微波輔助提取黃燈籠辣椒中辣椒堿的研究

陳淑娟，彭葉

(湖南科技職業學院 藥學院，長沙 410004)

黃燈籠辣椒，又名黃帝椒、黃辣椒，屬于茄科茄亞族辣椒屬，原產于古巴、巴西等熱帶國家，為海南特有的辣椒品種，在我國作為藥食兩用植物已有悠久歷史[1]。黃燈籠辣椒富含辣椒堿、色素、有機酸、維生素等多種營養物質，其中辣椒堿是黃燈籠辣椒中引起辛辣味的主要物質，有“軟黃金”之稱，目前已被廣泛地應用于食品、醫藥、農業、軍事等行業中[2,3]。在食品中可作為添加劑和防腐劑，也可用于辣椒醬、辣椒油等的生產；在醫藥上用于治療癌癥、鎮痛、健胃消食、戒毒等多種藥物的生產；在農業中可作為天然殺蟲劑及飼料添加劑；在軍事上用于生產催淚武器[4-6]。

目前辣椒堿的制取方法有溶劑萃取法、酶解法、超臨界CO2萃取法、超聲-微波輔助法等[7-9]。溶劑萃取法所需設備簡單、成本較低，但提取周期長、產品純度差；超臨界CO2萃取可獲得純度較高的產品，但是存在設備投資大、設備的時空產率低以及操作成本高等問題，酶解法生產成本過高，超聲-微波輔助法可以縮短提取時間，且提取率比傳統提取方法有明顯提高[10]。

隨著醫藥、食品等行業的迅速發展以及人們環保意識的提高，國內外對天然辣椒堿的需求逐年上升[11]。我國辣椒資源豐富，對黃燈籠辣椒進行深加工，可以增加農產品的附加值，同時提高廣大農民的收入，有助于解決“三農”問題，產生顯著的經濟效益和社會效益，具有廣闊的前景[12]。本研究采用微波輔助提取法對黃燈籠辣椒中辣椒堿的提取工藝進行研究，以期為黃燈籠辣椒的深加工提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

1.1.1 主要試劑

黃燈籠辣椒：市售；辣椒堿標準品：純度>98%，西安通澤生物科技有限公司；乙醇：重慶玻化試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器

MAS-II Plus型常壓微波合成/萃取反應工作站 上海新儀微波化學科技有限公司；FW177型中草藥粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；RE-52A型旋轉蒸發儀 上海科曉科學儀器有限公司；LC-100型高效液相色譜儀 上海伍豐科學儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 辣椒堿的提取

取干燥后的黃燈籠辣椒，粉碎，過60目篩，得辣椒粉末，準確稱取 20.0 g 辣椒粉末至三角瓶中，按液料比8∶1(mL/g)加入70%乙醇溶液，在微波功率500 W、60 ℃條件下提取15 min。提取完成后，過濾除渣，減壓蒸餾濃縮，真空干燥，得到辣椒堿粗品。

1.2.2 單因素試驗

選取乙醇濃度(50%,60%,70%,80%,90%)、微波功率(300,400,500,600,700,800 W)、提取溫度(40,50,60,70,80,90 ℃)、提取時間(9,12,15,18,21 min)作為單因素試驗，以提取率為評價指標考察各因素對辣椒堿效果的影響。

1.2.3 正交試驗

以乙醇濃度、微波功率、提取溫度和提取時間為正交試驗因素，以單因素試驗中提取效果最優的3組數據為水平，以期獲得最佳的辣椒堿提取工藝，試驗設計見表1。

表1 辣椒堿提取正交試驗設計Table 1 Design of orthogonal test for capsaicin extraction

1.2.4 辣椒堿的檢測

按照GB/T 21266-2007進行檢測[13]，色譜柱為：ZORBAX SB-C18柱 (250 mm×4.6 mm, 5 μm)。

標準曲線：精密稱取辣椒堿標準品，配成 200 mg/L的儲備液，稀釋為1, 20, 40, 60, 80,100,120 mg/L的工作液，進樣測定，得回歸方程：Y=221.308X+19.726，r=0.9983。

樣品的測定：取減壓蒸餾濃縮液0.1 mL，稀釋定容，0.45 μm濾膜過濾，上樣檢測，計算辣椒堿含量。

1.2.5 辣椒堿提取率的計算

辣椒堿提取率=辣椒堿質量/辣椒粉末質量。

2 結果與討論

2.1 單因素優化試驗

2.1.1 乙醇濃度對辣椒堿提取率的影響

圖1 乙醇濃度對辣椒堿提取率的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on capsaicin extraction rate

由圖1可知，當乙醇濃度在50%～70%范圍內時，辣椒堿提取率隨著乙醇濃度的增加而快速升高；乙醇濃度增加到70%后， 辣椒堿提取率隨著乙醇濃度的增加而降低。 乙醇濃度直接影響提取溶液的極性， 隨著乙醇濃度的增加，辣椒堿的提取率由于相似相溶而不斷增加，當乙醇濃度過高時，辣椒堿和乙醇羥基之間出現相互排斥作用，使辣椒堿的提取率下降。因此，選擇70%的乙醇較佳。

2.1.2 微波功率對辣椒堿提取率的影響

圖2 微波功率對辣椒堿提取率的影響Fig.2 Effect of microwave power on capsaicin extraction rate

由圖2可知，隨著微波功率的增加，辣椒堿提取率快速上升，當微波功率為600 W時，辣椒堿提取率最高，達到2.82 mg/g，而后辣椒堿提取率開始降低。這是因為微波功率過大時，局部升溫過快，容易造成辣椒堿的降解，使提取率下降。因此，選擇微波功率600 W為宜。

2.1.3 提取溫度對辣椒堿提取率的影響

圖3 提取溫度對辣椒堿提取率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature oncapsaicin extraction rate

由圖3可知，在40～70 ℃，辣椒堿提取率快速增加；70 ℃時，辣椒堿提取率達到6.02%；70～90 ℃，辣椒堿提取率緩慢下降。這是因為溫度升高，分子運動加劇，辣椒堿提取率提高，溫度過高時，辣椒堿結構被破壞，導致其提取率下降。因此，選擇提取溫度70 ℃較為適宜。

2.1.4 提取時間對辣椒堿提取率的影響

圖4 提取時間對辣椒堿提取率的影響Fig.4 Effect of extraction time on capsaicin extraction rate

由圖4可知，隨著提取時間的增加，辣椒堿的提取率呈現先增后降的趨勢，提取時間為15 min時，辣椒堿提取率達到最大，為3.18 mg/g。隨著提取時間延長，乙醇和辣椒粉充分作用，有利于辣椒堿的溶出，但是時間過長時，溫度和微波造成辣椒堿降解或氧化，從而降低提取率。綜合考慮，選擇提取時間15 min較為合適。

2.2 正交試驗設計

在2.1中單因素試驗的基礎上，以辣椒堿提取率為考核指標，采用表1的試驗設計進行正交試驗，試驗結果及方差分析見表2和表3。

表2 辣椒堿提取正交試驗結果Table 2 The results of orthogonal test for capsaicin extraction

表3 正交試驗方差分析表Table 3 The variance analysis of orthogonal experiment

由表2可知，極差R值大小為A>B>C>D，極差越大，對結果的影響也就越大，故可以看出影響辣椒堿提取率的各主次因素順序是乙醇濃度>微波功率>提取溫度>提取時間。根據K值可以得出辣椒堿的最佳提取條件為A2B1C3D3，即乙醇濃度70%、微波功率550 W、提取溫度75 ℃、提取時間18 min。

對正交試驗結果進行方差分析，FA和FB大于F臨界值，FC和FD小于F臨界值。可見因素A和因素B對辣椒堿提取的影響顯著，因素C和因素D對辣椒堿提取的影響不顯著，即乙醇濃度和微波功率是辣椒堿提取工藝中的關鍵參數。

2.3 辣椒堿提取工藝驗證

由于提取辣椒堿的最佳工藝組合未出現在正交試驗中，因此有必要對最佳工藝條件進行驗證。稱取60目辣椒粉末20.00 g，加入70%乙醇溶液，在微波功率550 W，75 ℃條件下提取18 min，過濾除渣，減壓蒸餾濃縮，取樣，檢測，計算辣椒堿提取率。經過3次驗證試驗，得到辣椒堿的提取率為(3.89±0.11)mg/g，該提取工藝穩定。

3 結論

本研究以黃燈籠辣椒為原料，采用單因素試驗和正交試驗設計，對微波輔助提取辣椒堿的工藝進行優化。得到辣椒堿最佳提取條件為乙醇濃度70%、微波功率550 W、提取溫度75 ℃、提取時間18 min，該工藝條件下辣椒堿的提取率達到3.89 mg/g，本研究為黃燈籠辣椒的綜合利用提供了一定的研究思路。

參考文獻：

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[13]GB/T 21266-2007，辣椒及辣椒制品中辣椒素類物質測定及辣度表示方法[S].