（应用化学专业论文）辣椒素的提取工艺及分析方法研究.pdf

辣椒素的提取工艺及分析方法研究 摘要 本论文以陕西辣椒为原料，研究了辣椒素的提取纯化工艺条件，探索出一 条提取率高、纯化效果好的工艺路线，并对辣椒素的分析方法进行了比较研究， 提出了适用性强、与辣椒素提取工艺相配套的分析方法。 首先以干红辣椒为原料制备辣椒树脂，并分别研究了浸取溶剂、辣椒皮粉细 度、固液比、浸取时间和虹吸次数等工艺参数的影响，在此基础上确定出索氏浸 取法制取辣椒树脂的最佳工艺条件；其次以辣椒树脂为原料，分别进行了萃取溶 剂用量、萃取温度、时间、次数的单因素实验以及四因素三水平正交实验，确定 出溶剂萃取法制备辣椒精的最佳工艺条件；最后以辣椒精为原料，分别进行了相 转移预处理过程中p h 值、树脂的静态筛选、洗脱剂、上柱流速、洗脱流速和结 晶溶剂、温度等参数的选择实验，在此基础上建立了树脂法制备高纯辣椒索晶体 的最佳工艺条件。为使产品质量可控，进行了辣椒素的分析比较研究，通过可见 分光光度法、紫外分光光度法和高效液相色谱法对各种辣椒深j n - r 产品的测定结 果及相关的分析，得出与现有工艺相配套的分析方法。此外还设计了辣椒素生产 的工业化流程并进行了经济估算。 以上实验结果表明，索氏浸取阶段的最佳工艺条件为：采用正己烷作浸取溶 剂，辣椒皮粉粒度为4 0 2 0 目，液固比为2 m l g ，浸取时间为3 小时，虹吸次数 为3 0 次。溶剂萃取法制备辣椒精的最佳工艺条件为：液固比为4 m l g ，萃取次数 为4 次，萃取时间为3 h ，萃取温度为4 0 。树脂法制备高纯辣椒素晶体的最佳 工艺条件为：相转移法预处理中p t q 值为1 0 0 ，采用大孔阴离子交换树脂d 2 9 0 作为纯化树脂，上柱前不调节溶液p h 值，上柱速度为3 6 m l a t r ，采用丙酮溶剂 以7 2 m l h r 的速度进行解吸，结晶溶剂为乙醚，结晶温度为4 c 。确定h p l c 法 作为本论文的唯一分析方法，论文中所有对辣椒素含量的分析均采用h p l c 法。 制取的高纯辣椒素晶体经h p l c 分析检验，辣椒素含量为9 5 1 ，其中辣椒碱的 含量大于5 5 ，二氢辣椒碱的含量大于2 0 。符合美国药典( u s p 2 4 ) 有关镇痛 药和船舶防腐涂料原料晶体辣椒素产品所规定含量的要求。 关键词：辣椒辣椒素辣椒碱提取纯化分析 i l s t u d y o ne x t r a c t i o na n d a n a l y s i so fc a p s a i c i n o i d s a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fe x t r a c t i o na n dp u r i f i c a 6 0 no fc a p s a l c i n o i d sh a sb e e ns t u d i e d s y s t e m a t i c a l l y c h i l l ii ns h a a n x ii su s e da sr a wm a t e r i a lt oe x t r a c tc a p s a i c i n o i d sb y u s i n g s o se x t r a c t i o na n ds o l v e n te x t r a c t i o nc o m b i n e d w i t ht h ec o l u m n c h r o m a t o g r a p h y a n a l y s i sm e t h o d ，s u i t a b l ef o rd i f f e r e n tc a p s i c u mp r o d u c t s ，h a sa l s o b e e nd e t e r m i n e dt omf o rt h ee x t r a c t i o na n d p u r i f i c a t i o nt e c h n o l o g y t h es e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o nt e c h n o l o g yh a se m p h a s i z e do ns o se x t r a c t i o n a n ds o l v e n te x t r a c t i o nt o g e t h e rw i t hc o l u m nc h r o m a t o g r a p h yt oe x t r a c tc a p s a i c i n o i d s u s i n gr e dp e p p e ra sr a wm a t e r i a l s d u r i n gt h ef i r s ts t a g e ，u s i n g 衄e dr e dp e p p e ra s r a wm a t e r i a l s ，m a n yf a c t o r ss u c ha sl i x i v i a t i n gs o l v e n t ，t h eg r a n u l a r i t yo fp e e li nr e d p e p p e r , s o l i d - t o l i q u i dr a t e ，e x t r a c t i o nt i m ea n d e x t r a c t i o nt i m e sf i l es t u d i e di nd e t a i l s a c c o r d i n g t ot h ee x p e r i m e n t a ld a t a , t h eo p t i m u m p a r a m e t e r s o fs o se x t r a c t i o nh a v e b e e nd e c i d e d t h es a m ea ss o s e x t r a c t i o n ，b yc a r r y i n g o u tal o to f e x p e r i m e n t s ，m a n y f a c t o r sa n do p t i m u mp a r a m e t e r so fs o l v e n te x t r a c t i o na n dc o l u m nc h r o m a t o g r a p h y h a v ea l s ob e e nd e t e r m i n e d m e a n w h i l et h e c a p s a l c i n o i d s c o n t e n t so fd i f f e r e n t c a p s i c u mp r o d u c t s a r e a n a l y z e db y t h et h r e em e a n so f v i s i b l es p e c t r o - p h o t o m e t r i c ( g b l 0 4 6 5 8 9 ) ，u l t r a v i o l e t s p e c t r o - p h o t o m e t r i c ( g b l 0 7 8 3 1 9 9 6 ) a n dh i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) h p l ch a sb e e nd e t e r m i n e da st h es u i t a b l ea n dp r e c i s em e t h o de v e n t u a l l y t h ec o s to fi n d u s t r a l i s a t i o nh a sa l s ob e e ne s t i m a t e dh e r e 。 t h e s e p a r a t e da n dp u r i f i e dc a p s a l c i n o i d sc r y s t a lb y t h i st e c h n o l o g yi sv e r i f i e db y h p l c i t sr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ：t h ep e r c e n t a g eo fc a p s a l c i n o i d sc o n t e n t i sa b o v e9 5 ， i nw h i c ht h e p e r c e n t a g e o fc a p s a i c i nc o n t e n ti sa b o v e5 5 ，t h ep e r c o n t a g eo f d i h y d r o c a p s a l c i nc o n t e n ti sa b o v e2 0 t h u s t h ec a p s a l c i n o i d sc r y s t a la c c o r d sw i t h t h ed e m a n d so f u s p 2 4 r e s p e c t i n ge a s e - p a i nd r u g a n da n t i c o r r o s i o n p a i n t so n v e s s e l y a n y a n g - w u d i r e c t e db yk a i x u n - c h e n k e y w o r d s ：c a p s i c u m ；c a p s a i c i n o i d s ；c a p s a l c i n ；e x t r a c t i o n ；p u r i f i c a t i o n ；a n a l y s i s i u 独创性声明 y 6 2 3 8 8 7 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得酉j e 太堂或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：累辛乞相签字日期：御审年占月占e l 西北大学硕士学位论文 1上jl 日i j吾 辣椒( c a p s i c u m ) 是日常生活中常用的食品和调色剂，种植遍布世界各地。 红色尖辣椒的果实中含有辣椒素、辣椒红色素、亚油酸、维生素等多种有效成 分，辣椒素具有生理活性和持久的强消炎镇痛作用，在医药行业可制成抗肿瘤 及镇痛药物；在军事上作为制造催泪弹和防卫武器的主要原料，目前国际市场 非常紧俏。辣椒红色素色泽鲜美，无毒副作用，近年来，随着合成色素毒性的 不断发现，天然辣椒红色素的安全性和营养价值使其作为绿色环保产品在食品、 化妆品等行业得到了广泛使用。利用资源丰富的农副产品红辣椒作原料，不仅 可提取出高附加值的辣椒素( 4 万元公斤) 及许多副产品，提取后的剩余残渣还 可作为动物饲料或深加工原料加以再利用。 本论文研究工作主要侧重于辣椒素的提取纯化及相应分析方法的研究。系统 研究了索氏提取法、溶剂萃取法和树脂分离法逐步提取纯化工艺，对生产所需的 工艺参数进行了选择和优化。同时分别采用可见分光光度法( g b l 0 4 6 5 8 9 ) 、紫 外分光光度法( g b l 0 7 8 3 1 9 9 6 ) 和高效液相色谱法( ，l c ) 对各阶段产物的辣椒 素含量进行了全面分析，确定了可靠实用的辣椒素分析方法。 在研究工作的基础上提出了对我国优势辣椒资源从原料到产品的工业化生 产的整体方案。提出的索氏提取法、溶剂萃取法和树脂分离法相结合的工艺用于 辣椒素的提取纯化，在国内属创新性工作。同时提出了辣椒索的工业化流程的初 步设计、经济估算。 本研究课题是与陕西杨凌宏峰生物科技开发有限公司的横向合作项目。 西北大学硕士学位论文 第1 章综述 1 1 红辣椒综合利用现状 辣椒( c a p s i c u m ) ，又名番椒、辣茄、海椒、辣子、大椒，属茄科植物。原 产于南美洲，明朝时传入我国，至今已有三百多年的栽培历史，目前其品种有几 十种，在我国南北均广泛栽种，产量居世界第一位。其可食部位为果实，浆果成 熟后变成红色或橙黄色。其味辛香，性温热，有刺激性，在食品烹饪加工中是不 可缺少的佳品，同时还是一种营养价值很高的蔬菜。 1 1 1 红辣椒的产地和品种 辣椒可在不同的土壤和气候下生长，一般每年7 l o 月果实成熟时采收，全 世界有近四分之一的人口经常食用。中国、印度、西班牙、墨西哥、智利、摩洛 哥、匈牙利等国都是世界著名的辣椒产地。因产地不同辣椒的名称也有差异，产 于中国、印度和非洲的辛辣刺激性强的称为c h i l l i ，产于西班牙、匈牙利的低辣 度大辣椒称为p a p a r i k a ，辣度介于两者之间的称为r e dp o p p e r 。辣椒的品种很多， 国外的主要品种为c a p s i c u ma n n u u l i ll ，如：西班牙的c a n n u u r nv a r b o l a c a r m e l i n a 、c 趾r l i i u b i hv a ld e c a n ol a r g o 等【l 】，匈牙利的c r r l n u u mv r r 1 0 n g u m n i g r u r n 、c a i l n u b mv a l 1 y c o p e n s i c i f o r m er u b r u m 等 2 1 ，以及美国和加拿大的c a n n u u m v a t 1 e h a v a 等【3 】很多品种。国内著名的辣椒品种有陕西的秦椒、四川的朝 天椒、河南的樱椒、贵州的花溪椒、福建的小米椒、江南的羊角椒、山东的益都 红和衮州红等。我国是世界辣椒生产大国，产量居世界第一，据统计，2 0 0 0 年 种植面积近1 3 0 万亩，总产量高达5 0 0 0 6 0 0 0 万吨【4 】，在我国陕西、湖南、四 川、河南、贵州、福建、山东等省都有着广泛的农产品资源优势。 1 1 2 辣椒中的主要成分及其应用 辣椒含有多种有效成分，对于提取意义较大的红色尖辣椒，其果实中含有辣 椒素( 包括辣椒碱、二氢辣椒碱和降二氢辣椒碱等) 、色素( 包括辣椒红色素、 辣椒玉红素、b 胡萝h 素和隐黄素等) 、维生素( 包括维a 、维b 、维c 和维p 等) 、有机酸( 包括亚油酸、油酸、棕榈酸等) 、蛋白质、糖类和矿物质等多种成 分。其主要成分的性质、分子式、结构式及应用范围如下： 2 西北大学硕士学位论文 ( 一) 辣椒素( c a p s a i c i n o i d s ) 辣椒素( 又名辣椒碱类化合物，俗名辣索) 是辣椒中引起辛辣味的物质，含 量仅万分之一时，味觉就可感觉到明显的辣味。它是一类含酚羟基的生物碱，大 约由十四种香草兰物质组成，其中有五种组成的含量之和已接近1 0 0 ，它们的 名称、在辣椒素中的含量、分子量、结构式如下所示： 辣椒碱( c a p s a i c i n ) ：约占6 9 m = 3 0 5 2 4 结构式： h 3c h 3 3 一c o - - ( c h 2 ) 4 - - - c h = c h - - c h c h ， 二氢辣椒碱( d i h y d r o c a p s a i c i n ) ：约占2 2 m = 3 0 7 2 6 结构式： c h ， h 广n c 。c 啦k 一叫c h ， 降二氢辣椒碱( n o r d i h y d r o c a p s a i c i n ) ：约7 m = 2 9 3 2 4 结构式： h c h ， 3 n h c o ( c h 2 ) 5 c h c 强 高二氢辣椒碱( h o m o d i h y d r o c a p s a i c i n ) ：约1 m = 3 1 9 2 4 结构式： c h 3 3 一n h c o 一( c h 2 ) 7 一c h c 地 西北大学硕士学位论文 高辣椒碱( h o m o c a p s a c i n ) 约1 m = 2 9 1 2 4 结构式 c h 3 3 一n h c o 一( c h 2 ) 广c h c h c h o h 3 辣椒素最早是由d j b e n n e t 等人【5 1 用色谱、核磁共振等仪器详细分析其组成 后发现的，之后日本的f u k a y a 等以乙醇为夹带剂，采用超临界技术从辣椒中直 接分离得到8 0 左右的辣椒素 6 1 。辣椒素热稳定性高，通常条件下纯品为白色( 或 淡黄色、微红色) 针状微晶体，熔点范围为5 7 - 6 6 * ( 2 ，沸点范围为2 1 0 2 2 0 ， 无毒性，但刺激性很强。易溶于甲醇、乙醇、丙酮、三氯甲烷、二氯甲烷、乙酸 乙酯及碱性水溶液中，难溶于冷水。低浓度的辣椒素常与色素体、配糖体、磷脂 质形成紫色油溶物 7 1 。辣椒素主要存在于辣椒果实的胎实组织及辣椒果皮和籽内 【s l ，含量为o 0 5 i o ，因品种、成熬程度、气候条件和土壤性质等的不同而有 所差异，一般随成熟程度而积累。 应用：辣椒素以不同纯度的产品形式适用于许多领域，如低纯度的产品辣椒 精，己作为添加剂广泛应用于食品工业。而进一步纯化后的辣椒素，发现具有许 多生理活性，对某些含有p 一物质的感觉神经系统、心血管、肺功能、体温调节、 胃肠机能有显著影响 9 - 1 0 1 ，具有镇痛消判1 2 】，促进脂肪代谢 1 3 - 1 4 ，催泪催嚏【1 5 l 的作用；做成软膏，对慢性风湿性关节炎”6 1 、带状疱疹后神经痛【1 7 q 9 】、糖尿病 性神经痛2 0 1 、三叉神经痛【2 1 】有显著疗效，对牛皮癣2 2 1 、秃发均有很好的治 疗作用：与吗啡合用，能减轻吗啡类药物的戒断综合症，减少成瘾性田】：同时 辣椒索还能抑制人体内的自由基( 自由基能导致心脏病等多种疾病的发生) ，阻 止有毒物质侵害人体细胞的d n a ，从而减少细胞癌变的可能。目前，辣椒素作 为药物研制在国内外主要有以下几个方面的突破：用辣椒碱制成外用止痛剂； 制成戒毒、强效镇痛剂；辣椒健胃消食剂；针对性治疗各种瘙瘁、皮 肤瘸；辣椒保健药品；开发减肥食品。 而高纯度的晶体在军事上，是制造催泪弹、催泪枪和防卫武器的主要原料， 国际市场非常紧俏。另外，由于辣椒素可作为防止生物附着的活性物质。因此在 农业上可作为生化农药。用于驱避害虫及鼠、兔等；在船舶上用于无毒防污涂料 4 西北大学硕士学位论文 添加荆：在电缆、光缆上用于防鼠涂层添加剂；在木质建筑上用于防白蚁涂料等 2 4 1 。预计在未来五年内，国内外辣椒素的应用将会迅速扩大并带来广阔的市场 前景【2 5 】。 ( 二) 辣椒红色素( c a p s a n t h i n ) 辣椒红色素作为从成熟辣椒果皮中提取的天然红色素的主要成分5 1 ，是目前 国际上公认的最好的红色素。纯品为深红色液体，无任何辣味，其显色强度为其 它色素的1 0 倍【6 】。辣椒红色素不溶于水，易溶于乙醇、丙酮、正己烷、油脂等 有机溶剂，因极性较强，在超临界二氧化碳中几乎不溶解伫6 1 。辣椒红色素的一 个重要指标就是色价( c o l o rv a l u eu n i t s ) ，即辣椒红色素颜色深浅的衡量指标， 实际测定时是在e 翟= 4 6 5p i l l 处的吸光值，成品辣椒红色素使用应在p h = 3 1 2 范围使用时色价不变。 化学式：c 4 0 h 5 6 0 3 结构式： m = 5 8 4 4 5 应用：辣椒红色素色泽鲜美，无毒副作用，具有很高的生理价值，被联合国 粮农组织和世界卫生组织列为a 类食用色素。近年来，随着合成色素毒性的不 断发现，世界各国使用的合成色素日趋减少，辣椒红色素作为绿色环保产品除在 食品行业应用外，在化妆品、饮料糖果、医药、饲料等行业都有着十分广泛的使 用【2 ”，天然辣椒红色素不仅使用安全，而且还具有一定的营养价值，因而深受 消费者的喜爱，近几年天然食用色素在国际市场上销售额的年增长率一直保持在 1 0 以上，由于市场前景看好，需求量逐年上升，各国竞相开发生产。 ( 三) d 一胡萝h 素( - c a r o t e n o n e ) 口一胡萝b 索为深红紫色晶体或粉末，不溶于水、酸、碱和低级醇，溶于苯、 氯仿、己烷、植物油和超临界二氧化碳【2 6 1 。b 一胡萝h 素属脂溶性物质，在5 0 c 、 2 9 5 m p a 下，纯b 一胡萝h 素在二氧化碳中溶解度为5 3e , m 3 2 9 】。 西北大学硕士学位论文 化学式：c 4 0 h 5 6 结构式： m = 5 3 6 8 8 应用：1 3 胡萝h 素是国家允许使用的食品添加剂，具有着色和营养作用。 近年来，有关1 3 胡萝h 素对人体作用的研究异常活跃，大量研究证实1 3 - 胡萝h 素是有效的抗氧剂，能消灭人体中活性氧，消除自由基，在防癌、抗癌、预防心 血管疾病、增强免疫功能等方面有显著作用【3 0 1 。我国1 3 胡萝h 素产品来源主要 依赖进口，因此开发6 胡萝卜素资源、生产天然1 3 胡萝卜素产品的研究工作也 很有意义。 ( 四) 隐黄素( c r y p t o f l a v i n ) 隐黄素是一种安全、无毒的天然色素，化学名称为3 一羟基一胡萝卜素。 化学式：c 4 0 h 5 6 0 m = 5 5 2 8 7 结构式： 应用：隐黄素在使用过程中，受其它常用食品添加剂的影响甚小，并可以与 之共存，例如抗氧化剂维生素c 、防腐剂苯甲酸钠、食用香精麦芽酚、磷酸盐、 食盐、蔗糖等。同时，隐黄素具有较强的耐氧化性和耐还原性。因此可用于食品 的着色。另外，隐黄素的耐光性和耐热性较差，应注意在常温下使用，并避光保 存。 1 1 3 红辣椒开发利用现状 辣椒中含有辣椒素、色素、维生素、蛋白质、糖类、油脂和多种矿物质，有 很高的营养和药用价值。辣椒作为调味品和药物在我国使用已有几百年的历史， 我国也是最早将辣椒作为药物使用的国家之一，辣椒性热，味辛辣，具有温中健 胃及杀虫功效，且对于治疗胃寒、食饮不振、消化不良、风湿痛、腮腺炎、多发 性疖肿等病症有很好的疗效。 6 西北大学硕士学位论文 国外辣椒深加工产品的应用已非常普遍，国内各辣椒主产省也立足于原料优 势，正在大力发展辣椒制品加工业。其中以贵州、四川、山东、湖南、河南等省 发展最快，但主要以辣椒酱、辣椒油、辣椒脆片等较低层次半成品为主，不仅资 源浪费严重，还造成了一定的环境污染。目前国内的辣椒制品生产企业，生产规 模相对都较小、资金投入少、技术力量薄弱，而进行辣椒素、辣椒红色素等高附 加值的红辣椒精细产品深入研制开发的企业不多【3 l 】，并且辣椒素产品绝大部分 仅可生产出含量为1 0 左右的辣椒素树脂( 俗名辣椒精) 。陕西生产的秦椒以其 优良的品质多年来在国内外享誉盛名，但除阿香婆等极个别品牌用作辣椒酱加工 外，极少用于生产辣椒素、辣椒红色素等高附加值的深加工产品，大部分干椒均 出省或出口。 目前，我国以辣椒为原料的药品和保健品研究开发正在不断深入，其中辣椒 制品已经作为减肥保健食品开始应用。其它象酸辣开胃糖、生发搽剂、抗疲劳辣 椒片剂等产品正处于研发阶段。有关专家认为，辣椒在我国种植面积很大，产量 居世界第一，亟待拓展开发应用领域，实现产品的增值，进而获得良好的经济效 益和社会效益。红辣椒精细产品的研究和应用，尤其是辣椒素的研究开发，对辣 椒系列产品的深度开发及医药保健方面的用途都将有着深远的影响。 1 2 辣椒素的制取方法简介 辣椒素的制取是从红色尖椒中提取出辣椒碱类化合物，并尽可能将产品精制 提纯。辣椒素制取的方法有：从天然辣椒中提取辣椒素法、生物细胞培养法以及 化学合成法，对以上三种方法简介如下： 1 2 1 从天然辣椒中提取辣椒素 ( 一) 传统的溶剂法 早期辣椒素的提取，是以鲜红干辣椒为原料，经粉碎后用有机溶剂抽提，浓 缩得到一种暗红色至橙红色油状液体3 2 】。用乙醚抽提的颜色比乙醇抽提的颜色暗。 略粘。这种油状物在国际上统称为辣椒油树脂( c a p s i n c a u i o l e o r a i n ) 田】，其主要成 分为辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱和高二氢辣椒碱、辣椒红色素等。此步 收率一般为干辣椒总量的1 5 左右。将辣椒油树脂再经乙醚、稀乙醇和碱性水溶 液，或用石油醚、二氯乙烷等溶剂进一步抽提浓缩后，经石油醚或正己烷结晶得 到粗辣椒索结晶。j u r e n i t s e h t 3 4 1 等人用气相色谱法分析了粗辣椒素结晶成分，其中 西北大学硕士学位论文 辣椒碱和二氢辣椒碱总含量为7 6 - - 9 6 。 周洪喜等人【3 5 】使用低浓度乙醇从辣椒粉中提取出辣椒油树脂和辣椒素溶液， 将辣椒素溶液浓缩后也可得到辣椒油树脂。 n c i l t 3 6 】介绍了一种直接从鲜红辣椒中提取高收率辣椒素的方法。将鲜辣椒粉 碎、冷冻、干燥后，用丙酮、乙醚、含水乙醇及碱性水溶液抽提出辣椒油树脂， 在乙醚中结晶得辣椒素粗品。再在石油醚中重结晶得到纯辣椒素，收率为干辣椒 的1 1 2 。 ( 二) 乙醇法 施飞群 3 7 , 3 s 1 采用高浓度乙醇提取辣椒红色素、低浓度乙醇提取辣椒素的方法， 从干辣椒中分别提取出辣椒红色素和辣椒素含量为0 8 的辣椒精。具体提取方法 为：选取含水量小于1 4 的鲜红干辣椒，经粉碎机粉碎，然后放入萃取罐中提取， 采用高浓度乙醇提取辣椒红色素，低浓度乙醇提取辣椒素，提取时间为l o 小时左 右。收集下层萃取液和高浓度乙醇提取后的残渣，再经低浓度乙醇萃取、蒸馏。 最后得到的浓稠暗红液体即为辣椒精。 ( 三) 苯法 陈来同等人t 3 9 j 用酮( 2 5 l k g ) 浸提红辣椒果皮，用碱溶液提取籽，混合物 经溶剂蒸发后置于含2 0 甲苯的苯溶液中，搅拌，在浓度为5 0 的乙醇中萃取分 离，含辣椒素的溶液经结晶后可得纯品，收率为干辣椒0 1 o 3 。 ( 四) 酸碱法 王建平等人4 0 1 将辣椒粉倒入浸提罐中，加4 倍以上的醋酸乙酯浸取( 7 7 c ) ， 收集油状物。待酸碱处理。将油状物倒入反应锅，加入等量3 0 的氢氧化钠溶液， 加热到8 0 c ，恒温3 0 r a i n 。冷却至室温后，用1 ：1 的盐酸调节p n 值至2 3 ，静置 分层，排除水相，再调节p h 值至6 0 。再缓慢加入1 ，2 的固体氢氧化钠，搅拌均 匀后，离心分离，固体为辣椒红色素，上层清液脱碱精制，浓缩即得辣椒精。 ( 五) 超l 临界二氧化碳法 石赋荣等人h ”用超临界流体萃取的方法，以超临界二氧化碳为溶剂，温度固 定在5 0 。c ，发现压力在9 , 8 1 0 6 m p a 时辣椒素被萃取出来。日本的f u k a y a 、k y o o 等以乙醇为夹带剂，采用超临界技术从辣椒中直接分离得到8 0 左右的辣椒素 6 1 。 ( 六) 吸附柱层析法 3 西北大学硕士学位论文 曾任廉用丙酮、石油醚、9 5 7 , 醇提取出辣椒油树脂，再以乙醚作为结晶溶 剂，得到粗辣椒素晶体。再经硅胶柱层析纯化后结晶，得到辣椒素纯品。该方法 提取率较低。 1 2 2 经生物细胞培养制取辣椒素 近年来国内的研究工作者已不满足于从天然辣椒中制取辣椒素，而是采用生 物细胞培养技术更多更快的生产辣椒素。 a l b r i g h t 等人【4 3 】从天然辣椒的肉状体上采取细胞后将其包埋固定，悬浮在5 升 含水的培养液中，3 2 天后辣椒索含量达1 1 4 3 1 0 。5 l 。如果培养时间延长，辣椒 素含量还会增加。 r a v i s h a n k a r 等人m 将辣椒的种子经无菌处理后，放入一个有湿润滤纸的陪 赞氏培养皿中，经7 天左右培养发芽。取l g 秧芽细胞与2 的藻酸钠混合均匀， 挤入以氮化钙为强化剂的溶液中进行包埋，得到直径4 m m 大小的固定化细胞圆 形颗粒。将制好的固定化细胞放入含有k n 0 3 、n h 4 n 0 3 、k h 2 p 0 4 、蔗糖等物质 的培养基中进行培养，辣椒素的含量会逐渐增加，最高可达原含量的1 3 倍。 w e a t h e r s 4 5 i 报道了光对辣椒与愈伤组织培养辣椒素形成的抑制作用。实验选 择4 种不同的光强度，每隔2 4 小时，将愈伤组织接到新鲜的培养基中一次，共 培养7 天。结果随着光强度的增加，在所有的培养基中，辣椒素的含量都下降。 另有报道1 2 7 1 ，如果细胞在黑暗中培养，可以产生更多的辣椒素。 另外，1 w a ik a z u o 4 6 4 9 1 等人对辣椒素在果实内的合成部位、合成途径与分布 进行了研究，试图通过代谢调解或基因调控最大限度促进辣椒素的生物合成。 1 2 3 用化学合成法制取辣椒素 由于天然辣椒中辣椒碱类似物很多，想要得到纯度较高的辣椒碱很困难，人 们试图人工合成辣椒碱，最终获得了成功。其中k a g a ，h a r u m i 等人【5 。1 以三苯磷 与6 一溴乙酸为起始原料，经四步反应，合成出与提取法得到的纯辣椒碱完全相 同的样品，总收率为2 6 6 。 1 2 4 各种制取方法的比较与选择 综上所述，辣椒素的制取方法有：从天然辣椒中提取辣椒素法、生物细胞培 养制取法以及化学合成法。其中经生物培养制取辣椒素的方法，在国外进行了大 西北大学硕士学位论文 量的实验研究，并取得了一定的成果。化学合成法可以得到辣椒素中的单一组分 比较有研究价值，但目前还处于实验研究阶段。而从天然辣椒中制取辣椒素是现 在比较常用的方法，这种方法原材料广泛易得，制取方法简便，生产量大，便于 推广。考虑到我国是辣椒生产大国，有着丰富的农产品资源优势，从天然辣椒中 提取辣椒素的研究意义更为重大，在此我们仅对天然辣椒素的提取进行了研究。 1 3 辣椒素提取研究的目的和意义 1 3 1 目的 综合考虑已经报道的辣椒素的提取方法，可以得出目前在我国影响规模生产 及国际竞争的不利因素有以下几点： ( 一) 辣椒素提取纯化工艺不成熟且大多采用溶剂法，提取工艺步骤相对 较长，结晶工艺繁琐、费时。 ( 二)国内目前报道采用辣椒树脂提取辣椒素，工艺均未达到工业化且提 取率仅为树脂中辣椒素总含量的2 1 - - 4 3 ，资源利用率低，成本价格居高不下。 ( 三) 工艺对不同产地辣椒的辣椒素适应性很差，因此提取率变化范围很 大，影响了工业化规模生产。 ( 四) 众多的分析方法由于适应性差，因而对于不同产地的辣椒及辣椒素 产品，其辣椒素含量测定的精确度、回收率变化范围大，最终影响产品的质量确 认。 鉴于以上几点使得我国在辣椒素规模生产、相应纯度等方面都存在不利因 素，这些因素使得众多辣椒深加工厂家多以辣椒色素提取为主。在这种激烈竞争 的环境下，辣椒色素提取只有达到一定生产规模( i 2 0 吨年) 才能勉强保持盈 亏平衡。 由于辣椒素的价格远高于辣椒色素价格，低成本、高质量的辣椒素生产工艺 的提出以及相应分析方法的确立，是综合利用辣椒资源技术的关键所在。因此， 相对简化、投资低、消耗小、原料收率高以及一次结晶的辣椒素提取新工艺提出 和实施势在必行。 1 3 2 意义 天然辣椒素是从红辣椒中提取出来的一种高附加值新产品，被广泛应用于医 1 0 西北大学硕士学位论文 药、轻化和食品工业。辣椒素具有极高的药用价值和经济价值。随着全球医药、 轻化和食品工业的迅速发展，国内国际两个市场对辣椒素的需求呈逐年上升趋 势，市场供不应求，拉动价格上扬。有资料显示，目前全球辣椒素各类不同含量 产品年产量只有1 2 0 0 吨左右，国际市场年需5 0 0 0 余吨，市场缺口约4 0 0 0 吨左 右，其中辣椒素含量大于9 5 的辣椒素产量所占各类辣椒素产量的比率甚小，缺 口很大。随着辣椒素含量大于9 5 辣椒素的医用开发的发展，需求量将不断增加。 我国辣椒素年产量很少，远不能满足国内市场需求。目前国内市场辣椒素售价已 由每公斤3 万元上涨至4 万元以上，而纯辣椒碱售价为4 万美元以上。辣椒素市 场前景十分看好，这就为我国大力开发辣椒素提供了广阔的市场发展空间。 本论文正是在这一基础上提出的。利用索氏提取法、溶剂法和树脂法对高附 加值产品辣椒素进行提取纯化，这对于我省乃至整个西北地区农业无疑有着巨大 的推动作用。也是在新时期响应国家西部大开发的号召，以红辣椒综合加工利用 作为农业产业化的原始动力，带动农业和地方经济大发展的一场新的革命。 1 4 天然辣椒素整体提取工艺的提出 论文以陕西省丰富的农产品红辣椒为原料，在对辣椒素的理化性质、化学结 构进行系统研究的基础上，提出索氏浸提、溶剂法脱色素及离子交换处理相结合 的工艺。由实验得到的辣椒素晶体经高效液相色谱法检测辣椒素的含量大于 9 5 ，提取率大于8 0 。整个工艺可分为三部分： ( 一) 索氏提取法制备辣椒树脂( 辣椒素含量约1 ) 的工艺研究 以干红辣椒皮粉为原料，采用索氏提取法生产出辣椒树脂中间产品，并对实 验数据进行了分析和讨论，确定了最佳工艺条件和参数。 ( 二) 溶剂法制备辣椒精( 辣椒素含量约1 0 ) 的工艺研究 以辣椒树脂为原料，采用溶剂法萃取辣椒素，实现辣椒素与辣椒红色素的分 离，经浓缩后即得辣椒素树脂( 俗名辣椒精) ，对实验数据进行分析和讨论，确 定了溶剂法制备辣椒精的晟佳工艺条件和参数。 ( - - ) 树脂法制备高纯辣椒素晶体( 辣椒素含量大于9 5 ) 的工艺研究 以辣椒精为原料，经相转移法预处理后，采用树脂法制备高纯辣椒素晶体， 对实验数据进行了分析和讨论，确定了最佳工艺条件和参数。 西北大学硕士学位论文 第2 章实验部分 2 1 实验原料及设备 2 1 1 红辣椒预处理及主要成分含量的测定 一、红辣椒的来源及预处理 分别选用陕西扶风、云南红河和湖南常德无污染地区产的干红辣椒为原料， 为方便实验研究，需要进行干椒的预处理。具体方法为：将干红辣椒去梗除杂后， 切成8 1 0n l l t l 的小段并烘干，将辣椒皮和辣椒籽分离，然后对辣椒皮和籽分别 进行粉碎，过筛后贮存待用。原料辣椒的预处理工艺流程见图2 1 。 干辣椒选料洗涤初步烘干初步粉碎 皮 皮籽分离二次烘干+ 粉碎过筛贮槽 图2 1 辣椒预处理制辣椒粉的工艺流程 f i g 2 1t h e t e c h n i cp r o c e s so f p r e t r e a t i n gc h i l l ip e e li n t op o w d e r 二、原料千椒中主要成分的含量测定 由于辣椒红色素、辣椒素主要存在于辣椒皮之中口6 1 ，而亚油酸、棕榈油等 其它有效成分则主要存在于辣椒籽中嘲，因此以辣椒皮粉作为浸提辣椒素、辣椒 红色素的主要原料，辣椒籽粉作为浸提棕榈油、亚油酸等有机酸的主要原料。查 阅有关文献资料【5 1 1 后对陕西、云南和湖南产干红辣椒中的一些有效成分进行了 实验测定，可得出红辣椒中各主要有效成分的含量。测定结果及数据见表2 1 。 表2 1 辣椒中精细成分的含量 t a b 2 1t h ec o n t e n t so f r e f i n e dc o m p o n e n t si nc a p s i c u m 占整个辣 椒果实含 量， 陕西云南湖南 色价，辣椒素含色价， 单位幢量，单位g 辣椒紊含色价，辣椒素含 景，单位艟量， 辣椒果皮约5 5 辣椒籽约3 5 辣椒梗约1 0 o 1 9 25 80 1 6 7 0 0 5 2 l一0 0 4 6 4 0 0 1 一 0 0 l 0 3 3 5 0 1 5 9 0 0 l 1 2 西北大学硕士学位论文 根据实验测定结果，湖南红辣椒的辣椒素总含量较陕西、云南产红辣椒高， 味更辛辣，适用于提取辣椒素；而陕西产红辣椒红色素含量比湖南产红辣椒高， 适宜作为辣椒红色素提取的基本原料。综合考虑辣椒素和辣椒红色素的含量，以 及本省的地区优势，我们选用陕西辣椒作为原料进行辣椒素的提取工艺研究。 2 。1 。2 原料来源及仪器设备 一、实验原料 千红辣椒，产地为陕西扶风、云南红河及湖南常德地区； 正已烷，分析纯，天津化学试剂六厂三分厂： 食用酒精，浓度为9 5 ，比重d ：2 。0 一_ o 。8 5 ，西安化学试剂厂； 工业酒精，浓度为9 0 ，比重d2 0 = o 8 1 ，西安化学试剂厂； 无水乙醇，分析纯，d ? = o 7 9 ，天津化学试剂有限公司； 丙酮，分析纯，比重d ? = o 8 0 ，天津化学试剂有限公司； 乙醚，分析纯，比重d2 0 = o 7 1 3 - 4 ) 7 1 5 ，天津化学试剂有限公司； 乙酸乙酯，分析纯，比重d2 0 = o 8 9 9 - 0 9 0 1 ，天津化学试剂有限公司； 二氯乙烷，分析纯，西安化学试剂厂； n a o h ，分析纯，天津市富禄化工试剂厂； h 2 s o 。，分析纯，西安化学试剂厂： d 1 1 3 大孔弱酸阳离子交换树脂、d 2 9 0 大孔强碱阴离子交换树脂、n k a - 9 、 s 8 大孔吸附树脂，南开大学化工厂； 二、仪器设备 浸取装置( 包括索氏萃取仪、浸取柱、广口瓶、电磁搅拌器、分液漏斗、布 氏漏斗及滤布、烧杯、量筒、玻璃棒等) ，天津玻璃仪器厂； 减压蒸馏装置( 包括真空泵、密闭电炉、温控器、三口烧瓶、蒸馏头、冷凝 器、接引管、温度计、烧瓶等) ，天津玻璃仪器厂； 分液漏斗，天津玻璃仪器厂； 托盘天平( 感量0 1 9 ) ，北京医用天平厂； 西北大学硕士学位论文 电子天平( 感量o 0 0 0 0 1 9 ) ，s a r t o r i u s r e s e a r c h r 2 0 0 d 型，德国； 微型植物粉碎机，f z l 0 2 型，河北省黄骅市新兴电器厂； 家用万能粉碎机，w f 一1 8 0 型，河南省荥阳市利民机械厂： 多功能食品加工机，d l - - 2 8 0 a 型，广东中山多利电器有限公司； 电动搅拌机器，6 5 1 l 型，上海标本模型厂： 恒温水浴振荡器，s h z - 8 2 型，江苏教育玻塑厂： 酸度计，p h s - a 5 型，精度0 1 级，天津市第二分析仪器厂； 循环水多用泵，s i t b 。i l l ( a ) 型，河南省太康科教仪器厂； 2 2 索氏提取法制备辣椒树脂的工艺研究 2 2 1 工艺流程和实验方案设计 一、索氏提取法工艺流程 在原料辣椒中浸提辣椒素时，笔者最初选用溶解能力较强的溶剂进行常规提 取，但实验发现，对辣椒素溶解能力强的溶剂对其它物质如果胶等的溶解能力也 很强，这样给辣椒素的进一步提取纯化增加了困难。考虑到索氏提取法具有如下 优点：在索氏提取中，基质总是浸泡在相对比较纯的溶剂中，目标成分在基质内 外的浓度梯度比较大，在回流提取中，溶液处于沸腾状态，溶液与基质问的扰动 加强，减少了基质表面流体膜的扩散阻力，根据菲克扩散定律，由于固体颗粒内 外浓度相差比较大，扩散速率较高，达到相同浓度所需时间较短，且由于每次提 取液为新鲜溶剂，能提供较大的溶解能力，所以提取率较高。这样索氏提取法可 以采用对辣椒素溶解能力较弱且对其它杂质的溶解能力更弱的溶剂进行浸取实 验，从而利于下一步的提取和纯化。 辣椒粉索氏萃取+ 浸取液r 一含量1 左右) l 舻品。正= = 辣椒渣+ 工车问加工原料 图2 2 索氏提取法制备辣椒树脂工艺流程 f i g 2 2t h e t e c h n i cp r o c e s so f e x t r a c t i n gc a p s i n c a n i o l e o r a i nw i t hs o se x a r a c t i o n 1 4 西北大学硕士学位论文 实验采用索氏萃取仪制备辣椒索和辣椒红色素，由于辣椒素、辣椒红色素等 有效成分均溶于所用有机溶剂，故先用有机溶剂浸取辣椒皮( 籽) 粉，辣椒素和 辣椒红色素溶于混合液中，再减压蒸馏回收混合溶液中的有机溶剂，浓缩后得到 辣椒素含量为1 左右的深红色辣椒树脂( c a p s i n c a n i o l e o r a i n ) 。利用索氏萃取法 进行辣椒树脂中间产品制备的工艺流程见图2 2 。 二、索氏提取法制备辣椒树脂的实验方案设计 采用索氏提取法制取辣椒树脂中间产品的实验是以干红辣椒皮粉为原料，用 索氏提取法制备辣椒树脂的实验研究过程。该工艺实验方案设计的目的是提出并 确定索氏提取的最佳工艺条件和实施方案。在索氏提取法制备辣椒树脂的实验方 案设计中，经常会用到的一个概念就是辣椒素浸出率，即浸提出的产物辣椒素的 量占原料辣椒素总量的百分数。其计算公式如下： 辣椒素浸出率= 浸出辣椒素总量原料辣椒素总量1 0 0 索氏提取法制备辣椒树脂中间产品的实验方案设计如下： 1 溶剂选择实验方案 根据有关文献资料并结合实验数据，选择索氏提取法制备辣椒树脂的最适宜 的有机溶剂。 2 辣椒皮粉细度范围的确定实验方案 在浸取工艺中，浸取物固体颗粒越细小，浸取率越高，浸取时间也越短；但 浸取物细度过小不仅提高了粉碎过程的要求，而且使浸取物的过滤和分离操作也 变得十分困难，因此需确定适宜于浸取和分离的最佳辣椒皮粉的细度范围。选择 不同细度的辣椒皮粉，在其它条件不变的情况下，用选定溶剂分别进行浸取实验， 通过对比实验的结果，选择适于浸取工艺的辣椒皮粉的细度范围。 3 最适宜溶剂用量( 液固比) 确定实验方案 在适宜的辣椒皮粉细度范围内固定辣椒皮粉细度，用不同量的选定溶剂分别 进行几组辣椒皮粉浸提实验，通过对比实验的结果测定