Supercritical CO2 and Subcritical Propane Extraction of Spice Red Pepper Oil with Special Regard to Carotenoid and Tocopherol Content

Abstract

A study is conducted to optimize the supercritical fluid extraction of spice paprika oil (oleoresin) using supercritical (SF) CO 2 and subcritical propane as the solvents. The main focus is on carotenoid and tocopherol composition as the quality attributes of technological and nutritional interest. The maximum oil yield is 7.2 and 8.8 g per 100 g paprika with SF-CO 2 and subcritical propane, respectively. For the implementation of complete extraction at the given conditions, the ratio of solvent to solid is found to be 6.0 and 1.0 using SF-CO 2 and propane, respectively. The carotenoids, particularly fatty acid esters of red xanthophylls, are hardly solubilized by SF-CO 2 , whereas with subcritical propane, 80-94% of such components could be mildly extracted. Tocopherols were easy to extract using either fluid, with propane being the most efficient solvent. The result of the impact of extraction conditions on the major carotenoids (such as capsanthin monoester, β-carotene, capsorubin diesters, and capsanthin diesters, as well as α-, βand γ-tocopherol) are tabulated with special focus on the degree of loss during extraction by the two solvents.

Red pepper (Capsicum annuum) carotenoids as a source of natural food colors: analysis and stability—a review

“…In addition, CO 2 presents a low critical temperature value (Tc 31.8°C), making it ideal for extraction of thermally labile compounds like carotenoids. SFE methods particularly using SC-CO 2 for the carotenoid extraction from fruits and vegetables including capsicum have been described by many authors (Illés et al 1999;Uquiche et al 2004;Arimboor et al 2006). In SC-CO 2 extraction, larger extraction volume, higher pressure, lower particle size and the use of ethanol or acetone as co-solvents have been reported to yield more pigments from red pepper (Jaren-Galan et al 1999;Ambrogi et al 2002;Uquiche et al 2004;Tepic et al 2009).…”

Supercritical CO₂ extraction of sweet and hot paprika

“…La ESCO 2 tiene también inconvenientes. Por ejemplo, Daood et al (2002), Illés et al (1999) y Gnayfeed et al (2001) han descrito las dificultades de extracción de los diésteres de las xantofilas en determinadas condiciones, así como el riesgo de isomerización de trans a cis de los carotenoides. Los tiempos de extracción de la ES-CO 2 para la capacidad instalada son otro inconveniente desde el punto de vista económico (Rosa y Meireles, 2005 (Gnayfeed et al, 2001;Peusch et al, 1997a).…”

“…Si existe información de datos para diseño de instalaciones de ESCO 2 (Meireles, 2003;Skerget y Knez, 2001), así como para otras especias, sobre cálculo y optimización de costos basándose en rendimiento total y de cada una de sus fracciones (Rosa y Meireles, 2005). En el caso de pimiento picante, Illés et al (1999) obtuvieron un rendimiento con ESCO 2 del 11,5% y recuperaron un 75% de carotenoides (frente al 13,7% utilizando las condiciones recomendadas en la Tabla 1b). También extrajeron tocoferoles (100% de extracción equivalente a 331 µg и g Ϫ1 de ORP de α-tocoferol, 10 de β-tocoferol y 30 de γ-tocoferol a 55 °C y 40 MPa).…”

“…Además, la estabilidad de los ácidos grasos al conservar la ORP a 40 °C es menor que la obtenida extrayendo con hexano, aunque la proporción de ácidos grasos poliinsaturados y tocoferoles en la ESCO 2 es mayor (Vesper y Nitz 1997b). Daood et al (2002), Gnayfeed et al (2001) e Illés et al (1999) utilizaron propano subcrítico (99,95% pureza), y las mejores condiciones (5 MPa y 25 °C), y obtuvieron diez veces más de poder solvente que la ESCO 2 . Con pimentón húngaro los ratios para extracción completa disolvente/materia prima y rendimiento son 1:1 y 8,8% p/p para propano y 1:6 y 7,2% p/p para ESCO 2 (Illés et al, 1999).…”

“…Daood et al (2002), Gnayfeed et al (2001) e Illés et al (1999) utilizaron propano subcrítico (99,95% pureza), y las mejores condiciones (5 MPa y 25 °C), y obtuvieron diez veces más de poder solvente que la ESCO 2 . Con pimentón húngaro los ratios para extracción completa disolvente/materia prima y rendimiento son 1:1 y 8,8% p/p para propano y 1:6 y 7,2% p/p para ESCO 2 (Illés et al, 1999). Con ES-CO 2 se obtuvieron mejores rendimientos que con propano subcrítico para capsaicinoides y similares para tocoferoles (Daood et al, 2002).…”