超聲波輔助提取胡椒中胡椒堿

陳盛余++趙丹丹++曾小月++史兵方++凌紹明++謝瑜

摘要：采用單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化從胡椒（Piper nigrum L.）中提取胡椒堿的工藝條件，分別考察了料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間和提取溫度對(duì)胡椒堿提取率的影響。結(jié)果表明，胡椒堿的最佳提取工藝為料液比1∶30（g∶mL），乙醇體積分?jǐn)?shù)95%，提取時(shí)間45 min，提取溫度70 ℃。在最佳條件下，胡椒堿提取率達(dá)到6.12%。該提取工藝簡(jiǎn)單、高效，可以應(yīng)用于從胡椒中提取胡椒堿。

關(guān)鍵詞：胡椒（Piper nigrum L.）；胡椒堿；超聲波提取；正交試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：Q949.732.3；TQ914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）05-0932-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.05.035

Ultrasonic Extraction Piperine from Piper nigrum L.

CHEN Sheng-yu，ZHAO Dan-dan，ZENG Xiao-yue，SHI Bing-fang，LING Shao-ming，XIE Yu

（Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Regional Ecological Environment Analysis and Pollution Control of West Guangxi/Baise University，Baise 533000， Guangxi，China）

Abstract： The extracting piperine of Piper nigrum L. was optimized by single-factor experiments. The effects of solid-to-liquid ratio，ethanol concentration， extraction time and extraction temperature were investigated respectively. The results showed that optimum extraction process were solid-to-liquid ratio of 1∶30（g∶mL），95% ethanol，extraction time of 45 minutes and extraction temperature of 70 ℃. The extraction rate of piperine could reach 6.12% under the optimum conditions. The extraction process was simple，efficient and suitable for extracting piperine of Piper nigrum L.

Key words： Piper nigrum L.； piperine； ultrasonic extraction； orthogonal test

胡椒（Piper nigrum L.）是常見的食用香料之一，在日常生活中被廣泛使用。除此之外，胡椒還具有抗菌、消炎[1]等功效，具有良好的藥用價(jià)值。胡椒含有多種活性成分[2]，如生物堿、黃酮、揮發(fā)油等，其中胡椒堿就是胡椒的主要活性成分之一，在臨床上具有抗驚厥[3]、抗氧化[4]、抗免疫調(diào)節(jié)[5]等作用。由于胡椒堿的藥用功效較為出眾，如何從胡椒中提取胡椒堿已經(jīng)成為研究胡椒的熱點(diǎn)問題之一。

目前，已經(jīng)有學(xué)者對(duì)提取胡椒堿進(jìn)行了研究，侯文潔等[6]以甲醇做溶劑采用傳統(tǒng)回流法從胡椒中提取胡椒堿，并優(yōu)化了提取工藝。石寶俊等[7]以95%乙醇為溶劑回流提取胡椒堿，得到胡椒堿純度達(dá)90%以上。超聲波技術(shù)是現(xiàn)代新型技術(shù)之一，在天然產(chǎn)物提取中被廣泛應(yīng)用。研究表明，采用超聲輔助技術(shù)對(duì)胡椒的抗氧化成分進(jìn)行提取得到的提取物有良好的抗氧化活性[8]。采用超聲波技術(shù)提取的活性物質(zhì)總量比傳統(tǒng)回流法高，但總抗氧化活性的具體物質(zhì)尚未確定。這些活性成分包含胡椒堿，但是胡椒堿提取量與提取條件的內(nèi)在關(guān)系尚未明確。因此，本研究采用超聲波輔助提取胡椒堿，以期為胡椒堿的提取開發(fā)一種更為高效的提取工藝，并為胡椒的開發(fā)利用提供更多依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：胡椒堿對(duì)照品（上海雅吉生物科技有限公司），白胡椒購自百色市右江區(qū)金三角市場(chǎng)。甲醇為色譜純，乙醇等其他試劑為分析純。

儀器：BSA224S型分析天平（賽多利斯公司），KQ5200型超聲波清洗儀（昆山市超聲波儀器有限公司），LC-10B型高效液相色譜儀（杭州捷島科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 方法

稱取5.00 g胡椒，按比例加入一定量的乙醇溶液浸泡12 h，設(shè)置一定溫度和時(shí)間，在一定功率下進(jìn)行超聲回流提取。提取結(jié)束后抽濾，濾液用容量瓶定溶為250 mL，用于高效液相色譜法進(jìn)行檢測(cè)[9]。

提取率=（胡椒堿的量/胡椒樣品量）×100%

1.2.1 單因素試驗(yàn)

1）料液比的確定。在70%乙醇，提取溫度為 60 ℃，提取時(shí)間為30 min，超聲功率為200 W的條件下，分別加入不同用量的乙醇溶液，使料液比分別為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50（g/mL，下同），考察不同料液比對(duì)胡椒堿提取率的影響。

2）乙醇體積分?jǐn)?shù)的確定。在料液比1∶30，提取溫度60 ℃，提取時(shí)間30 min，超聲功率200 W的條件下，分別加入不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液（60%、70%、80%、90%、100%）進(jìn)行提取，考察其對(duì)胡椒堿提取率的影響。

3）提取時(shí)間的確定。在料液比1∶30，90%乙醇，提取溫度60 ℃，超聲功率200 W的條件下，分別提取20、30、40、50、60 min，得到不同提取時(shí)間對(duì)胡椒堿提取率的影響。

4）提取溫度的確定。在料液比1∶30，90%乙醇，提取時(shí)間40 min，超聲功率為200 W的條件下，分別在不同溫度（50、60、70、80、90 ℃）下進(jìn)行提取，得到不同提取溫度對(duì)提取率的影響。

1.2.2 正交試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度4個(gè)因素設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，其因素和水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同料液比對(duì)胡椒堿提取率的影響 由圖1可知，當(dāng)料液比從1∶10變化到1∶50時(shí)，超聲波輔助提取胡椒中胡椒堿，其提取率逐漸增大，但料液比從1∶30變化到1∶50時(shí)，提取率變化不明顯。這說明胡椒堿在料液比1∶30進(jìn)行提取后大部分已經(jīng)被提取出來，繼續(xù)增大溶劑用量對(duì)提取率提高并不明顯，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)選擇1∶30的料液比較好。

2.1.2 不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)胡椒堿提取率的影響 由圖2可知，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)增大時(shí)，胡椒堿的提取率先增大后減小，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為90%時(shí)，胡椒堿的提取率達(dá)到峰值。胡椒堿易溶于乙醇，但其溶解度和乙醇體積分?jǐn)?shù)有關(guān)，在提取中，其溶出機(jī)制尚不明確，而單純地從提取率出發(fā)，選擇90%的乙醇對(duì)胡椒堿提取率較好。

2.1.3 不同提取時(shí)間對(duì)胡椒堿提取率的影響 由圖3可以看出，胡椒堿提取率隨著提取時(shí)間的增大而增大，在20～40 min提取率增大比較明顯，40 min之后提取率增大趨勢(shì)明顯減弱。在提取過程中，超聲波能夠加速胡椒堿從胡椒內(nèi)擴(kuò)散出來，也加速溶劑擴(kuò)散至胡椒粉末內(nèi)部，也就是說隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)胡椒堿會(huì)不斷地溶解到溶液中，因而隨著超聲時(shí)間的增大提取率會(huì)不斷增大。但是當(dāng)時(shí)間達(dá)到40 min后，大部分胡椒堿已溶出，繼續(xù)增加時(shí)間提取率提高也不明顯。因此，選擇40 min的提取時(shí)間比較合適。

2.1.4 不同提取溫度對(duì)胡椒堿提取率的影響 由圖4可知，提取溫度從50 ℃增大到90 ℃時(shí)，胡椒堿提取率先增大后減小，其中在70 ℃時(shí)達(dá)到最大值。這是因?yàn)樵跍囟壬叩那闆r下，胡椒堿從胡椒粉末擴(kuò)散到溶液中的速度隨溫度的升高而增大，提取率逐漸升高；當(dāng)溫度達(dá)超過70 ℃時(shí)，胡椒堿在溶液中可能會(huì)發(fā)生其他反應(yīng)，導(dǎo)致其含量下降。因此，選擇70 ℃提取溫度比較合適。

2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度4個(gè)因素設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，極差大小順序?yàn)镽D>RA>RB>RC，所以各因素對(duì)胡椒堿提取率的影響大小次序依次為提取溫度、料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間。通過均值對(duì)比可得到最佳提取工藝為A2B3C3D2，即最佳提取條件為料液比1∶30，乙醇體積分?jǐn)?shù)95%，提取時(shí)間45 min，提取溫度70 ℃。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

在最優(yōu)條件下對(duì)胡椒中的胡椒堿進(jìn)行提取并測(cè)定提取率，平行試驗(yàn)3次，得到胡椒堿的提取率為6.12%，均高于正交試驗(yàn)中各組試驗(yàn)結(jié)果，所以正交結(jié)果得到的提取條件為最優(yōu)條件。

3 小結(jié)與討論

研究得到提取胡椒堿的最佳工藝為料液比1∶30，乙醇體積分?jǐn)?shù)95%，提取時(shí)間45 min，提取溫度70 ℃，超聲功率200 W，胡椒堿的提取率達(dá)到6.12%。試驗(yàn)采用乙醇作為溶劑，主要原因是在常見的有機(jī)溶劑中乙醇的毒性相對(duì)較小，價(jià)格相對(duì)較低。胡椒堿在白胡椒中的含量達(dá)到6%以上，說明胡椒堿是胡椒的主要活性成分之一，這與文獻(xiàn)[10]報(bào)道一致。胡椒在日常中主要用作香料，也可用作中藥。在用作中藥時(shí)，主要是以整個(gè)胡椒進(jìn)行使用，因?yàn)楹泛卸喾N成分，各種成分的藥理機(jī)理尚未明了，仍需繼續(xù)探討。如果將胡椒堿從胡椒內(nèi)分離提純，將為胡椒堿的藥用機(jī)理研究提供基礎(chǔ)，也將進(jìn)一步推動(dòng)開發(fā)胡椒的藥用價(jià)值。試驗(yàn)得到的最佳工藝對(duì)胡椒堿的提取率較高，操作簡(jiǎn)單，可以應(yīng)用于胡椒堿的分離提取，為胡椒堿的規(guī)模化生產(chǎn)提供可行的方法。

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