王 硕

(广州工商学院，广州 510800)

辣椒(Capsicumannuum), 隶属于茄科辣椒属，是一年生或者多年生的草本植物[1]，果实一般为圆锥形或者长圆形，在未成熟时，呈现的颜色为绿色，成熟之后呈现的颜色为红色或者紫色，一般以红色最为常见[2-3]。

辣椒一般用作调味剂，但是除了调味剂之外，辣椒的用途还非常广泛，其中，辣椒丰富的红色素也能够作为有机色素使用[4]。目前，我国的辣椒红色素生产还远远落后于其他发达国家，提取的辣椒红色素中含有的辣味较多[5]，且生产辣椒红色素的效率低、耗费成本高，目前只能做一些初步的加工，然后廉价出口到国外[6]。

辣椒红色素简称辣椒红，需要通过选择一些优质的红色辣椒进行分离提纯，它是一种红色的油状液体[7]，与甘油和水互不相溶，但是易溶于植物油和一些有机溶剂，具有一定的耐酸性和耐碱性[8]。辣椒红色素的分子式为C40H56O3，结构式见图1。

图1 辣椒红色素分子式

辣椒红色素是一种天然的添加剂，具有保健和着色效果，是很多发达国家如英国、美国、日本和加拿大等首选的食品色素添加剂[9-10]。在我国，辣椒红色素主要用于调味剂、奶油和烧烤食品等[11]。由于辣椒红色素的用途广泛，很多国家和地区的辣椒红色素需求量都极高，所以，提高辣椒红色素的提取工艺和产量是辣椒红色素产业发展的重要研究方向[12-13]。本研究基于此，对辣椒红色素的提取工艺进行优化，旨在为辣椒红色素产业的发展提供一个理论依据。

1 试验材料和仪器

1.1 试验材料

新鲜辣椒：购于当地菜市场。

1.2 试剂和仪器

正己烷、磁力搅拌器、高速冷冻离心机、粉碎机、分光光度计、蒸发仪、干燥箱和超声波发生器。

2 试验方法

挑选品质较好、个体发育较好的辣椒，与正己烷提取液按照试验方案的比例进行混合，使用超声波发生器进行萃取，以提取液的吸光值作为测定的指标，研究不同提取工艺条件对辣椒红色素提取效果的影响，从而确定辣椒提取的最佳工艺。

2.1 超声波辅助提取液固比对辣椒红色素提取的影响

称取一定量的辣椒，使用粉碎机进行打碎，按照试验的设计，按液固比例4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1将辣椒与提取的正己烷混合，充分摇匀，将反应体系放置于超声波发生器中，设置超声波功率为120 W，超声波提取温度为60 ℃，超声波提取时间为30 min，然后进行标定，分析液固比例对辣椒中红色素提取效率的影响。

2.2 超声波功率对辣椒红色素提取效果的影响

称取一定量的辣椒，使用粉碎机进行打碎，按照试验设计，将正己烷与辣椒按照5∶1的比例进行混合，设定超声温度为60 ℃，超声波提取时间为30 min，超声波功率分别为100，120，140，160，180 W，然后进行标定，研究超声波功率对辣椒红色素提取效果的影响。

2.3 超声波提取时间对辣椒红色素提取效果的影响

称取一定量的辣椒，使用粉碎机进行打碎，按照试验设计，将正己烷与辣椒按照5∶1的比例进行混合，设定超声温度为60 ℃，超声波提取时间分别为20，30，40，50，60 min，超声波功率为120 W，然后进行标定，研究超声波提取时间对辣椒红色素提取效果的影响。

2.4 超声波提取温度对辣椒红色素提取效果的影响

称取一定量的辣椒，使用粉碎机进行打碎，按照试验设计，将正己烷与辣椒按照5∶1的比例进行混合，设定超声波提取时间为30 min，超声波功率为120 W，超声波温度为40，50，60，70，80 ℃，然后进行测定，研究超声波提取温度对辣椒红色素提取效果的影响。

3 试验结果和分析

3.1 超声波辅助提取液固比对辣椒红色素提取效果的影响

称取一定量的辣椒样品，将其他的参数条件超声波功率、提取时间和提取温度分别设置为120 W、30 min和60 ℃，然后研究不同的液固比(4∶1、5∶1、6∶1、7∶1和8∶1)对辣椒中辣椒红色素提取的影响，试验结果见图2。

图2 液固比例对辣椒红色素提取效果的影响

由图2可知，当液固比例小于5∶1时，辣椒中的红色素提取效率呈现上升的趋势，吸光值也不断升高，一直升高至0.652。当液固比例超过5∶1时，辣椒中的红色素提取效率呈现下降的趋势。分析原因是液体中辣椒比例下降，导致反应体系中辣椒的浓度下降，造成辣椒中辣椒红色素提取效率降低[14-16]。因此，本试验选择液固比例5∶1为最佳的液固混合比例。

3.2 超声波功率对辣椒红色素提取效果的影响

称取一定量的辣椒样品，将其他的参数条件液固比例、提取时间和提取温度分别设置为5∶1、30 min和60 ℃，然后研究不同的超声波功率(100，120，140，160，180 W)对辣椒中辣椒红色素提取的影响，试验结果见图3。

图3 超声功率对辣椒红色素提取效果的影响Fig.3 The effect of ultrasonic power on the extraction effect of capsanthin

由图3可知，辣椒中辣椒红色素提取的吸光值随着超声波功率的不断增加呈现出先上升后下降的趋势。当超声波功率为120 W时，辣椒的吸光值最大，为0.708。当超声波功率超过120 W时，辣椒中辣椒红色素的提取效率开始降低。这是由于随着超声波功率的增强，导致反应体系中的空穴效应也随之增强[17]，破坏了已经产生的辣椒中的红色素。所以，本试验中最优的超声波功率选择120 W。

3.3 超声波提取时间对辣椒红色素提取效果的影响

控制超声功率为120 W，超声波温度为60 ℃，液固比例为5∶1，研究超声波提取时间20，30，40，50，60 min对辣椒红色素提取的影响，试验结果见图4。

图4 超声时间对辣椒红色素提取效果的影响Fig.4 The effect of ultrasonic time on the extraction effect of capsanthin

由图4可知，随着超声波提取时间的不断延长，辣椒中的辣椒红色素一直呈现上升的趋势，当超声波提取时间小于30 min时，对辣椒中的红色素提取的影响比较明显，上升的速率较快。随着超声波提取时间慢慢升高，辣椒红色素提取也有增长，只是增长的比例较低，考虑到时间成本，该试验选择超声波时间为30 min。

3.4 超声波提取温度对辣椒红色素提取效果的影响

称取一定量的辣椒样品，将其他的参数条件液固比例、提取时间和提取功率分别设置为5∶1、30 min和120 W，然后研究不同的超声温度(40，50，60，70，80 ℃)对辣椒红色素提取的影响，试验结果见图5。

图5 超声温度对辣椒红色素提取效果的影响Fig.5 The effect of ultrasonic temperature on the extraction effect of capsanthin

由图5可知，随着超声波提取温度的不断升高，辣椒中辣椒红色素的提取效率先升高后降低，当超声波提取温度小于70 ℃时，辣椒中辣椒红色素提取效率最高，吸光值也最高，为0.725。随着温度的升高，当温度超过70 ℃时，辣椒中的辣椒红色素的提取效率开始出现一定幅度的下降。这是由于当温度过高时，空气中的蒸汽压力增大，导致反应体系中的空化作用减弱，辣椒中辣椒红色素的提取效率降低[18-20]。

3.5 响应面优化结果分析

使用Design-Expert软件设计试验，在单因子试验的基础上，采用三水平四因子的响应面法优化辣椒中辣椒红色素提取工艺，试验水平及因素见表1，响应面设计及结果见表2。

表1 Box-Behnken试验因素水平

表2 试验设计及结果Table 2 The experimental design and results

由表2可知，本次响应面试验设计方案一共有18个试验，其中2，5，8，11，14，17为中心试验点，由于估计试验误差，其余的12个试验点作为结果分析试验。通过对试验数据进行多元回归分析，得到辣椒红色素提取的吸光值与各个因素之间变量的二次方程模型：吸光值=0.80+0.020X+0.0070Y-0.0004Z+0.0019γ+0.060XY+0.057XZ+0.0080YZ-0.0079Yγ+0.0050γZ-0.012X2-0.012Y2-0.012Z2-0.029γ2。

表3 二次多项模型方差表

由表3可知，模型的回归值P<0.0001和失拟项为0.1163>0.05，研究结果表明，该模型对该次超声波提取辣椒红色素试验的拟合效果良好，试验误差较小，所以，可以利用该模型对试验中的真实结果进行分析。

4 小结

本试验采用了超声波法对辣椒中的辣椒红色素进行提取，研究了超声波温度、液固比例、超声波时间和超声波功率对辣椒中辣椒红色素提取效率的影响，优化了超声波提取辣椒红色素工艺，优化结果为液固比例5∶1，超声波提取温度70 ℃，超声波提取时间30 min和超声波提取功率120 W。同时，我们采用了响应面法对优化得到的工艺进行确认，结果表明，优化结果和回归模型拟合效果良好。