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優化從胡椒（Piper nigrum L.）中提取胡椒堿的工藝條件，分別考察了料液比、乙醇體積分數、提取時間和提取溫度對胡椒堿提取率的影響。結果表明，胡椒堿的最佳提取工藝為料液比1∶30（g∶mL），乙醇體積分數95%，提取時間45 min，提取溫度70 ℃。在最佳條件下，胡椒堿提取率達到6.12%。該提取工藝簡單、高效，可以應用于從胡椒中提取胡椒堿。

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

中圖分類號：Q949.732.3；TQ914 文獻標識碼：A 文章編號：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，具有良好的藥用價值。胡椒含有多種活性成分[2]，如生物堿、黃酮、揮發油等，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]、抗免疫調節[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成為研究胡椒的熱點問題之一。

目前，已經有學者對提取胡椒堿進行了研究，侯文潔等[6]以甲醇做溶劑采用傳統回流法從胡椒中提取胡椒堿，并優化了提取工藝。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90%以上。超聲波技術是現代新型技術之一，在天然產物提取中被廣泛應用。研究表明，采用超聲輔助技術對胡椒的抗氧化成分進行提取得到的提取物有良好的抗氧化活性[8]。采用超聲波技術提取的活性物質總量比傳統回流法高，但總抗氧化活性的具體物質尚未確定。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在關系尚未明確。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一種更為高效的提取工藝，并為胡椒的開發利用提供更多依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：胡椒堿對照品（上海雅吉生物科技有限公司），白胡椒購自百色市右江區金三角市場。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，設置一定溫度和時間，在一定功率下進行超聲回流提取。提取結束后抽濾，濾液用容量瓶定溶為250 mL，用于高效液相色譜法進行檢測[9]。

提取率=（胡椒堿的量/胡椒樣品量）×100%

1.2.1 單因素試驗

1）料液比的確定。在70%乙醇，提取溫度為 60 ℃，提取時間為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），考察不同料液比對胡椒堿提取率的影響。

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

3）提取時間的確定。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，得到不同提取時間對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 ℃）下進行提取，得到不同提取溫度對提取率的影響。

1.2.2 正交試驗 在單因素試驗基礎上，選擇料液比、乙醇體積分數、提取時間、提取溫度4個因素設計L9（34）正交試驗，其因素和水平見表1。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 不同料液比對胡椒堿提取率的影響 由圖1可知，當料液比從1∶10變化到1∶50時，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，提取率變化不明顯。這說明胡椒堿在料液比1∶30進行提取后大部分已經被提取出來，繼續增大溶劑用量對提取率提高并不明顯，從經濟角度出發選擇1∶30的料液比較好。

2.1.2 不同乙醇體積分數對胡椒堿提取率的影響 由圖2可知，當乙醇體積分數增大時，胡椒堿的提取率先增大后減小，在乙醇體積分數為90%時，胡椒堿的提取率達到峰值。胡椒堿易溶于乙醇，但其溶解度和乙醇體積分數有關，在提取中，其溶出機制尚不明確，而單純地從提取率出發，選擇90%的乙醇對胡椒堿提取率較好。

2.1.3 不同提取時間對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明顯減弱。在提取過程中，超聲波能夠加速胡椒堿從胡椒內擴散出來，也加速溶劑擴散至胡椒粉末內部，也就是說隨著超聲時間的延長胡椒堿會不斷地溶解到溶液中，因而隨著超聲時間的增大提取率會不斷增大。但是當時間達到40 min后，大部分胡椒堿已溶出，繼續增加時間提取率提高也不明顯。因此，選擇40 min的提取時間比較合適。

2.1.4 不同提取溫度對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，胡椒堿提取率先增大后減小，其中在70 ℃時達到最大值。這是因為在溫度升高的情況下，胡椒堿從胡椒粉末擴散到溶液中的速度隨溫度的升高而增大，提取率逐漸升高；當溫度達超過70 ℃時，胡椒堿在溶液中可能會發生其他反應，導致其含量下降。因此，選擇70 ℃提取溫度比較合適。

2.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇料液比、乙醇體積分數、提取時間、提取溫度4個因素設計L9（34）正交試驗，正交試驗結果見表2。由表2可知，極差大小順序為RD>RA>RB>RC，所以各因素對胡椒堿提取率的影響大小次序依次為提取溫度、料液比、乙醇體積分數、提取時間。通過均值對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，乙醇體積分數95%，提取時間45 min，提取溫度70 ℃。

2.3 驗證試驗

在最優條件下對胡椒中的胡椒堿進行提取并測定提取率，平行試驗3次，得到胡椒堿的提取率為6.12%，均高于正交試驗中各組試驗結果，所以正交結果得到的提取條件為最優條件。

3 小結與討論

研究得到提取胡椒堿的最佳工藝為料液比1∶30，乙醇體積分數95%，提取時間45 min，提取溫度70 ℃，超聲功率200 W，胡椒堿的提取率達到6.12%。試驗采用乙醇作為溶劑，主要原因是在常見的有機溶劑中乙醇的毒性相對較小，價格相對較低。胡椒堿在白胡椒中的含量達到6%以上，說明胡椒堿是胡椒的主要活性成分之一，這與文獻[10]報道一致。胡椒在日常中主要用作香料，也可用作中藥。在用作中藥時，主要是以整個胡椒進行使用，因為胡椒含有多種成分，各種成分的藥理機理尚未明了，仍需繼續探討。如果將胡椒堿從胡椒內分離提純，將為胡椒堿的藥用機理研究提供基礎，也將進一步推動開發胡椒的藥用價值。試驗得到的最佳工藝對胡椒堿的提取率較高，操作簡單，可以應用于胡椒堿的分離提取，為胡椒堿的規模化生產提供可行的方法。

參考文獻：

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[2] 吳慶立，王圣平，馮毓秀，等.胡椒屬化學成分的研究[J].天然產物研究與開發，1998，10（1）：84-89.

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[4] LEE S A，HONG S S，HAN X H，et al. Piperine from the fruits of Piper longum with inhibitory effect on monoamine oxidase and antidepresent-like activity[J].Chen Pharm Bull，2005，53（7）：832-835.

[5] DOGRA R K，KHANNA S，SHANKER R. Immunctoxicological effects of piperine in mice[J].Toxicology，2004，196（3）：229-236.

[6] 侯文潔，張衛剛，薛文嬌.胡椒中胡椒堿的提取工藝研究[J].中國調味品，2008，33（5）：55-58.

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[10] 吳慶立，王圣平，馮毓秀，等.胡椒屬化學成分的研究[J].天然產物研究與開發，1996，10（1）：84-89.