（应用化学专业论文）RPHPLC法制备高纯度天然辣椒红色素的研究.pdf

摘要 r p h p l c 法制备高纯度天然辣椒红色素的研究 作者简介：王安，女，1 9 7 9 年7 月生，师从成都理工大学李崇瑛教授，2 0 0 8 年7 月毕业于成都理工大学应用化学专业，获得工学硕士学位。 摘要 辣椒红色素是从茄科植物辣椒( c a p s i c 啪黜u 啪l ) 中提取出的一类含 有多种成分的脂溶性四萜类化合物。作为一种天然的食用色素，它不仅着色力 强，安全无毒，而且具有很高的营养价值，是世界卫生组织和许多国家允许使 用的天然色素之一。并广泛应用于食品、医药、化妆品等行业中。 现在市场上的辣椒红色素产品大多是粗品，辣椒红色素的纯度低。含有辣 椒碱，使辣椒红色素含有辣味，限制了辣椒红色素在食品等行业的应用，另外 辣椒红色素是混合物，含有成分的不确定性，增加了辣椒红色素的安全隐患。 1 本论文首先对用于分离辣椒红色素的分离介质进行了研究。在研究中以 硅胶为原料，键合十八烷基三甲基氯硅烷，合成c 1 8 分离介质，并对合成的分 离介质进行红外光谱表征。用合成的c 。8 作为分离介质进行装填制备柱。 2 对皂化辣椒红色素粗品的温度、碱浓度、醇浓度、用量、时间、皂化次 数进行了研究。最后得到皂化辣椒红色素粗品的条件为：采用1 0 的氢氧化钠 甲醇溶液( 甲醇浓度为5 0 ) ，2 0 m l 的皂化溶液皂化1 m l 的色素，在5 0 下， 每次2 h ，皂化3 次。 3 对皂化后辣椒红色素产物进行i 冲_ h p l c 法制备分离。考察了制备色谱 的洗脱剂配比、流速、检测波长等因素。得到制备条件为：制备柱( c 1 8 ，巾3 0 0 m m 4 6 m m ，1 0 啪) ；洗脱剂v ( 甲醇水= 9 5 5 ) ：v ( 乙酸乙酯) = 8 5 ：1 5 ；检 测波长4 6 0 衄；流速1 0 m l m i n ；进样量2 0 此。基于此最后所得到的辣椒红素、 b 胡萝卜素产品的纯度均达到了9 7 以上。 4 在实验室级制备高纯度辣椒红色素数据的基础上，进行了工业级放大设 计，得到了放大设计的相关参数：放大后工业级设计的洗脱剂流速、上样量、 压力及制备塔所需填料的量等，最后对工业级放大设计后的成本和辣椒红色素 的产出效益进行了核算和经济可行性分析。通过参数的计算和经济可行性分析， 为今后工业化r p h p l c 法制备高纯度辣椒红色素提供了参考。 关键词：反相高效液相制备色谱高纯度辣椒红素p 一胡萝卜素 a b s t r a c t s t u d y o fp r e p a r a t i o no nh i g h p u r i f yn a t u r a lh o t p e p p e r e r y t hr o p h y b yp r e r p h p l c i n t r o d u c t i o no ft h ea u m o r ：w h g a n ，f - e m a j e ，w a sb o mi nj u l y ，19 7 9 ，w h o s et u t o r w a sp r o f e s s o r “c h o n g y i n g s h eg r a d u a t e d1 j r o mc h e n g d uu 1 1 i v e r s i t ) ，o f1 e c h n o l o g y i i la p p l i e dc h e m i s n ym 旬o ra i l dw a sg 啪t e dt h em a s t e rd e 铲e ei nj u n e ，2 0 0 8 a b s t r a c t t h eh o tp e p p e re r y l r o p h y n ，e x t i 乏屺t e df 的mc a p s i c 唧a n n u u ml ， c o n t a i n s m a n yl 【i n d so ft e 印e n ec o i n p o u i l d ss o l u b l ei i lg r e a s ec a p s 砌1 1 i ni s a l l o w e da n d e n c o u r a g e dt 0b eu s e da l so n eo ft h em e d i c a ln 砷啪】p i g m e n t sb yw 砌dh e a l t h o 略a n i z a t i o na n d s o m ed e v e l o p e dc o 眦r i e s ta so n ek n do fe d i b l en a t u r a lp i g m e m ， t h eh o tp e p p e re r 灿p h y uh a sm et i n t i n gs n e n g t l ls t r o n g ，s a f en o n - t o x i ca j l dt l l ev e d ， s t r o n gn u t r i t i o n a lv a l u e 。、i d e l ya p p l i e si nt h ef i l e do ff 1 0 0 d ，m e d i c i n e ，c o s m e t i c sa n d s o0 n n o 、v a d a y s ，t 1 1 eh o tp e p p e rp r o d u c tm o s t l yi st 1 1 i c ki nt h em a r k e t t h ep u r i t ) ，o f t h eh o tp e p p e re r y t h r o p h y ni sl o w ，a n dc o n t a i n st h ec a p s i c i n e ，t h a tm a k et l l eh o t p e p p e re r y t h r o p h y l lc o n t a i np i q u a n c y ； h a sl i m i t e dt h eh o tp e p p e re r y 衄o p h y u 印p l i c a t i o n si nf o o da i l ds oo n m o r e o v e rt h eh o tp e p p e re r y t h r o p h y up 血够i s1 0 w ，i e m i x t u r e ，a n di n c l u d e st l l ei n g r e d i e mu n c e r t a i n 劬m a ti n c r e a s e dt l l es e c u r i t ) rh i d d e n d a n g e r 1a tf i r s t ，t h i st h e s i sh a ss t u d i e dt 1 1 es e p a u r a t i o nm e d i u mw h i c hs e p a r a t e dh o t p e p p e re r y t h r o p h y u i n t l l er e s e a r c ht a k et h es i l i c ag e la sr a wm a t e r i a l ，r e s p o n d e d 州t 1 1 t h eo c t a d e c y lt 1 1 r e em e t h y lc m o n d es i l i c o nh y d r i d e ，s y n t h e s i z e sc18t 0s e p a r a t et l l e m e d i 啪，a n dc 硎e so nt h ei n f ds p e c t 眦l i t t r i b u t et ot h es y n t h e s i ss e p a r a t i o n m e d i u m c a 玎i e so nt l l e f i l l i n gp r e p a r a t i o nc o l u m nw i t hs y n t h e s i sc 18嬲t h e s e p a r a t i o nm e d i u m 。 2h a ss t u d i e dt h es a p o n i f i e dh o tp e p p e re r ) 噍h r o p h y ut h i c k s t e i n p e r a t u r e ， a l k a l i n es o l u t i o nd e n s i 饥m em e l l o wd e n s i 饥t s 印o n i f i e dn u i da m o u n tu s e d ， s a p o n i f i e dt i m e ，s a p o n i f i e dn 啪b e ro ft i m e s s a p o m f i e dc o n d i t i o n ： b et r e a t e dw i t h 10 m e t h a j l o ls o d i u mh y d r o x i d i es o l u t i o n ( t h ed e n s i t ) ro fm e t h a n o l i s5 0 ) ，a d d t h es 印o n i f i c a t i o ns o l u t i o ni nt h er a t i oo f1gp i g m e n t2 0 m l ，a t5 0 ，2 he a c ht i m e ，3 t i m e s 3a r e rs 印0 1 1 i 母i n gm er a wm a t e r a 订t h e nc a r r i e so nt h er p - h p l c p r e p a r a t i o n a b s t r a c t s e p a r a t i o n i n s p e c t e dp r e p a r a t i o nf a c t o r sa n ds oo nc 1 1 r o m a t o g r 印he l u e n ta l l o c a t e d p r o p o n i o n ，s p e e do fn o w ，e x a m i n a t i o nw a v el e n g t h p r e p 删i o nc 1 1 r o m a t o g r a p h p u r i f i c a t i o n c o n d i t i o n：r e v e r s e d p h a s ec 0 1 u i n n ( c 1 8 ，3 0 0 m m x 4 6 m m ，巾1o p m ) ， c h r o m a t o g r 锄sw e r em o n j t o r e da t4 5 0 m n ；t h em o b i l ep h a s ew a sm e t h a n o lw a t e r e m y la c e t a t e ( 8 0 7 5 ：4 2 5 ：1 5 ，v v ) ；t h ef l o wr a t ew a s1 m l m i n ；i 巧e c t i o nv 0 1 啪e2 0 “l f i i l a l l yo b t a i n sc a p s a n t l l i ne l e m e n ta n dp - c a r r o t e l e m e n tp u r ep 谢f i c a t i o nh a s r e s p e c t i v e l ya c k e v e dm o r et h a n9 7 4b a s e do nm ed a t ao fp r e p a r e st h em g h p 嘶t yh o tp e p p e re r y t h r o p h y ui nt h e l a b o r a t o r yl e v e l ，h a sc a r r i e do nt l l et e c c a l 伊a d ee i d a r g e m e n td e s i g nv 撕a b l e c o m p u t a t i o n ， a r e ro b t a i n e dm ee m a 唱e m e n tt e c l l i l i c a lg r a d ed e s i g nc o r r e l a t i o n p a r 锄e t e r ，a r l dh a sc a 玎i e do nm ee c o n o m i c a lf e a s i b i l i t ) ，a n a l y s i sa r e rt h et e c h i l i c a l g f a d ee n l 弼锄e n td e s i g nc o s t t 1 1 r o u 曲t h ep a r a m e t e rc o n l p u t a t i o na n de c o n o m i c a l f e a s i b i l i t ) ，a n a l y s i s ，w i l lp r e p a r et h ek g h p u r i t ) rh o tp e p p e re r ) 吨l l r o p h y u f o rt h e r p h p l ci n d u s t r i a l i z a t i o nt op r o v i d et h er e f e r e n c e k e y w o r d s ： r e v e r s e d - p h a s e1 1 i g l lp e r f o 肌a n c ep r e p a r a t i v el i q u i dc h r o m a t o g r 印h y p u r i f i c a t i o n ；l l i 曲p u 打f y ；c a p s a l l t h i n ；p c a r o t e n e 独创性声明 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，也不包含为获得盛都堡王太堂或其他教 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 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 细g 年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑理王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛壑堡王态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 学位论文作者导师签名： 殇 第1 章引言 第1 章引言 1 1 食用天然色素研究现状 食用色素是食品添加剂的重要组成部分，它不仅广泛应用于食品工业以全面 改善食品的外观和色泽，而且还广泛应用于医药和化妆品行业。 食用色素又分为合成色素和天然色素两种。在合成色素问世以前人们一直使 用天然色素，自合成色素问世以来，由于合成色素特有的色泽鲜艳、稳定性强、 易于复配、价廉等优点，合成色素取代了天然色素在食品应用中的地位，备受人 们的欢迎。但是随着近年来医学、毒理学和生物学试验研究工作的不断深入，许 多在食品工业中大量使用的合成色素被认为对人体有害，有的甚至于致癌。世界 各国开始禁止使用某些合成色素，重新考虑具有对人体有一定保健、营养或药理 作用的天然色素l l 圳。 尽管大部分天然色素具有易吸收、营养和药理作用的价值，但是也不能就此 断定天然色素都是无毒的。所以，新研制开发的天然色素，在投入食品工业前， 应当经过毒理试验。 近年来消费者从健康的角度出发，对食用天然色素的需求越来越大。食用天 然色素在国际市场上销售额的年增长率也一直保持在1 0 以上。由于食用天然色 素市场前景看好，需求量逐年上升，提取食用天然色素新品种的研究在各国也竟 相展开。尤其是2 0 0 5 年出现的“苏丹红”事件，更加加深了人们对食用天然色 素的青睐【3 】o 这也使得人们重新将目光投向天然色素的提取上。 在我国，辣椒红色素是应用最广泛的红色素，辣椒资源丰富，为辣椒红色素 产品提供了充足的原料资源。另外，由于辣椒红色素的色泽优势及其保健作用， 也使辣椒红色素成为了提取天然红色素的首选原料1 4 j 。 1 2 辣椒红色素概述 辣椒红色素是以辣椒为原料，用物理方法提取精致而成。辣椒红色素属类胡 萝卜色素中的复烯酮类，是脂溶性色素，具有染色功能【5 】。辣椒红色素不仅色泽 鲜艳，而且具有较好的耐光、耐热、耐酸碱、耐氧化性能，无毒副作用，是高品 质的天然色素；也是目前国际上公认的最好、销量最大的红色素。它主要应用于 食品、饮料、饲料、保健药品和化妆品等领域【6 j 。辣椒红色素也被美国f a o 、英 国、日本、e e c 、w h o 和中国国标等组织审定为无限制性使用的天然食品添加 剂，其国际市场非常紧俏1 7 j 。 成都理工大学硕士学位论文 1 3 辣椒色素的组成、结构与性质 1 3 1 类胡萝i 、素 类胡萝卜素( c a r o t e n o i d s ) 是由8 个类异戊二烯单位组成的一类碳氢化合物及 其氧化衍生物，是自然界中分布最广泛的脂溶性天然色素，目前已知类胡萝卜素 的成员大约有6 5 0 多种，大多数具有抗氧化功能【8 】。 类胡萝卜素按照化学结构可分为胡萝卜素( c a r o t e n e ) 和叶黄素( x a n t h o p h y l l ) 两大类。胡萝卜素是不含氧的类胡萝卜素的总称。胡萝卜素的含氧衍生物即叶黄 素，分子中含有一个或多个氧原子，构成羟基、羰基、甲氧基等基团或环氧化物 等结构【9 】。红辣椒中的胡萝卜素是b 一胡萝卜素，叶黄素主要有辣椒红素 ( c 印s a n t h j n ) 、辣椒玉红素( c a p s o n j b i n ) ，b 一隐黄素( p c 巧p t o x a n t l l i n ) 和玉米黄 素( z e a x a i l t h i n ) 。 红辣椒中的类胡萝卜素色素按照颜色分为红色素和黄色素。红色素主要是酮 基类胡萝卜素：辣椒红素、辣椒玉红素；黄色素主要有玉米黄素、b 一胡萝卜素、 b 一隐黄素等。辣椒红素和辣椒玉红素占色素总含量的4 0 5 0 ，是红辣椒的主 要呈色物质，只存在于成熟的红辣椒中【1 0 1 。辣椒中主要的类胡萝卜素及含量见表 卜1 所示。 表1 1 辣椒中主要的类胡萝i 、素mm 1 1 1 色素名称占总类胡萝卜素的量( ) 辣椒红色素 3 1 3 8 辣椒玉红素 6 1 0 玉米黄素 2 6 b 一隐黄素 4 1 2 b 一胡萝卜素 1 1 8 1 3 2 辣椒红素 辣椒红素是辣椒红色素中的一种主要色素，又名椒红素、辣椒红，其含量一 般为辣椒干重的0 2 0 6 ，其中9 5 左右含在果皮中。 1 9 2 7 年z e c h m e i s t e r 和c h o l o n o k y 【1 2 】首次将辣椒红素以结晶的形式从红辣 椒中分离出来。纯的辣椒红素为深胭脂红色针状晶体( 石油醚中结晶) ，熔点1 7 5 1 7 6 易溶于极性大的有机溶剂。 从辣椒红素的结构看出它有1 1 个共轭双键，6 位有一个共轭基和1 个环戊 2 第l 章引言 烷环，共轭酮基是辣椒红素分子含有的特殊基团，使其具有较强的生理功能和氧 化稳定性。辣椒红素其分子式为：c 4 0 h 5 6 0 3 ，分子量为：5 8 4 ，结构式如图1 1 所示： 1 3 3 辣椒玉红素 图1 1 辣椒红素结构图 辣椒玉红素在6 、6 上有两个共轭酮基，稳定性比辣椒红素更强。辣椒玉红 素的分子结构式为c 4 0 h 5 6 0 4 ，分子量为6 0 0 ；辣椒红素和辣椒玉红素两者占色 素总量的5 0 6 0 。 图l - 2 辣椒玉红素结构图 1 3 4p 胡萝i 、素 p 胡萝卜素分子式为：c 4 0 h 5 6 ，相对分子质量为5 3 6 ，结构式为如图1 - 3 所示： 图1 - 3b 一胡萝l 、素结构图 b 一胡萝卜素是合成维生素a 的前体n 副，已经被人们视为第一防癌维生素， 成都理工大学硕士学位论文 也是f a 0 w h 0 所认定的a 类营养色素之一。 1 3 5 玉米黄素和p 隐黄素 玉米黄素分子式是c 4 0 h 5 6 0 2 ，相对分子质量为5 6 6 ，其结构如图所示。作 为天然色素，玉米黄素的染色效果较好；添加在饲料中，可以使一些鱼类及甲壳 类动物获得较为理想的红色。 图l _ 4 玉米黄素结构图 b 一隐黄素分子式c 4 0 h 5 6 0 ，相对分子质量为：5 5 0 。b 一隐黄素也是合成维生 素a 的前提物质【1 3 】，结构见图所示。 图l - 5b 一隐黄素结构图 辣椒中辣椒红色素和辣椒素等的含量会因辣椒品种、产地、采收期等及干燥 条件等不同而异。目前，提取的辣椒红色素大部分是以辣椒红色素和辣椒玉红素 为主体的混和物。 1 3 6 辣椒中的其他色素 随着辣椒色素生物合成的进行，脂肪酸与辣椒中叶黄素的酯化反应也同时发 生【14 1 。成熟初期，酯化的叶黄素占总色素的5 0 左右，到完全成熟时辣椒中游 离色素、单酯化色素和全酯化色素分别为2 0 3 0 、2 0 3 0 和4 0 5 0 ；即有 7 0 8 0 的色素是以酯的形式存在辣椒中。红色素主要被短链、饱和脂肪酸( 如 月桂酸、肉蔻酸) 酯化，黄色素主要被长链、不饱和脂肪酸( 如亚油酸) 酯化【1 1 1 4 - 1 6 】 o 4 第1 章引言 1 4 辣椒红色素的功能及应用 辣椒红色素是一种优质天然色素，不仅色泽鲜艳、着色力强，而且具有药理 作用，其安全性已经得到世界公认。联合国粮农组织( f a o ) 和世界卫生组织 ( w h o ) 已经将辣椒红色素列入a 类色素【1 7 】，在使用中不加以限量。 辣椒红色素由于结构的特点使其具有较强的抗氧化活性包括清除脂质 过氧化反应产生的自由基、淬灭单线态氧、抑制超氧化物、氧化物和一氧化氮的 产生。 辣椒红色素作为功能性的天然食品着色剂，因浓度不同可呈现出淡黄、深黄、 橘红、深红等颜色梯度，广泛应用于食品、化妆品和制药业中，在欧洲，辣椒红 色素广泛用于橙汁等软饮料的着色【1 8 】。饲料中添加辣椒红色素能使禽蛋黄着色， 提高蛋品品质，增加蛋品质的色香味【7 9 1 。我国将其应用于油性食品、调味品、 水产品加工、蔬菜制品、果冻、冰淇淋、奶油、人造奶油、干酪、色拉、调味酱、 米制品和烘烤等食品中【2 0 】。美国、英国、加拿大、日本、西班牙、墨西哥以及东 南亚国家都广泛使用辣椒红色素作为天然食品添加剂。 1 5 辣椒红色素的提取现状 1 5 1 国内生产现状 根据干红辣椒中所含的辣椒红色素与辣椒碱的性质不同，现己形成了多种除 辣工艺。辣椒红色素常规的生产方法是：首先用有机溶剂从红辣椒干粉中提取出 含有辣味的辣椒红色素粗品，辣椒红色素粗品经水蒸汽蒸馏、碱处理后，再用溶 剂提取红色素，提取液通过减压蒸馏回收溶剂，浓缩后的产品便是符合要求的辣 椒红色素精品。另外，生产过程也可对红辣椒粉先进行碱水溶液处理，去除大部 分辣素，然后用有机溶剂进行萃取操作，萃取后再经水蒸汽蒸馏得到符合要求的 辣椒红色素酸产品。有的生产过程不使用水蒸汽蒸馏，其工艺流程为首先用有机 溶剂萃取红辣椒干粉，得到辣椒红粗品，然后再用溶剂萃取、柱层析、碱溶液洗 涤等方法迸行脱辣处理，进而得到辣椒红色素精品。现把国内提取辣椒红素的方 法综述如下：瞄卜姐j 成都理工大学硕士学位论文 表1 2 国内辣椒红生产工艺 编提取方法精制方法产率( 对色价 号果皮) 19 5 食用乙醇逆流提取2 n a o h 脱辣5 1 9216 ( e 4 6 0 n m ) 2 9 5 乙醇索氏提取2 n a o h 脱辣 3 1 1 3 1 4 3 ( a s l a ) 3 9 5 乙醇回流提取2 n a o h 脱辣 5 1 5 2 9 6 8 ( a s t a ) 4有机溶剂浸提 超临c 0 2 界萃取 3 511 0 ( e 4 6 0 彻1 ) 5 丙酮提取2 m o l i n a o h 脱辣 2 9 无 66 0 丙酮石油醚浸提层析分离无13 0 ( e 4 6 0 m ) 7 丙酮逆流提取反复多次提取 3 5 1 6 1 ( e 4 6 0 n m ) 8食用酒精回流提取碱性稀醇溶液2 0 7 0 ( e 4 6 0 n n l ) 9 丙酮萃取柱层析无6 5 ( e 4 6 0 m ) 1 0丙酮萃取 正己烷萃取无 6 2 5 ( e 4 6 0 n n l ) 1 l二元溶剂萃取二次提取4 8 1 3 0 2 ( e 4 6 0 n m ) 1 2丙酮萃取 复合溶液萃取无无 1 39 0 食用乙醇和石油醚提取 柱层析无14 3 ( e 4 6 0 眦1 ) 1 4高浓度食用乙醇提取 多次提取无 7 0 ( e 4 6 0 n m ) 1 5 2 国外生产现状 日本是世界上使用天然色素最多的国家，对辣椒红素的研究处于领先地位。 将日本专利中有关辣椒色素的提取方法综述如下：首先用丙酮浸泡干红辣椒粉， 从提取液中蒸馏出丙酮，得到辣椒油树脂。 ( 1 ) 酯交换反应一溶剂法 该法的提取流程是： 醇一醇盐水、稀酸 辣椒油树脂一酯交换反应一蒸馏一浓缩物一分层 溶剂 一油层一析出色素一抽滤一色素 ( 2 ) 碱处理一溶剂提取法 该法的提取流程是： 2 0 n a o h ，9 5 水，1 0 h c l乙醇 辣椒油树脂搅拌一分层一油层一搅拌 2 n a 0 h 一静置一倾析一色素一洗涤一一减压干燥一色素 6 第1 章引言 ( 3 ) 碱处理柱法溶剂提取一溶剂提纯法 该法的提取流程是： n a 0 h ，9 0 水c a ( o h ) z 1 0 h c l 辣椒油树脂搅拌一搅拌一搅拌一混合一离心 丙酮 一固形物一装柱一洗脱一洗脱液一减压蒸馏一色素 丙酮 一色素溶液一过滤一减压蒸馏一精制色素 ( 4 ) 碱处理溶剂提取一水蒸汽蒸馏法 该法的提取流程是： 5 n a o h乙醇 辣椒油树脂一水解一离心一固形物一浸泡一减压过滤 乙醇 一残渣一提取液一减压蒸馏一色素一水蒸汽蒸馏一 一浓缩精制色素 ( 5 ) 碱处理一溶剂提取一水蒸汽蒸馏法 该法的提取流程是： 3 2 n a o h5 n a c l 7 0 辣椒油树脂一糊状物一静置一冷却一离心一粒状固 丙酮 形物真空干燥一一提取一分层一色素层一蒸馏色素 一水蒸汽蒸馏一色素 ( 6 ) 碱处理一溶剂提取一油溶一水蒸汽蒸馏法 该法的提取流程是： 1 5 n a o h丙酮 辣椒油树脂一水解一冷却一离心一固形物一提取 棉籽油 一减压蒸馏一粗色素一水蒸汽蒸馏一冷却一分层 一减压蒸馏一精制色素 ( 7 ) 酯酶一溶剂法 该法的提取流程是： 7 成都理工大学硕士学位论文 酯酶正己烷9 5 甲醇 辣椒油树脂一搅拌一搅拌一分层一溶剂层一 洗涤一蒸馏一色素 ( 8 ) 酯酶一溶剂提取一水蒸汽蒸馏法 该法的提取流程是： 酯酶，石油醚 辣椒油树脂搅拌提取一蒸馏一中和一离心一 乙酸乙酯 真空干燥一提取一水蒸汽蒸馏一色素 ( 9 ) 酯酶一油溶一分子蒸馏法 该法的提取流程是： 水，酯酶，4 0 9 0 辣椒油树脂 一一减压蒸馏 橄榄油 搅拌提取 色素 酶失活一静置一分层 油浴一一一分子蒸馏 表l - 3 上述9 种方法的比较 色素 提取产率( 对色值( 万)色值浓缩倍数( 对异味方法特点 法 干辣椒粉)辣椒油树脂) 11 0 36 5 6 5无纯度高发色性和耐光性优良， 色调稳定 21 3 o5 05 0无 纯度高，操作简单无脂肪酸杂 质，色调稳定 31 5 26 06 0 无纯度高，操作简单，便于工业化 生产 4 5 o无无无发色优良，操作安全，容易 52 2 o4 34 3无。 高浓度色素不会析出，色调稳 定 62 5 o 无无极少发色优良，耐光性良好，操作安 全，容易 7 3 0 0 3 02 7 无纯度高，发色优良，色调稳定， 高浓度色素不会析出 8 2 0 0无无无纯度低，发色性优良，色调稳 定，高浓度色素不会析出 9 4 2 02 2 6 2 3 极少发色优良，操作安全，色调稳定 8 第1 章引言 1 6 辣椒红色素的精制方法 关于辣椒红色素的提取国内外有很多的文献报道，但是在精制辣椒红色素方 面，报道不多。据报道【3 3 】，辣椒中的辣椒素即使稀释到l ：1 0 0 ，0 0 0 仍能感觉到 辣味，这在很大程度上限制了辣椒色素的应用。因此，去除辣椒红色素中的辣味 成分成为精制辣椒红色素工艺的关键。 辣椒红色素精制方法大致有以下几种方法： 1 6 1 有机溶剂萃取法 根据辣椒色素的理化性质，工业上多采取以下方法进行提取：将茄科植物辣 椒的成熟干燥果实的果皮粉碎后，用乙醇、丙酮、异丙醇或正己烷等抽提。天然 红辣椒中含有辣椒红、辣椒素、辣椒油脂等成分，其中辣椒素即辣椒碱有辣味， 高温下产生刺激性蒸汽，因此在辣椒色素的精制过程中必须将辣椒碱去除。 h o 图1 6 辣椒碱结构图 o 图1 7 二氢辣椒碱结构图 图l - 8 降二氢辣椒碱结构图 9 成都理工大学硕士学位论文 从图1 6 、1 7 、1 8 辣椒素的结构图可以看出辣椒素含有酰胺键，分子中含有 一个羟基，是一个极性化合物，其晶体呈现为单斜棱柱体或矩形，熔点6 l ，溶 于稀乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯等溶剂及碱性水溶液中【3 引。因此可以利用考虑 到辣椒红色素混合物和辣椒素在不同溶剂中溶解度不同，可以利用两者的溶解度 差异进行脱辣处理。 贺文智等【2 3 】基于此原理采用正己烷萃取法，利用辣椒红色素易溶于正己烷而 辣椒素较难溶于正己烷的性质将两者进行分离。 张宗恩等【3 4 】以丙酮为溶剂提取制备辣椒油树脂，油树脂得率高、色价高、辣 素含量低，便于分离。采用p h 值大于1 0 3 7 的丙酮( 5 0 ) 溶液，进行5 次以上脱辣、 萃取可得到口尝无辣味的红色素。该方法工艺简单、操作方便，所得色素的各项 质量指标均符合f a 0 w h o 标准。 有机溶剂萃取法，色素回收率较大，产品得率高，但产品色价较小。由于色 价值与辣度呈负相关性【35 1 ，说明该方法脱辣不够彻底。对于以辣椒红为主要产品 且对辣椒素含量要求不是十分苛刻的情况，可以采用此方法。 1 6 2 大孔树脂吸附法 所谓吸附树脂是泛指一般不含离子交换基团、具有发达多孔结构、不溶于任 何溶剂也不熔融得到的高交联度球粒状聚合物，以期对许多有机物具有强烈的亲 和吸附能力而得名。按照估价内表面性质不同，一般可以分为非极性、弱极性和 极性三大类【3 6 j 。 树脂的吸附过程同活性炭、分子筛等吸附剂一样，是通过吸附剂与吸附质分 子之间的亲和力作用而吸附质分子在两者界面上浓聚的过程。引起吸附的原因之 一是溶质在水中的溶解度。溶解度越大，则向树脂颗粒表面运动的可能性越小， 溶质的疏水性越大，向吸附界面移动的可能性越大。吸附作用的两个因素主要是 由溶质与吸附剂之间的静电引力、范德华力或化学键力所引起的溶质对树脂的高 度亲和力。 李荣等【3 7 】报道以a b 一8 吸附树脂柱层析分离提纯辣椒素，使用前用无水甲醇 和丙酮分别浸泡4 8 小时，经此处理的树脂可以反复使用。此法比较简单、易于 工业化。 但是用中极性或者强极性的树脂，吸附力比较大，色素不易洗脱下来，洗脱 溶剂用量比较大，洗脱率比较低，树脂再生也比较麻烦。 1 6 3 硅胶柱层析法 硅胶柱层析分离辣椒色素属于分配层析法，是根据色素和辣素的结构差异， 1 0 第1 章引言 在束缚于硅胶上的固定相和洗脱液中的溶解度不同，因此，在固定相和洗脱液之 间的分配系数不同而达到分离效果。袁庆云【3 】研究了用硅胶柱层析分离辣椒红色 素，总结出以下工艺流程：辣椒一挑选一粉碎一加酶一过滤一浓缩一乙醇石油醚 提取一过滤一浓缩一上硅胶柱一洗脱一浓缩一得深红色粘稠液体。操作要领有： 1 ) 加酶：加酶水解使细胞中与蛋白质、脂肪、糖类等结合的色素游离出来，便 于用溶剂提取。 2 ) 提取：以9 0 乙醇和石油醚( 1 ：1 ) 的提取液在室温下搅拌过夜提取，经过滤 后减压浓缩。 3 ) 通过薄层层析寻找洗脱条件，当石油醚和食用级9 0 乙醇体积比为2 ：1 时， 展层效果最好。 4 ) 将提取的浓缩液上硅胶柱，柱直径1 0 c m ，高l o o c m ，用洗脱液洗脱，收集红 色洗脱部分。 5 ) 将收集的洗脱部分减压浓缩。 实验所得红色粘稠液经检验水分含量o 3 7 ，脂肪含量9 0 6 8 ，色素色价： 剧兰( 4 7 5 砌) = 1 4 3 ，不含辣椒素。 贺文智、索全伶等【2 3 】也探讨了辣椒红色素的柱层析提取精制方法：用丙酮作 萃取剂从红辣椒干粉中提取出辣椒红色素粗品，粗品经减压蒸馏浓缩处理后进行 柱层析脱辣精制操作。该试验鉴于柱层析法的优点，采用尺寸规格较大的玻璃柱 进行柱层析分离，选用粒径7 4 1 5 2um 硅胶作填料，石油醚与丙酮的复配混合 液( 1 0 ：1 ) 为展开剂进行柱层析。辣椒红色素粗品上柱淋洗分离，首先流出的是 橙黄色液体( 量少) ，其次是辣椒红色素，最后是较难洗脱的淡黄色且具有较浓辣 味的液体。收集红色素产品进行减压蒸馏浓缩，用7 5 1 分光光度计测定其色价 耳兰( 4 6 0 聆脚) = 5 6 5 ，色素回收率可达平均6 7 2 。 张书圣、李明等【38 】针对现有文献中大多介绍以红辣椒为原料提取无辣味混合 色素的方法但未对混合色素作进一步分离分析的问题，提出了采用柱层析对辣椒 色素中的黄色素进行分离。该方法以硅胶为固定相，丙酮、9 5 乙醇分别作为辣 红素和辣黄素的洗脱剂，每次分离的色素量为硅胶质量的4 2 ，分离后的 液体经减压蒸馏得浓缩产物。通过此过程，不但可得到辣椒色素中的主要副产品 黄色素，而且相应地提高了主要成分的纯度，得到纯度较高的红色素。 夏邦旗等【3 9 】曾采用柱层析分离技术，选用吸附剂和混合洗脱液用于中试，将 辣椒色素中红、橙、黄进一步分离，可以使低质量辣椒红色素的色价和色调得到 较大的提高。 吴明光等【4 0 】采用柱层析分离技术，从辣椒果皮中分离出了游离型结晶辣椒红 色素单体，其含量大于9 5 ，这是我国辣椒红色素在剂型上的突破。 成都理工大学硕士学位论文 1 6 4 超临界c 0 2 流体萃取技术 超临界流体萃取是一种新型的化工分离技术。该技术的关键是利用超临界流 体的溶解能力及随诸多因素影响的变化规律1 4 。超临界c 0 2 流体萃取( s c f e c 0 2 ) 就是使用高于临界温度、临界压力的c 0 2 流体作为溶媒的萃取过程。处于 临界点附近的流体不仅对物质具有极高的溶解能力，而且物质的溶解度会随体系 的压力或温度的变化而变化，从而通过调节体系的压力或温度就可以方便地进行 选择性地萃取分离不同物质。超临界分离技术工艺简单，能耗低，萃取溶剂无毒、 易回收，所得产品具有极高的纯度，残留溶剂符合f a o w h 0 要求。 赵亚平等【4 2 】采用自行设计的超临界c 0 2 流体萃取设备进行辣椒色素提取。该 设备主要由供气系统、超临界c 0 2 流体发生系统、萃取分离系统、计量系统四 部分组成，所有部件都国产化。实验表明，最佳萃取条件为：粒度 1 2 i 衄，萃 取压力1 5 m p a ，萃取温度5 0 ，流量6 m 3 h 。在萃取过程中，根据u v 3 0 0 0 紫外可 见分光光度计测定2 0 0 6 0 0m 的吸光度曲线，判断辣椒色素与辣椒素的分离效 果。用色素的丙酮溶液在4 4 9m 处测定吸光度，所得值即为色素的色价。 1 6 5 结晶法 目前国内的生产厂家生产的辣椒红色素多为油状辣椒红色素，不溶于水，色 价较低。若将油状的辣椒红色转化为水溶性的晶体或固体状粉末等，使用、运输 和保存就将更为方便，色价也比油状的色素提高近1 0 倍。油状辣椒红色素主要 成分是辣椒红和辣椒玉红的脂肪酸，是不干性油。采用加碱水解的方法可以除去 脂类，将色素提纯然后结晶。 1 7 立题背景及意义 辣椒红色素是以辣椒为原料，用物理方法提取、精致而成，属类胡萝卜色素 中的复烯酮类、是脂溶性色素，具有染色功能。辣椒红色素不仅色泽鲜艳，而且 具有较好的耐光、耐热、耐酸碱、耐氧化性能、无毒副作用，是高品质的天然色 素，也是目前国际上公认的最好、销量最大的红色素，它主要应用于食品、饮料、 饲料、保健药品和化妆品等领域【6 】。辣椒红色素也被美国f a o 、英国、日本、e e c ， w h o 和中国国标等组织审定为不加限量使用的天然食品添加剂，其国际市场非 常紧俏。 现今我国开发的辣椒红色素产品中存在的问题有： ( 1 ) 、辣椒红色素产品中混有辣椒碱类化合物。辣椒色素中的辣椒素即使稀 释到l ：1 0 0 ，0 0 0 仍能感觉到辣味，这在很大程度上限制了辣椒红色素的应用。 第1 章引言 因此，要想使辣椒红色素的应用范围不受限制，必须去除辣椒红色素中的辣椒素、 纯化辣椒红色素。 ( 2 ) 、辣椒红色素是多种色素的混合物。含有成分的不确定性增加了辣椒红 色素的安全隐患。因此得到高纯的辣椒红色素组分和对辣椒红色素的纯组分，必 须对辣椒红色素进行纯化。 ( 3 ) 、辣椒红色素的附加值低。辣椒红色素的附加值低，究其原因还是辣椒 红色素产品纯度低的原因。因此，要提高辣椒红色素的附加值低，也须对辣椒红 色素进行更进一步的分离纯化。 因此，除去辣椒色素中的辣椒碱、提高辣椒红色素的纯度及色价、提高辣椒 红色素的附加值，是今后辣椒红色素的发展方向。 本论文就是以辣椒红色素粗品为原料，采用高效液相色谱法制备高纯度的天 然辣椒红色素组分。通过本课题的研究，方面除去了辣椒红色素中的辣椒碱， 增加产品的附加值。可以产生显著的经济效益。另一方面，本项目通过制备色 谱技术来分离纯化天然辣椒红色素粗品得到高纯度的天然辣椒色素组分：辣椒 红素和d 一胡萝卜素和辣椒红色素的其它类胡萝卜素组分。 这种分离技术为实现从半成品到产品的封闭、高效、清洁无污染提供了可能， 符合当今社会回归自然、绿色环保的国际潮流，因此具有特别重要的环境生态效 益。 成都理工大学硕士学位论文 2 1 实验试剂 第2 章实验部分 柱层析硅胶( 试剂级，z c x i i 青岛海洋化工厂分厂) ； 十八烷基三氯硅烷( o t s ，分析纯，f l u o r o c h e ml t d ( 氟多多公司) 英国) ； 三甲基氯硅烷( t m c s ，分析纯，f l u o i 的c h e ml t d ( 氟多多公司) ，英国) ； 甲苯( 分析纯，成都市科龙化工试剂厂) ； 氯化钙( 分析纯，成都金山试剂厂) ； 硝酸( 分析纯，成都市露澄化工试剂厂) ； 硫酸( 分析纯，成都市露澄化工试剂厂) ； 乙腈( 分析纯，上海陆都化学试剂厂) ； 氢氧化钾( 分析纯，西南精细化学品有限公司) ； 高锰酸钾( 分析纯) ； 甲醇( 分析纯，成都市科龙化工试剂厂) ； 氢氧化钠( 分析纯，上海有机化工试剂研究所) ； 氯化钠( 分析纯，成都化学试剂厂) ； 辣椒红色素( 食用级，四川省德阳长秀天然色素厂) ； 乙酸乙酯( 分析纯，成都市科龙化工试剂厂) ； 实验室用水为自制重蒸水。 2 2 实验仪器 傅立叶变换红外吸收光谱仪( t e n s o r 2 7 ，b r u k e r ，德国) ； 调温电热套( 北京中兴伟业仪器有限公司) ； 精密增力电动搅拌器( j j 1 型，金坛市富华仪器有限公司) ； 手提式真空泵( a p 0 1 p 型，天津奥特塞恩斯仪器有限公司) ； 恒温干燥箱( 成都科析仪器成套公司) ； 电子分析天平( 精度l 1 0 0 0 0 0 ，北京科学仪器厂) ； 超声波清洗器( k q 2 2 0 0 d b 型数控超声波清洗器，昆山市超声波仪器有限公司) ； 分析柱c 。( 1 5 0 m m 4 6 i i u l li d ，1 0 岬，大连依利特) ； 离心机( 金坛市富华仪器有限公司) ； 冷冻干燥机； 紫外光谱仪； 1 4 第2 章实验部分 高效液相色谱仪( 输液泵l c 1 0 a t v p ( 2 台) 、检测器s p d - m 1 0 a v p 、柱温箱 c t o 1 0 a s v p 、中央控制器s c l - 1 0 a v p ，工作软件c l a s s v p 6 0 日本岛津公司) ； 制备柱( 巾3 0 0 l 姗4 6 n u n ，大连依利特) 。 2 3 实验步骤 2 3 1 分离介质的选择与合成步骤 在建立优化制备色谱方法和条件时，首先要选择合适的制备柱。辣椒红色素 是从茄科辣椒( c a p s i c 啪a i m u u ml ) 中提取出的脂溶性类胡萝卜类物质，在它 的结构中含有羟基，使得整个分子极性增强。对于这样一个极性分子，通常选用 的分离模式是反相制备色谱来制备分离。在反相制备色谱中常使用的分离介质大 多是各种烃基硅烷的化学键合