辣椒红色素亚临界水萃取工艺的优化

王洪，徐曼旭

(1.哈尔滨市食品工业研究所，哈尔滨 150025；2.黑龙江省华测检测技术有限公司，哈尔滨 150025；3.哈尔滨市食品工业研究所有限公司，哈尔滨 150025；4.哈尔滨市双城区科学技术协会，哈尔滨 150010)

辣椒红色素亚临界水萃取工艺的优化

王洪1,2,3，徐曼旭2,4

(1.哈尔滨市食品工业研究所，哈尔滨 150025；2.黑龙江省华测检测技术有限公司，哈尔滨 150025；3.哈尔滨市食品工业研究所有限公司，哈尔滨 150025；4.哈尔滨市双城区科学技术协会，哈尔滨 150010)

亚临界水萃取法是一种新型的样品萃取技术，也被称为“绿色处理方法”，实验利用亚临界水技术萃取具有多种药理作用的辣椒红色素。以色素的提取率为指标，在单因素试验的基础上，采用正交试验确定辣椒红色素的最佳提取条件，再与水浸提法和超声辅助提取法进行比较。结果表明：最佳萃取工艺为亚临界水温度120 ℃、提取时间2 h、液料比10∶1 (mL/g)、萃取压力0.8 MPa、pH 5，此时辣椒红色素的提取率为2.46%±0.02%。同水浸提法和超声辅助提取法相比，亚临界萃取法时间短、效率高、环境友好、可连续提取，并且提高了辣椒红色素的提取率。

辣椒；红色素；亚临界水；萃取

我国是辣椒资源大国，虽种植面积不大，但其产量却极高[1]。辣椒中含有的辣椒红色素具有较高的经济价值，国外近四、五十年已经开始对辣椒红色素投入大量研究，目前我国也开始陆续建造相关工厂，但技术方面仍不够先进，导致进口价格昂贵。 因此，辣椒红色素的提取工艺研究具有重大的实际应用意义[2]。

水浸提法、超声辅助提取法和超临界CO2萃取法是最为普遍的辣椒红色素提取方法[3]，但这些方法耗费大量时间。亚临界水萃取技术由于其具有提取时间短、效率高、绿色环保等优点，因此被作为提取植物和中草药中天然成分的方法[4,5]，但是应用该方法提取辣椒红色素国内外还鲜有报道。因此，利用亚临界水萃取辣椒红色素且对提取工艺参数进行优化具有实际意义，并能为辣椒的综合利用提供相关理论依据。

1 材料与方法

1.1 原料与设备

新鲜辣椒(购于商超)；丙酮、甲醇、无水乙醇、乙醚、盐酸、氢氧化钠、去离子水(以上试剂均为分析纯)。

KCFD05-03型亚临界反应釜 杭州华黎泵业有限公司；AL-104型精密电子天平 上海亚荣生化容器厂；TU-1800紫外可见分光光度计，真空旋转蒸发仪 巩义市英峪予华仪器厂；pH计 梅特勒-托利多仪器有限公司；小型台式高速离心机 上海医械专机厂有限公司；FW型高速万能粉碎机 飞利浦国际集团香港有限公司。

1.2 操作方法

1.2.1 原料预处理

将新鲜辣椒烘干，粉碎后过40目筛，备用。

1.2.2 最大吸收波长的确定[6]

分别准确称取5.00 g辣椒粉，使用亚临界水萃取法、超声波提取法和溶剂浸提法提取辣椒红色素，将经5000 r/min离心18 min的上清液稀释成所需要的浓度。为得到上清液的最大吸收波长，在波长为350～700 nm条件下使用紫外分光光度计进行扫描。

1.2.3 亚临界水萃取辣椒红色素的影响因素

研究萃取温度(100，110，120，130，140 ℃)、萃取时间(0.5，1，2，3，4 h)、液料比(5∶1，10∶1，15∶1，20∶1，25∶1)、提取压力(0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 MPa)和提取剂pH(4.0，5.0，6.0，7.0，8.0)5个因素对辣椒红色素提取率的影响。按照1.2.2 的方法在最大吸收波长处计算提取率，分析温度对提取率的影响。以单因素试验为手段确定提取剂pH 5，建立四因素三水平正交试验表对提取工艺进行优化，见表1。

表1 L9(34)正交试验因素水平表
Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment L9(34)

水平因素A温度(℃)B液料比(mL/g)C时间(h)D压力(MPa)1110510.821201021.031301531.2

1.3 辣椒红色素提取率的测定

将利用消光系数法所得的提取液稀释后置于1 cm比色皿中，在530 nm 波长处进行吸光值的测定；其提取率计算方法见下式：

式中：A为最大吸收波长处的吸光度；V为最终体积，mL；DF为稀释倍数；M为样品质量，g；98.2为1%的红色素1 mol消光系数。

2 结果与分析

2.1 辣椒红色素特征吸收光谱

辣椒红色素特征吸收光谱见图1。

图1 不同提取方法的辣椒红色素光谱图Fig.1 The spectrogram of capsicum red pigment with different extraction methods

注：1为超声波法；2为溶剂浸提法；3为亚临界水萃取法。

2.2 辣椒红色素亚临界水萃取条件的确定

2.2.1 温度对提取率的影响

在提取时间、液料比、萃取压力和pH分别为1 h，10∶1，1.0 MPa和5的条件下，温度对辣椒红色素提取率的影响见图2。

图2 温度对提取率的影响Fig.2 The effect of temperature on extraction rate of capsicum red pigment

注：相同字母代表差异不显著，不同字母代表差异显著(P<0.05)，下同。

由图2可知，当萃取温度为100～120 ℃时，其提取率为1.81%～2.32%，这是由于水的极性随着温度的升高而降低，色素在120 ℃最容易被提取出来[7]；而当萃取温度超过中间温度120 ℃后，提取率显著下降，可能是因为辣椒红色素在此温度下降解率增加。因此，将120 ℃作为最佳提取温度。

2.2.2 液料比对提取率的影响

在提取温度、时间、压力和pH分别为120 ℃，1 h，1.0 MPa和5的条件下，液料比对辣椒红色素提取率的影响见图3。

图3 液料比对提取率的影响Fig.3 The effect of liquid solid ratio on extraction rate of capsicum red pigment

由图3可知，当液料比为5∶1～10∶1时，其提取率为1.84%～2.83%，这是由于随着液料比的增加，物料与溶剂充分接触，目标物更易溶出[8-10]，因而提取率增加。当液料比高于10∶1后，稀释作用明显，所以提取率下降，因而以10∶1作为最佳液料比。

2.2.3 萃取时间对提取率的影响

在提取温度、料液比、萃取压力和pH分别为120 ℃，10∶1，1.0 MPa和5的条件下，萃取时间对辣椒红色素提取率的影响见图4。

图4 时间对提取率的影响Fig.4 The effect of time on extraction rate of capsicum red pigment

由图4可知， 0～2 h时提取率逐渐增加，超过2 h后提取率显著降低；可能的原因为2 h后目标物质处于几乎完全萃取状态，随着时间增加色素可能发生降解反应。因此，以2 h作为最佳提取时间。

2.2.4 萃取压力对提取率的影响

在提取温度、时间、液料比和pH分别为120 ℃，1 h，10∶1和5的条件下，萃取压力对辣椒红色素提取率的影响见图5。

图5 萃取压力对提取率的影响Fig.5 The effect of extraction pressure on extraction rate of capsicum red pigment

由图5可知，当萃取压力为0.4～1.0 MPa时，色素提取率逐渐增加且2.35%为最大提取率；当压力为0.4～1.0 MPa时，提取率呈上升趋势，可能是由于当压力增大时溶剂加速充满已被破坏细胞壁的物料细胞毛细孔内，加速目标物质溶出而提高提取率[11-13]。因此，以1.0 MPa为最佳萃取压力。

2.2.5 pH提取率的影响

在提取温度、时间、液料比和萃取压力分别为120 ℃，1 h，10∶1和1.0 MPa的条件下，pH对辣椒红色素提取率的影响见图6。

图6 pH对提取率的影响Fig.6 The effect of pH value on extraction rate of capsicum red pigment

由图6可知，当pH为4～8时，提取率先升后降，最大值为2.26%；当pH>5时提取率显著降低。因此，以5作为最佳pH。

2.2.6 最佳提取条件的确定

表2 L9(34) 正交表及结果
Table 2 L9(34) orthogonal table and results

序号A温度(℃)B液料比(mL/g)C时间(h)D压力(MPa)提取率(%)11(110)1(5)1(1)1(0.8)1.6221(110)2(10)2(2)2(1.0)2.2531(110)3(15)3(3)3(1.2)1.4342(120)1(5)2(2)3(1.2)2.6352(120)2(10)3(3)1(0.8)2.5462(120)3(15)1(1)2(1.0)2.073(130)1(5)3(3)2(1.0)1.8783(130)2(10)1(1)3(1.2)1.8593(130)3(15)2(2)1(0.8)2.04K15.306.125.476.20K27.176.646.926.12K35.765.475.845.91k11.772.041.822.07k22.392.212.312.04k31.921.821.951.97极差R0.620.390.490.10

由表2可知，在提取剂的pH为5时，各因素对提取率的影响程度为A>C>B>D。

表3 正交试验方差分析表
Table 3 The analysis of variance of orthogonal experiment L9(34)

因素偏差平方和自由度F比F临界值显著性温度0.946237.5419*时间0.20328.4219液料比0.595223.619*压力0.02821.0219误差0.032

由表3可知，辣椒红色素的最佳提取条件为A2B2C2D1，温度和液料比对提取率具有显著影响。以上述条件对辣椒红色素进行提取，做3次平行试验得辣椒红色素提取率为2.46%±0.02%。

2.3 亚临界水萃取与超声提取、溶剂浸提的对比

表4 不同方法提取率的对比
Table 4 The comparison of extraction rates with different methods

主要参数亚临界水萃取水浸提法超声提取法辣椒质量(g)555提取温度(℃)1209085提取时间(h)243色素提取率(mg/g)2.46%±0.02%a1.44%±0.03%c1.96%±0.01%b

由表4可知，亚临界水萃取法的提取率显著高于水浸提法和超声提取法，且节约大量时间；由此可见，该方法为一种高效的萃取技术。

3 结论

辣椒红色素亚临界水萃取最佳工艺条件为：在120 ℃，液料比10∶1，0.8 MPa下提取2 h，其提取率最高为2.46%±0.02%。与其他方法相比，本方法大大缩短了提取时间，提高了提取率，是一种省时、高效、清洁、易于操作的萃取技术。

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Optimization of Extraction Technology for Red Pigment of Capsicum by Subcritical Water

WANG Hong1,2,3, XU Man-xu2,4

(1.Harbin Institute of Food Industry, Harbin 150025, China;2.Heilongjiang Centre Testing International, Harbin 150025, China;3.Harbin Institute of Food Industry Co., Ltd., Harbin 150025, China; 4.Shuangcheng District Association for Science and Technology of Harbin City, Harbin 150010, China)

Subcritical water extraction method is a new kind of extraction technology.The extraction method is referred to as "green treatment method". Subcritical water technology is used for extracting capsicum red pigment with many pharmacological activities. Based on single factor experiment, the optimal parameters of capsicum red pigment are determined by orthogonal experiment, and compare with water extraction and ultrasonic-assisted extraction. The results show that the optimal extraction conditions are subcritical water temperature of 120 ℃, extraction time of 2 h, liquid-solid ratio of 10∶1 (mL/g), extraction pressure of 0.8 MPa and pH of 5. Under such conditions, the yield of capsicum red pigment is 2.46%±0.02%. Compared with water extraction and ultrasonic-assisted extraction, the subcritical water extraction shortens the extraction time greatly and enhances the yield of capsicum red pigment obviously.

capsicum; red pigment; subcritical water; extraction

2016-06-25

王洪(1971-)，女，工程师，研究方向：食品加工、食品检测。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2016.12.028

1000-9973(2016)12-0122-04