辣椒红色素的分离提取

实验七辣椒红色素的分离提取辣椒红色素(水溶、油溶)是以辣椒为原料，采用科学方法提取、分离、精制而成的天然色素。主要成份为辣椒红素和辣椒玉红素（辣椒红素的分子式为C40H56O3，辣椒玉红素分子式为C40H56O4）为深红色油溶性液体，色泽鲜艳，着色力强，耐光、热、酸、碱，且不受金属离子影响；溶于油脂和乙醇，亦可经特殊加工制成水溶性或水分散性色素。该产品富含β—胡萝卜素和维生素C，具保健功能。广泛应用于水产品、肉类、糕点、色拉、罐头、饮料等各类食品和医药的着色。没有辣味、色泽鲜艳、性能稳定，耐热性、抗光性良好，不受PH值变化的影响，对油脂产品染色力强。本产品经反复除味、精制，虽有轻微的异味，添加在产品中，没有任何味道。实验主要分为超声提取辣椒红素、柱层析提取辣椒红素、薄层层析提取辣椒红素三个板块。超声提取辣椒红色素一．实验原理：1.辣椒红色素是从茄科植物红辣椒中提取出的天然色素。因其色调鲜艳、安全可靠并具有药理作用,不仅被认为是一种理想的天然食品着色剂，而且被广泛应用于制药行业,。但是辣椒粉是片状凹凸不平的纤维组织结构,色素及其它脂溶性成分存在于纤维组织之内，,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。超声提取过程产生强烈的振动,搅拌,与传统提取方式比较具有收率高、生产周期短、无需加加热。2.旋转蒸发仪的工作原理：通过电子控制，使烧瓶在最适合速度下,恒速旋转以增大蒸发面积。通过真空泵使蒸发烧瓶处于负压状态。蒸发烧瓶在旋转同时置于水浴锅中恒温加热，瓶内溶液在负压下在旋转烧瓶内进行加热扩散蒸发。二．实验仪器与材料：材料：干红辣椒；仪器：粉碎机，超声波清洗器，旋蒸仪，冰箱，锥形瓶，小试管，漏斗，封口膜，滤纸，试管夹，量筒，电子天平；试剂：石油醚，丙酮。三．实验步骤：干红辣椒（去籽）→粉碎→辣椒粉1至2克→150ml锥形瓶中→70ml丙酮→封口→戳几个小眼→试管夹夹住→超声20min→过滤→旋蒸→茄形瓶中加3至4ml石油醚→标记→冰箱储存；四．实验说明：1.丙酮容易挥发且有毒害，实验中注意避免吸入过多；2.超声提取中应保证锥形瓶直立，切勿斜倒让水流入；3.加入石油醚在茄形瓶后来回震荡，尽量溶解附着在壁上的辣椒红素；4.旋蒸的作用就是蒸去溶剂，比一般的方法效率高。原理：一是靠减压；二是靠旋转时，使溶液形成液膜，扩大蒸发面。5.操作旋蒸仪中注意：（1）安装接口部分要加少量矾士林，避免抽真空的时候，接口部分漏气真空度上不去。（2）在盛装样品的茄型瓶顺利与旋蒸仪端口连接好后，应先开动旋转按钮检查一下旋转是否灵活，更重要是的看旋蒸样品是否全部或大部分浸没于水浴锅的液面内，这样才能保证旋蒸效率。（3）在茄型瓶中盛装的样品最多不要超过75%，否则在减压时会出现倒吸。（4）减压过程中要调整好水浴锅内水的温度，使其与你所旋蒸的样品的沸点相适应，这可以从回流管的回流液状态看出，当回流液呈滴状而非呈水流时最佳。（5）在旋蒸接近结束时，应先打开通气阀门，使旋蒸仪内外气压一致，然后关闭旋转开关，取下茄型瓶。柱层析分离辣椒红色素一．实验原理：在吸附柱色谱中，吸附剂是固定相，洗脱剂是流动相，相当于薄层色谱中的展开剂。吸附剂的基本原理与吸附薄层色谱相同，也是基于各组分与吸附剂间存在的吸附强弱差异，通过使之在柱色谱上反复迸行吸附、解吸、再吸附、再解吸的过程而完成的。所不同的是，在进行柱色谱的过程中，混合样品一般是加在色谱柱的顶端，流动相从色谱柱顶端流经色谱柱，并不断地从柱中流出。由于混合样中的各组分与吸附剂的吸附作用强弱不同，因此各组分随流动相在柱中的移动速度也不同，最终导致各组分按顺序从色谱柱中流出。如果分步接收流出的洗脱液，便可达到混合物分离的目的。一般与吸附剂作用较弱的成分先流出，与吸附作用较强的成分后流出。二．实验仪器与材料：器材：色谱柱，滤纸片，剪刀，烧杯，小试管，量筒；试剂：柱层析硅胶，石油醚，丙酮；三．实验步骤：1.装柱：柱层析硅胶→一次加入色谱柱→振动管壁使其均匀下沉→表面敲平→滤纸片盖住表面→沿管壁缓缓加入洗脱剂石油醚→旋开活塞使洗脱剂缓缓滴出→缓缓加入石油醚→使其均匀润湿下沉在管内形成松紧适度的吸附层（应保持有充分的洗脱剂留在吸附层的上面）。2.样品加入：下口流出石油醚上口有石油醚→0.5~1ml样品；3.洗脱：上口即将干时→石油醚冲洗→石油醚：丙酮=10：1的洗脱剂→收集辣椒红色素；四．实验现象：结论：采用柱层析分离技术,选用吸附剂和混合洗脱液将辣椒色素中红、橙、黄色素进一步分离。橙色的类胡萝卜素最先流下，其次是辣椒红色素，最后是黄色的辣素。渐渐分离过程中不再是一个平面地同步分离，且辣椒红色素逐渐位于了最下端。五．实验说明：1.色谱法按固定的状态可分为柱色谱、平板色谱和棒色谱三种而实验室中最常用的是柱层析和薄层层析,以及它们之间的配合应用。2.除了干法装柱外，还有湿法装柱：将吸附剂与洗脱剂混合，搅拌除去空气泡，徐徐倾入色谱柱中，然后加入洗脱剂将附着管壁的吸附剂洗下，使色谱柱面平整。等到填装吸附剂所用洗脱剂从色谱柱自然流下，液面和柱表面相平时，即加供试品液。3.吸附剂，一般应满足下列几个基本要求:对样品组分和洗脱剂都不会发生任何化学反应，在洗脱剂中也不会溶解；颗粒形状均匀，大小适当，以保证洗脱剂能够以一定的流速(一般为1.5mL·min-1)通过色谱柱；材料易得，价格便宜而且是无色的，以便于观察。可用于吸附剂的物质有氧化铝、硅胶、聚酰胺、硅酸镁、滑石粉、氧化钙(镁)、淀粉、纤维素、蔗糖和活性炭等。4.样品在色谱柱中的移动速度和分离效果取决于吸附剂对样品各组分的吸附能力大小和洗脱剂对各组分的解吸能力大小，因此，吸附剂的选择和洗脱剂的选择常常是结合起来进行的：首先，根据待分离物质的分子结构和性质，结合各种吸附剂的特性，初步选择一种吸附剂。然后根据吸附剂和待分离物质之间的吸附力大小，选择出认为适宜的洗脱剂。最后，采用薄层色谱法进行试验。根据试验结果，再进一步决定是调节吸附剂的活性，还是更换吸附剂的种类，或是改变洗脱剂的极性。直到确定出合适的吸附剂和洗脱剂为止。物质与吸附剂之间的吸附能力大小既与吸附剂的活性有关，又与物质的分子极性有关。分子极性越强，吸附能力越大，分子中所含极性基团越多，极性基团越大，其吸附能力也就越强。具有下列极性基团的化合物，其吸附能力按下列次序递增：-Cl，-Br，-I-C=C--OCH3-CO2R-CO--CHO-SH-NH2-OH-COOH薄层层析分离辣椒红色素一．实验原理：薄层色谱是一种微量、快速和简便的色谱方法。薄层色谱可适用小量样品（几到几十微克甚至0.01μg）的分离：也可用于多达500mg样品的分离，是近代有机化学中用于定性，定量的一种重要手段。特别适用于那些挥发性小的化合物，以及在高温下易发生化学变化而不能用气相色谱分析的物质。薄层色谱常用TLC表示，又称薄层层析，属于固－液吸附色谱。样品在薄层板上的吸附剂（固定相）和溶剂（移动相）之间进行分离。由于各种化合物的吸附能力各不相同，在展开剂上移时，它们进行不同程度的解吸，从而达到分离的目的。由于小试管里提取的不是单一色素，包括辣椒红素、类胡萝卜素、辣素等。各色素的极性不同，吸附能力不相同，在展开剂上移动，进行不同程度的解析，根据原点至主斑点中心及展开剂前沿的距离，计算比移值（Rf）；化合物的吸附能力与它们的极性成正比，具有较大极性的化合物吸附较强，因此Rf值较小。在给定的条件下（吸附剂、展开剂、板层厚度等），化合物移动的距离和展开剂移动的距离之比是一定的，即Rf值是化合物的物理常数，其大小只与化合物本身的结构有关，因此可以根据Rf值鉴别化合物。二．实验仪器与材料：器材：烘箱，干燥器，研钵，电子天平，量筒，载玻片，毛细管，广口瓶，胶头滴管，铅笔，尺子；试剂：羧甲基纤维素钠，石油醚，丙酮，乙醇，薄层层析硅胶；三．实验步骤：1.铺板：10克薄层层析硅胶于研钵→35ml羧甲基纤维素钠→调成均匀糊状→涂在载玻片上→上下轻微颠动→制成薄厚均匀、表面光洁平整的薄层板→室温放置0.5h→烘箱→缓慢升温至110℃（恒温0.5h）→取出冷却→干燥器；2.点样：距一端5mm处轻轻划一横线作为起始线→毛细管吸取样品→在起始线上小心点样；3.展开：广口瓶内依次加入少量石油醚：丙酮（20：1，10：1，100：1）和石油醚：乙醇（10：1）的展开剂→点好试样的薄层板放入(点样的位置必须在展开剂液面之上)→展开剂上升到薄层的前沿或多组分已明显分开→取出薄层板放平→用铅笔划溶剂前沿的位置;4.计算Rf值:准确地找出原点，溶剂前沿以及样品展开后斑点的中心，分别测量溶剂前沿和样点在薄层板上移动的距离，求出其Rf值。距离溶剂前沿至原点中心的点中心的距离溶质最高浓度中心至原fR四．实验现象：A．柱层析分离后的辣椒红色素石油醚：丙酮=100：120：110：1石油醚：乙醇=10：1所以，辣椒红色素的Rf=2.3/6.4=0.36类胡萝卜素的Rf=2.5/6.4=0.39辣素的Rf=5.5/6.4=0.86B．未经柱层析分离后的辣椒红色素石油醚：乙醇=10：1石油醚：丙酮=10：1结论：通过柱层析分离后所得的色素明显种类少了，于是在薄层层析中能分离出的色素带少了；从这四种展开剂的效果看，石油醚：丙酮=10：1的展开剂效果最好。五、实验说明：1.实验注意事项：（1）研磨要细、调和均匀，铺板要注意避免气泡、厚薄均匀；（2）硅胶和羧甲基纤维素钠的比例要合适:2.5-4.5最佳.根据自己点样的粘稠度调节；（3）铺板时手要平稳，否则容易不均匀。室内温度不能太潮湿；（4）活化不充分的话板易裂且斑点无法分开；（5）如需重复点样，则应待前次点样的溶剂挥发后方可重点，以防样点过大，造成拖尾、扩散等现象，影响分离效果；（6）若在同一块板上点几个样，样品点间距离为5mm以上。点样时几个样点要在一条直线上，大小要合适(斑点直径一般不超过2mm)；（7）薄层板侵入展开剂不能超过点样线，否则样品不在薄板上分离而直接溶入展开剂；（8）点样结束待样点干燥后，方可进行展开。点样要轻，不可刺破薄层。2.在条件完全一致的情况，纯碎的化合物在薄层色谱中呈现一定的移动距离，称Rf值，所以利用薄层色谱法可以鉴定化合物的纯度或确定两种性质相似的化合物是否为同一物质。但影响比移值的因素很多，如薄层的厚度，吸附剂颗粒的大小，酸碱性，活性等级，外界温度和展开剂纯度、组成、挥发性等。所以，要获得重现的比移值就比较困难。为此，在测定某一试样时，最好用已知样品进行对照。3.薄层色谱用途在于化合物的定性检验、快速分离少量物质、跟踪反应进程、化合物纯度的检验（只出现一个斑点，且无拖尾现象，为纯物质）。思考题:1.花青素、叶绿素、红曲色素及胡萝卜素等都可用柱色谱和薄层色谱。2.辣椒红素是食品中的脂溶性色素。纯的辣椒红素为有光泽的深红色针状结晶。作为一般的辣椒色素，为具有特殊气味的深红色粘性油状液体。几乎不溶于水，溶于大多数非挥发性油，部分溶于乙醇，不溶于甘油。耐热性较好。遇Fe3+、Cu2+、Co2+等可促使褪色，遇Pb3+形成沉淀。要密封保存，放置于通风干燥环境，避免与其他氧化物接触。3.该实验是一个自主设计实验，需要我们提前查阅相关资料，并思考过程中可能出现的各种问题。最大的收获就是真正感受到科学研究的乐趣，可以自己思考自己得出结论，并且要学会用不同方法比如柱色谱和薄层色谱的不同途径。但这个过程中的确需要不断尝试，需要毅力和耐心。会有失败，会有意料之外的情况，但仔细分析后得出的答案更有意义。