胡椒總多酚的提取及其抗氧化活性研究

吳桂蘋，黃菲菲，李恒，谷風林，朱紅英

（1中國熱帶農業科學院香料飲料研究所，海南萬寧571533；2國家重要熱帶作物工程技術研究中心，海南萬寧571533；3農業部香辛飲料作物遺傳資源利用重點實驗室，海南萬寧571533；4華中農業大學食品科學技術學院，湖北武漢430070）

胡椒總多酚的提取及其抗氧化活性研究

吳桂蘋1,2,3，黃菲菲1,4，李恒1,2,3，谷風林1,2,3，朱紅英1,2,3

（1中國熱帶農業科學院香料飲料研究所，海南萬寧571533；2國家重要熱帶作物工程技術研究中心，海南萬寧571533；3農業部香辛飲料作物遺傳資源利用重點實驗室，海南萬寧571533；4華中農業大學食品科學技術學院，湖北武漢430070）

明確總多酚在胡椒果上的分布與抗氧化活性，建立胡椒總多酚的提取和分析方法，為胡椒總多酚的進一步研究奠定基礎。以黑胡椒果實為主要原料，通過單因素和正交實驗，分析乙醇濃度、提取時間、料液比、提取溫度等4個因素對胡椒總多酚提取率的影響。以沒食子酸作為標準物質，利用福林酚比色法測定黑胡椒提取液中總多酚含量。分析測定胡椒果皮、種子和果梗中總多酚含量。以維生素C作對比，清除DPPH自由基的半抑制濃度(IC50)作為評價抗氧化活性指標，分析總多酚含量與IC50的相關性。結果表明：胡椒總多酚的最佳提取條件為55%乙醇濃度、提取時間4 h、料液比1:30(g/mL)、提取溫度90℃，黑胡椒總多酚含量為6.556 mg/g。總多酚類物質在胡椒果梗中含量最高，為12.208 mg/g，其次為果皮(12.105 mg/g)，種子最低(2.891 mg/g)。胡椒總多酚含量與IC50值呈顯著負相關(P＜0.05)。胡椒總多酚相對維生素C具有更高的清除DPPH自由基能力。總多酚是胡椒的重要抗氧化活性成分，胡椒果梗和果皮可以作為一種良好的天然抗氧化劑物質來源。

胡椒；總多酚；提取；抗氧化活性；DPPH

0 引言

胡椒(Piper nigrum L.)，胡椒科(Piperaceae)胡椒屬(Piper)多年生常綠藤本植物，原產于印度，是世界重要的熱帶香辛料作物，亦是人們喜愛的調味品，在醫學工業和食品工業都有廣泛用途。中國胡椒種植面積超過3萬hm2，年總產量超過3萬t，面積和產量分別居世界的第6位和第5位。海南省是中國胡椒的主產區，種植面積和產量均占全國的90%以上[1]。在國際貿易上以黑胡椒產品為主，而中國以白胡椒產品為主，因其耐貯藏，相對黑胡椒不易受微生物污染[2]，且在烹調過程中不影響色澤，因此深受海南人民的喜愛。但黑胡椒的抗氧化活性顯著高于白胡椒產品[3]，這與胡椒果皮的存在和胡椒果實的加工工藝密切相關，胡椒果皮中存在多酚類物質[4]。近年來，國內外對植物中的多酚類物質的提取、測定及其抗氧化活性有大量的研究報道[5-10]，多以乙醇為提取溶劑，福林酚比色法測定總多酚含量[11-12]，以清除DPPH自由基的能力來評價抗氧化活性。但胡椒總多酚的研究相對較少，國外主要集中在體外抗氧化活性的研究[13-15]，國內，張水平等[3]研究報道了胡椒葉中總多酚含量及其抗氧化活性高于胡椒果，但沒有用IC50來評價其抗氧化活性，吳桂蘋等[16]研究報道了不同成熟度胡椒果實中總多酚含量，其提取和分析測定方法均參考國家標準GB/T 8313—2008《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》的方法提取和檢測。楊繼敏等[17]研究報道了熱風干燥、冷凍干燥所得果梗中總多酚含量，但未對其抗氧化活性進行評價。由于研究作物不同，使用同一提取、分析方法必然會增大其物質含量的不確定度。目前，尚未見胡椒多酚類物質提取優化的研究報道。因此，在前人的研究基礎上，采用不同濃度的乙醇作為提取溶劑，對海南黑胡椒果實中總多酚進行提取優化和含量測定，并對胡椒果皮、種子和果梗中的多酚類物質進行分析測定。研究了不同濃度提取物清除DPPH自由基的生物活性，通過IC50，并與維生素C作為對比，評價其抗氧化活性。旨在確定胡椒總多酚類物質的最佳提取工藝條件，明確胡椒總多酚在胡椒果皮、種子以及果梗中的含量分布情況，為進一步研究胡椒總多酚的組成奠定基礎，同時為合理開發利用胡椒初加工中的廢棄物提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料試驗用印尼大葉種胡椒由海南省萬寧市興隆熱帶植物園提供，采收當天挑選果型完好、無病蟲害和機械損傷的果穗，果實色澤一致，均為綠色，攤放在清潔的地面上日曬干燥至水分含量＜12%。同時用真空冷凍干燥機對胡椒鮮果進行冷凍干燥，干燥后用密封袋密封于-40℃冰箱保存，待測。

實驗于2015年8月—2016年5月在中國熱帶農業科學院香料飲料研究所綜合實驗樓完成。

1.1.2 試劑無水乙醇（分析純），碳酸鈉（分析純），沒食子酸（色譜純，純度≥98%），福林酚試劑（Sigam公司），維生素C（色譜純，純度≥98%），DPPH（Sigam公司）。1.1.3設備QE-300 g高速萬能粉碎機（浙江屹立工貿有限公司）；MS3 basic漩渦混合器（廣州IKA科技有限公司）；Z36HK全能臺式高速冷凍離心機（德國Hermle公司）；JDG-0.2真空冷凍干燥機（蘭州科近真空凍干技術有限公司）；U1700紫外-可見光分光光度計（德國耶拿分析儀器股份公司）；DK-8D恒溫水浴鍋（上海博迅實業有限公司醫療設備廠）。

1.2 實驗方法

1.2.1 單因素實驗

（1）提取溶劑濃度。設定料液比為1:20(g/mL)、提取時間為1.0 h，提取溫度為60℃，分別用15%、35%、55%、75%、95%的乙醇水溶液提取。

（2）提取溫度。設定乙醇濃度為55%、料液比為1:20(g/mL)、提取時間為1.0 h，分別于40、50、60、70、80、90、100℃提取胡椒總多酚。

（3）提取時間。設定乙醇濃度為55%、提取溫度為60℃、料液比為1:20(g/mL)，提取時間分別為1.0、2.0、3.0、4.0 h。

（4）料液比。設定乙醇濃度為55%、提取時間為1.0 h、提取溫度為60℃，料液比分別為1:10、1:15、1:20、1:25、1:30(g/mL)。

以上均平行3次，提取中均使用帶螺旋蓋的離心管，防止提取過程爆沸和溶劑損失。提取結束后于25℃8000 r/min離心15 min，收集上清液，并定容至25 mL棕色容量瓶中，測定總多酚含量。

1.2.2 試驗結果分析根據單因素試驗與分析結果，選擇4因素3水平構建正交設計表。

1.2.3 總多酚含量測定參考江麗芳[18]的方法測定，略有修改。即0.5 mL胡椒提取物加入到25 mL棕色容量瓶中，然后加入2 mL 10%福林酚試劑，混勻后加入3 mL 10%Na2CO3溶液，充分混合，用超純水定容至25 mL容量瓶中。室溫下避光反應40 min，測定其溶液在760 nm處的吸光值。總多酚的含量表示為每克胡椒樣品中含有的沒食子酸當量毫克數(mgGAE/g)。重復3次測定。標準曲線為y=0.1625x+0.0566，R2=0.9963。總多酚含量的計算見公式(1)：

總多酚含量(mg/g)=(C×25×50)/(1000×W)……(1)

其中C為待測液在容量瓶中的總多酚含量(μg/g)，25為測定時定容的體積(mL)，50為提取液最終折算的稀釋倍數，W為樣品質量(g)。

總多酚含量亦為提取量，即從胡椒樣品中提取總多酚的含量，單位同上。

1.2.4 清除DPPH自由基能力的測定參考Suchandra等[14]的方法測定，略有修改。先將胡椒多酚提取物用55%乙醇配制成不同濃度的待測液，再將2 mL 0.2 mmol/L DPPH乙醇溶液加入到1.0 mL胡椒提取液中，充分混合，室溫下在暗處靜置30 min。以無水乙醇調零，用2 mL 0.2 mmol/L DPPH和1 mL無水乙醇溶液作為溶劑空白，同時做樣品空白，即用無水乙醇代替0.2 mmol/L DPPH，其余同樣品測定，30 min后測定517 nm處的吸光值。每個樣品平行測定3次，取平均值計算樣品對DPPH自由基的清除率，見計算公式(2)。

DPPH清除率=[1-(A樣品-A樣品空白)/A溶劑空白]×100%………………………………………………………(2)

依據公式計算得到的清除率，用SPSS 17.0軟件計算得到樣品的IC50值，即DPPH自由基清除率為50%時所需樣品的濃度。

1.3 數據分析

試驗數據用Excel和SPSS 17.0統計分析軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 乙醇濃度對胡椒總多酚提取效果的影響

乙醇濃度對胡椒總多酚提取效果的影響結果如圖1所示。結果表明，隨著乙醇濃度的升高，總多酚含量呈上升的變化規律，當乙醇濃度達到55%時，總多酚含量最高，當乙醇濃度繼續增加，總多酚含量在逐漸降低，因此，選擇55%乙醇為提取溶劑。

圖1 乙醇濃度對胡椒總多酚提取的影響

2.2 浸提時間對胡椒總多酚提取效果的影響

圖2 提取時間對胡椒總多酚提取的影響

提取時間對胡椒總多酚提取效果的影響結果如圖2所示。結果表明，隨著提取時間的升高，胡椒總多酚的含量呈上升的變化規律，但當提取3 h后，總多酚含量下降，這與多酚類化合物的性質有關，在一定溫度條件下多酚類化合物容易分解，因此，選擇提取3 h為宜。

2.3 料液比對胡椒總多酚提取效果的影響

料液比對胡椒總多酚提取效果的影響結果如圖3所示。結果表明，隨著料液比的增加，胡椒總多酚的含量呈上升的變化規律，但當料液比增加到1:25后，總多酚含量有所下降。溶劑量的增加，在一定程度上有利于目標化合物的溶出，但同時也會使其他物質溶出。因此，選擇料液比為1:20、1:25、1:30作為正交實驗中料液比的3個水平。

2.4 提取溫度對胡椒總多酚提取效果的影響

提取溫度對胡椒總多酚提取效果的影響結果如圖4所示。結果表明，隨著提取溫度的升高，胡椒總多酚含量逐漸增加。在70～90℃，總多酚提取量增長較快，提取溫度為90℃時總多酚含量最高，當溫度上升到100℃時，總多酚含量減少，而提取溫度為80、100℃時，其總多酚含量無顯著性差異，且在實際提取過程中，100℃高溫易使提取溶劑沸騰，致使溶劑損失，因此選擇70、80、90℃作為正交實驗中提取溫度的3個水平。

圖3 料液比對胡椒總多酚提取效果的影響結果

圖4 提取溫度對胡椒總多酚提取效果的影響結果

2.5 正交實驗結果

在單因素實驗基礎上，采用L9(43)正交試驗設計進行乙醇濃度、提取時間、料液比和提取溫度的正交實驗，結果如表1所示。

表1 胡椒總多酚提取正交實驗設計與結果

表1極差分析顯示，影響胡椒總多酚提取效果的因素依次為提取溫度＞乙醇濃度＞提取時間＞料液比，綜合實驗結果得出胡椒總多酚的最佳提取工藝組合為A2B3C3D3，即乙醇濃度為55%、提取時間4 h、料液比1:30(g/mL)、提取溫度90℃。

從表2的方差分析結果可知，影響因素中可以看出各個因素對胡椒總多酚得率均有顯著的影響，其主次關系是：料液比＞提取時間＞乙醇濃度＞提取溫度。同時通過計算邊際估算均值，結果如表3所示，得到最佳組合為A2B3C3D3，這與正交實驗優化出的最佳工藝相符。

在最佳工藝條件下進行6次平行實驗，胡椒總多酚含量平均值為(6.556±0.022)mg/g。

2.6 胡椒總多酚提取物的抗氧化活性評價

由于抗氧化劑濃度較高時，其濃度與DPPH自由基清除率不呈線性關系，僅通過比較清除率大小不能很好地表示抗氧化劑的活性，更不能比較不同抗氧化劑的活性，因此，選用IC50值作為抗氧化劑清除自由基能力的測定指標。IC50值越小，其清除DPPH自由基的能力越強[19]。將最佳工藝提取出的黑胡椒果實中總多酚提取物用55%乙醇配制成等不同濃度的待測液，測定其DPPH自由基的清除率，以DPPH清除率為縱坐標，提取液濃度為橫坐標作圖，見圖5。

續表1

實驗號A.乙醇濃度/%B.提取時間/hC.料液比/(g/mL)D.提取溫度/℃總多酚提取量，沒食子酸當量/(mg/g) k2 k3 R 5.943 5.654 0.553 5.616 5.947 0.524 5.497 5.980 0.483 5.470 6.250 0.984

表2 方差分析與顯著性檢驗

表3 因素水平對胡椒總多酚提取的影響

從圖5可以看出，胡椒總多酚對DPPH自由基的清除率在15%～70%范圍內，清除率與濃度呈良好的線性關系。通過SPSS軟件計算其IC50為0.059 μg/mL。

胡椒果實為穗狀花序（如圖6所示），果粒只有在完全成熟時才從果穗上自然脫落，在實際生產中常在胡椒果實完全成熟前15～30天采收。因此，為充分明確胡椒果實中總多酚的大概含量分布情況，將整串胡椒鮮果冷凍干燥后，分別對胡椒果皮、種子、果梗進行總多酚類物質的提取，測定其DPPH自由基清除率，并通過SPSS軟件計算IC50，結果如圖7～9所示。同時比較了維生素C對DPPH自由基的清除率，結果如圖10所示。

圖5 黑胡椒果實總多酚提取液與DPPH自由基清除率的線性關系

圖6 胡椒鮮果

從圖11可以看出，維生素C的IC50值遠遠高于胡椒提取物，約是其值的100倍。而IC50值越小，其清除DPPH自由基的能力越強[19]。這說明，胡椒提取物清除DPPH自由基的能力顯著高于維生素C。胡椒不同部位的提取物對DPPH自由基清除率大小依次為：胡椒果梗＞胡椒果皮＞黑胡椒果實＞胡椒種子。

2.7 胡椒總多酚含量與IC50值得相關性分析

經Pearson檢驗，胡椒總多酚提取物的IC50值與其總多酚含量之間有顯著的負相關性(P＜0.05)，Pearson相關系數為-0.942。這說明胡椒總多酚提取物是使胡椒具有強抗氧化活性的物質基礎。

3 討論與結論

本試驗確定了胡椒中總多酚類物質的最佳提取方法，在此條件下胡椒總多酚提取量可達到(6.556± 0.022)mg/g。其結果相對張水平等[3]的研究報道略高，其黑胡椒果實中總多酚含量為6.0 mgGAE/(g·DW)，這可能與提取溶劑和方法有關，吳建華等[20]采用分級提取法，先用水提取，再用丙酮提取，提取過程中可能存在多酚類物質的損失。在提取溶劑選擇方面，多選用乙醇作為溶劑提取多酚類物質。而不同植物總多酚的分布及結合方式的不同，必然會造成提取條件和結果的差異。如林建城等[21]研究了枇杷果皮多酚的最佳提取工藝，在浸提溫度為80℃，乙醇體積分數為50%，料液比為1:10(g:mL)，浸提時間90 min，連續浸提2次，多酚得率可達34.76 mg/g.DW，張素斌等[22]研究了田基黃多酚的提取，結果表明，料液比為1:30、乙醇濃度30%、60℃提取30 min，田基黃多酚含量可達到2.8%。國外，Aftab等[15]采用索氏抽提法胡椒果實進行指紋圖譜研究，經過甲醇回流提取6 h，其總多酚含量為1.728 mg/g，遠低于本試驗中黑胡椒果實中總多酚的含量，這可能不僅與提取方式和條件有關，還與胡椒品種、種植區域等密切相關。在本研究的單因素試驗中，發現不同水平下的胡椒總多酚提取量存在顯著性差異，特別是在溶劑濃度的選擇上，使用55%乙醇提取的胡椒總多酚提取量是95%乙醇提取量的2倍以上，而在40～100℃不同溫度范圍內，胡椒總多酚提取量從3.430 mg/g逐漸增加到5.589 mg/g再下降到5.122 mg/g。溫度越高，提取量相對越大，本試驗中均采用帶螺旋蓋離心管提取，提取過程中盡量避光，減少了提取過程中客觀因素的影響。但溫度太高如100℃易使溶劑沸騰，對容器會造成不同程度的影響，進而影響了提取量和試驗的可重復性，且總多酚在高溫下亦會發生化學反應，這也是大多數植物采用70℃左右溫度提取的原因。經過正交試驗優化，各因素間存在交互作用，并進一步驗證，胡椒總多酚提取量可達到(6.556±0.022)mg/g，但其物質組成及化學結構仍需深入研究。

圖7 胡椒果皮總多酚提取液與DPPH自由基清除率的線性關系

圖8 胡椒種子總多酚提取液與DPPH自由基清除率的線性關系

圖9 胡椒果梗總多酚提取液與DPPH自由基清除率的線性關系

圖10 維生素C與DPPH自由基清除率的線性關系

圖11 維生素C和胡椒總多酚提取物對DPPH自由基的清除能力

海南98%以上種植的胡椒加工為白胡椒產品，但白胡椒在加工過程中果皮和果梗往往廢棄，不僅污染環境，而且勞動強度大。因此，本試驗對采收后的整穗胡椒進行真空冷凍干燥，使其水分含量降至10%以下，再通過手工分離，對胡椒果皮、種子和果梗中總多酚進行提取分析，發現總多酚在胡椒果梗中含量最高，為12.208 mg/g，其次為果皮(12.105 mg/g)，種子最低(2.891 mg/g)，而果梗和果皮約占胡椒果穗的1/4以上。葛暢等[4]亦通過重氮化、鹽酸-鎂粉實驗證明了胡椒鮮果果皮中酚類、黃酮類物質的存在，但含量多少尚未分析確定。同時，對胡椒提取物清除DPPH自由基的能力進行了評價，以IC50值作為評價指標，并與維生素C作為對比。研究發現，胡椒果梗、果皮、種子以及黑胡椒果實的總多酚提取物的抗氧化能力均顯著強于維生素C。在后期的研究工作中，將對胡椒總多酚的具體物質組成及其結構進一步研究鑒定。本試驗的研究結果不僅說明了胡椒總多酚提取物是使胡椒具有強抗氧化活性的物質基礎，而且在一定程度上表明了黑胡椒色澤的形成與其果皮中多酚類物質的氧化密切相關，其氧化后仍具有較強的抗氧化活性。這些廢棄的原料如能充分加以利用，開發出具有強抗氧化活性的產品，可提高胡椒產品的附加值，擴大胡椒資源的綜合利用率，極大推進胡椒產業的可持續發展。

試驗研究結果表明，胡椒總多酚的最佳提取條件為：提取溶劑為55%的乙醇水溶液、提取時間4 h、料液比為1:30、提取溫度90℃，黑胡椒中總多酚的含量為6.556 mg/g，鮮果果皮、種子、果梗中總多酚的含量分別為12.105、2.891、12.208 mg/g。黑胡椒總多酚提取物及果皮、種子、果梗總多酚提取物清除DPPH自由基的IC50值分別為0.059、0.039、0.121、0.0226 μg/mL，其抗氧化活性遠遠高于維生素C。經Pearson檢驗，胡椒總多酚提取物的IC50值與總多酚含量存在顯著的負相關性(P＜0.05)，Pearson相關系數為-0.942。胡椒總多酚是胡椒抗氧化活性的重要組成成分之一，胡椒果梗和果皮可以作為一種良好的天然抗氧化劑物質來源。

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Extraction and Antioxidant Activity of Total Polyphenol from Black Pepper(Piper nigrum L.)

Wu Guiping1,2,3,Huang Feifei1,4,Li Heng1,2,3,GuFenglin1,2,3,Zhu Hongying1,2,3
(1Spice and Beverage Research Institute,CATAS,Wanning 571533,Hainan,China；2National Center of Important Tropical Crops Engineering and Technology Research,Wanning 571533,Hainan,China；3Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage Crops,Ministry of Agriculture,Wanning 571533,Hainan, China；4College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,Hubei,China)

The extraction and analysis method of total polyphenol from black pepper(Piper nigrum L.)was established to explore the distribution in black pepper fruit and antioxidant activity of total polyphenol,which would contribute to further study on total polyphenol in black pepper.Taking black pepper fruit as the main raw material,through single factor and orthogonal experiments,the influence of ethanol concentration, extraction time,solid-liquid ratio,extraction temperature on pepper total polyphenol extraction yield was analyzed.The total polyphenol content in extract of black pepper was analyzed using Folin-Ciocalteu colorimetry with gallic acid as standard.The total polyphenol content in pepper peel,seed and stem was alsomeasured.The antioxidant potential of the total polyphenol extract from black pepper was evaluated for their ability to scavenge 1,1’-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH)free radical,and half maximal inhibitory concentration(IC50)was calculated as antioxidant activity evaluation index.The results showed that the optimal condition for total polyphenol extraction was ethanol of 55%,solid-liquid ratio of 1:30(g/mL),temperature of 90℃and time of 4 h,respectively.The total polyphenol content in black pepper was 6.556 mg/g.The highest content of total polyphenol(12.208 mg/g)was detected in black pepper stem,followed by peel(12.105 mg/g), while the lowest was in seed(2.891 mg/g).The total polyphenol content in black pepper was significantly and negatively correlated with IC50value(P＜0.05).Compared with vitamin C,the total polyphenol extract from black pepper had more powerful free radical scavenging capacity.Total polyphenol might be the main component contributing to antioxidant activity of pepper.Peel and stem of black pepper could be used as good source of natural antioxidant.

Black Pepper；Total Polyphenol；Extraction；Antioxidant Activity；DPPH

TS201.2

A論文編號：cjas16070007

國家基金委國家自然科學基金面上項目“黑胡椒制備中褐變與風味品質形成機理研究”(31471674)。

吳桂蘋，女，1981年出生，湖北松滋人，助理研究員，碩士，研究方向為農產品加工與食品化學。學術成就：發表論文6篇，獲得發明專利2項，實用新型專利3項。通信地址：571533海南省萬寧市興隆華僑農場興隆熱帶植物園中國熱帶農業科學院香料飲料研究所，Tel：0898-62556090，E-mail：guiping81@163.com。

朱紅英，女，1973年出生，海南儋州人，副研究員，本科，研究方向為農產品加工與食品機械。學術成就：發表論文3篇，獲得發明專利2項，實用新型專利5項。通信地址：571533海南省萬寧市興隆華僑農場興隆熱帶植物園中國熱帶農業科學院香料飲料研究所，Tel：0898-62556090，E-mail：zhhy-2004@163.com。

2016-07-08，

2016-09-18。