野辣椒色素提取工艺研究

六盘水师范学院毕业论文（设计） 本科毕业论文论文题目：野辣椒色素提取工艺研究系：化学与化学工程系专 业：化学班 级：化学10本学 号：104101011040学生姓名：张敏指导教师：王毅红2014年5月16日六盘水师范学院本科毕业论文诚信责任书六盘水师范学院毕业论文（设计） 原创声明本人在此声明，此论文是在王毅红老师的指导下对野辣椒色素提取工艺进行研究的实验成果，其中进行参考的文献均已注明，对本论文进行过指导或提供帮助的人员或集体均已均已注明并表达了诚挚的感谢。本论文没有别人研究、发表出版的成果。使用授权声明未经本人书面承诺授予，不得对本论文进行复制、印刷、修改、发表等恶意行为，更不可用于商业牟利。如若不然，自行承担法律责任。本人签字： 导师签字：日期：六盘水师范学院毕业论文（设计） 第 I 页野辣椒色素提取工艺研究目录中文摘要 .英文摘要 .关键词 .第一章 前言 .1第二章 文献综述 .22.1 色素的种类及成色原理 .22.2 天然色素的特性及发展 .22.3 天然色素的提取方法 .42.4 本实验采用的提取方法 .5第三章 材料及仪器 .6第四章 过程与方法 .74.1 提取剂浓度的影响 .74.2 浸提温度的影响 .84.3 浸提时间的影响 .84.4 料液比的影响 .84.5 正交实验 .9第五章 结果与数据分析 .105.1 最大吸收波长 .105.2 提取剂浓度的影响结果分析 .105.3 提取温度的影响结果分析 .105.4 提取时间的影响结果分析 .105.5 料液比的影响结果分析 .115.6 正交实验数据分析 .11结论 .13参考文献 .14六盘水师范学院毕业论文（设计） 第 II 页致谢 .16摘要本文以野生野辣椒为对象，采用溶剂提取法，以乙醇为溶剂，研究野辣椒中色素的最佳提取条件。在色素提取过程中主要研究的影响因素有时间、温度、料液比、提取剂浓度。首先通过控制变量法得到每个单因素的最佳提取条件为：时间为 2.5h、温度为 70、料液比为 1：250、提取剂浓度为 100%。然后再根据单因素实验中获得的条件进行 L9(34)正交试验找到最佳综合提取条件为：浓度为 80%，时间为 2.5h，温度为70，料液比为 1:250。根据所得的最佳综合条件再次提取野辣椒色素，并测得其提取液的吸光度值为 1.321，大于正交实验中设计的九组在不同条件下提取出的提取液所测得的吸光度值，因此可说明此种条件为野辣椒色素提取的最佳条件。在此实验中考虑到温度过高，可能会导致色素不稳定，于是对温度进行单因素实验时最高设置在 70。关键词：野辣椒，色素，正交实验。AbstractIn this paper, as an object of wild pepper, using a solvent extraction method using ethanol as a solvent to study the optimum extraction conditions of wild pepper pigment. Factors affecting the principal pigment extraction process are time, temperature, solid-liquid ratio, extraction agent concentration. First get every single factor method by controlling the variables optimum extraction conditions were: time is 2.5h, the temperature is 70, solid-liquid ratios of 1:250 extract concentration is 100%. Then to L9 (34) orthogonal experiment to find the optimal extraction conditions integrated single factor experiments under the conditions obtained: the concentration of 80%, the time of 2.5h, the temperature is 70, solid-liquid ratios of 1:250. Extract obtained in accordance with the general terms of the best wild pepper coloring again, and the absorbance measured obtaining the extract is 1.321, the absorbance values Greater than nine extracted under different conditions, extract orthogonal experimental design 六盘水师范学院毕业论文（设计） 第 III 页measured, therefore, this condition can be described as the best conditions for wild pepper pigment extracted. In this experiment, taking into account the temperature is too high, it may result in an unstable pigment, so the temperature of the highest single-factor experiment set 70.Key words：Wild pepper；pigment；orthogonal test.六盘水师范学院毕业论文（设计） 第 1 页第一章 前言野辣椒是贵州省叁都水族自治县的一种一年生的草本植物。在当地，每逢过年过节家家户户都要做一道美食，他们首先将采摘回来的野辣椒放入水中煮上一番，过滤掉渣滓，所得的滤液就成了糯米天然的染色剂，将在此滤液中浸泡过的糯米加以蒸煮，这道美食就做成了。利用熬煮植物所得的液体来给食物上色是一种古老的智慧，它既满足了条件困苦的人们对色彩的需要，又为食物注入了更多的营养。贵州省叁都水族自治县是一个偏远的山区，它的特殊地形和气候成了野辣椒生长的温床，没到三四月，山上处处可见这种植物，非常普遍。可对于其他地方却并不常见，因此研究此植物的人也非常之少。进行野辣椒色素提取工艺的研究一方面可以让更多的人认识这种植物，了解地方风俗；另一方面又可以为野辣椒色素今后的研究提供一定的帮助。并且野辣椒色素是一种天然色素，如果今后可投入生产，作为食用色素使用，不仅可以为当地的农民增加收入，同时也丰富了食用色素的选择可能。六盘水师范学院毕业论文（设计） 第 2 页第二章 文献综述2.1 色素的种类及成色原理植物有颜色是因为植物中的含有色素，其花色、果色或体色的呈现都是以色素为主体，可是植物所呈现的颜色的种类并不能认为就是色素的种类，那是因为植物的生理条件是有所区别的，就算是完全一样的色素，也可能呈现出不同的颜色。比如用甲醇混合少量盐酸的提取剂浸提蓝色鸭跖草、牵牛花和矢车菊，所得的色素却为红色系色素 1。而不一样的色素，却可能使不同种的植物呈现出相同的颜色。不仅如此，植物的颜色还会收到季节、光照、温度等环境的影响而有所变化。根据色素的结构差异可分为以下几种：（1）多酚类：为醇溶性或水溶性色素 , 是多元酚的衍生物 , 可分为单宁类、 花青素类和花黄素类。 如高粱红素、天竺葵色素、飞燕草色素和牵牛花色素等 。（2）多烯类：多烯色素是由异戊二烯为单元组成的共轭双键相连为基础的一类色素。绿色植物的果实里多含有这种色素，这类色素又被称为类胡萝卜素。类胡萝卜素按溶解性和结构分为两类：叶黄素类，胡萝卜素类。多摄取胡萝卜素，能降低老年性前列腺疾病和视网膜黄斑变性的可能 2-4。（3）酮类和醌类：是一类生物活性物质，多存在于霉菌的分泌物、植物的地下茎和红甜菜中。此种类的色素种类比较少。（4）吡咯类：这类色素广泛的存在于绿色的植物之中。在高等植物里，叶绿素是吡咯类色素的代表，叶绿素易溶于乙醇溶液、石油醚、丙酮等有机溶剂，其分为叶绿素 a（蓝绿色），叶绿素 b（黄绿色）。（5）其他类：在所有的色素中也有一些结构不同于上述几类的，但也是色素。由于结构的不同而导致其性质也由于上述色素有所区别。2.2 天然色素的特性及发展2.2.1 天然色素的特性：（1）天然的植物色素的副作用大多数都比较小，有相对较高的安全性。（2）天然色素最主要的活性为抗氧化性，可清除导致动脉硬化、肿瘤等多种疾病的氧自由基 5。（3）色素来源于自然，所以染色的色调较为自然，但着色能力较弱，染色可能出现不六盘水师范学院毕业论文（设计） 第 3 页均匀的情况。（4）由于是从天然的植物中提取，有的共存物难以完全分离，便会影响色素的味道，可能产生异味。许多植物色素对光照、温度、酸碱度、金属离子等敏感，是的它的稳定性不是特别理想，由于这些综合原因造成其生产成本要比合成色素高。2.2.2 天然色素的发展五彩的食品不仅能使人心情愉悦，还能增进食欲有利于消化和吸收。影响消费者对食物是否新鲜的判断的最直接的因素就是食物所呈现的色泽，制造商通常通过在食品加工、生产过程中添加色素来保持食品良好的色泽和改善食品的感官性质，以提高食品的商品性。玩具、衣服、家具等物品中添加色素后更能刺激消费者的消费欲望，客观需要及利益驱使造就了色素在商品加工生产中举足轻重的地位。色素通常是指有选择性的将特定波长的光吸收或反射的物质，它可分为人工合成色素和天然色素。进年来随着人们对健康的重视，及保健意识的增强，人们更愿意选择安全性高、副作用小、色泽真实并且有一定生理活性的天然色素。同时，进入 WTO 的中国正面临着经济全球化的需要，这更是推动了天然色素的发展。有资料表示，专利在 1971 年到 1981年间公开发表的食用天然色素的专利就占了食用色素专利的 87.5%。这是由于随着分析化学及毒理学的发展，随着人们对合成色素的不断了解，合成色素逐步被天然色素所取代（特别是在饮食行业所用的食品添加剂）已是必然的趋势 6-8。偶氮化合物为合成色素的主要成分，进入体后经过代谢会产生有致癌性的 萘酚、 氨基-1-萘酚，并且在合成色素的生产过程中容易残留铜、砷、铅、苯胺、苯酚、硫酸盐等具有致泻、致癌、致畸变的有毒物质，这些物质都会对人的身体产生不可估量的损害，存在极高的安全风险。许多国家早已开始严格控制合成色素的食用，有的合成色素甚至受到了法律法规的禁止。现在合成色素被允许使用的在英国只剩 22 种、日本只剩 12 种、捷克只剩 10 种、中国只剩 8 种、美国只剩 7 种，瑞典、法国、丹麦、挪威、芬兰、印度等国已禁止使用用重氮类的色素，还有一些国家对合成色素已完全关上了大门。在如此情势之下，天然色素便迎来了它的春天，大批的研究人员开始了天然色素的研究，掀起了天然色素的研究潮流。在国际市场，天然食用色素每年的增长的销售额均大于 10%。在国外，尤其是欧美等发达国家已经开发出了许多新的天然色素应用于食品加工行业中 9。在天然食用色素的研究开发中, 处于领先地位的当属日本, 其已有六十余中天然得到被列入使用目录六盘水师范学院毕业论文（设计） 第 4 页10-11。我国的天然色素被允许投入生产和使用的大约有四十种，而厂家百余，年产万吨。在所有生产的色素中焦糖色素占有较大比例，为总量的 70%左右，除此之外，姜黄色素、辣椒红色素、玫瑰茄色素、高粱红色素等品种的产量也比较大。我国生产天然色素的各方面条件已比较成熟，许多天然色素除在本国销售之外，还出口到国外。据统计，自然界中就有 2000 多种含有色素的植物，如芒果、黑米、乌饭树、密蒙花、酸枣、芍药花、螺旋藻等常见植物或果实中的色素提取研究都比较多，而研究像野辣椒这样的地方特有植物的人却很少。野辣椒中的色素与合成色素相比，不含焦油类、苯环或萘环类对人体有害的物质，可广泛用于保健品、食品、化妆品及医药的生产中。在国际形势大好的背景下，在野辣椒生长力非常强的情况下，野辣椒色素是非常有发展前景的。2.3 天然色素的提取方法天然色素的种类十分丰富。根据色素原料、剂型和用途不同, 提取方法有碱提法、压榨法、超临界萃取法、溶剂萃取法、超声波处理法、分子蒸馏技术、微生物发酵法等12-15。可以选用相同的提取方法，可由于植物的自身特性有所不同，所以即使选用相同的方法，在操作流程和工艺参数上也会有同，不可死板的完全套用。以下是其中几种方法的简介：（1）超声波处理法用微波辅助提起色素的效果比使用传统的水浴加热的效果好，这种方法既省时又节能，还能提高提取率。黄丹 16等就采用了超声波技术辅助提取了液态发酵的红曲霉菌体种的红曲色素，提取效果非常不错。（2）超临界二氧化碳流体萃取法超临界二氧化碳流体萃取法是分离、精制物质的一种近 20 年才发展起来的方法，它有流体密度高、溶解度大和气体高扩散、低粘度两方面特点 17。它是利用高于临界压力、临界温度的流体作为提取剂的萃取过程。这种方法萃取得的产品没有溶剂残留，没有毒性并且廉价易得，无论是对人还是对环境都是无害的，完整的保留了色素天然的特性。在近几年来，此种方法的应用在天然色素提取种越来越多，李敏等就对在天然色素的提取中使用超临界二氧化碳流体萃取法做了专门的论述 18。但由于使用此方法所需的设备价格不菲，加上此方法提取色素的工艺还不是很成熟，所以还没有普及应用。六盘水师范学院毕业论文（设计） 第 5 页（3）有机溶剂浸提法当色素水溶性较差或是不容时，便可采用有机溶剂浸提法，如乙醇、苯、丙酮和石油醚等有机溶剂均可做为提取剂提取色素。但此方法溶剂可能会有残留，浸提过程中使用的大量提取剂难以回收，造成成本过高。对于色素而言，此方