对其有显著影响，使用时应注意避免。辣椒红素耐光性差，暴露于室外强光下易褪色。辣椒红色素各成分的分子结构如下:辣椒红素( capsan thin) (C40H56O3 = 584.85)辣椒玉红素( capsorubin) (C40H56O4 = 600.85)玉米黄质( zeaxan thin) - 胡萝卜素(- carotenone2.辣椒红色素的应用及前景辣椒红素是天然红色素的一种，可从成熟的茄科红辣尖椒中提取。作为一种天然着色剂,辣椒红色素不仅色泽鲜艳,色价高,着色力强,保色效果好,安全无毒，

4、而且具有抗癌美容的功效，因此被广泛应用于水产品、肉类、糕点、色拉罐头、饮料等各类食品的着色,还可以有效地延长仿真食品的货架期;而且安全性高,具有营养保健作用,并被现代科学证明有抗癌、抗辐射等功能,还应用于化妆品和儿童玩具等领域。现已成为国内外食品和食品添加剂行业开发研究和消费关注的热点之一。由于市场前景较好,需求量逐年上升,各国竞相开发生产。我国是一个辣椒资源相当丰富的国家,几乎全国各地都有种植,特别是山东、河北、四川、山西、河南、云南、广西等省区均有大面积种植,年总产量也难以精确统计。由此可知我国辣椒产量丰富、价格低廉，所以开发应用辣椒红色素具有很大的经济效益和广阔的国内外市场前景。3.现有

5、的辣椒红色素提取方法目前辣椒红色素的提取方法大致可归为油溶法, 溶剂提取法, 超临界CO2流体萃取法, 超声波溶剂提取法, 溶剂微波提取法和酶法提取六类。其中,前两种为常规方法。（1） 油溶法油溶法是在常温下呈液状的食用油如棉籽油、豆油、菜籽油等浸渍辣椒果皮或干辣椒粉，使辣椒红素溶解在食用油中, 然后通过一定方法从油中提取出辣椒红素的一种方法。用油溶法提取辣椒红色素存在油与色素分离困难的缺点, 难以得到浓稠的色素, 现已基本停止使用。（2） 溶剂法溶剂法是将去除坏椒杂质的干辣椒磨成粉后, 用有机溶剂如丙酮、乙醇、乙醚、氯仿、二氯乙烷、正己烷等进行浸提, 将浸提液浓缩得到粗辣椒油树脂,减压蒸馏得

6、产品。但此法所得产品含杂质多, 同时还带有辣椒特有的异味, 使其应用范围大大减小, 为此,需采用多种改进方法以消除其杂质和异味。（3） 超临界CO2 流体萃取法目前,国内外已经开始研究应用超临界CO2 流体技术萃取辣椒红色素。超临界流体萃取技术是以超临界状态下的流体作为溶剂,利用该状态下流体所具有的高渗透能力和高溶解能力萃取分离混合物的过程。超临界流体的溶解能力随体系参数(温度和压力)而发生连续性变化,因此通过改变操作条件(稍微提高温度或降低压力)便可方便地调节组分的溶解度和萃取的选择性。此方法生产的辣椒红色素,色价达到220。（4）超声波溶剂提取法辣椒粉是片状凹凸不平的纤维组织结构,辣椒素及

7、其他脂溶性成分存在于纤维组织之内,采用传统的有机溶剂提取法需要耗费大量有机溶剂和时间才能提取完全。超声提取过程产生强烈的振动、空化、搅拌,与传统提取方式比较具有收率高、生产周期短、无需加热、有效成分不被破坏等优点。（5） 溶剂微波提取法微波是电磁波的一种，其波长为1mm1m,其波长介于短波和远红外之间，故称微波。将微波应用于提取，其对物质的作用表现在：当被提取物溶媒共同处于微波场下时，目标组分分子受到高频电磁波的作用，产生剧烈振荡，分子本身获得了巨大的能量以挣脱周边环境的束缚，当环境存在一定的浓度差时，可以在非常短的时间内实现分子自内向外的迁移达到一个平衡点，这就是微波可以短时间内实现提取色素

8、的原因。（6） 酶法提取周旭章等研究提出醇-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:温度为室温;脱辣剂(乙醇)浓度70% ,投料比121513,萃取次数34次。脱脂剂(Mix酶)浓度1015mg/L,反应时间50min。邵学军等实验结果,用NaOH溶液浸泡辣椒粉脱出辣素的最佳操作条件为:辣椒粉( g) 与15% NaOH 溶液(mL ) 之比为1 9, 90浸泡1.5h。4. 影响辣椒红色素稳定性的因素辣椒红色素在被提取前是贮存在辣椒果实的完整细胞组织中,由于受到细胞膜及细胞内某些成分的保护并形成脂类,对光热等具有较高的稳定性。但当辣椒红色素被提取出来以后,由于失去了细胞膜

9、等的生物保护机制,各种外部条件对其均可产生不同的影响,破坏其稳定性。辣椒红色素稳定性是指其在各种可能的环境中是否保持原有的色泽，即是否褪色或变色。近年来，国内外的各种研究表明影响辣椒红色素稳定性的因素大致有以下几类。（1） 光对辣椒红色素稳定性的影响国内外的各种研究表明辣椒红色素的耐光性较差在油性介质中避光保存的辣椒红色素是比较稳定的。配制浓度为01005%的丙酮色素溶液,溶液呈橙红色,在色素在370530nm之间有强烈的吸收峰,最大吸收波长为470nm。根据张志强的实验结果,暗室和室内光线下,色素无褪色现象,且损失较小, 6天后仍有96%以上保留,在日光下不到半天的时间,色素几乎损失殆尽,几

10、乎为无色,紫外光对色素有明显的影响, 3天左右几乎都损失。（2） 温度对辣椒红色素稳定性的影响 据周国海的研究结果,温度对辣椒红色素有一定影响。温度越高，辣椒红色素损失越多。主要在70以上加热损失较明显。辣椒红色素在2580时稳定性较好, 色素变化不大，当温度升高到80100时,稳定性下降,当超过100时,色素极不稳定,所以提取过程中应避免长时间处于80以上的高温。（3） 金属离子对辣椒红色素稳定性的影响 铜离子、亚铁离子对辣椒红色素有明显的破坏作用,而铝离子在浓度较高,即大于400mg/ kg时,对色素的色价有影响,而铁离子、钾离子、钠离子、镁离子等对色素的影响均可以忽略。（4） 氧化剂对辣

11、椒红色素稳定性的影响张志强等将不同浓度(0.0、0.1、0.2、0.3、0.5mol /L )体积分数为30%的H2O2 加到已配好的色素溶液中,定容至10mL,摇匀470nm 处测定其吸光度,静置2h后,再次测定其吸光度。比较两次色素的损失率发现,辣椒红素对氧化剂不稳定,浓度越高稳定性越差。因此在辣椒红色素提取过程中要避免与氧化剂接触。（5）空气中的氧对辣椒红色素稳定性的影响夏枫耿等分别向液体及固体辣椒红色素中以2.33mL / s的速度通入空气2h,测定吸光度,发现:液体辣椒红色素对空气中氧比较敏感,接触氧气褪色较快,而固体红色素因为受到包埋保护,对氧气不太敏感。二、 实验1. 实验原理辣

12、椒红色素为脂溶性色素，选用适当的方法提取后，可采用不同的分离技术进行色素的分离。上文已经提及国内外提取辣椒红色素的各种方法，由于辣椒粉是片状凹凸不平的纤维组织结构,辣椒素及其他脂溶性成分存在于纤维组织之内,采用传统的有机溶剂提取法需要耗费大量有机溶剂和时间才能提取完全。超声提取过程产生强烈的振动、空化、搅拌,与传统提取方式比较具有收率高、生产周期短、无需加热、有效成分不被破坏等优点。本实验以丙酮为提取溶剂，采用超声法对辣椒红色素进行提取。分离过程中，本实验采用硅胶为吸附剂，石油醚/丙酮为流动相的柱层析法。硅胶柱层析法的分离原理是根据物质在硅胶上的吸附力不同而使各组分分离。一般情况下极性较大的物

13、质易被硅胶吸附，极性较弱的物质不易被硅胶吸附。当采用溶剂洗脱时，发生一系列“吸附解吸再吸附再解吸”过程，吸附力较强的组分，移动的距离小，后出柱；吸附力较弱的组分，移动的距离大，先出柱。薄层层析又叫薄层色谱，是色谱法中的一种，是快速分离和定性分析少量物质的一种很重要的实验技术，是近年来发展起来的一种微量、快速而简单的色谱法，它兼备了柱色谱和纸色谱的优点。一方面适用于小量样品（几到几十微克，甚至0.01g）的分离；另一方面若在制作薄层板时，把吸附层加厚，将样品点成一条线，则可分离多达500mg的样品。因此又可用来精制样品。故此法特别适用于挥发性较小或在较高温度易发生变化而不能用气相色谱分析的物资。

14、此外，在进行化学反应时，常利用薄层色谱观察原料斑点的逐步消失来判断反应是否完成。薄层色谱是在被洗涤干净的玻板（10×3cm左右）上均匀的涂一层吸附剂或支持剂，带干燥、活化后将样品溶液用管口平整的毛细管滴加于离薄层板一端约1cm处的起点线上，凉干或吹干后置薄层板于盛有展开剂的展开槽内，浸入深度为0.5cm。待展开剂前沿离顶端约1cm附近时，将色谱板取出，干燥后喷以显色剂，或在紫外灯下显色。2. 实验材料干红辣椒（去籽研磨备用）3. 实验试剂和仪器试剂：石油醚，丙酮，柱层析用硅胶，报层层析用硅胶，0.5%羟甲基纤维素钠等仪器：碎机，超声波清洗器，旋转蒸发仪，烘箱，柱层析，层析缸等4. 操

15、作过程a) 色素提取 （超声法）i. 超声准确称量1.00g辣椒粉，放入锥形瓶，加入50mL丙酮，充分摇匀混合。在瓶口蒙上膜，并在薄膜表面戳破几个洞，是锥形瓶通过小口与外界想通，然后放入超声波清洗器的水槽中，超声15min。ii. 过滤将经过15min超声的溶液通过漏斗进行常压过滤，收集滤液与圆底蒸馏瓶中。iii. 蒸发浓缩使用旋转蒸发仪将滤液蒸发浓缩，回收有机溶剂；向浓缩后的圆底蒸馏瓶中滴加微量石油醚，溶解浓缩物，成待分离原液。b) 色素的粗分离（柱层析）i. 制备硅胶柱取适量柱层析用硅胶，干法装柱，直至距离顶端2.5cm处停止（装填过程中需压实硅胶）。然后在硅胶柱上方放置一个圆形小滤纸片，

16、并将填装好的硅胶柱固定在铁架台上。ii. 淋洗将流动相石油醚缓慢倾倒入柱，淋洗层析柱，同时打开活塞；当上方小滤纸片几乎快干又未干时（石油醚已淋洗整个柱子）关闭活塞。iii. 添加原液继续添加待分离原液（0.5-1mL），然后继续添加提前配好的提取液（石油醚/丙酮=1：10）。一段时间偶，可明显观察到硅胶柱自上而下分出几层不同颜色的区域，表明提起液中的各种色素已经被分离。iv. 收集分离液当第一部分有色液体即将流出层析柱的时候，立即换用离心管收集。第二部分可用另外一只离心管收集。c) 色素分离 （薄层层析）i. 薄层板的制备（倾注法）提前一天制备。称取10-15g薄层层析用硅胶，量取35-40m

17、L羟甲基纤维素钠，将两者混合在研钵中，混合均匀并研成匀浆。一只手握持玻璃板的一端并使板与水平面成约30°的角度；另一只手用研杵蘸取匀浆并点到玻璃板上，并使匀浆沿着玻璃板表面在重力作用下向另一侧流动，当流至另一侧时，立即用手平托玻璃板并前后左右轻轻晃动使得薄层表面均匀光滑，厚度一致。按照相同方法制备4-5块薄层板，放置于室温晾干，然后置于烘箱内加热活化。活化了的薄层板要保存在干燥的地方以备使用。ii. 层析分离用吹风机或者用旋转蒸发仪将离心管里的提取液进行蒸发浓缩；配制不同比例的展开剂（石油醚，丙酮混合液）于层析缸中；在距离薄层板一段0.5cm的地方用微量毛细管点样，每个板点两个样，一

18、个来自分离浓缩后所得的原液，另一个来自柱层析分离得到的提取液；将点样后的薄层板放置在层析缸中，盖上盖子，色素自行展开，至色素带最前沿距离薄层板上沿0.5-1.0cm终止层析并取出薄板晾干，观察比较不同比例展开剂的分离效果。三、 实验结果丙酮/石油醚=1：9（左侧提取液，右侧原液）丙酮/石油醚=5：95（左侧提取液，右侧原液）丙酮/石油醚=1.5：9.5（左侧原液，右侧提取液）丙酮/石油醚=1：10（左侧原液，右侧提取液）四、 讨论与分析1. 图中三块板对应的展开剂比例分别（丙酮/石油醚）为1/9，5/95，1.5/9.5，1/10。三种比例的展开剂展开效果均比较理想，不过相比较而言，1/9展开

19、剂展开效果比其他两种比例的效果略差，色素未完全展开，中间色素仍有大团聚集。效果最好的比例是5/95和1.5/9.5。两个薄层板色带充分展开，颜色分布界限明显，5/95上沿还展开出了四种类胡萝卜素色带。2. 刚开始选择的比例为1/9，虽然大部分实验所需色素已被展开，但是效果不是很理想，换用5/95重新展开，效果好很多，而且色带中出现了类胡萝卜素的颜色，色带自上而下分别为胡萝卜素，叶黄素，胡萝卜素a，胡萝卜素b，辣椒红色素，辣椒玉红素，辣素。3. 硅胶柱层析分离辣椒色素属分配层析法，是根据色素和辣素的结构差异在束缚与硅胶上的固定相和洗脱液中的溶解度不同，因此在固定相和洗脱液之间的分配系数不同而达到

20、分离效果。这个操作简单，设备条件要求不高，分离效果很好，去除辣味完全。内蒙古工业大学有研究，其柱层析法采用100-200目硅胶为填料，石油醚与丙酮（体积比为10：1）复合液为洗脱液；色素回收率为67.2%，而且色价较高为65；可以形成橙黄、红色与淡黄色%条带，有利于红辣椒中有效成分的精细分离。4. 辣椒粉是片状凹凸不平的纤维组织结构,辣椒素及其他脂溶性成分存在于纤维组织之内,采用传统的有机溶剂提取法需要耗费大量有机溶剂和时间才能提取完全。超声波溶剂提取法在提取过程中, 通过产生强烈的振动,空化, 搅拌, 从辣椒粉中提取出辣椒红色素。与传统的提取方法比较, 此法具有收率高, 生产周期短, 无需加

21、热, 有效成分不破坏等优点。5. 实验说明： 1.丙酮容易挥发且有毒害，实验中注意避免吸入过多；2.超声提取中应保证锥形瓶直立，切勿斜倒让水流入；3.加入石油醚在茄形瓶后来回震荡，尽量溶解附着在壁上的辣椒红素；4.旋蒸的作用就是蒸去溶剂，比一般的方法效率高。 原理：一是靠减压；二是靠旋转时，使溶液形成液膜，扩大蒸发面。 5.操作旋蒸仪中注意：（1）安装接口部分要加少量矾士林，避免抽真空的时候，接口部分漏气真空度上不去。 （2）在盛装样品的茄型瓶顺利与旋蒸仪端口连接好后，应先开动旋转按钮检查一下旋转是否灵活，更重要是的看旋蒸样品是否全部或大部分浸没于水浴锅的液面内，这样才能保证旋蒸效率。 （3）

22、在茄型瓶中盛装的样品最多不要超过75%，否则在减压时会出现倒吸。 （4）减压过程中要调整好水浴锅内水的温度，使其与你所旋蒸的样品的沸点相适应，这可以从回流管的回流液状态看出，当回流液呈滴状而非呈水流时最佳。 （5）在旋蒸接近结束时，应先打开通气阀门，使旋蒸仪内外气压一致，然后关闭旋转开关，取下茄型瓶。6. 吸附剂一般应满足下列几个基本要求: 对样品组分和洗脱剂都不会发生任何化学反应，在洗脱剂中也不会溶解； 颗粒形状均匀，大小适当，以保证洗脱剂能够以一定的流速 (一般为1.5 mLmin-1)通过色谱柱；材料易得，价格便宜而且是无色的，以便于观察。可用于吸附剂的物质有氧化铝、硅胶、聚酰胺、硅酸镁

23、、滑石粉、氧化钙 (镁)、淀粉、纤维素、蔗糖和活性炭等。7. 样品在色谱柱中的移动速度和分离效果取决于吸附剂对样品各组分的吸附能力大小和洗脱剂对各组分的解吸能力大小，因此，吸附剂的选择和洗脱剂的选择常常是结合起来进行的：首先，根据待分离物质的分子结构和性质，结合各种吸附剂的特性，初步选择一种吸附剂。然后根据吸附剂和待分离物质之间的吸附力大小，选择出认为适宜的洗脱剂。最后，采用薄层色谱法进行试验。根据试验结果，再进一步决定是调节吸附剂的活性，还是更换吸附剂的种类，或是改变洗脱剂的极性。直到确定出合适的吸附剂和洗脱剂为止。 物质与吸附剂之间的吸附能力大小既与吸附剂的活性有关，又与物质的分子极性有关

24、。分子极性越强，吸附能力越大，分子中所含极性基团越多，极性基团越大，其吸附能力也就越强。具有下列极性基团的化合物，其吸附能力按下列次序递增： -Cl，-Br，-I<-C=C-<-OCH3<-CO2R<-CO-<-CHO<-SH<-NH2<-OH<-COOH8. 薄层层析注意事项：（1）研磨要细、调和均匀，铺板要注意避免气泡、厚薄均匀；（2）硅胶和羧甲基纤维素钠的比例要合适:2.5-4.5最佳.根据自己点样的粘稠度调节；（3）铺板时手要平稳，否则容易不均匀。室内温度不能太潮湿；（4）活化不充分的话板易裂且斑点无法分开；（5）如需重复点样，则应待前次点样的溶剂挥发后方