大孔樹脂法純化辣椒堿的工藝研究

朱 華，王海翔，任旭桐，王歲樓

（中國藥科大學工學院，江蘇南京 211198）

辣椒堿別稱辣椒素，是一類可以從茄科植物辣椒果實里提取分離的香草酰胺類生天然生物堿，成熟辣椒果實中的胚座組織中辣椒堿含量最多，還有一小部分存在于果皮和種子之中[1]。辣椒堿類化合物屬于香草酸的同源同系物，其同系物目前有20多種被發現，絕大部分為辣椒堿和二氫辣椒堿（大約占同系物總量90%以上），其余一些極少量同系物分別為降二氫辣椒堿、高辣椒堿、高二氫辣椒堿Ⅰ、高二氫辣椒堿Ⅱ、壬酰香莢蘭胺、辛酰香莢蘭胺和癸酰香莢蘭胺[2-4]。

研究表明，辣椒堿具有長效鎮痛、抗菌消炎、促進食欲、改善消化等藥理作用，對帶狀瘡疹后神經痛、牛皮癬、皮膚搔癢癥、糖尿病性神經痛等癥狀均具有明顯的治療效果[5-7]，還可廣泛用于食品工業、軍事彈藥、有害生物防治等領域[8-11]。辣椒堿粗品中有一些酚類物質能拮抗辣椒堿對神經肽的作用，會加劇疼痛和炎癥反應，所以辣椒堿經純化后才有更好的應用價值。然而，價格昂貴的高純辣椒堿的全球市場缺口非常大[8]，為了改變這種現狀，提取高純度的辣椒堿勢在必行。純化辣椒堿類化合物的方法很多，其中包括如超臨界二氧化碳流體萃取法[9]、高速逆流色譜法[10]、離子交換樹脂法[11]、硅膠正相層析[12]和反相C18法[13]等，然而以上方法存在處理量小、工藝繁瑣和生產成本高等問題。

大孔吸附樹脂為吸附型和篩選性原理相結合的高分子分離材料，其理化性質穩定，不溶于酸、堿及有機溶劑，與傳統吸附劑相比，它具有選擇性好、吸附容量大、解析條件溫和、機械強度高、耐污染、成本低廉、可以多次反復使用、再生比較容易等優點[14-15]。選用大孔樹脂法作為進一步純化辣椒堿的材料，通過試驗選擇合適的大孔樹脂，并根據靜態和動態吸附解析試驗來確定純化的最優工藝參數。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

辣椒堿標準品（97%），南京景竹生物科技有限公司提供；辣椒堿粗提浸膏，實驗室自制；S-8型、AB-8型和D101型大孔樹脂，天津市海光化工有限公司提供；鹽酸，南京化學試劑股份有限公司提供；氫氧化鈉、乙醇，國藥集團化學試劑有限公司提供。

TU-1810型紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司產品；HZQ-F160型全溫振蕩培養箱，蘇州培英實驗設備有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 辣椒堿含量測定

參考相關文獻[16-17]，采用紫外分光光度法，以280 nm為吸收波長，建立標準曲線方程為A=9.391C+0.056 8（R2=0.9995），在 0.01～0.05 mg/mL質量濃度范圍內對辣椒堿進行測定，精密度、準確度均良好。式中A為吸光度，C為辣椒堿質量濃度（mg/mL），R為相關性系數。

1.2.2 大孔樹脂預處理

按照文獻[18-19]，稱取100.0 g大孔樹脂放入燒杯中，用體積分數為95%乙醇溶液浸泡24 h后，真空抽濾后不斷用無水乙醇溶液沖洗大孔樹脂，觀察濾液遇水不會出現渾濁現象后用純凈水不斷淋洗，洗至大孔樹脂沒有乙醇味道，待其干燥。配制500 mL 5%的鹽酸溶液，放入干燥后的大孔樹脂浸泡3 h后進行抽濾，用純凈水不斷沖洗，將酸液洗盡，待流出液為中性即可，再配制500 mL 5%氫氧化鈉溶液，將大孔樹脂放入溶液，待3 h后過濾用純凈水不斷沖洗，將堿液洗盡，待其完全干燥，備用。

1.2.3 大孔樹脂靜態吸附解析試驗

（1） 大孔樹脂種類的篩選。將S-8，AB-8和D101 3種型號樹脂分別進行預處理，干燥至恒質量后，精確稱取這3種樹脂各5.0 g依次放入250 mL具塞錐形瓶中，分別量取100 mL相同質量濃度的辣椒堿粗提品溶液倒入裝有樹脂的3個錐形瓶中。在室溫下，放入全溫振蕩培養箱中進行靜態吸附，保持恒速振搖24 h確保達到吸附平衡，充分吸附后真空抽濾，收集各樹脂濾液，根據濾液吸光度，可算出每種樹脂的吸附量和吸附率。再將經過充分吸附的樹脂濾干分別放入3個錐形瓶中，依次倒入50 mL體積分數為95%的乙醇溶液，在室溫下，放入全溫振蕩培養箱保持恒速振搖10 h，進行靜態解析。待解析完全后過濾，根據濾液吸光度，可算出每種樹脂的解析率。根據計算結果對其類型進行選擇，相關計算公式如下：

式中：C0——辣椒堿浸膏原料液質量濃度，mg/mL；

C1——吸附平衡后溶液質量濃度，mg/mL；

C2——解析后溶液質量濃度，mg/mL；

V1——辣椒堿浸膏原料液體積，mL；

V2——解析液體積，mL；

W——樹脂質量，g。

（2）不同上柱液質量濃度對樣品吸附效果的影響。精確稱量5.0 g經過預處理、恒質量至干燥的AB-8型樹脂分別放入6只250 mL的錐形瓶里，依次加入150 mL質量濃度為0.111，0.273，0.476，0.727，0.812，0.906 mg/mL的上柱液（通過辣椒堿粗提浸膏配制），于室溫下放入全溫振蕩培養箱中，保持恒速振搖24 h，待吸附平衡后，測定吸附液吸光度根據公式可算出吸附量和吸附率。

（3）不同乙醇體積分數對樣品解析效果的影響。精確稱量5.0 g經過預處理恒質量至干燥的AB-8型樹脂分別放入7只250 mL錐形瓶里，依次加入質量濃度為0.273 mg/mL的辣椒堿原料液，在室溫放入全溫振蕩培養箱中保持恒速振搖24 h，靜態吸附，待吸附平衡后將吸附飽和的樹脂過濾干燥，依次加入150 mL體積分數為40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%乙醇溶液，于室溫下放入全溫振蕩培養箱中振搖10 h，靜態解析。待解析完全后，根據解析液的吸光度可算出在不同乙醇體積分數下AB-8型大孔樹脂的解析率。

1.2.4 大孔樹脂動態吸附解析試驗

（1）上柱量對吸附效果的影響。稱取經過預處理、恒質量至干燥的AB-8型大孔樹脂預先裝柱，當樹脂加到預定的20 mL后，緩慢加入純凈水，重復多次，待大孔樹脂柱之間沒有空隙充分壓緊后，準備上樣，用辣椒堿粗提浸膏配制質量濃度為0.727 mg/mL的原料液100 mL，開始上樣，上柱時應沿管壁緩慢加入，否則會使大孔樹脂表層松散，漂浮在溶液中。待吸附后收集濾液，每20 mL收集1管，待100 mL原料液流盡后分別測其吸光度，由濾液中辣椒堿的含量分析可得合適的上柱量體積。

（2）洗脫劑質量濃度對洗脫效果的影響。稱取經過預處理、恒質量至干燥的AB-8型大孔樹脂預先裝柱，當樹脂加到預定的20m L后，用辣椒堿粗提浸膏配制60 mL質量濃度為0.727 mg/mL的原料液開始上樣，待吸附平衡后，緩慢倒入純凈水至流出液沒有顏色后，選擇體積分數為70%，80%，90%的乙醇溶液150 mL分批進行洗脫，控制2 mL/min的洗脫速度，每隔5 min用試管收集1次洗脫液，待150 mL洗脫液流盡后分別測其吸光度，以洗脫液體積（mL） 為橫坐標、洗脫液中辣椒堿的質量濃度（mg/mL）為縱坐標，繪制曲線。

（3）洗脫速度對洗脫效果的影響。稱取經過預處理、恒質量至干燥的AB-8型大孔樹脂預先裝柱，當樹脂加到預定的20 mL后，用辣椒堿粗提浸膏配制60 mL質量濃度為0.727 mg/mL的原料液開始上樣，待吸附平衡后，緩慢倒入純凈水至流出液沒有顏色后，用150 mL體積分數為80%的乙醇分別以1，2，3 mL/min速度依次洗脫。洗脫液每流出10mL就用試管收集1次，當洗脫液流盡后分別測吸光度，以洗脫液體積（mL） 為橫坐標、洗脫液中辣椒堿的質量濃度（mg/mL）為縱坐標，繪制曲線。

2 結果與討論

2.1 大孔樹脂靜態吸附解析條件的確定

2.1.1 大孔樹脂種類的篩選

將S-8，AB-8和D101這3種類型樹脂按照1.2.3（1） 的方法處理后，計算每種樹脂吸附量、吸附率和解析率。根據這3個指標，綜合分析這3種樹脂對辣椒堿原料液溶液吸附和解析的效果。

大孔樹脂種類的篩選見表1。

表1 大孔樹脂種類的篩選

如表1所示，樹脂吸附能力大小依次為AB-8＞D101＞S-8，說明AB-8型大孔樹脂易吸附辣椒堿物質，而S-8型大孔樹脂的解析率最大，但它的吸附能力最差，根據對3種類型樹脂的吸附和解析能力相互比較，綜合分析選用AB-8型大孔樹脂進行下一步純化工藝。

2.1.2 上柱液（原料液）質量濃度的確定

取AB-8型大孔樹脂，按上述步驟1.2.3（2）試驗。

上柱液質量濃度對辣椒堿解析效果的影響見表2。

表2 上柱液質量濃度對辣椒堿解析效果的影響

由表2可以看出，AB-8型大孔樹脂的吸附量跟著辣椒堿上柱液質量濃度的增大而變大，吸附率卻隨著其質量濃度的增加先上升后下降，說明吸附率受質量濃度影響較大，在辣椒堿原料液質量濃度為0.727 mg/mL時，AB-8型大孔樹脂的吸附率最大，為57.12%。高于這個質量濃度樹脂的吸附率不再上升而是逐漸開始下降，吸附量的增加也慢慢趨于平衡，因此試驗選擇辣椒堿上柱液質量濃度為0.727 mg/mL。

2.1.3 乙醇體積分數的確定

取AB-8型大孔樹脂，按上述步驟1.2.3（3）試驗。

不同乙醇體積分數對解析效果的影響見表3。

表3 不同乙醇體積分數對解析效果的影響

由表3可看出，乙醇體積分數為80%時，此時解析率最大為65.75%；當乙醇體積分數為40%時，解析率最小為38.36%，說明80%的乙醇解析效果最佳；當乙醇體積分數低于80%時，解析率整體呈一個上升的趨勢，說明乙醇體積分數越低越不利于解析過程的進行；當乙醇體積分數高于80%的時候，解析率慢慢開始下降，逐漸趨于平緩，因為辣椒堿屬于極性化合物，不同體積分數乙醇溶液極性也各不相同，恰好80%的乙醇溶液的極性和辣椒堿較為相似，所以有最佳解析狀態，故選用80%乙醇作為試驗的洗脫劑。

2.2 大孔樹脂動態吸附解析條件的確定

2.2.1 上柱量的確定

取AB-8型大孔樹脂，按上述步驟1.2.4（1）試驗。

上柱液體積對辣椒堿吸附效果的影響見圖1。

圖1 上柱液體積對辣椒堿吸附效果的影響

由圖1看出，隨著上柱液體積的增加，流出液中辣椒堿質量濃度也呈上升的趨勢，當上柱液體積高于60 mL的時候，辣椒堿流出液質量濃度上升較為緩慢最后趨向平衡，所以上柱量體積為60 mL時吸附效果較好。

2.2.2 洗脫劑體積分數的確定

取AB-8型大孔樹脂，按上述步驟1.2.4（2）試驗。

洗脫液體積分數對辣椒堿洗脫效果的影響見圖2。

圖2 洗脫液體積分數對辣椒堿洗脫效果的影響

由圖2看出，乙醇體積分數為80%和90%時，洗脫液中辣椒堿質量濃度較大，說明辣椒堿能較多地被洗脫下來，將兩者洗脫液中辣椒堿的質量濃度進行比較分析，體積分數為80%乙醇的洗脫效果優于90%乙醇，故試驗選擇80%乙醇作為洗脫劑。

2.2.3 洗脫流速的確定

取AB-8型大孔樹脂，按上述1.2.4（3）試驗。

洗脫速度對辣椒堿洗脫效果的影響見圖3。

圖3 洗脫速度對辣椒堿洗脫效果的影響

由圖3看出，當洗脫液體積不斷增加時，辣椒堿質量濃度先上升再下降最后逐漸趨于穩定，洗脫速度越慢，洗脫效果就越好，洗脫下來的辣椒堿質量濃度就越多，當洗脫速度達到3 mL/min，曲線峰值較低說明辣椒堿未達到吸附平衡就被洗脫下來，以1 mL/min的速度洗脫辣椒堿能被較多地洗脫下來，故試驗選擇1 mL/min作為洗脫流速。

3 結論

試驗系統研究了大孔樹脂純化辣椒堿的方法，通過對S-8，AB-8和D101這3種不同型號大孔樹脂的吸附及解析能力進行考查。結果顯示，AB-8型大孔樹脂各方面性能較為突出，通過樹脂靜態和動態吸附解析試驗確定了辣椒堿最佳純化工藝：采用預先處理好的AB-8型樹脂裝柱，用3 BV質量濃度為0.727 mg/mL原料液過柱，待吸附平衡后，用7.5 BV體積分數為80%的乙醇溶液以1 mL/min的速度洗脫。該優化條件對辣椒堿純化效果明顯。大孔樹脂柱反復使用多次后，可根據樹脂吸附情況進行再生處理。