辣椒紅色素油β-環(huán)糊精包合工藝技術(shù)研究

劉錦妮， 劉紀(jì)成 ， 阮崇美， 姬萬民

（1.信陽農(nóng)林學(xué)院，河南信陽464000；2.瑞普（天津）生物科技股份有限公司，天津空港300308）

辣椒紅色素又稱辣椒紅， 是以辣椒果實(shí)為原料經(jīng)提取得到的食用天然色素， 屬于葉黃素類共軛多烯烴含氧衍生物， 其主要成分為辣椒紅素和辣椒玉紅素（張衛(wèi)明，2013）。 因其色澤鮮艷、著色力強(qiáng)、對人體無任何毒副作用，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料、保健品等行業(yè)，成為國內(nèi)外添加劑行業(yè)開發(fā)研究和消費(fèi)關(guān)注的熱點(diǎn)之一 （張亞瓊等，2018）。

目前， 辣椒紅色素作為飼料添加劑在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究較為廣泛（唐利華等，2012）。楊秋霞等（2011）通過在日糧中添加不同劑量的辣椒紅色素，探討其對雞蛋品質(zhì)、生產(chǎn)性能的影響，結(jié)果表明辣椒紅色素對蛋雞的生產(chǎn)性能無顯著影響，但是對蛋黃顏色的影響顯著， 各試驗(yàn)組的蛋黃羅氏比色度明顯高于對照組；李守學(xué)（2017）和吳燕（2018）研究表明，添加不同水平的辣椒紅色素均能顯著提高蛋黃顏色，而雞蛋中蛋白、蛋黃風(fēng)味無顯著性差異；付靜等（2002）研究發(fā)現(xiàn)，辣椒紅色素不僅能改善雞蛋蛋黃顏色， 還能提高蛋黃中類胡蘿卜素含量。 然而，辣椒紅色素不溶于水，易氧化分解，穩(wěn)定性較差，且其多為暗紅色膏狀物（劉向前等，2013），很難與飼料中的其他物料混和均勻，因此提高辣椒紅色素的穩(wěn)定性及實(shí)現(xiàn)其粉末化具有重要價值和意義。 β-環(huán)糊精是一種藥物包合材料，在體內(nèi)以碳水化合物形式參與機(jī)體代謝，是一種較理想的包合載體（雍國平，2007）。本試驗(yàn)采用β-環(huán)糊精包合技術(shù)， 探討辣椒紅色素油與β-環(huán)糊精的包合工藝條件， 為辣椒紅色素油資源的深度開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 藥品與試劑 辣椒紅素（含量93.3%，購于CHROMADEX INC 公司）， 辣椒紅色素油[色價（E1cm1% 460 nm）為10，湖北華飼聯(lián)生物科技有限公司提供]；β-環(huán)糊精 （上海展云化工有限公司）；甲醇（分析純，無錫市晶科化工有限公司）。

1.1.2 儀器 TU-1810 型紫外分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）； 恒溫磁力攪拌器（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 辣椒紅色素油β-環(huán)糊精包合工藝的研究精密稱取適量的β-環(huán)糊精于燒杯中， 加入70 ℃水充分溶解制備β-環(huán)糊精飽和水溶液。并于磁力攪拌器上恒溫?cái)嚢琛?精密吸取辣椒紅色素油1 mL，緩慢滴加至β-環(huán)糊精飽和水溶液中，恒溫?cái)嚢柚烈?guī)定時間。冷卻至室溫，4 ℃靜置24 h，過濾，無水甲醇洗滌，真空干燥，即得辣椒紅色素油β-環(huán)糊精包合物。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

1.2.2.1 辣椒紅色素油與β-環(huán)糊精比例的確定分別選擇辣椒紅色素油與β-環(huán)糊精的比例為1：2、1：4、1：6 和1：8，進(jìn)行包合試驗(yàn)，以包合物中辣椒紅素濃度為考察指標(biāo)，確定辣椒油與β-環(huán)糊精的最佳比例。

1.2.2.2 包合溫度的確定 按照辣椒紅色素油與β-環(huán)糊精的比例為1:4，分別考察包合溫度為40、50、60、70 ℃時包合物中辣椒紅素的濃度，確定最佳包合溫度。

1.2.2.3 攪拌時間的確定 按照辣椒油和β-環(huán)糊精的比例為1:4，包合溫度為60 ℃，分別考察攪拌時間為0.5、1.0、1.5、2.0 h 時包合物中辣椒紅素的濃度，確定攪拌時間。

1.2.3 辣椒紅色素油β-環(huán)糊精包合工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素試驗(yàn)的考察， 以包合物中辣椒紅素濃度作為指標(biāo)，選取辣椒紅色素油和β-環(huán)糊精的比例（A）、包合溫度（B）、攪拌時間（C）進(jìn)行三因素三水平L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（表1）。

表1 辣椒紅色素油β-環(huán)糊精包合工藝的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4 包合物中辣椒紅素測定方法

1.2.4.1 辣椒紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線制備 將辣椒紅素儲備液配制成濃度分別為30、60、90、120、150、180、210 μg/mL 系列標(biāo)準(zhǔn)工作液，在280 mm 處采用紫外可見分光光度計(jì)測定其吸光度值（A）。 以辣椒紅素吸光度值（A）為縱坐標(biāo)，辣椒紅素的濃度（C）為橫坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出回歸方程以及相關(guān)系數(shù)（r）。

1.2.4.2 包合物中辣椒紅素含量測定方法 精密稱取0.100 g 包合物，加入適量甲醇水（V:V=1：1）充分溶解，定容100 mL 容量瓶中，過濾，取上清液，在280 mm 處測定其吸光度值（A），計(jì)算其包合物中辣椒紅素濃度。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007 整理并進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣椒紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線制備 從圖1 可以看出，辣椒紅素在30 ～210 μg/mL 濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好， 其線性回歸方程為A=0.003C+0.035，相關(guān)系數(shù)（r）為0.9984。

圖1 辣椒紅素的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 辣椒紅色素油與β-環(huán)糊精比例對包合工藝的影響 表2 所示，當(dāng)辣椒紅色素油和β-環(huán)糊精的比例為1：4 時， 測得的包合物中辣椒紅素濃度最高，為40.11 μg /mL。 因此，確定辣椒紅色素油和β-環(huán)糊精的比例為1：4。

表2 辣椒紅色素油與β-環(huán)糊精比例對包合工藝的影響

2.2.2 包合溫度對包合工藝的影響 由表3 可以看出，隨著包合溫度的增加，包合物中辣椒紅素的濃度呈現(xiàn)增加趨勢，而當(dāng)溫度超過70 ℃后，辣椒紅素穩(wěn)定性較差，因此選擇包和溫度為70 ℃。

表3 包合溫度對包合工藝的影響

2.2.3 攪拌時間對包合工藝的影響 如表4 所示， 攪拌時間對包合效果的影響呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當(dāng)攪拌時間超過1 h 后，包合物中辣椒紅素濃度逐漸降低，攪拌時間為1.5 h 和2 h 時其包合物中辣椒紅素濃度變化不大，因此，確定辣椒紅素油β-環(huán)糊精包合工藝時攪拌時間為1 h。

表4 攪拌時間對包合工藝的影響

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果 辣椒紅色素油β-環(huán)糊精包合工藝正交試驗(yàn)結(jié)果見表5。 以包合物中辣椒紅素濃度為指標(biāo)時，根據(jù)極差大小，其對包合效果的影響因素為C＞A＞B，依據(jù)K 值大小，其較優(yōu)條件為C2A3B1。結(jié)合單因素試驗(yàn)，最終確定辣椒紅素油β-環(huán)糊精包合工藝較優(yōu)條件為辣椒紅色素油與β-環(huán)糊精比例為1:4，包合溫度為70 ℃，攪拌時間為1.0 h。

2.4 最佳工藝驗(yàn)證 為驗(yàn)證方法C2A3B1的合理性，確保辣椒紅色素油包合制備的高效可行，分別按照最優(yōu)工藝制備3 批樣品（見表6），三批樣品的辣椒紅素的濃度分別為191.13、192.24、192.59 μg/mL，RSD 為0.76%，表明該制備工藝條件合理可行。

3 討論

濃度比例、包合溫度及攪拌時間等是影響β-環(huán)糊精包合工藝重要因素（謝飛，2015；周一萬等，2010）。 不同物質(zhì)對其要求也不盡相同。 李衛(wèi)紅等（2010）研究了薏苡仁油β-環(huán)糊精包合工藝，確定了最佳工藝條件為薏苡仁油β-環(huán)糊精比例1:8，包合溫度65 ℃，包合時間18 h。 孫淑萍等（2013）通過單因素試驗(yàn)法和正交試驗(yàn)法，確定薄荷油β-環(huán)糊精包合物最佳的制備工藝為薄荷油與β-環(huán)糊精的比例1:7，攪拌時間75 min，包合溫度40 ℃。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在辣椒紅色素油與β-環(huán)糊精為1:4，包合溫度為70 ℃，攪拌時間為1.0 h 時辣椒紅素油β-環(huán)糊精包合物制備工藝的效果最好。與上述報(bào)道存在一定差異，表明物質(zhì)不同，其包合制備工藝也存在一定差異。此外，包合溫度對辣椒紅色素油的包合具有雙面影響。 一方面溫度升高可增強(qiáng)辣椒紅色素油在β-環(huán)糊精水溶液中的分子運(yùn)動，提高辣椒紅色素油分子在β-環(huán)糊精水溶液中的分散程度，有利于辣椒紅色素油的包合，另一方面溫度升高可造成辣椒紅色素油穩(wěn)定性發(fā)生改變，研究結(jié)果表明，當(dāng)溫度大于80 ℃，放置時間2 h 以上，會導(dǎo)致辣椒紅色素的分解，降低溶液中色素的含量（趙新月，2015）。本次正交試驗(yàn)的結(jié)果包合溫度為70 ℃，攪拌時間為1.0 h，不至于太高或太低，其對分析結(jié)果的影響不顯著。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果

表6 正交工藝驗(yàn)證

包合物中被包合物質(zhì)濃度測定過程中， 選用合適的溶劑至關(guān)重要（王宏陽，2011）。 所選取溶劑一方面要將包合物中辣椒紅素分離， 另一方面要避免將已包合藥物解包。 在萃取溶劑選擇過程中，曾使用無水甲醇、 無水乙醇對辣椒紅色素油包合物進(jìn)行萃取分離，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其萃取效果較差，而采用甲醇水（V:V=1：1）對其進(jìn)行萃取，效果最好，因此本試驗(yàn)選擇甲醇水（V:V=1：1）作為萃取溶劑。