HPD大孔樹脂純化白胡椒中胡椒堿*

劉笑，侯順超，顧林

(揚州大學食品科學與工程學院，江蘇 揚州，225000)

胡椒(Piper nigrum L)，又名白川、浮椒，是胡椒科胡椒屬常綠藤本植物［1］。原產于印度，被稱為“熱帶香料之王”，西漢時期傳入我國，如今已成為我國海南的特色產業［2］。根據果實的成熟程度胡椒有黑白之分，白胡椒粒圓個大，質堅味強，呈(灰)白色，手感質地略重，氣味不及黑胡椒辛辣［3-4］。雖然白胡椒中揮發油含量及所含的化學成分低于黑胡椒，但在藥用價值和臨床應用方面，以白胡椒作用較佳［5］，尤其是驅寒除濕、健胃保肝的功效更為顯著。胡椒堿是胡椒中主要的生物活性物質，近年來倍受關注，成為保健產品開發的新資源。胡椒堿具有抗炎［6］、抑菌［7-8］、降血脂［9］、抗氧化［10］等活性，對白癜風［11］、抑郁癥［12］、心肌缺血［13］等疾病有一定療效，更有潛力被開發為新的抗癌藥物［14-16］。國內外對于胡椒堿提取方法的研究很多，主要有酸水提取法［17］、有機溶劑浸提法［18-19］、超聲波輔助法［20-21］、超臨界流體萃取法［22-23］和微波減壓蒸餾法［24-25］等，但是所得提取液多為胡椒堿粗提液，雜質較多，需要進一步純化。

大孔吸附樹脂廣泛用于黃酮類、多酚類、生物堿等活性成分的分離純化［26-28］，具有快速、高效、選擇性強、可再生等優點。目前僅有采用HPD 800、H 103大孔樹脂純化胡椒堿的報道［29-30］。本文選用HPD系列5種不同極性的大孔樹脂對白胡椒中胡椒堿提取物進行吸附解析，從中篩選出較為合適的樹脂類型進行胡椒堿的純化工藝研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白胡椒，海南儋州市;胡椒堿標準品(98%)，天津一方科技有限公司;無水乙醇(分析純)，上海蘇懿化學試劑有限公司;HPD系列大孔樹脂，河北滄州寶恩化工有限公司產品。

1.2 儀器與設備

高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司;RE-52AA旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠;SHZ-Ⅲ循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司;HL-2S恒流泵、DBS-100電腦全自動部份收集器，上海青浦滬西儀器廠;紫外分光光度計，上海欣茂儀器有限公司;KQ-200KDE型高功率數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;數顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 胡椒堿粗提液的制備［31］

稱取適量白胡椒置于50℃烘箱中恒溫干燥48 h，粉碎并過100目篩，得到白胡椒粉備用。將白胡椒粉和無水乙醇按料液比1∶20(g∶mL)加入250 mL錐形瓶中浸泡，暗處靜置1 h，超聲提取后抽濾得到濾液，即為胡椒堿提取液。

1.3.2 標準曲線的制備

準確稱取15 mg胡椒堿標品，無水乙醇定容至100 mL，分別取200、400、600、800、1 000、1 200、1 400 μL于25 mL容量瓶中，無水乙醇定容，得到濃度分別為 1.2、2.4、3.6、4.8、6.0、7.2、8.4 μg/mL 的胡椒堿醇溶液，以無水乙醇作參比，于波長342 nm處測吸光度，繪制標準曲線，如圖1所示。

圖1 胡椒堿吸光度標準曲線Fig.1 piperine absorbance standard curve

稀釋至一定倍數的提取液于波長342nm處測吸光度，根據標準曲線方程計算出胡椒堿質量濃度。

1.3.3 靜態吸附與解析

1.3.3.1 樹脂類型對胡椒堿靜態吸附-解析的影響

根據胡椒堿的理化特性和大孔樹脂的吸附性能，選用 HPD 100、HPD 400、HPD 722、HPD 750、HPD 950五種大孔樹脂進行試驗。分別稱取4 g預處理好的樹脂(濕重)置于100 mL錐形瓶中，加入1.94 mg/mL的胡椒堿原液30 mL，常溫下避光吸附12 h，測定吸附后胡椒堿溶液的質量濃度。分別向濾出的樹脂中加入30 mL pH 3的無水乙醇，30℃避光解析12 h，測定解析后溶液中胡椒堿質量濃度，計算吸附率、解析率和胡椒堿得率。

c0:胡椒堿原液的質量濃度，mg/mL;c1:吸附后胡椒堿的質量濃度，mg/mL;c2:解析后溶液中胡椒堿的質量濃度，mg/mL;m:樹脂質量，g;V:原液體積，mL。

1.3.3.2 原液質量濃度對胡椒堿靜態吸附的影響

稱取4 g預處理好的樹脂(濕重)置于100 mL錐形瓶中，分別加入30 mL質量濃度為1.5、1.9、2.2、2.6、3.0、3.4、3.8 mg/mL 的胡椒堿原液，常溫下避光吸附5 h，測定吸附后胡椒堿溶液的質量濃度，計算吸附率和吸附量。

1.3.3.3 解析液乙醇體積分數對胡椒堿靜態解析的影響

預處理好的樹脂(濕重)中加入一定量2.6 mg/mL的胡椒堿原液，常溫下避光吸附5 h，測定吸附后胡椒堿溶液的質量濃度。稱取5份4 g濾出的樹脂，分別加入30 mL pH 3體積分數為20%、40%、60%、80%、95%、100%的乙醇，30℃避光解析5 h，測定解析后溶液中胡椒堿質量濃度，計算解析率。

1.3.4 動態吸附與解析

1.3.4.1 上柱液流速對胡椒堿動態吸附的影響

選用Φ1.6 cm ×50 cm的玻璃層析柱，稱取35 g HPD 722大孔樹脂，濕法裝柱，有效柱高約25 cm。調節恒流泵，使質量濃度為2.6 mg/mL的胡椒堿原液分別以1、3、6 mL/min的流速進樣，每5 mL收集一管，測定試管中胡椒堿濃度，計算吸附率。

1.3.4.2 HPD 722樹脂動態解析胡椒堿

質量濃度為2.6 mg/mL的胡椒堿原液以3 mL/min的流速進樣，HPD 722樹脂充分吸附后，用pH 3的無水乙醇洗脫，每5或10 mL收集一管，測定試管中胡椒堿濃度，計算解析率。

2 結果與分析

2.1 靜態吸附與解析

2.1.1 樹脂類型對胡椒堿靜態吸附-解析的影響

由表1可知，HPD系列不同極性的樹脂對胡椒堿的吸附-解析效果不同。試驗中HPD 950的吸附率最高，但解析率很低，故其胡椒堿得率最低;而HPD 722、HPD 100和HPD 750的得率相對較高，這可能是由于胡椒堿屬于弱堿性物質，但又有一定的極性和親水性，有利于某些弱極性或非極性樹脂的吸附，故對這3種樹脂作進一步比較，試驗結果見圖2和圖3。

表1 不同樹脂對胡椒堿靜態吸附-解析效果的影響Table 1 Adsorption and desorption capabilities of different macroporous resins to piperine

由圖2可知，胡椒堿吸附率隨著吸附時間的延長而增大，當吸附時間超過5 h后，HPD 100和 HPD 722吸附率逐漸達到飽和，分別為52.157%和53.019%，HPD 750的吸附率在吸附3 h后達到最大值43.012%。由圖3可知，1～5h內解析率逐漸增加，此后再延長解析時間，解析率幾乎無變化。雖然HPD 750解析率高達82.155%，但其解析率最低，綜合考慮吸附率和解析率2個參數，本試驗選用HPD 722大孔樹脂對胡椒堿進行純化，且靜態解析和吸附的時間均采用5 h。

圖2 三種樹脂靜態吸附動力學曲線Fig.2 Static adsorption kinetic curves of 3 types of macroporous resins

圖3 三種樹脂靜態解析動力學曲線Fig.3 Static desorption kinetic curves of 3 types of macroporous resins

2.1.2 原液質量濃度對胡椒堿靜態吸附的影響

由圖4可知，樹脂吸附效率隨著胡椒堿原液質量濃度的增加而增大，當濃度為2.6 mg/mL時，吸附率達到最大，53.332%。此后再增加濃度，吸附率明顯降低。同樣樹脂的吸附量隨著原液濃度的增加而增大，當濃度超過2.6 mg/mL后，吸附率的增加幅度明顯減小。這可能是因為大孔樹脂吸附為物理吸附，隨著原液質量濃度的提高，樹脂吸附的雜質量也有所增加，對胡椒堿的吸附量趨于飽和甚至下降，同時還會產生多層吸附，導致樹脂微孔堵塞，降低內孔的利用度，導致吸附率降低。綜上所述，試驗選取胡椒堿原液的質量濃度為2.6 mg/mL。

圖4 胡椒堿質量濃度對靜態吸附的影響Fig.4 Effect of concentration of piperine on static adsorption

2.1.3 解析液乙醇體積分數對胡椒堿靜態解析影響

由圖5可以看出，隨著乙醇體積分數的增加，胡椒堿的解析率也顯著增加，說明乙醇濃度對解析的影響很大，這可能是因為胡椒堿易溶于乙醇，故試驗選用無水乙醇進行解析。

圖5 乙醇體積分數對靜態解析的影響Fig.5 Effect of ethanol concentration on static desorption

2.2 動態吸附與解析

2.2.1 上柱液流速對胡椒堿動態吸附的影響

由圖6可知，上柱液流速為6 mL/min時，吸附效率最低，這可能是由于流速過快，樹脂與胡椒堿分子不能充分接觸，胡椒堿直接隨著上柱液流出層析柱，從而損失較大。考慮到流速過小，吸附時間較長，故選用3 mL/min為上柱液流速。

2.2.2 HPD 722樹脂動態解析曲線

圖7為HPD 722樹脂動態解析胡椒堿曲線。由圖7可知，洗脫液中胡椒堿濃度隨著解析液體積的增加而增大，當體積達到50 mL時，胡椒堿含量達到最大值，之后逐漸減少，當體積為200 mL時，洗脫液中胡椒堿含量幾乎為0。故選用洗脫液體積200 mL。

圖7 動態解析曲線Fig.7 Dynamic desorption curves of piperine

質量濃度為2.6 mg/mL的胡椒堿原液以3 mL/min的流速上樣110 mL，HPD 722樹脂充分吸附后，用200 mL、pH 3的無水乙醇進行洗脫，重復3次平行試驗。結果顯示，吸附率53.059%，解析率69.012%，胡椒堿得率36.617%。

3 結論

本實驗對HPD系列5種型號的大孔樹脂進行篩選，選用HPD 722大孔樹脂純化胡椒堿。通過考察胡椒堿原液質量濃度、解析液乙醇體積分數及上柱液流速對靜態和動態純化效果的影響，初步確定胡椒堿的吸附-解析條件為:上柱液胡椒堿質量濃度2.6 mg/mL，流速3 mL/min，上樣體積 110 mL，HPD 722 樹脂充分吸附后，pH 3無水乙醇洗脫，洗脫液體積200 mL。此條件下，吸附率53.059%，解析率69.012%，胡椒堿得率可達36.617%。HPD 722大孔樹脂對胡椒堿有較好的純化效果，選擇性好，效率高，操作簡單且無毒害作用。

［1］ 劉杰，楊春亮，章程輝，等.胡椒堿的功能及萃取工藝研究進展［J］.農產品加工，2009(2):48-51.

［2］ 李明.我國胡椒初加工的現狀與分析［J］.廣西熱帶農業，2004(1):37-39.

［3］ 余傳隆，黃泰康，丁志遵，等.中藥辭海·第二卷［M］.北京:中國醫藥科技出版社，1993:1 317-1 320.

［4］ 張貴君，紀俊元，劉琦，等.常用中藥鑒定大全［M］.哈爾濱:黑龍江科學技術出版社，1995:572-574.

［5］ 鄭品梅，鄒綱明，李彥威.胡椒油的研究進展［J］.食品科技，2007(1):25-28.

［6］ BAI Yin-fu，XU Hong.Protective action of piperine against experimental gastric ulcer［J］.Acta Pharmacologica Sinica，2000，21(4):357-359.

［7］ 陳文學，胡月英，張偉敏，等.白胡椒抑菌活性物質提取工藝優化［J］.食品科學，2010，31(12):11-15.

［8］ 葛暢.胡椒抑菌活性物質的研究［D］.海口:海南大學，2011.

［9］ 包蘭蘭，金樁，博·格日勒圖.胡椒堿降血脂作用的實驗研究［［J］.中國民族醫藥雜志，2004(1):22-23.

［10］ 劉笑，包振偉，顧林，等.胡椒油樹脂抗氧化性及抑菌性研究［J］.安徽農業科學，2014，42(9):2 731-2 734.

［11］ 馬慧軍，朱文元，王大光，等.中藥單體胡椒堿促進表皮黑素細胞黑素合成的實驗研究［J］.臨床皮膚科雜志，2005，34(1):14-16.

［12］ 崔廣智，金樹梅.胡椒堿抗抑郁作用研究［J］.遼寧中醫藥大學學報，2010，12(7):42-43.

［13］ 于騰飛，劉屏，王東曉，等.胡椒堿對過氧化氫損傷大鼠心肌線粒體的保護作用及機制研究［J］.解放軍藥學學報，2008，24(1):7-9.

［14］ LAI Li-hua，FU Qi-hong，LIU Yang，et al.Piperine suppresses tumor growth and metastasis in vitro and in vivo in a 4T1 murine breast cancer model［J］.Acta Pharmacologica Sinica，2012(33):523-530.

［15］ Sunila E S，Kuttan G.Immunomodulatory and antitumor activity of Piper longum Linn.and piperine［J］.Journal of Ethno Pharmacology，2004，90(2/3):339-346.

［16］ 梁愛華.傳統民間藥物的腫瘤化學預防作用(15):白胡椒及胡椒堿在體內及體外致癌試驗中的抗促癌作用［J］.國際中醫中藥雜志，1998(6):34-35.

［17］ Niranjan Kanakii，Mansi Dave，Harish Padh，et al.A rapid method for isolation of piperine from the fruits of Piper nigrum Linn［J］.J Nat Med，2008(62):281-283.

［18］ 柳中，李銀聰.索氏法提取白胡椒油樹脂的工藝研究［J］.食品與發酵科技，2011，47(1):65-67，70.

［19］ 吳桂蘋，初眾，谷風林，等.不同提取方法對黑胡椒油樹脂得率及其胡椒堿含量的影響研究［J］.熱帶作物學報，2013，34(12):2 467-2 470.

［20］ 方杰，趙慶軍，孟旭.超聲提取白胡椒油樹脂的工藝研究［J］.中國食品添加劑，2008(4):57-59，63.

［21］ 林先哲，黃雪松.HPLC法測定胡椒花、幼果和成熟果實中胡椒堿的含量［J］.食品與發酵工業，2010，36(3):141-143.

［22］ 張偉晶，王立紅，費大龍.胡椒超臨界CO2萃取物中胡椒堿分離工藝的研究［J］.現代中西醫結合雜志，2010(13):71-72.

［23］ Takayuki Yamaguchi，Kazutoshi Kamezawa，Keijin Iwaya，et，al.在線超臨界流體萃取-超高效液相色譜-光電二極管檢測器聯用分析胡椒粉中的胡椒堿［J］.生命科學儀器，2011(9):29-32.

［24］ 王友志，王曉青，姚亮，等.微波提取胡椒堿的工藝研究［J］.海南師范大學學報，2011，24(3):293-296.

［25］ 周葉燕，樊亞鳴，高紹中，等.動態-微波法提取黑胡椒油樹脂的中試研究［J］.食品科技，2009，34(11):175-179.

［26］ 焦巖，王振宇.大孔樹脂純化大果沙棘果渣總黃酮的工藝研究［J］.食品科學，2010，31(16):16-20.

［27］ 賀金娜，曹棟，史蘇佳.大孔樹脂純化蘋果多酚的工藝優化［J］.食品與發酵工業，2014，40(5):135-141.

［28］ 徐麗琳，熊雪豐，何三民，等.元胡總生物堿的大孔樹脂純化工藝研究［J］.中華中醫藥學刊，2013，31(6):1 358-1 361.

［29］ 吳珍菊，林先哲，潘海亮，等.H103大孔樹脂吸附胡椒堿的性能研究［J］.食品工業科技，2011，32(8):295-297.

［30］ 柳中.胡椒香氣成分分析及胡椒堿［D］.重慶:西南大學，2011.

［31］ 包振偉，顧林，白東輝，等.響應面法優化黑胡椒油樹脂提取工藝［J］.食品科學，2013，34(14):17-21.