超声波提取辣椒中总抗氧化物的研究.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除目录摘要11 前言22 实验材料与仪器52.1 实验材料与试剂52.2 主要实验仪器53 实验方法53.1 提取液的选择53.2 超声波提取抗氧化物的工艺63.3 辣椒提取物总抗氧化能力的测定64 实验结果与分析64.1 单因素实验64.1.1 辣椒不同提取液的选择64.1.2 超声波功率对辣椒提取物总抗氧化能力的影响74.1.3 料液比对辣椒提取物总抗氧化能力的影响84.1.4 超声波处理时间对辣椒提取物总抗氧化能力的影响94.1.5 超声波处理时温度对辣椒提取物总抗氧化能力的影响104.2 正交实验115 实验结论126 主要问题与创新点13参考文献14致谢15超声波提取辣椒中总抗氧化物的研究中文摘要：研究了超声波提取辣椒中总抗氧化的工艺条件，实验结果表明：提取时间40min，提取温度55，最佳料液比为1:12(w/v)，超声波功率处于中高档条件下，提取液的总抗氧化能力最高。利用正交试验确定辣椒总抗氧化能力超声波提取的最佳工艺条件，以甲醇作溶剂，料液比为1:12(w/v)，超声波功率为中档位，提取时间40min。各因素对提取率影响的主次排序为：料液比温度时间功率。与浸提法比较，该方法收率高9.43%，并且有节省原料、污染小、生产周期短、多数有效成分不被破坏等优点。关键词：辣椒总抗氧化能力；超声波；提取工艺；正交试验1前言随着现代社会的发展，生存环境的恶化以及社会压力的加大使人的健康受到严重的威胁,自由基引起机体损伤变性,导致机体各种疾病产生,已经引起人们强烈的重视。抗氧化剂的消费量越来越大,生产量最大的化学抗氧化剂的毒副作用正逐步使其受到限制,而一些天然抗氧化剂也受到了原料、价格、颜色以及其他一些因素制约其展,因此低价、高效、低毒的天然食品抗氧化剂的开发成为研究热点。筛选具有强抗氧化活性的天然资源已成为生物学、医学和食品科学研究的新趋势1。我国是地大物博的国家，特别是农产品资源,因此开发利用各种农产品生产高效的抗氧化剂具有十分重要的意义。辣椒，又叫番椒、海椒、辣子、辣角、秦椒等，是一种茄科辣椒属植物，辣椒属是一年生草本植物。果实通常成圆锥形或长圆形，未成熟时呈绿色，成熟后变成鲜红色、黄色或紫色，以红色最为常见。辣椒的果实因果皮含有辣椒素而有辣味，能增进食欲。辣椒中维生素C的含量在中居蔬菜第一位2。辣椒是一种风味蔬菜，不仅可以鲜食，而且可以加工成辣椒粉、辣椒酱等，因其独特的辣味而深受消费者欢迎。辣椒的果实中含有辣椒碱类物质、辣椒红色素、亚油酸、维生素等多种有效成分。天然VE大量存在于植物油脂中，并且存在状态通常比较稳定。在油脂精制过程中，可回收大量的精制VE混合物。该成分抗氧化性较好，使用安全，在食品保鲜中已得到大量使用。红辣椒提取物中含有大量的抗氧化物质，是VE和香草酰胺的混合物。如能将其中辣味去掉，则是一种极好的抗氧化剂3。辣椒中所含辛辣成分最早由ThreS于1876年从辣椒果实中分离出来，并命名为辣椒碱(Capsaicin)，直到1919年由Nelson确定了其结构，是一种酞基化的香草酸同源同系物高香草酸，它决定了辣椒辛辣程度的75%，此外辛辣成分还有二氢辣椒碱、高辣椒碱、高二氢辣椒碱等14种辣椒碱的同系物4。辣椒中辣椒碱的含量也因辣椒的品种、果实解剖部位、产地、采收时间、保存方法等不同而有差异。研究发现，同一品种以果实内胚座组织(生籽部位)及隔膜组织、果皮含量最高，而果肉次之，种子最低5。果皮中的辣椒碱以果实中段最多，靠近尊片处次之，辣尖处最少。辣椒碱具有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。辣椒原产于中美洲和南美洲，因其营养丰富，味道鲜美而在世界各地广泛种植，其产量在茄科蔬菜中仅次于番茄。全国辣椒种植面积不断扩大，全国干辣椒种植面积由2000年的300万亩扩大到目前的将近600万亩，年总产量估计有上千万吨，产干辣椒60多万吨，产值近60亿元，已成为农民致富的重要经济作物之一。辣椒工业也可分为两部分：一类是辣椒的初级加工工业。即可以加工成各种即食食品，如腌青辣椒、豆瓣辣酱、五香辣椒、辣椒芝麻酱、辣椒糊等外，还用于调味品生产以及火锅底料、凉菜、休闲食品、方便食品、快餐、微波食品等，这些已广泛为大众熟知并消费。另一类是辣椒的深加工工业。即基于科学研究人员对辣椒进行深人研究的成果，使用物理、化学或生物等技术提取提炼其内在成分成为产品。这些产品中又以辣椒碱类和辣椒红色素最为突出6。辣椒中含有大量抗氧化物质。辣椒籽抗氧化有效成分是杨梅黄酮醇、栎精、堪非黄酮醇等类黄酮及咖啡酸、绿原酸等肉桂酸衍生物，辣椒果皮中有抗氧化维生素。辣椒中的抗氧化剂属于酚型，主要是捐赠电子或氢原于给自由基，自身成为的较稳定共振自由基可又去结合其他自由基7-8。研究发现辣椒中总酚含量为1.39-1.42mg/g，抗氧化物质的活性与BHA相当。实验室提取的工艺流程:将辣椒籽取出，干燥后称重，再将籽粉碎，用石油醚对其脱脂，再用甲醇提取，滤渣再用甲醉提取2次，提取液减压蒸干后得到提取物。要实现大规模工业化的生产还需要更深入的研究。人体的抗氧化物质有自身合成的，也有由食物供给的。酶和非酶抗氧化物质在保护由于运动引起的过氧化损伤中起至关重要的作用。补充抗氧化物质有利于运动机体减少自由基的产生或加速自由基清除，以对抗自由基的副作用，因而对一般人和运动员的健康都有益，可能延缓运动性疲劳发生和加快体能恢复。年龄大的体力活动者比年轻者服用抗氧化剂效果更好。氧化是肌肤衰老的最大威胁，日晒、压力、环境污染等都能让肌肤自由基泛滥，从而产生面色黯淡、缺水等氧化现象。这些都是身体产生氧化的“罪魁祸首”，所以无论从健康层面还是从护肤层面上，我们都需要在日常生活中注意抗氧化9。抗氧化剂是食品添加剂的一个重要组成部分，它是指能防止食品成分因氧化而导致变质的物质。主要用于防止油脂及富脂食品的氧化酸败，以及由氧化所导致的褪色、褐变、维生素破坏等。食品中的油脂可发生两种化学变化:水解和氧化。水解一般受脂肪酶催化而使油脂水解为甘油、单双甘油醋和游离脂肪酸，可通过加热、精炼，以及破坏或消除脂肪酶而达到保护作用。自70年代以来，人们不断发现某些人工合成的抗氧化剂有一定的毒性，可能影响人体呼吸酶的活性，有的甚至还有致畸、致癌作用，从而引起人们对其的不安全感，因此，越来越多的国家开始限制或禁止使用某些合成抗氧化剂。1977年美国FDA曾删去了BHT的使用认可，日本厚生省也曾在1982年宣布过禁用BHA10。抗氧化物质人体健康非常有益，人工合成抗氧化剂对人体有或多或少的毒副作用11，天然抗氧化剂的提取已经成为必然。辣椒中含有大量抗氧化成分，如维生素、维生素等。通常将维生素E(主要成份生育酚)、维生素C(抗坏血酸)和胡萝卜素(维生素A源)合称为抗氧化维生素，系公认的优质天然抗氧化剂。Howard等12以及Daood等13的报道显示，鲜绿果、鲜红果及干果的果皮均含丰富的抗氧化维生素。这样的蔬菜，而尚未见到除辣椒以外的报道。所以研究辣椒的抗氧化性、提取辣椒中抗氧化物质、提高提取率有非常重要意义。超声波提取中药和天然药物的简易方法和机理说明:在容器中加入提取溶媒（水、乙醇或其他有机溶剂等），将中药材根据需要粉碎或切成颗粒状，放入提取溶媒中；容器的外壁粘接换能器振子或将振子密封于不锈钢盒中投入容器中；开启超声波发生器，振子向提取溶媒中发出超声波，超声波在提取溶媒中产生的“空化效应”和机械作用一方面可有效地破碎药材的细胞壁，使有效成分呈游离状态并溶入提取溶媒中，另一方面可加速提取溶媒的分子运动，使得提取溶媒和药材中的有效成分快速接触，相互溶合、混合。 超声波提取（也称为萃取）以其提取温度低、提取率高、提取时间短的独特优势被具有创新意识者应用于中药材和各种动、植物有效含量的提取，是替代传统剪切工艺方法实现高效、节能、环保式提取的现代高新技术手段。粉碎后的辣椒粉呈片状凹凸不平的纤维组织结构，抗氧化物质成分存在于纤维组织之内14，采用传统的有机溶剂提取法需要耗费大量有机溶剂和时间才能提取完全。利用超声波在溶剂中传播发生的“空化效应”，产生连续不断的高压冲击植物颗粒表面，使植物细胞壁破裂而将目标产物释放到提取液中15，16，可大提高提取效率。 本试验以干红辣椒为原料，采用超声辅助提取方法，通过单因素实验和正交实验对提取溶剂选择、料液比、超声波功率、超声处理时间和温度等因素进行了研究，在超声波辅助作用下对抗氧化物提取的方法工艺进行了优化，为辣椒的开发利用，提供了一定的依据。2实验材料与仪器2.实验材料与试剂 干红辣椒 产地:四川青川 甲醇、乙醇、95%乙醇、丙酮均为分析纯T-AOC测试盒（50T） 南京建成生物工程研究所2.2 主要实验仪器 722N可见分光光度计 上海精密仪器有限公司HH-4数显水浴锅 常州国华电器有限公司HG202-1电热恒温干燥箱 南京实验仪器厂CQX25-06超声波清洗器上海必能信超声有限公司PL303电子精密天平（1mg）梅特勒-托利仪器（上海）有限公司BS224S电子精密天平（0.1mg） 北京赛外利斯仪器系统有限公司JFSD-100粉碎机上海嘉定粮油仪器有限公司FW100型高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司飞鸽牌TDL80-2B型台式离心机上海安亭科学仪器厂飞鸽牌TDL-5-A型低速台式离心机 上海安亭科学仪器厂微型进样器（100微升） 上海安亭微量进样器厂3 实验方法3.1 提取液的选择准确称取5.00克干辣椒粉5份，分别用60mL的甲醇、95%乙醇、丙酮和95%乙醇:丙酮（3:2）作为提取液，超声波功率中档、提取温度35的条件下，提取时间30min。3.2 超声波提取抗氧化物的工艺准确称取辣椒粉5g，加入对应体积的甲醇，在一定料液比、一定超声功率、一定温度的超声波处理一定的时间，离心，取上清液按相关步骤与试剂盒中试剂进行反应，测定吸光度并按照其说明计算总抗氧化能力。3.3 辣椒提取物总抗氧化能力的测定根据总抗氧化能力T-AOC测试盒的使用说明，做测定管、对照管两组。分别取试剂一1.0mL，辣椒提取液0.2mL，试剂二2.0mL，试剂三应用液0.5mL，充分混匀后在37恒温水浴反应30min，加试剂四0.1mL，因每个组织样本总抗氧化能力差异较大，故在对照管中也加入同样量的辣椒提取液0.1mL，充分混匀后放置10min，用双蒸水调零，在1cm光径，520nm处测各管吸光度（OD）值，根据以下公式计算总抗氧化能力。总抗氧化能力(单位/毫升)(测定管OD-对照管OD)/0.0130(V/V0)M其中公式中:V反应液总体积mL；V0样品取样量mL；M样品测试前稀释倍数计算后的总抗氧化能力为样品湿基的总抗氧化能力，应扣除水分对样品的影响，得到干基的总抗氧化能力。由于料液比不完全相同，为了更有利于比较，把总抗氧化能力的单位由“单位毫升”换算为“单位克”。本文中的总抗氧化能力均为样品干基的总抗氧化能力（单位/克）。4实验结果与分析4.1 单因素实验4.1.1 辣椒不同提取液的选择总抗氧化能力实验采用总抗氧化能力测试盒进行实验，反应处于水相体系之中，所以排除和水不相溶的溶剂。本实验采用甲醇、乙醇、95%乙醇、丙酮、95%乙醇:丙酮（3:2）五种溶剂作为提取液。样品按3.1方法进行处理，辣椒不同提取液中总抗氧化能力按3.3方法测定，实验结果见表1、图1。表辣椒不同提取液提取物的总抗氧化能力比较溶剂种类测定管OD对照管OD总抗氧化能力（单位/克）甲醇0.5580.155569.16无水乙醇0.5440.451131.3495%乙醇0.5270.225426.51丙酮0.6690.479268.3495%乙醇:丙酮（3:2）0.5630.458148.29图辣椒不同提取液提取物的总抗氧化能力比较由表、图可知，不同提取液对辣椒抗氧化能力的影响是不同，95%乙醇高于除甲醇之外的其他提取液，甲醇明显高于其他溶剂。这是由于甲醇的极性最强，更容易接受多酚中失去的电子，所以实验中均采用甲醇为提取液。据文献报道，辣椒中的抗氧化剂属于酚型，主要是捐赠电子或氢原于给自由基，自身成为的较稳定共振自由基可又去结合其他自由基。4.1.2 超声波功率对辣椒提取物总抗氧化能力的影响以甲醇为提取液，料液比1:10，提取温度35，超声波的功率分别为低档、中低档、中档、中高档、高档，提取时间30min，测定提取液的总抗氧化能力，实验结果见表2、图2。表2 超声波功率对辣椒总抗氧化能力的影响超声波功率测定管OD对照管OD总抗氧化能力（单位/克）低档0.3970.122389.76中低档0.4340.125436.40中档0.4990.132518.31中高档0.5370.120588.92高档0.4980.132516.90图2 不同超声波功率提取对辣椒总抗氧化能力的影响由表2、图2可知，不同的超声波功率对辣椒中总抗氧化能力的影响是不同的。当超声波功率从低档逐渐增加到中高档时，提取液总抗氧化能力随着超声波功率的增加而增加，超声波功率为中高档时，提取液总抗氧化能力为最大，而后随着呈下降的趋势。实验结果表明：超声波功率为中高档时，提取液总抗氧化能力为最大。4.1.3 料液比对辣椒提取物总抗氧化能力的影响以甲醇为提取液，料液比分别为1:、1:10、1:12、1:14、1:16，提取温度35，超声波的功率为中高档，时间30min，测定提取液的总抗氧化能力，实验结果见表、图。表不同料液比对辣椒提取物总抗氧化能力的影响料液比测定管OD对照管OD总抗氧化能力（单位/克）1:80.4710.063493.141:100.3900.056505.241:120.3560.057543.061:140.2720.053464.401:160.2500.048488.60表不同料液比对辣椒提取物总抗氧化能力的影响由表3、图3可知，不同料液比对辣椒提取物总抗氧化能力的影响是相当明显的。在料液比1:12之前，提取物的总抗氧化能力随料液比增大而增大，之后突然下降。虽然料液比后来有上升趋势，对收率起到积极的作用，但是影响并不是非常明显。考虑到环保和提取液用量的节约，且料液比升高很多后，抗氧化物的收率仍低于料液比1:12的收率，判断单因素中1:12为最佳。4.1.4超声波处理时间对辣椒提取物总抗氧化能力的影响以甲醇为提取液，料液比1:12，提取温度35，超声波的功率为中高档，时间分别为20、30、40、50min，测定提取液的总抗氧化能力，实验结果见表、图。表不同超声波处理时间对辣椒提取物总抗氧化能力的影响超声波时间（ min）测定管OD对照管OD总抗氧化能力（单位/克）200.3430.051533.20300.3500.053542.33400.3690.057569.72500.3570.058545.99 图不同超声波时间对辣椒提取物总抗氧化能力的影响由表4、图4可知，不同超声波处理时间对辣椒总抗氧化能力的影响显而易见。提取时间由20 min增加到40min，随着时间的增加，提取液的总抗氧化能力也在不断的增加，特别是30min增加到40min时增加幅度较大。当时间继续增加呈快速下降趋势。超声时间40 min时到达峰值，单因素中提取实践40 min为最佳。4.1.5超声波处理时温度对辣椒提取物总抗氧化能力的影响以甲醇为提取液，料液比1:1，提取温度分别为25、35、45、55，超声波的功率为中高档，时间为40min，测定提取液的总抗氧化能力，实验结果见表、图。表不同超声波处理温度提取对辣椒总抗氧化能力的影响温度（）测定管OD对照管OD总抗氧化能力（单位/克）250.3560.052555.17350.3610.057555.17450.3650.059558.77550.4050.061628.16图不同超声波处理温度提取对辣椒总抗氧化能力的影响由表5、图5可知，温度对辣椒抗氧化能力的影响很明显。温度从25到45对辣椒抗氧化能力几乎没有影响，从此之后，随温度升高总抗氧化能力也上升。高温可以提高辣椒中某些抗氧化物的提取，如胡萝卜素离体后在高温条件下继续生物合成，导致最终含量增加。虽然高于55有积极用，但是由于提取液沸点在60附近，单因素最佳为55。4.2正交实验本试验采用了L9（34）正交设计表，对超声波的功率、提取时间、料液比、提取温度4个因素3个水平进行优选，见表6。表正交试验的因素与水平水 平因素温度（）功率料液比时间（min）35中11030245中高11240355高11450通过正交软件分析，得到正交实验直观分析表，见表。表L9（34）正交实验直观分析表因素总抗氧化能力（单位克）实验512.65实验672.24实验619.94实验611.61实验603.29实验537.91实验771.80实验515.62实验731.08均值601.610632.020522.060615.673均值584.270597.050671.643660.650均值672.833629.643665.010582.390极差88.56334.970149.58378.260由表中极差得知，各因素对实验影响主次排序为：，即各个因素对提取率的影响为:料液比温度时间功率。综合极差和均值选出最佳工艺参数组合为3122 ，与正交计划表中的最佳组合3132 不一致。通过验证实验得到3122的总抗氧化能力为806.84单位克，高于3132的总抗氧化能力771.80，所以超声波提取辣椒抗氧化物的最佳工艺条件组合为3122 ，即采用甲醇作为提取液、处理时温度55、料液比为1:12、超声波功率中档、处理时间40min。采用溶剂提取法，以甲醇为提取液、料液比为1:12、55水浴10min、震荡处理40min，测得提取液的总抗氧化能力737.31单位克，超声波提取法总抗氧化能力806.84单位克，比溶剂提取法高9.43%。实验结论（1）超声波提取辣椒抗氧化物的单因素工艺条件：提取时间40min，提取温度55，最佳料液比为1:12，超声波功率处于中高档，提取液总抗氧化能力为628.16单位克。（2）通过正交试验，各因素对实验影响主次排序为：料液比温度超声处理时间超声波功率。超声波提取辣椒抗氧化物的最佳工艺条件组合为采用甲醇作为提取液、处理时温度55、料液比为1:12、超声波功率中档、处理时间40min，总抗氧化能力为806.84单位克。（3）超声波萃取辣椒抗氧化物的工艺与传统方法比较，该方法具有抗氧化物收率高、节省原料、污染小、生产周期短、多数有效成分不被破坏等优点。主要问题与创新点6.1 主要问题：(1) 没有考虑到原料的保藏可能会对辣椒的抗氧化性产生影响，原料放在冰箱保存会使其水分含量增加，虽然计算中采取的是干基含量，但是由于湿度对抗氧化性是有影响的，使本实验产生了系统误差。 (2) 辣椒碾磨程度不够细，导致样品辣椒粉中抗氧化物分布不均匀，也影响了本实验的准确性。(3) 没有就高温可提高抗氧化性和甲醇沸点低的矛盾进行讨论，应在溶剂选择和温度上予以综合考虑，找出最佳提取液。 6.2主要创新点：本文首次使用超声波提取辣椒抗氧化物，对于天然抗氧化剂的加工有具有重要现实意义，同时延长了辣椒生产的产业链，增加了产品的附加值，为我省辣椒加工企业对辣椒进行合深加工提供技术参考。参考文献1印大中. 衰老研究的新纪元J.生命科学研究,2000,(02):19-22.2华木兰. 有抗氧化作用的食品J.解放军健康,2004,(01):26-27.3张凤军,张树继. 抗氧化剂的研究与发展现状J,2008,(03）.4孙华,王日勇. 辣椒碱的提取、检测及其在有害生物防治中的应用J.辣椒杂志,2005,(1):45-46.5狄云，蒋健篇，石正强. 辣椒素类物质的代谢生理研究现状J.中国蔬菜，2000,(3):48-50.6董剑钊. 对我国辣椒工业发展前景的思考J.经济论坛,2005,(9):60-61.7 Perez-Galvez A, Garrido-Femandez J, Minguez-Mosquera M I.Parti