全 文 ：　　　第 15卷　第 2期1999年 6月　　　　　　　 农 业 工 程 学 报Transactions of the CSAE　　　　　　　 Vol. 15　 No. 2Jun. 1999
收稿日期: 1998-05-28　　 1999-03-12修订
　* 福建省自然科学基金资助项目
　　①臧志清 ,副教授 ,福州市工业路 523号　福州大学化学工程系 , 350002
超临界二氧化碳萃取红辣椒的夹带剂筛选*
臧志清①　周端美　林述英
(福州大学 )
摘　要　研究了夹带剂: 水、乙醇和丙酮对超临界二氧化碳萃取及分离红辣椒中辣素和红色素的影
响。提出了定量评价夹带剂效应的两个参数: 增大系数和选择性。研究表明 ,三种夹带剂对辣素和红
色素都有不同程度的夹带增大效应。 水为夹带剂能提高辣素的选择性 ,有利于分离 ;而乙醇和丙酮
的添加 ,不利于分离。以水为夹带剂 ,采用一级萃取二级分离流程。在 19～ 20 MPa的压力下萃取 ,把
辣素和红色素一起萃取出来 ;然后减压到中间压力 ,实施第一级分离 ,色素单独沉淀析出 ,获得纯净
红色素产品 ;最后把流体降至低压 ,第二级分离 ,使溶解的辣素沉淀 ,第二级分离的萃取物中 ,以辣素
为主而带有少量红色素。
关键词　辣椒　超临界二氧化碳萃取　夹带剂
　　红辣椒是我国主要的农副产品 ,也是出口外销的大宗产品。红辣椒深受重视的主要原因是
含有油溶性红色素和白色结晶的辣素。前者色彩鲜艳热稳定性强 ,是一种天然食品色素。后者
具有独特的灼热辣味 ,是食品的基本风味 ,且还具有药用价值。这两种产品的国际市场需求量
大。 近年来 ,国内对从红辣椒中提取和分离辣椒素、辣椒红色素的生产和工艺研究相当重
视 [1, 2 ]。
　　从红辣椒中提取和分离辣素与红色素 ,可采用常规法或超临界二氧化碳萃取法。常规法是
采用液体溶剂 (乙醇、丙酮等 )提取和热碱水溶液分离的两步法工艺 [2, 4 ]。此法工艺复杂 ,辣素回
收率低 ;产品残留溶剂 ,品质低。
　　辣素和红色素利用超临界二氧化碳萃取法可实现萃取和分离 ,但这两种物质溶解性质接
近 ,在超临界二氧化碳萃取法中分离 ,需较高的压力且分离不彻底。陈洁等 [5 ]研究指出用纯
CO2萃取 ,压力在 30 MPa以上 ,通过多级分离可获得较高得率、较纯的红色素和辣素。辣椒辣
素的辣味强度大 ,红色素中存在微量辣素就有辣味 ,产品纯度要求高。 李兆龙 [6 ]介绍要获取无
辣味的辣椒色素压力需达 45 M Pa。
　　红辣椒的超临界二氧化碳萃取 ,可以采用夹带剂技术来提高萃取的选择性以利于分离。筛
选的夹带剂应该能提高选择性和溶解度 ,还应该廉价、安全、符合食品卫生 ,能满足生产“绿色
食品”添加剂的要求。一般具有极性的夹带剂在选择性上较非极性的强。本文选用水、乙醇、丙
酮为夹带剂以提高选择性为目的 ,进行筛选实验。
1　实验方法和材料
　　 1)原料　钢瓶装食用液态二氧化碳 ,福建建阳产红辣椒 ,干燥碾成粉末 ,由丙酮萃取法制
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得辣椒油树脂萃取率 12. 7% ,辣素 /红色素的重量比为 3. 95,一次蒸馏水 ,乙醇和丙酮分析
纯。紫外光谱分析仪: 型号 UV /V IS /N IR Spect rophotometer。
　　 2)方法　采用一次加料 ;一级萃取、一级减压分离 ;超临界流体二氧化碳连续流动 ,湿式流
1. CO2钢瓶　 2. 微型高压计量泵　 3. 水浴恒温槽
4. 萃取釜　 5. 预膨胀器　 6. 节流阀　 7. 分离釜
8. 湿式流量计　 9. 0. 4级标准压力计　 10. 精密水银温度计
图 1　萃取实验流程简图
Fig. l　 Flow cha rt o f the test
量计计量的流程。实验流程简图如图 1所
示。每次实验把 100 g干红辣椒粉末与 0.
56 mol夹带剂一次性加入萃取釜 ( 0. 5 L )。
二氧化碳来自钢瓶 ,经高压计量泵送至萃
取釜。出萃取釜的萃取物经预膨胀器、节流
阀被减压后 ,在分离釜 ( 0. 2 L)里析出 ,与
二氧化碳分离。 分离后的二氧化碳再由节
流阀减压 ,经湿式流量计计量 ,然后放空。
整套实验 ,萃取釜温度恒定 45℃。 分离釜
压力恒定 8 MPa。 每个实验点运行 1 h,总
气量控制恒定 30 L。 一种夹带剂为一组实
验 ,每组实验测定 4个萃取压力点的数据 ,压力范围 10～ 20 MPa。分离釜里析出的萃取物 ,配
制成丙酮溶液 ,测定辣素和红色素的含量。
　　辣素的分析参考文献 [7 ] ,红色素的分析参考文献 [8] ,使用紫外光谱分析仪测定。
2　结果和分析
　　实验测定了水、乙醇、丙酮三组夹带剂在上述限定条件下 ,分离釜内萃取物的辣素和红色
素含量。同时进行一组纯 CO2 (无夹带剂 )的萃取实验 ,实验结果列于表 1。对于纯 CO2的萃取
实验 ,显示了超临界流体 CO2对辣素和红色素的溶解能力随压力增大而增大 ,压力对红色素的
影响更大。在 10 MPa下萃取物中辣素含量比红色素高出 2个数量级 ,而 18 MPa下辣素的含
量反而比红色素低 1倍。实验表明 ,低压下较先萃取出辣素 ,红色素的萃取需较高的压力 ,与文
献 [5 ]相符。
表 1　分离釜内萃取物的辣素和红色素含量
Tab. 1　 Contents o f capsaicin and capsanthin of the ex tr acts in the sepa rato r
　夹带剂　 　　　　纯 CO2　　　　 　　　　　水　　　　　 　　　乙　　醇　　　　 　　　　丙　酮　　　　
压力 / MPa 9. 8 13. 8 16. 6 18. 1 10. 0 13. 4 16. 5 18. 9 10. 3 13. 6 16. 5 18. 1 10. 2 13. 9 17. 2 20. 0
辣素
m1 /10- 3 g
1. 14 4. 58 19. 1 33. 6 9. 95 40. 6 65. 4 47. 2 10. 25 24. 8 41. 7 41. 7 15. 3 21. 4 33. 2 25. 6
红色素
m2 /10- 4 g
0. 391 2. 83 32. 4 63. 3 0. 835 18. 5 79. 9 108 3. 06 28. 1 134 164 9. 33 70. 4 296 229
2. 1　夹带剂的夹带效应
　　对于使用夹带剂的萃取操作 ,评价夹带剂的效应是对组分的夹带增大效应和对组分萃取
选择性的夹带效应。
2. 1. 1　夹带剂的夹带增大效应
夹带剂的夹带增大效应是对纯 CO2萃取而言的 ,以纯 CO2萃取物为对照。各夹带剂的萃取
物中辣素含量 m 1或红色素含量 m2 ,在同一操作条件下 ,与纯 CO2萃取的比较 ,其比值定义为组
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分增大系数λi。即
λi = mi ,夹 /mi,纯 ( i = 1, 2) ( 1)
辣素 i= 1;红色素 i= 2。λi值直观地显示了夹带增大效应。为了便于比较 ,对表 1的数据采用曲
线内插法 ,获得 4个压力水平 ( 11. 0, 13. 0, 15. 0, 18. 0 M Pa )下 ,各夹带剂的萃取物中辣素含
量 m 1和红色素含量 m 2;按式 ( 1)分别计算 4个压力水平下的增大系数λ1、λ2。计算结果列示表
2。
表 2　夹带剂夹带组分增大系数值
Tab. 2　 The inc reasing values o f th e coefficients o f th e ent rainer composition
　　夹带剂　　 　　　　　　水　　　　　 　　　　　乙　醇　　　　 　　　　　丙　酮　　　　　
压力 / M Pa 11. 0 13. 0 15. 0 18. 0 11. 0 13. 0 15. 0 18. 0 11. 0 13. 0 15. 0 18. 0
辣素增大系数λ1 8. 74 9. 51 4. 94 1. 63 6. 13 5. 69 3. 05 1. 28 7. 65 4. 93 2. 34 0. 95
红色素增大系数λ2 5. 46 7. 24 3. 24 1. 59 7. 46 10. 1 5. 11 2. 65 19. 9 23. 8 9. 39 4. 52
　　可见所选用的三种夹带剂对红辣椒中两种有效物质均有夹带增大效应 (除丙酮 , 18 M Pa
的λ1外 )。对辣素 ,同一操作压力下 ,水的夹带增大效应最大 ,丙酮最次。对红色素则反之 ,水的
夹带增大效应最次 ,丙酮最大。
2. 1. 2　夹带剂的夹带选择性
萃取物中辣素与红色素的质量比 X ,为
X = m1 /m2 ( 2)
原料的辣素与红色素的质量比 X 0= 3. 95。萃取物 X与 X 0的比值 ,度量了萃取操作中 ,对辣素
萃取的选择性 ,定义为
S = X /X 0 ( 3)
对上述 4个压力水平 ,按式 ( 2)计算了各夹带剂的萃取物的两素的质量比 X和对辣素萃取的
选择性 S。结果列于表 3。
表 3　 4组压力下萃取物中两素质量比 X 和对辣素萃取的选择性 S
Tab. 3　 Mass r atio of capsaicin to capsanthin and selec tiv ity o f capsanthin
in the ex trac tion at four differ ent pressur e lev els
　　夹带剂　　 　　　　纯 CO2　　　　 　　　　　水　　　　　 　　　　乙　　醇　　　 　　　　丙　酮　　　　
压力 / MPa 11. 0 13. 0 15. 0 18. 0 11. 0 13. 0 15. 0 18. 0 11. 0 13. 0 15. 0 18. 0 11. 0 13. 0 15. 0 18. 0
X 19. 4 16. 6 7. 0 5. 3 30. 9 21. 8 10. 6 5. 5 15. 6 9. 7 4. 2 2. 6 7. 4 3. 6 1. 7 1. 1
S 4. 91 4. 20 1. 77 1. 34 7. 86 5. 52 2. 68 1. 39 3. 95 2. 38 1. 06 0. 66 1. 87 0. 91 0. 43 0. 29
　　　注:油树脂中辣素与红色素的质量比 X 0= 3. 95
表 3的数据明确显示 ,各压力水平下 , S水> S纯 CO
2
> S醇 > S酮。故与纯 CO2超临界萃取比较 ,
以水为夹带剂提高了对辣素萃取的选择性 ;而乙醇或丙酮为夹带剂反而降低萃取辣素的选择
性。
参照辣素的选择性定义 ,对红色素萃取的选择性是: (m2 /m1 )夹 / (m2 /m 1 )纯 = 1 /S,即表 3
中 S值的倒数。各压力水平下 ,以丙酮为夹带剂对提高红色素萃取选择性最显著。丙酮为夹带
剂可使 (与纯 CO2比 )超临界 CO2萃取红色素的选择性提高 4. 7倍。而水为夹带剂反而降低萃
取红色素的选择性。
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2. 2　压力对夹带效应的影响
　　压力对夹带剂的夹带效应有显著的影响 ,含夹带剂萃取对辣素的溶解能力 ,在 16 MPa附
近有极大 (见表 1)。对于夹带增大效应 ,多数在 13 M Pa附近有极大 (见表 2) ,但总的趋势是随
压力增高而下降。较低压力 ( 11 M Pa)时夹带剂的增大效应显著 ,较高压力 ( 18 M Pa )时夹带剂
增大效应不显著。纯 CO2或含夹带剂的萃取 ,对辣素的选择性随压力升高而降低 (见表 3)。实
验表明 ,夹带剂的使用 ,使压力对选择性的影响更显著 ,低压更利于辣素萃取 , 升高压力有利
于色素萃取。各夹带剂在 11. 0 M Pa下的 S值与 18. 0 M Pa下的 S值之差 ,反映了压力对辣素
萃取选择性的影响 ,结果为水 ( 6. 5)、纯 CO2 ( 3. 6)、乙醇 ( 3. 3)、丙酮 ( 1. 6)。可见以水为夹带剂
萃取辣素的选择性 ,使压力的影响最显著。
2. 3　夹带剂的筛选
从夹带的增大效应考虑:以水为夹带剂 ,对辣素萃取的夹带效应显著 ;以丙酮为夹带剂 ,对
红色素萃取的夹带效应显著 ,有利于色素的萃取。表 1显示各实验点的萃取物中均含有辣素和
红色素两组分。但红辣椒中辣素的含量约是红色素的 4倍 (实验 X 0= 3. 95) ,应该考虑辣素的
抽提 ,必须确保获取 X> X 0高辣素含量的萃取物 ,同时 ,夹带剂还须满足廉价、安全、符合医药
食品卫生等要求。我们认为选择水为夹带剂为宜。以水为夹带剂 ,提高了对辣素萃取的选择性 ,
可获得高浓度的辣素萃取物 ,红色素的损失可减小。 同时增强了压力对辣素萃取的影响 ,尤其
增强了辣素溶解能力与压力呈极大的关系 ,这个特征有利于辣素与红色素分离。
3　结　论
　　干红辣椒中辣素与红色素的萃取和分离 ,以水为夹带剂 ,可采用二级萃取流程 ,或采用一
级萃取二级分离流程。
　　 1)二级萃取流程是:利用辣素萃取压力较低和易萃取的特点。第一级在低压下萃取 ,把辣
素从原料中先分离出 ;第二级升高压力萃取 ,可获得无辣味的红色素。
2)一级萃取二级分离的流程: 利用了辣素溶解度与压力呈现极显著的特性。 在高压力下
一次萃取 ,把辣素和红色素一起萃取出来 ;中间压力下的第一级分离 ,单独把红色素沉淀析出 ;
最后把流体降至低压 ,第二级分离 ,使溶解的辣素沉淀。 第二级分离的萃取物中以辣素为主而
带有少量红色素。 两流程都可获得纯净红色素 ,而辣素萃取物中带有一定量的红色素 ,使红色
素有所损失。
　　实验表明 ,两种流程的高压可在 19～ 20 M Pa操作 ,比纯 CO2流体萃取所需压力低 [5 ]。 两
流程的中间压力 ,可选 13～ 14 MPa。用表 1的实验数据 ,通过物料计算 ,两流程的红色素得率
大致相同 ,约 80% ～ 83% ;但二级萃取流程所需溶剂 CO2用量是一级萃取流程的 1. 7倍。 显
然 ,后者流程比前者经济 ,操作也方便。
参 考 文 献
1　乔世伟 .辣椒红色素提取工艺研究 .山西食品工业 , 1998( 1): 20～ 21
　　 2　张宗恩 ,黄丽贞 .食用天然色素红辣椒提取工艺研究 .上海水产大学学报 , 1997, 18( 1): 61～ 64
　　 3　潘日鸿 .高压流体萃取分离红辣椒辣味及色素 .食品工业 (台湾 ) , 1997, 6( 2): 102～ 106
　　 4　王　杰 ,伍　明 ,任仲皎等 . 5吨 /年辣椒红色素工程的可行性研究报告 .精细化工 , 1995, 12( 3): 52～
56
　　 5　陈　洁 ,陈庶来 ,陆道礼等 .超临界 CO2萃取辣椒红色素的研究初探 .农业工程学报 , 1993, 9( 2): 89～
94
211第 2期　　　　　　　　　臧志清等: 超临界二氧化碳萃取红辣椒的夹带剂筛选　　　　　　　　　
　　 6　李兆龙 .辣椒红色素的提取方法 .食品工业 , 1991( 1): 33～ 37
　　 7　凌关庭等编 .食品添加剂手册 (下册 ) .北京:化学工业出版社 , 1989. 311
　　 8　蔺定远编 .食用色素的识别与应用 .北京:中国食品出版社 , 1987. 32
Selection of Entrainers in Extraction of Paprika
With Supercritical Carbon Dioxide
Zang Zhiqing　 Zhou Duanmei　 Lin Shuying
( Fuzhou University , Fuz hou , 350002 )
Abstract　 The ef fects o f wa ter, ethanol o r actone as entrainers in the ex t raction of capsaicin
and capsanthin f rom paprika by supercri tical carbon dioxide were studied. Increasing coeffi-
cient and selectivi ty , the tw o parameters w ere suggested to evalua te the ef fects of ent rainers.
The resul ts show ed that the th ree entrainers had dif ferent increase effects on the capsaicin
and capsathin. Wa ter being entered could improve the selectivity and be fav o rable to the sep-
aration, but ethano l or actone being added w as unfavo rable to separation. It w as proposed
that the process was one-ex t raction and tw o-stage separation wi th w ater as ent rainer. The
ex t raction was opera ted at pressure 19～ 20 MPa. The pure capsanthin w as obtained in the
fi rst stag e sepa ra to r, the capsaicin wi th a small amount o f capsanthin was ex tracted in the
second sepa ra to r.
Key words　paprika,　 supercri tical ca rbon dioxide ex traction,　 entrainer
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