超臨界法萃取的黑胡椒油樹脂成分分析

周雪敏 朱科學 楊繼敏 房一明 吳桂蘋 谷風林

摘 要 在超臨界CO2萃取壓力為30 Mpa、萃取時間為3 h、萃取溫度為50℃的靜態條件下，分別萃取未做任何處理、無水乙醇處理、乙酸乙酯處理的黑胡椒原料中的油樹脂，并利用氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）對萃取得到的黑胡椒油樹脂進行成分分析，同時利用保留指數和MS對物質進行定性分析。結果顯示，在超臨界萃取條件下，未做任何前處理的黑胡椒油樹脂的香氣成分有22種，采用無水乙醇進行前處理的黑胡椒油樹脂的香氣成分有17種，采用乙酸乙酯進行前處理的黑胡椒油樹脂的香氣成分有41種。

關鍵詞 黑胡椒油樹脂 ；香氣成分 ；超臨界萃取 ；氣相色譜-質譜聯用

分類號 S573+.9 Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.02.011

Composition Profile of Black Pepper Oleoresin Obtained

by Supercritical Extraction

ZHOU Xuemin1，2） ZHU Kexue2，3） YANG Jimin2，4）

FANG Yiming2，3） WU Guiping2，3） GU Fenglin2，3）

（1 College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，

Wuhan， Hubei 430070；

2 Spice and Beverage Research Institute， CATAS， Wanning，Hainan 571533；

3 National Center of Important Tropical Crops Engineering and Technology Research，

Wanning，Hainan 571533；

4 College of Food，Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing， Heilongjiang 163319）

Abstract The operating conditions of the supercritical carbon dioxide process were 30 Mpa， 50℃and 3 h. Meanwhile， the gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） was used to analyze the composition of the oleoresin from the different pretreatments with ethanol， ethyl acetate or without pretreatment， respectively. The compounds identification of the black pepper oleoresin was based on the database and retention index for natural products. The amounts of oleoresin compounds were 22， 17 and 41 for without pretreatment， ethanol pretreatment and the ethyl acetate pretreatment.

Keywords black pepper oleoresin ； aroma components ； supercritical extraction ； GC-MS

胡椒（Piper nigrun L.）又名古月、黑川、白川，為胡椒科胡椒屬攀緣狀藤本，是著名的多年生熱帶作物，在中國福建、廣東、海南、廣西、云南等均有種植[1]。胡椒主要含有胡椒堿（Piperine）、胡椒脂堿（Chavicine）、胡椒新堿（Piperanine）及揮發油成分（如水芹烯、石竹烯、β-蒎烯、蒈烯、胡椒烯、α-水茴香萜、檸檬萜、芳樟醇、胡椒醛等），因而具有強烈的芳香和刺激性辣味，是當今人們喜愛的一種香辛料[2]。近年來的研究表明，胡椒在鎮痛、鎮靜、抗炎、抗驚厥、殺蟲、抗癌等多方面存在活性[3]。胡椒精油和胡椒油樹脂是胡椒的主要深加工產品。胡椒油樹脂具有抗腐蝕、抗氧化的作用，是食品行業重要的添加劑[4]。

黑胡椒油樹脂的提取目前大多以溶劑提取為主，以超聲波和微波為輔。其中，溶劑提取法雖然處理量大，但是存在著溶劑用量大、提取時間長、有效成分受破壞及有機溶劑殘留等缺點。超臨界CO2萃取通常在低溫下進行，可以有效地防止熱敏性成份的氧化和逸散；CO2常態下是氣體，無毒，萃取成分分離后易脫除，完全沒有溶劑殘留，有效地解決了傳統提取方法的溶劑殘留問題及產品香氣品質低等問題[5-7]。超臨界CO2在提取天然產物中的精油和油樹脂等方面逐漸成為一種有效并廣泛使用的技術。超臨界已被看作可以代替傳統的溶劑提取和分子蒸餾等技術，成為有效的提取方法[8]。陳建華等[9]采用超臨界CO2對黑胡椒油樹脂的提取工藝進行了研究，并以油樹脂得率和胡椒堿回收率為指標對提取工藝進行優化。Dutta等[10]采用酶輔助超臨界提取黑胡椒油樹脂，分別考察了溫度、壓力、時間和酶用量對油樹脂得率、胡椒堿含量和樹脂抗氧化性的影響。Kapoor等[11]采用索氏提取法得到胡椒油樹脂，并采用GC-MS對其成分進行分析。王勇等[12]對超臨界萃取的黑胡椒萃取物進行GC-MS分析，鑒定得到的組分中含有胡椒堿。

胡椒的化學成分分析大多集中在對胡椒精油的分析。邱麗麗等[13]采用水蒸汽蒸餾和頂空進樣法對白胡椒的揮發性成分進行GC-MS分析；鄭炯等[14]對白胡椒揮發油成分進行GC-MS分析。而對黑胡椒油樹脂的研究大多集中在對油樹脂的提取工藝上，關于油樹脂成分分析方面的研究較少。此外，對于超臨界CO2提取多采用夾帶劑動態提取法，關于先對樣品進行預處理，進而采用超臨界靜態法提取黑胡椒油樹脂的研究較少。因此，本研究選擇采用超臨界CO2靜態法提取黑胡椒油樹脂，對樣品進行溶劑浸濕的預處理，測定油樹脂得率及樹脂中的胡椒堿含量，并通過GC-MS對黑胡椒油樹脂中的香氣成分進行分析，為進一步開發利用黑胡椒油樹脂提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 黑胡椒原料

由中國熱帶農業科學院香料飲料研究所提供。

1.1.2 試劑

無水乙醇（分析純）（上海振興化工一廠）；乙酸乙酯（分析純）（上海振興化工一廠）；正己烷（色譜純）（德國默克公司）；甲醇（色譜純）（瑞典歐森巴克環境化學公司）；無水硫酸鈉（分析純）（上海振興化工一廠）。

1.1.3 儀器與設備

DZF-6050 真空干燥箱（上海博訊實業有限公司醫療設備廠）；物料粉碎機（上海比朗儀器有限公司）；電子天平（賽多利斯科學儀器有限公司）；旋轉蒸發儀（廣州儀科科技公司）；超臨界CO2萃取設備（美國Applied Separations公司）；SCION TQ串聯氣質聯用系統（德國布魯克科技有限公司）；安捷倫1260高效液相色譜儀（美國安捷倫科技公司）。

1.2 方法

1.2.1 黑胡椒油樹脂的制備

參照Dutta等[10]的方法。取黑胡椒粒粉碎，過60目篩，準確稱取100.0 g，裝入具超臨界CO2萃取裝置的萃取釜中，在萃取壓力為30 Mpa、時間為3 h、溫度為50℃的條件下制備得到黑胡椒油樹脂S1；取黑胡椒粉碎，過60目篩，準確稱取100.0 g，加入10 mL 無水乙醇浸濕24 h，裝入具超臨界CO2萃取裝置的萃取釜中，在萃取壓力為30 Mpa、時間為3 h、溫度為50℃的條件下制備得到黑胡椒油樹脂S2；另準確稱取100.0 g黑胡椒粉，加入10 mL的乙酸乙酯浸濕24 h，同以上方法提取得到黑胡椒油樹脂S3。

1.2.2 胡椒堿含量的測定

黑胡椒油樹脂中胡椒堿含量參照GB/T 17528-2009方法測定，并稍作修改。采用高效液相色譜儀檢測，色譜柱為反相C18柱（250×4.6 mm×5 μm），流動相為體積比77∶23的甲醇和水溶液，流速為1.0 mL/min，柱溫為30℃，檢測波長為343 nm，進樣量為10 μL，利用外標法進行定量分析。

1.2.3 氣質分析方法

氣相色譜條件：色譜柱BR-5ms 30meter，0.25 mmID，0.25 μm df；載氣為高純氦氣；載氣流速為1.0 mL/min，進樣口溫度為230℃，進樣量為1 μL，分流比為1∶30。升溫程序：60℃保持0 min，以3℃/min 升溫到300℃，保持3 min，溶劑延遲5 min。

質譜條件：離子源EI，電離能量為70 eV，離子源溫度為280℃，傳輸線溫度為250℃。全掃描：質荷比40～400。正構烷烴進樣方法與樣品的進樣方法一樣。

2 結果與分析

2.1 黑胡椒油樹脂得率與胡椒堿含量比較

超臨界提取條件下獲得的3種黑胡椒油樹脂得率分別如下：S1為0.46%，S2為0.61%，S3為0.78%。3種黑胡椒油樹脂中胡椒堿的含量分別如下：S1為22.60%，S2為53.00%，S3為25.73%（圖1）。Dutta等[10]采用超臨界靜態法提取得到的黑胡椒油樹脂得率為0.7%左右，與本研究中得到的結果接近，但是低于夾帶劑連續法提取的得率，可能是由于夾帶劑在提取過程中的持續加入，使物質更多地溶解到流體中。

2.2 黑胡椒油樹脂成分分析

對采用超臨界法提取得到的3種黑胡椒油樹脂樣品進行GC-MS分析，總離子圖見圖2。通過NIST質譜譜庫計算機檢索，并利用保留指數進行定性分析，結果見表1。

由圖2可知，超臨界CO2提取得到的3種不同黑胡椒油樹脂的香氣成分基本相同，但所占含量百分比不同。由此可知，3種不同的處理方式對香氣成分的溶解有所影響。

由表1可知，超臨界提取的3種黑胡椒油樹脂中，共鑒定出48種香氣物質。其中，超臨界提取得到的黑胡椒油樹脂S1中，共鑒定出了22種香氣成分，主要的化合物為柑橘檸烯（3.89%）、α-蒎烯（6.53%）、3-蒈烯（3.15%）、石竹烯（53.70%）、β-欖香烯（1.41%）、葎草烯（3.05%）、胡椒堿（6.61%）等；在超臨界提取的油樹脂S2中，鑒定得到的香氣成分共17種，主要的化合物有柑橘檸烯（8.45%）、芳樟醇（2.19%）、β-倍半水芹烯（47.80%）、α-蓽澄茄油烯（1.75%）、胡椒堿（26.34%）；油樹脂S3中共鑒定出了41種化合物，主要的化合物有β-蒎烯（4.81%）、δ-欖香烯（11.00%）、γ-欖香烯（1.48%）、β-欖香烯（57.70%）、順式-β-金合歡烯（3.26%）、β-甜沒藥烯（2.20%）、桉油烯醇（1.61%）、胡椒堿（11.09%）。

3 討論

油樹脂是采用適當方法從粉碎的香辛料中提取出的粘稠、顏色略深、含有精油的樹脂性產品，香辛料中幾乎全部香氣和呈味成分都能被提取出來，其中除精油外，還含有非揮發性的辛辣成分、脂肪、色素和其它能溶解于溶劑中的物質，這些物質能代表香辛料中的有效成分，其香氣和口味較精油平衡、完整、飽滿[15]。黑胡椒油樹脂中除了含有香氣物質外，還含有吡咯烷類酰胺類生物堿——胡椒堿。

王勇等[12]從超臨界提取得到的胡椒萃取物中分離鑒定得到24種成分。本研究中，通過對胡椒原料進行不同的預處理，得到3種黑胡椒油樹脂S1、S2和S3，從中共分離鑒定得到48種化合物，并且鑒定得到了黑胡椒油樹脂中的特征物質——胡椒堿。柳中等[4]采用不同方法提取海南黑、白胡椒的油樹脂，經GC-MS分析得到的主要香氣成分為石竹烯、α-石竹烯、D-檸檬烯、6，6-二甲基-2-亞甲基雙環庚烷等。超臨界CO2萃取法能最大程度地保留胡椒中的有效成分，提取得到的黑胡椒油樹脂不僅含有胡椒精油中的香氣成分，還含有胡椒中的特征性辣味成分——胡椒堿。因此，本研究采用超臨界CO2萃取法得到的黑胡椒油樹脂香氣濃郁，風味完整，可代替傳統提取方法用于黑胡椒油樹脂的提取，為黑胡椒油樹脂的利用提供一定的理論基礎。

參考文獻

[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，2009，163（2）：48-51.

[2] 仝其根，黃少婷，周 敏. 提取分離胡椒油及胡椒堿的研究[J]. 農產品加工（學刊），2008（7）：219-221+259.

[3] 韋 琨，竇德強，裴玉萍，等. 胡椒的化學成分、藥理作用及與卡瓦胡椒的對比[J]. 中國中藥雜志，2002，27（5）：328-333.

[4] 柳 中，闞建全，李銀聰，等. 不同方法提取的海南黑、白胡椒香氣物質GC-MS比較分析[J]. 食品工業科技，2012，33（2）：175-179.