（分析化学专业论文）红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究.pdf

摘要 辣椒素作为优质辣味剂已被广泛地应用于食品的各种调味 同时 它还应用于医药 农业等其它行业中 在医药工业上是生产镇痛药 戒毒药的原料 在军事上更是生产催泪武器的原料 具有极其广泛的 应用 有 软黄金 之誉 我国辣椒资源丰富 种类繁多 从红辣椒 中提取辣椒素具有广阔的前景 本论文正是根据这种情况 以河南辣椒为原料 优化了辣椒素的 提取工艺参数 提出了一种新的辣椒素纯化方法 探索了测定辣椒素 含量的分析方法 同时研究了辣椒红色素稳定性 主要研究内容及结 果如下 1 以干红辣椒皮粉为原料 采用索氏提取法制备辣椒树脂 实验 结果表明 从提取效率和经济成本这两方面来考虑 提取的最佳条件 为 提取溶剂9 5 乙醇 原料粒度4 0 6 0 目 料液比1 4 m l 提 取时间4h 经索氏提取后的溶液经浓缩可得到辣椒素总含量为1 2 5 辣椒树脂 2 采用了水蒸气蒸馏法 硅胶柱层析法 减压升华法纯化辣椒 素 实验结果表明 减压升华法为最佳纯化方法 以辣椒树脂为原料 在1 1 0 下减压升华8h 左右 然后用丙酮洗下弯管及冷凝管上沾附 的辣椒素 过滤后去除溶剂 用无水乙醚进行重结晶得到白色辣椒素 晶体 该工艺中辣椒碱类化合物的回收率8 5 左右 且制得的晶体中 辣椒素总含量达到9 4 8 3 分别用紫外分光光度法 h p l c 法和1 h n m r 谱法测定产品 中辣椒素的含量 在未能买到辣椒素标准品的情况下 确定采用 1 h n m r 谱法来测定辣椒碱晶体样品中辣椒素的含量为最佳 4 对辣椒红色素的稳定性进行了研究 实验结果表明辣椒红色 素在高温 光照 氧的作用下不稳定 辣椒红色素宜于低温 避光 除氧的条件下保存 色素耐酸碱性好 在室内自然光下不容易褪色 然而当色素暴露在阳光下就会很快褪色 一般的金属 铜除外 对色 素的影响很 j 关键词 辣椒素 提取 纯化 检测 辣椒红色素 稳定性 a b s t r a c t c a p s a i c i nw h i c hi saf o o da d d i t i v ew i c hh o tc a s t ei sw i d e l ya p p l i e dt o f o o ds e a s o n i n ga n dt os o m ei n d u s t r i e s s u c ha sm e d i c a t i o n a n g r i c u l t u r e a n ds oo n c a p s a i c i ni st h em a t e r i a lo fe a s ep a i nm e d i c i n e sa n di su s e df o r a b s t a i n i n gp o i s o n c a p s a i c i ni sa l s ot h em a i e f i a lo ft h ec e a rb o m b s o c a p s a i c i ni su s u a l l yr e g a r d e da s s o f t9 0 1 d i nc h i n a t h e r ea r ep l e n t i f u l o fc a p s i c u m sa n dc h ec a p s j c u m sh a v em a n yd i f r e n ts p e c i e s s oi ts h o u i d h a v eb r i g h tf h t u r ef o fu st os t u d yt h ee x t r a c t i o no fc a p s a i c i nf t o mh o tr e d c h i i l i t h ea n i c l ei sa c c o r d i n gt ot h es i t u a t i o nj u s t l li ni h i sp a p e f c h i l l ii n h e n a ni su s e da sr a wm a t e r i a l t h et e c h n o l o g i c a lp a r a m e c e r so f e x t r a c t i n g p r o c e s so fc a p s a i c i nw e r ee x c e l l e n c l yd e s i g n e d t h en e wm e t h o do f p u r i f i c a t i o no fc a p s a i c i nh a sb e e ns t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y t h ea n a l y s i s m e c h o d so fc a p s a i c i nw a ss t u d i e d t h es t a b i i i yo ft h ec a p s a n t h i nw a s a l s os c u d i e d t h em a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t so fe x d e r i m e n t s a r ea s f o l l o w i n g s 1 c h i u ii nh e n a nw a 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 nb v u s i n gs o x h l e te x t r a c t o r c i o n s i d e r i n ge x t r a c t i o ne t 琵c t sa n de c o n o m i cc o s t i n v e s t i g a t i o ni n d i c a t e dl h a ce h a n o l 9 5 c a nb ea st h eb e s te x t r a c t i n g s o l v e n c t h eo p t i m u mp a r a m e c e r ss e p a r a t e l ya r et h a tr a wm a t e r i a ls i z ei s 4 0 6 0m e s h r a t i oo fr a wm a t e r i a it os o i v e n ts e i e c t s 1 4g m l a n d e x t r a c t i o nt i m ei s4h o u r s e x t r a c t i n gc o n t e n to f c a p s a i c i ni s1 2 5 2 t h e c a p s a i c i n w e r e p u r i f i e ds e p a r a f e j yb yu s i n g s t e a m d i s t i l l a t i o n s i l i c ag e lc o l u m nc h r o m a t o g r 印h ya n dv a c u u ms u b l i m a i i o n t h er e s u l to fe x p e r i m e n t si st h a tv a c u u ms u b l i m a c i o nc a nb et h eb e s t p u r i f i c a t i o nm e t h o d t h ee x t r a c t i o nt e m p e r a t u r ei s1 1 0 t h ee x t f a c t i o n i i l t i m ei s8h o u r s t 1 1 es u b l i m a t i o nw a sd i s s o l v e di nt h ea c e t o n e t h e n a f t e r r e c r y s t a l l i z i n gi t t h ew h i t ec r y s t a lo ft h ec a p s a i c i nc h e m i c a lc o m p o u n di s o b t a i n e d i t sm pb e i n g6 4 6 6 t h er e c o v e r yf a t eo fc a p s a i c i n c h e m i c a lc o m p o u n di s 8 5 t h ec o n t e n to fc a p s a i c i ni sh i g ht o9 4 8 3 t h ec a p s a i c i nc o n t e n to fd i f f 色r e n t c a p s i c u mp r o d u c t sw a s a n a l y z e db y t h et h r e em e a n s o f u l t r a v i o l e t s p e c t r o s c o p y h i g h p e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y h p l c a n dn u d e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e n m r 1 h n m rh 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 a l v s i s m e t h o do f c a p s a i c i nu n d e rt h ec o n d i t i o no fn os t a n d a r dc a p s a i c i n 4 t h et h e r m o s t 曲i l i t y p h o t o s t a b i l i t y a n t i o x i d a t i o ns t a b i l i t yo ft h e c a p s a n t h i nw a ss t u d i e d 1 h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec a p s a n t h i ns h o u l db e s e a l e du n d e rn oo x y g e n s i o r e dj nac o o la n dd a r kp l a c e t 1 ep i r m e n h a s g o o dr e s i s t a n c et oh e a t a c i d a l k a l ia n dt h ei n d o o rn a t u r a ll i g h t h o w e v e r w h e ne x p o s e dc oc h eo u t d o o rs u n s h i n e i f a d e sq u i c k l y t h ec o m m o n m e t a l s e x c e p tc o p p e r h a v el i t t l en e g a i i v ee f 色c t so nt h ep i g m e n t i 厂e y w o r d s c a p s a i 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 d e t e r m i n a t i o n c a p s a n t h i n s t a b i l i t y 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 第一章绪论 1 1引言 随着现代医学模式由生物医学模式向生物 心理 社会医学模式转 变 传统医学发挥着越来越大的作用 化学药物的毒副作用大 易产 生抗药性 而重要天然药物在这方面具有无可比拟的优势 纯化合物 新药开发难度大 周期长 费用高 使植物提取物和复方药物的开发 成为新的选择 回归自然 绿色 消费成为时尚 绿色科学技术 和绿色化学化工及其广泛发展使天然植物药理所当然地成为现代医 疗保健的良好选择 其中辣椒碱类化合物是植物代谢过程中产生的一 类重要天然有机化合物 我国是最早将辣椒作为药物使用的国家之 一 中医用辣椒治疗胃寒 风湿等症 辣椒之所以具有这些治疗作用 及特殊功能 主要是辣椒中的辛辣成分起的作用 辣椒中的辛辣成分 是由一系列同系物族所组成 其中以辣椒碱族为主 辣椒碱除了是引 起辣椒中辛辣味的主要物质外 其生物活性作用早已被人们了解和广 泛应用 目前在国外 一些国家已将辣椒碱广泛应用于多种行业 如 在食品工业中作为辣昧剂 医药工业中作为镇痛剂 农业中作为杀虫 剂 军事上是制造催泪弹 催泪枪和防卫武器的主要原料 除此之外 辣椒碱含量也是评估辣椒果实品质的重要指标之一 纯化后的辣椒碱 产品在国际市场上售价每公斤4 万美元 有 软黄金 之誉 因而 对辣椒碱的生产研究将会有强大的市场发展潜力 1 2文献综述 1 2 1 红辣椒的产地和品种 辣椒为茄科植物辣椒c a p s i c u mf r u t e s c e n sl 的果型1 1 是一种药 硕士学位论文 食同源的蔬菜 辣椒原产南美洲的秘鲁和中美洲的墨西哥一带 约于 1 6 世纪末传入中国 经过长期的自然演化和人工驯化 形成了许多 中国特有的遗传资源 使中国成为辣椒的次生起源中心 自8 0 年代 初期至今 通过对全国范围内进行考察 征集和对外交换引进 中国 现已收集保存辣椒遗传资源2 0 0 8 份 居己入库各类蔬菜种质份数的 第4 位 辣椒作为药物和调味品使用已有几百年的历史 全世界有近 1 4 的人口经常食用 辣椒植物的种植遍布世界各地 可在不同的土 壤和气候下生长 一般每年7 1 0 月果实成熟时采收 世界上著名的 辣椒产地有中国 印度 西班牙 墨西哥 智利 摩洛哥 匈牙利等 国家 辣椒统称为c a p s i c u m 因产地不同其名称也有差异 产于中 国 印度和非洲的辛辣刺激性强的称为c h i i l i e s 产于西班牙 匈牙 利的低辣度的大辣椒称为p a p r i k a 辣度介于二者之间的称为r e d p e p p e r s 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 ml 如 西班牙的c a n n u u mv a r b o l a c a r m e l i n a c a n n u u mv a r d e c a n o1 a r 等 2 j 匈牙利 的 c a n n u u m v a r 1 0 n g u mn i g m m c a n n u u m v a r 1 y c o p e n s i e i f o r m er u b m m 等 3 以及美国和加拿大的c a n n u u m v a r 1 e h a v a 等 4 l j 艮多品种 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 我国是辣椒的种植大国 全国有五 六百 万亩辣椒生产基地 各地均有栽培 特别在我国陕西 四川 河南 贵州 福建 山东 湖南等省有着广泛的农产品资源优势 1 2 2 红辣椒中的主要成分及其应用 辣椒中含有多种有效成分 对于提取意义较大的红色尖辣椒 其 果实中含有辣椒碱 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 一胡萝卜素和隐黄素等 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 一 辣椒素 c a p s a i c i n 辣椒素 又称辣椒碱 辣椒辣素和辣素等 是辣椒中引起辛辣味 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 的物质 含量仅十万分之一时 味觉就可感觉到明显的辣味 辣椒素 主要分布在果实内的胎座组织及果皮 种籽中 其中胎座中含量最高 果皮次之 种籽最低 另外 辣椒品种 成熟程度 气候条件 土壤 性质等条件的不同也会使辣椒原料中辣椒素含量有所不同 5 j 一般来 说 朝天椒 簇生椒 七星椒等品种所含的辣椒素含量较高 而在甜 椒 灯笼椒中含量极低1 6 辣椒中的辣味成分最早由t i l r e s 1 8 7 6 从辣椒果实中分离出来的 并被命名为辣椒索 之后 d j b e n n e t 等人利用色谱 核磁共振等手 段详细分析其化学组成后发现 辣椒中的辛辣成分是由一系列同系物 族组成 它们分别是 辣椒碱族 二氢辣椒碱族 降二氢辣椒碱族 高辣椒碱族 以及对甲基辣椒碱族 对甲基辣椒碱饱和链烃族 对甲 苯基辣椒碱族等 每一族又含有若干成份 但由于各族的结构及性质 极其相似 因而原先视辣椒素为单一化合物而进行分离和测定的方 法 对整个辣椒素家族仍然是适用的 5 辣椒素是一类含酚羟基的生物碱 大约由1 4 种香草基物质组成 其中有三种的组成的含量之和已接近9 9 它们的名称 分子量 结 构式如下所示 辣椒素 c a p s a i c i n c 1 8 h 2 7 n 0 3 m 3 0 5 2 4 结构式 叽 一一一日一h 二氢辣椒素 d i i l y d r o c a p s a i c i n c 1 8 h 2 9 n 0 3 m 3 0 7 2 6 硕士学位论文 结构式 c h 3 一n h c o 一 c h 2 4 一c h 厂一c h 厂c h c h c h 3 降二氢辣椒素 n o r d i h y d r o c a p s a i c i n m 2 9 3 2 4 结构式 c h 一n h c 一 c h z s c h 二c h c h3 辣椒素通常条件下纯品为白色针状微晶体 或单斜形片状无色结 晶 熔点6 5 沸点2 1 0 2 2 0 0 1m m h g 易在乙醚 石油醚中 结引踟 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 9 辣椒素化学稳 定性高 在各种有机溶剂萃取过程中损失极小 但在高温下 易挥发 产生刺激性气味 在碱溶液中酰胺键会少量水解 辣椒素在辣椒中的 含量为0 0 5 1 0 因品种 成熟程度 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 辣椒素的应用 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 已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 1 0 1 1 具有镇痛消炎 1 2 1 3 促进脂肪代谢 1 4 15 1 催泪催吲1 6 1 的作用 做成软 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 膏 对慢性风湿性关节炎 1 7 带状疱疹后神经痛 1 8 2 0 糖尿病性神经 荆1 3 2 1 三叉神经痛 2 2 1 有显著疗效 对牛皮癣 2 3 1 秃发 驯均有很好 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 2 4 j 同时辣椒素可用为作天然农用杀虫剂 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色素的主要成分 2 6 是目前国际上公认的最好的红色素 无任何辣味 其显色强度为 其它色素的1 0 倍 2 7 1 辣椒红色素不溶于水 易溶于乙醇 丙酮 正 已烷 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 2 8 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 意 4 6 咖删处的吸光 值 成品辣椒红色素在p h 3 1 2 范围内使用时色价不变 辣椒红 色素分子结构如下 化学式 c 4 0 h 5 6 0 3 m 5 8 4 4 5 结构式 o h 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 在使用中不 加以限量 3 0 3 根据我国食品卫生法 辣椒红色素可用于油性食品 调味剂 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 烘烤食品等食品中 还广泛应用于化 妆品和制药业中 3 0 3 3 1 随着合成色素毒性的不断发现 国外使用的合 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 硕士学位论文 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 3 4 1 美国 英国 加拿大 日本 西班牙 墨西哥以及东南亚国家都 广泛采用辣椒红色素作为天然食品添加剂 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 b 一胡萝卜素 b c a r o t e n o n e b 一胡萝卜素深红紫色晶体或粉末 不溶于水 酸 碱和低级醇 溶于苯 氯仿 已烷 植物油和超临界二氧化碳 2 8 b 一胡萝卜素属脂 溶性物质 在5 0 2 9 5m p a 下 纯b 一胡萝卜素在二氧化碳中溶解 度为5 3g m 3 3 5 1 b 胡萝卜素佃 c a r o t e n o n e m 5 3 6 8 8 化学式 c 4 0 h 5 6 结构式 应用 b 一胡萝卜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b 一胡萝h 素对人体作用的研究异常活跃 大 量研究证实b 一胡萝卜素是有效的抗氧剂 能消灭人体中活性氧 消 除自由基 在防癌 抗癌 预防心血管病症 增强免疫功能等方面有 显著作用 36 我国b 一胡萝卜素产品来源主要依赖进口 因此开发b 一 胡萝卜素资源 生产天然8 一胡萝卜素产品的研究工作也很有意义 四 隐黄素 c r y p l o n 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 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 卜素 隐黄素 c r y p t o n a v i n m 5 5 2 8 7 c 4 0 h 5 6 0 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 2 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 有着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 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 国外辣椒深加工产品的应用己非常普 遍 对辣椒素的研究已达到较高的水平 已经大量地研究生产高纯度 的辣椒色素及辣椒素纯品 特别是对辣椒素的提纯 测定及药理性作 用的研究更为关注 并在这方面取的了一定的成绩 与国外相比 我 国目前对辣椒素的生产研究及开发方面存在的差距还很大 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 硕士学位论文 附加值的红辣椒精细产品深入研制开发的企业不多 3 7 1 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 红辣椒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 大部分干辣椒均出省或出口 而我国辣椒的种植面积很大 产量居世 界重要地位 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 3 辣椒素的制取方法 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 传统的溶剂法 吸附柱层析 法及超临界二氧化碳法 一 传统的溶剂法 溶剂法是以干红辣椒粉为原料 通过浸取 过滤 蒸馏 回收等 首先制得辣椒树脂 c a p s i c u m o l e o s i n 辣椒树脂再经乙醚 稀乙醇和 碱性水溶液等溶剂进一步抽提浓缩后 经石油醚或正己烷结晶得到粗 辣椒素晶体 j u r e n i t s c h 3 明等人用气相色谱法分析了粗辣椒素结晶成 分 其中辣椒碱和二氢辣椒碱总含量为7 6 9 6 有机溶剂萃取法所 需设备简单 生产成本较低 但存在着产品纯度差 有异味 溶剂残 留量高等问剧3 9 4 0 1 二 吸附柱层析法 曾任谦 4 1 用丙酮 石油醚 9 5 乙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 三 超临界二氧化碳法 石赋荣等人 4 2 1 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 发现压为在9 8 1 0 6m 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1 2 7 1 虽然采用超临界c o 萃 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 取法可得到具有高附加值 纯度高的辣椒素纯品 但超临界流体萃取 技术目前存在着设备投资大 萃取釜无法连续操作 设备的时空产率 比较低以及操作成本高等问题 因而在我国尚未能广泛的应用于工业 生产中 本实验室中通过索氏提取法制取辣椒树脂中间产品 利用紫外可 见光谱的检测方法考察了最佳的提取溶剂 时间以及原料的粒度及不 同料液比对提取效果的影响 本实验中利用水蒸气蒸馏法 硅胶柱层析法 相转移一硅胶柱层 析法 常压升华法 减压升华法等五种方法纯化制取辣椒素 辣椒素 具有升华性质 但温度过高时辣椒油树脂易烧焦 鉴于此 本实验室 采用减压加热升华法制取辣椒素 1 4 辣椒素的检测方法 不同纯度的辣椒素具有不同的应用范围 而且辣椒素也是影响 辣椒红色素应用的主要物质 因此 寻找一种准确 快捷 简便的分 析方法是非常重要的 目前 用来测定辣椒素含量的方法有 紫外可见分光光度法 4 3 g b1 0 7 8 3 1 9 9 6 此方法突出的优点是 不需要标样 而且方法简单 对设备要求不高 耗时短 但该方法在 获得2 4 8n m 及2 9 6n m 处的计算结果相差较大 高效液相色谱法 测得的结果准确度高 适用于各种辣椒制品的 辣椒素分析 但对设备要求较高 并且需要标样 另一种检测方法就是核磁共振指纹分析法 利用1 h n m r 法测 定辣椒素含量简便而快速 多将辣椒素溶于氘代试剂中进行以测定它 们的核磁共振信号 氢的核磁共振信号一般发生在o 1 3p p m 之间 辣椒碱类化合物利用核磁共振指纹法进行测定有以下许多优点 不需 购买昂贵的标准品进行对照 无干扰信号 结果可靠等 1 5 论文研究的意义 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 硕士学位论文 广泛应用于医药 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 拉动价格上升 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 素售价为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 所以对辣椒素提纯工艺及测 定辣椒素制品中辣椒素含量的分析方法的研究 对我国的农业结构调 整 提高农民收入以及出口创汇都具有重要意义 1 6 论文研究的主要内容 本研究以河南的农产品干红尖椒为原料 在对辣椒素的理化性 质 化学结构进行系统研究的基础上 进行如下实验工作 一 对 辣椒素提取条件进行了探讨 以干红辣椒皮粉为原料 采用索氏提取 法生产出辣椒油树脂中间产品 并对实验数据进行了分析和讨论 确 定了最佳提取工艺条件和参数 二 对制各高纯度的辣椒素脱色纯 化方法进行了探索比较 分别采用了水蒸气蒸馏法 硅胶柱层析法 相转移一硅胶柱层析法 常压升华法 减压升华法纯化辣椒素 并对 实验数据进行了分析和讨论 确定了最佳纯化方法为减压升华法 此 方法简单环保 三 对实验所制备的粗晶体中辣椒素含量的测定 通过紫外 高效液相色谱和核磁共振波谱的综合分析比较 探索了核 磁共振氢谱 1 h n m r 测定辣椒素含量的分析方法在无标准样品的 条件下为最佳 四 本研究中同时得到副产品辣椒红色素 决定辣 椒红色素实用价值与经济价值的关键因素是色价 而色价往往在生 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 产 贮存 运输 应用过程中受到各种因素的影响而降低 因此本文 对影响辣椒红色素色价的因素也进行了探索研究 硕士学位论文 第二章辣椒素提取工艺的研究 2 1 前言 当前 辣椒碱类化合物的制备多以辣椒素为原料 辣椒素是辣椒 树脂深度加工的重要产品之一 尽管关于辣椒深度加工技术的报告 4 4 5 0 在国内已有报道 但是能得到高纯度辣椒碱类化合物的制备方法 却较少 如何制备辣椒树脂 对下一步的分离纯化工作显得尤为重要 本研究中以河南的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 考察了最佳的提取溶剂 提取时间 原料的粒度 以及不同料液比对提取效果的影响 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 2 2 实验部分 2 2 1 原料来源及仪器设备 2 2 1 1 实验原料 干红尖椒 2 2 1 2 实验试剂 9 5 乙醇分析纯 无水乙醇分析纯 丙酮分析纯 甲醇分析纯 石油醚分析纯 正已烷分析纯 二次蒸馏水 2 2 1 3 仪器设备 5 0 0 m l 索氏提取器 市售河南辣椒 湖南师范大学化学试剂厂 湖南师范大学化学试剂厂 湖南师范大学化学试剂厂 湖南师范大学化学试剂厂 湖南师范大学化学试剂厂 天津化学试剂有限公司 实验室自制 天津玻璃仪器厂 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 m e 2 1 5 s 精密电子天平 1 1 0 万 德国塞多利斯公司 f z l 0 2 微型植物试样粉碎机天津泰斯特仪器有限公司 z k 8 2 b 真空干燥箱上海市实验仪器总厂 9 8 1 b 型电子调温电热套天津市斯特仪器有限公司 旋转蒸发仪r e 3 0 0 0 y a r o n q 紫外光谱仪 九 1 7 美国p e 公司 2 2 2 原料处理及制备辣椒树脂工艺流程 将市售河南的干红尖椒置于真空干燥箱中至用手一捏即破的程 度 进行皮籽分离 将果皮立即粉碎 过筛后放置干燥环境中待用 制备辣椒树脂的工艺流程 见图2 一l 耥 瓤萃r 液 辣椒渣 浓缩 饲料 辣椒树脂 辣椒索 含量1 2 左右 9 5 乙醇 回收 图2 1 索氏提取法制备辣椒树脂工艺流程 f i g 2 1t h et e c h n i cp r o c e s so fe x t m c t i n gc a p s j n c a n i o l e o r a i nw i hs o s e x t r a c t j o n 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 蒸馏回收混合液中的有机溶剂 浓缩后得到辣椒素含量为1 2 5 左右 的深红色辣椒树脂 辣椒素的提取率 等替冀器 c 2 2 2 3 提取条件的选择实验 2 2 3 1 最佳提取溶剂的实验 硕士学位论文 准确称取5 份过4 0 目的辣椒粉 每份7 5g 分别用3 0 0m l 的 9 5 乙醇 丙酮 石油醚 甲醇 正己烷作为溶剂提取4h 后 将提 取液减压浓缩 用紫外分光光度法 g b l 0 7 8 3 1 9 9 6 测定辣椒碱含量 并计算出辣椒碱提取率 2 2 3 2原料粉碎粒度的实验 对干红辣椒进行粉碎过筛 原料粒度取值范围分为五个等级 过 2 0 目 4 0 目 6 0 目 8 0 目 1 0 0 目 准确称取5 份不同粒度的辣椒 粉 每份7 5g 分别用3 0 0 m l 9 5 乙醇提取4 h 后 将提取液减压浓 缩 用紫外分光光度法 g b l 0 7 8 3 1 9 9 国测定辣椒碱含量 并计算出辣 椒碱提取率 2 2 3 3 最佳提取时间的实验 准确称取5 份辣椒粉 每份7 5g 各自加入3 0 0 m l 9 5 乙醇 分 别进行了1 2 3 4 5 6h 实验后 将提取液减压浓缩 用紫外 分光光度法 g b l 0 7 8 3 1 9 9 6 测定辣椒碱含量 并计算出辣椒碱提取 率 2 2 3 4 最佳料液比 吖m l 的实验 准确称取5 份辣椒粉 每份7 5g 用9 5 乙醇提取 固液比分别 为1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 提取4h 后 将提取液减压浓缩 用紫 外分光光度法 g b l 0 7 8 3 1 9 9 6 测定辣椒碱含量 并计算出辣椒碱提取 率 2 2 4 辣椒素的定量分析 准确称取辣椒树脂试样5 0 6m g 在室温条件下 用1 0 0m l7 0 的甲醇水溶液在密闭的情况下萃取1h 静置沉淀2 0 m i n 后过滤 收 集滤液 将收集的滤液按表2 1 所示方法在4 只5 0m l 容量瓶中制备溶 液 4 个瓶中的试液用甲醇定容至5 0 m l 并摇匀 于2 4 8n m 和2 9 6 n m 处分别测四种试液的吸光值4 也 也 也 4 j 爿 2 爿 3 爿 4 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 表2 1 待测溶液的制备方法表 7 1 1 a b l e2 1p r e p a r a t i o nm e t h o d so fs o l u t i o nc ob ed e t e r m i n e d 按下述方法计算辣椒素含量 于2 4 8n m 处 x 爿2 一彳 一 爿 一爿 3 1 4 垅 于2 9 6n m 处 2 2 一 型二粤兰生塑m 2 3 1 2 7 m 7 式中 x 一试样中辣椒素的含量 m 一试样质量 g f 一试样的稀释倍数 3 1 4 和1 2 7 一校正系数 2 2 和 2 3 两式的计算结果相差不得超过1 0 否则需重 新测定 2 3结果与分析 2 3 1 提取方法的选择 本研究中采用索氏提取法 是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 硕士学位论文 质内外的浓度梯度比较大 在回流提取中 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 2 3 2提取条件的确定 2 3 2 1 提取溶剂实验 本实验选用5 种有机溶剂作为提取剂进行优选 其实验结果见表 2 2 所示 在5 种有机溶剂中 采用丙酮作为提取溶剂对辣椒素的提 取率最大 正已烷与9 5 乙醇次之 石油醚对辣椒素的提取率最小 但从溶剂的毒性大小 价格高低及回收率高低等方面考虑 9 5 乙醇 具有毒性小 价格低廉 回收率高等优点 因而采用9 5 乙醇作为辣 椒碱的最佳提取剂 表2 2 不同提取溶剂对辣椒素提取率的影响 t a b 2 2e 船c to fo 唱a n i cs o l v e n to ni h ee x t r a c t i v er a t eo fc a p s a i c i n 2 3 2 2原料粉碎细度确定实验 实验数据见表2 3 从表2 3 中可以看出 辣椒素提取率随着原 料粒度的增加而增加 但当原料粒度过细时 容易堵塞滤布 而且辣 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 椒素提取率增加的幅度不大 同时更多的多糖类 胶体等其它物质也 提取出来 给辣椒素分离后序工作带来很大麻烦 因此 原料粒度在 4 0 6 0 目范围内时为最好 表2 3 不同的原料粒度对辣椒素提取率的影响 t a b 2 2e f f e c to fr a wm a t e r i a lg r a i ns i z eo nt h ee x t r a c t i v er a t eo f c a p s a i c i n 2 3 2 3 提取时间实验 实验数据见图2 2 从图2 2 可看出提取时间低于2h 时 提取 率低 提取率随时间的增加而升高 但当时间超过4h 后 提取率基 本不再增加 故浸取时问选用4h 硕士学位论文 辞 槲 备 掣 提取时间 h 图2 2 提取时间对辣椒素提取率的影响 f i g2 2 b e f e c to f t i m eo nm ee x t r a c t i v er a t eo fc a p s a i c i n 2 3 2 4 确定料液比 g m l 实验 不同料液比对辣椒素提取率的影响 实验数据见图2 3 冰 v 褂 甚 皑 液固比 m i 拒 图2 3 不同液固比对辣椒素提取率的影响 f i g2 3 e f 融c to fl i q u i d t o s o l i dr a t eo nt h ee x t r a c t i v er a t eo fc a p s a i c i n 1 8 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 图2 3 中可以看出 开始阶段提取率随液固比的增加而增大 当液固 比大于4 时 浸出率已经趋于平稳 过高的液固比并不能提高提取率 反而会造成能源的浪费 研究中确定液固比为4 1 为最佳 2 4 结论 经实验条件优化 综合以上实验的测定数据及结果 可以得出 制备辣椒素中间产品辣椒油树脂的提取优化工艺条件为 采用9 5 乙醇作为提取溶剂 辣椒皮粉粒度在4 0 6 0 目范围内 辣椒皮粉与提取溶剂的最适宜液固比为4m l 儋 提取时间为4h 硕士学位论文 第三章辣椒素纯化工艺研究 3 1前言 辣椒素 c a p s a i c i n 是一种含酚羟基的生物碱 辣椒素作为药物 对带状庖症后遗性神经痛 风湿性关节炎 骨关节炎 糖尿病性神经 痛及银屑病等的临床治疗效果已得到充分肯定 5 1 1 辣椒素作用于c 型感觉神经元上的物质 从而使局部疼痛消失 5 2 1 但是辣椒素的粗制 品在临床上不能诱导神经肽的活性 因为粗制品中一些酚类物质有拮 抗辣椒素对神经肽的作用 5 3 1 而且它们能增加p 物质的合成 加剧疼 痛和炎症 因此必需把辣椒素提纯才能发挥作用 本章的工作是对制备高纯度辣椒素晶体的脱色纯化方法进行了 探索比较 以辣椒油树脂为原料 分别采用了水蒸气蒸馏法 硅胶柱 层析法 相转移一硅胶柱层析法 常压升华法 减压升华法纯化辣椒 素 并对实验数据进行了分析和讨论 确定了最佳纯化方法为减压升 华法 此方法简单环保 3 2 实验部分 3 2 1 材料与仪器 3 2 1 1实验材料 辣椒树脂 辣椒素标准品 9 5 乙醇 丙酮 甲醇 石油醚 无水乙醚 正已烷 深红色油状物 含量大于9 5 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 2 0 本实验中制取 贵州五倍子公司购买 湖南师大化学试剂厂 湖南师大化学试剂厂 湖南师大化学试剂厂 湖南师大化学试剂厂 长沙市延风化学试剂厂 湖南师大化学试剂厂 红辣椒中辣椒素的提取纯化及其检测方法研究 盐酸分析纯 硅胶2 0 0 3 0 0 目 口h 试纸 高纯氮气 3 2 1 2实验仪器 m e 2 1 5 s 精密电子天平 1 1 0 万 z k 8 2 b 真空干燥箱 9 8 1 b 型电子调温电热套 2 x z 旋转式蒸空泵 转蒸发仪 e n 2 0 21 a 型电热干燥箱 水蒸气蒸馏仪器 层析柱 紫外光谱仪 九 1 7 高效液相色谱仪 傅立叶变换红外光谱仪3 7 0 型 3 2 2实验方法 上海振兴化工二厂 青岛海浪硅胶干燥剂厂 镇江市化工试剂厂 长沙京湘气体化工厂 德国塞多利斯公司 上海市实验仪器总厂 天津市斯特仪器有限公司 浙江黄岩器疗器械厂 r e 3 0 0 0 1 白r o n q 长沙仪器仪表厂 天津玻璃仪器厂 天津玻璃仪器厂 美国p e 公司 a g i l e n t1 1 0 0 美国n i c o l e t 公司 3 2 2 1水蒸气蒸馏法 用少量的乙醇水溶液溶解辣椒树脂 倒入用于蒸馏的三口瓶中 然后通入水蒸气进行蒸馏 辣椒素随着水蒸气一同蒸出来 再用无水 乙醚萃取冷凝出来水溶液4 次 去除乙醚后 得油状辣味物质 将所 得油状物质用无水乙醚置4 进行结晶 得到白色矩形晶体 为样品 1 号 3 2 2 2 硅胶柱层析法 硅胶的预处理 若是新硅胶只需在烘箱内以1 1 0 活化2h 即可 灌柱 若是回收已经使用过的硅胶则先在马弗炉以8 0 0 煅烧3 4h 再用6m o l l 的盐酸活化 接着灌柱用去离子水洗至中性 最后在烘 箱内烘干后 以1 1 0 活化2h 即可使用 辣椒树脂用石油醚 l 丙酮 l 5 1 的溶液通过硅胶层析柱 硕士学位论文 洗下辣椒红色素 直至层析柱颜色变得很浅 且可尝出辣味 换用7 0 乙醇洗下辣椒素 去除溶剂后得到棕色油状物 此棕色油状物用7 0 甲醇连续萃取3 次 将3 次萃取液合并去除溶剂得到橙黄色油状物 为样品梦号 3 2 2 3 相转移一一硅胶柱层析法 辣椒树脂用5 0 乙醇溶液浸取 辣椒树脂 l 5 0 乙醇f l 1 4 在4 0 左右的温度下 将辣椒树脂充分溶解 静置1h 收集下 层溶液 将上层溶液按以上方法再重新浸取3 次 每次收集下层溶液 将4 次浸取的辣椒树脂下层溶液收集在一起 用旋转蒸发仪除去乙醇 和大部分水 再用正已烷反复萃取4 次 取上层溶液 去除大部分溶 剂后过柱 先用混合溶液 石油醚 丙酮 5 1w 矿 洗至流出液接 近无色且出现辣味为止 再用7 0 甲醇洗下 得到无色油状物 用石 油醚重结晶得到辣椒碱粉末 为样品3 8 号 3 2 2 4 升华法 本研究中根据辣椒碱具有升华的