年产10吨辣红素项目建议

年产0吨辣红素项目建议辣椒红色素的提取07届生物技术专业毕业论文1辣椒红色素的提取王炼（重庆三峡学院生命科学与工程学院07级生物技术专业，重庆万州404000）【摘要】辣椒红色素是天然红色素的一种,可从干红辣椒中提取。本实验对有机溶剂从干红辣椒中提取辣椒红色素进行了研究，并利用分光光度计分别测定以丙酮、四氯化碳、乙醚、石油醚为萃取剂在不同时间、不同温度下萃取的辣椒红色素的含量。观察并统实验测量结果,结果表明：总体上四氯化碳、石油醚、乙醚和丙酮提取辣椒红色素的产率随温度的增加而增加，但乙醚例外。石油醚在60℃3小时内对辣椒进行辣椒红色素提取的效果最好。【关键词】辣椒辣椒红色素吸光度1文献综述1.1辣椒概况辣椒，又叫番椒、海椒、辣子、辣角、秦椒等，是一种茄科辣椒属植物。辣椒属为一年或多年生草本植物。果实通常成圆锥形或长圆形，未成熟时呈绿色，成熟后变成鲜红色、黄色或紫色，以红色最为常见。辣椒的果实因果皮含有辣椒素而有辣味。作为佐料能增进食欲。辣椒中维生素C的含量在蔬菜中居第一位。1.1.1辣椒分类地位及生物学特点辣椒是一种茄科辣椒属植物，为一年生草本植物，原产于南美和墨西哥等中美洲热带地区及西印度群岛等热带地区。单叶互生，叶片卵圆形；花萼杯状，花白色；果实通常成圆锥形或长圆形，向有朝天或向下之分，未成熟时呈绿色，成熟后变成酱色、鲜红色、黄色或紫色，以红色最为常见。种子肾形、淡黄色，胚珠弯曲。辣椒的果实因果皮含有辣椒素而有辣味。辣椒的生长与发育因地不同，在长江沿线及华北各地都是一年生植物，每年冬季枯死。在热带及亚热带地区如海南、广西、广东及云南的南部，可以露地越冬，二年春暖又可发生新芽。在四川、贵州、江西等地一带，冬季利用保温措施防冻，也可以老根越冬。老根越冬的辣椒，因其结果早于新苗，在保护地种植技术普及以前，它是一种较能获得经济效益的辣椒。按辣椒果实特征分为五个变种：（1）长角椒类长角椒类辣椒株型矮小至高大，分枝性强，叶片较小或中等。果实一般下垂，为长角形，微弯曲似牛角、羊角、线形。一般具辛辣味，果肉薄或厚，其中肉薄辛辣味强的主要供干制、腌渍或制辣椒酱；肉厚，辛辣味适中的供鲜食。个别品种也有果实朝天的。其产量较高，栽培最为普遍。我国著名的内外销辣椒干均属这一变种，如河南永城县大羊角、线椒。陕西牛角椒，耀县线辣子，四川二金条，山西代县长辣椒、福建宁化牛角椒、云南邱北辣椒等。适合鲜食的有湖南长牛角椒、伏地尖、杭州鸡爪椒。（2）甜柿椒类甜柿椒又称柿子椒、甜椒或灯笼椒。味甜或具轻辣味，主要适于鲜食。植株中等或矮小，分枝性弱。叶片较大，卵圆形或椭圆形。果实硕大、圆球队扁圆形、短圆、锤形。果面常具3－4条纵沟。果肉肥厚，大者单果重达200克以上，结果数较少。耐热与抗病性不及辣味品种。冷凉地区栽培比炎热地区的产量高。全国著名品种有上海茄门甜椒，吉林三道筋、四方头甜椒。（3）簇生椒簇生椒株型中等或较高，分枝性不强，叶片较长大，果实簇生。每簇3－5个至7－8个。果梗朝天或下垂，果色深红、果肉薄、辛辣味强、油分高、晚熟、耐热、产量低，主要供干制调味，如四川七星椒、陕西线椒、湖南线椒。（4）樱桃椒类樱桃椒株型中等或矮小，分枝性强，叶片较小，卵圆或椭圆形。果实朝天或斜生，圆形或圆锤形，小如樱桃。果色有红紫、黄色，果肉薄，种子多，辛辣味强，云贵一带较多。（5）圆锤椒类圆锤椒株型中等或矮小，叶片中等大小，卵圆，果实呈圆锤形或短圆柱形，果梗朝天或下垂，果肉较厚，辣味中等，主要鲜食青果，如南京早椒、成都二斧头、昆明牛角椒等。1.1.2辣椒有效成分及主要功效我国辣椒消费结构以各种食用鲜椒为主，消费量最大;其次是作为香辛料的干椒消费，主要为食用辣椒干及辣椒粉等。据研究发现，辣椒富含辣椒碱、二氢辣椒碱、辣椒红素、辣椒玉红素、β-胡萝卜素、碳水化合物、大量维生素C以及钙、磷等。辣椒红素、辣椒玉红素已被FAO、英国、日本、EEC和WHO等审定为无限性使用的天然食品添加剂，辣椒中呈辣味的物质是辣椒素（Capsaincin），也叫辣椒碱，它在医疗保健方面具有独特的生物活性，其纯品为单斜长方形片状无色结晶，溶点65℃，沸点在210-220℃，分子式：C18H27NO3。国外临床应用研究表明：辣椒碱对带状庖疹后遗神经痛、三叉神经痛、糖尿病性神经痛、风湿性关节炎、骨关节炎、牛皮癣、秃发有显著疗效。美国科研人员将辣椒碱应用于消炎、镇痛、麻醉和戒毒方面，辣椒碱还可以抑制恶性肿瘤的发生，并有治疗皮肤病、减肥的特殊功效。由于辣椒碱的刺激性特点，目前还主要用作止痛剂、戒毒镇痛剂、止痒剂、健胃消食剂、预防心脏病药、减肥药、杀虫剂、船舶防锈防腐以及军事用途等。辣椒的成分非常复杂，其显色物质主要是辣椒色素。辣椒果皮含有0.2％～0.5％的胡萝卜色烯类色素，其中辣椒红素和辣椒玉红素占总量的50％～60％。辣椒红素的分子式为C40H56O3，辣椒玉红素的分子式为C40H56O4。1.2辣椒红色素1.2.1辣椒红色素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。1.2.2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％，β-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（β-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19000μg／100g，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pH为3～12，温度在25～70℃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+、Ca2+、Na+、Mg2+、Zn2+对其无影响，可以与这些添加剂一起使用，而Al3+、Fe3+对其影响不大，Cu2+、Fe2+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(capsanthin)(C40H56O3=584.85)辣椒玉红素(capsorubin)(C40H56O4=600.85)玉米黄质(zeaxanthin)β-胡萝卜素(β-carotenone)1.2.3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，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。1.2.4现有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1mm～1m,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1∶215～1∶3,萃取次数3～4次。脱脂剂(Mix酶)浓度10～15mg/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。1.2.5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370～530nm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25～80℃时稳定性较好,色素变化不大，当温度升高到80～100℃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。1.3实验目的通过不同的萃取剂（石油醚、乙醚、四氯化碳、丙酮）在不同的萃取温度和萃取时间内对辣椒红色素进行萃取，将萃取的辣椒红色素用分光光度计进行比色测定，从而确定萃取量，进而对萃取结果进行比较和评价，得到这几种有机溶剂中萃取辣椒红色素的最佳溶剂及最佳方案。2实验部分2.1主要材料2.1.1辣椒：贵州椒（贵州产，万州市售）2.1.2试剂：四氯化碳：国产分析纯试剂石油醚：国产分析纯试剂乙醚：国产分析纯试剂丙酮：国产分析纯试剂乙醇（95%）：国产分析纯试剂NaOH溶液：国产分析纯试剂2.1.3试验器材JJ型精密电子天平：美国双杰兄弟（集团）有限公司HH.S精密恒温水浴锅：江苏金坛市医疗仪器厂722型可见光分光光度计：上海欣茂仪器有限公司A/B气流烘干器：中外合资深圳天南海北有限公司量筒100ml三角烧瓶100ml量杯50ml温度计旋转蒸发仪容量瓶25mL容量瓶100mLph试纸2.2实验方法2.2.1辣椒红色素对照品溶液的制备准确称取一定量的辣椒红色素对照品,用丙酮溶解并定容在100mL容量瓶中,配制成浓度约300μg/mL的对照品溶液，备用。2.2.2最佳吸收波长的确定准确移取5.00mL辣椒红色素对照品溶液,用丙酮定容于25mL容量瓶中,在波长为400～530nm之间进行扫描,测定吸收曲线,确定最佳吸收波长。2.2.3标准曲线的制作分别移取辣椒红色素对照品溶液2.00mL、3.00mL、5.00mL、6.00mL、7.00mL、9.00mL、10.00mL于25mL容量瓶中,用丙酮定容,在最佳波长处测各份溶液的吸光度,根据实验结果以A-c作图绘制标准曲线。2.2.4供试品的制备本实验采用有机溶剂提取辣椒红色素。称取一定质量的辣椒粉,在一定温度（分别为30℃、40℃、50℃、60℃）下用有机溶剂（分别为四氯化碳、石油醚、乙醚、丙酮）提取一定时间（分别为1h、2h、3h、4h）,旋转蒸发浓缩提取液,回收有机溶剂,然后将浓缩物置真空干燥箱中至恒质量,得到辣椒红色素粗产品。（1）辣椒预处理将辣椒去籽切碎,粒度小于15mm,晒干备用。（2）用稀碱处理辣椒皮(除辣)称取粉末状辣椒若干,置于容器内加入浓度为2%的NaOH溶液,碱液用量为辣椒果品原重的10～15倍.将容器放入恒温器内,在55℃下恒温2h左右,保温间歇搅拌,使辣椒碎片全浸在碱溶液中,然后过滤并将辣椒果皮用蒸馏水冲洗至pH值为7左右,取出果皮,晾干备用。（3）提取红色素(索式提取法)将若干并经过除辣处理后的辣椒果皮用滤纸或滤布包好,装入索式提取器中,从上端加入两倍的提取液(四氯化碳、石油醚、乙醚、丙酮)，注意提取液的高度不要超过虹吸管上端，加热提取。（4）浓缩及干燥将提取液初浓缩，移置干燥箱内，在50℃下干燥120min，即得红色素产品。2.2.5待测样品中辣椒红色素含量的测定取提取的一定量的粗产品，定容后将供试品溶液加入比色皿中，同时做三个重复，以空白试剂为参比，按上述标准曲线的测定法，分别测量其吸光值，计算样品中辣椒红色素的含量。辣椒红色素的产率（%）=辣椒红色素的质量/辣椒粉末的质量×100%2.3结果与分析2.3.1辣椒红色素最佳吸收峰的确定称取一定量得辣椒粉，在60℃下采用丙酮回流提取。取一定量得提取液，以丙酮作空白，用分光光度计进行420～500nm可见光区扫描，结果见图1图1辣椒红色素吸光度随波长变化曲线由图1可知，辣椒红色素在丙酮溶液中的最佳吸收波长460nm。2.3.2辣椒红色素标准曲线用紫外光分光光度计，用丙酮溶解定容,以丙酮作空白,在最佳波长460nm处测对照品溶液的吸光度。以吸光度为纵坐标，辣椒红色素为横坐标，绘制标准曲线，见图2.图1辣椒红色素标准工作曲线根据试验结果,得线性回归方程为A=6063C-0.0014(R=0.9997),辣椒红色素的线形范围为24～120μg/mL。2.3.3辣椒红色素提取结果测定将在不同条件下得到的辣椒红色素粗产品。用丙酮溶解定容,以丙酮作空白,在最佳吸收波长460nm测其A值。取备好的辣椒粉4份（每份6g）,与萃取剂按1:4的比例分别加入不同的萃取剂在三角烧瓶中混合均匀，在30℃水浴锅中加热萃取，分别萃取1小时、2小时、3小时、4小时后取萃液，50℃减压蒸馏,油水混合物分离,用分光光度计法在最佳吸收波长460nm处测定得其吸光度，计算结果如表一所示.表一在30℃时不同试剂在不同时间内提取辣椒红色素的吸光度测量结果试剂／g时间/h四氯化碳石油醚乙醚丙酮10.236450.254240.212460.1000520.232300.260310.210710.1012130.240210.267250.210860.1012140.238280.268610.200770.10356取备好的辣椒粉4份（每份6g）,与萃取剂按1∶2的比例分别加入不同的萃取剂在三角烧瓶中混合均匀，在30℃水浴加热锅中加热萃取，分别萃取1小时、2小时、3小时、4小时后取萃液，50℃减压蒸馏,油水混合物分离,用分光光度计法在最佳吸收波长460nm处测定得其吸光度，结果如表二所示.表二在40℃时不同试剂在不同时间内提取辣椒红色素的测量结果试剂／g时间/h四氯化碳石油醚乙醚丙酮10.238470.260390.198340.1086920.242580.268310.197760.1127230.242330.268490.193530.1165340.246190.270280.190480.12141取备好的辣椒粉4份（每份6g）,与萃取剂按1∶2的比例分别加入不同的萃取剂在三角烧瓶中混合均匀，在30℃水浴加热锅中加热萃取，分别萃取1小时、2小时、3小时、4小时后取萃液，50℃减压蒸馏,油水混合物分离,用分光光度计法在最佳吸收波长460nm处测定得其吸光度，结果如表三所示.表三在50℃时不同试剂在不同时间内提取辣椒红色素的测量结果试剂／g时间/h四氯化碳石油醚乙醚丙酮10.242810.268490.190480.1183720.243720.272510.184560.1232530.246940.273820.182730.1257440.247360.278210.178410.12794取备好的辣椒粉4份（每份6g）,与萃取剂按1∶2的比例分别加入不同的萃取剂在三角烧瓶中混合均匀，在30℃水浴加热锅中加热萃取，分别萃取1小时、2小时、3小时、4小时后取萃液，50℃减压蒸馏,油水混合物分离,用分光光度计法在最佳吸收波长460nm处测定得其吸光度，结果如表四所示.表四在60℃时不同试剂在不同时间内提取辣椒红色素的测量结果试剂／g时间/h四氯化碳石油醚乙醚丙酮10.241950.272760.168740.1223720.245770.282870.154390.1232530.246240.285970.131250.1284740.249350.283410.121380.13228通过表一、表二、表三和表四可以看出：在所设置的各种梯度试验结果中石油醚在60℃3小时内对辣椒进行辣椒红色素提取的效果最好，产率约为4.77%。总体上四氯化碳、石油醚、乙醚和丙酮提取辣椒红色素的产率随温度的增加而增加，但由于乙醚较易挥发，故从以上四个表中结果可看出用乙醚进行萃取时，随温度升高反而产率越低。另一方面，时间对辣椒红色素提取的影响在在三小时后影响不大。因此，从表一可知这四种溶液中提取辣椒红色素效最好的是石油醚，四氯化碳次之，乙醚再次之，丙酮最次。3误差分析2.3.4试验偏差分析溶剂法萃取辣椒红色素简单方便，所需设备简易，结果较好，但在测量过程中仍然存在很多偶然性误差，现误差分析如下：（1）分光光度计读数的时候出现数值不稳定，其原因可能有：①仪器稳定(