辣椒堿類化合物提取工藝的比較研究

張容鵠，竇志浩，*，謝輝，萬祝寧，丁在勇

（1.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)計研究所，海南?？?71100；2.海南大學(xué)海南?？?70228）

辣椒堿類化合物提取工藝的比較研究

張容鵠1，竇志浩1，*，謝輝1，萬祝寧1，丁在勇2

（1.海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)計研究所，海南?？?71100；2.海南大學(xué)海南?？?70228）

以海南黃燈籠辣椒為原料，比較微波堿法、微波輔助乙醇和乙醇浸漬3種提取辣椒堿化合物的方法，優(yōu)選辣椒堿類化合物的提取工藝。采用單因素試驗考察了提取液濃度、料液比、浸提時間、提取溫度、提取功率提取次數(shù)對辣椒素提取率的影響，采用正交設(shè)計L9（34）法優(yōu)化了提取工藝參數(shù)。結(jié)果表明微波輔助乙醇提取時間最短，得率最高。最佳工藝參數(shù)為：黃燈籠辣椒干燥粉碎過30目篩后，微波輔助下，乙醇濃度為50%，料液比為1∶14（g/mL），提取時間為10 min，提取溫度為70℃，功率為700W，提取2次。優(yōu)化后提取的辣椒堿化合物得率為2.192%，得到粗品的純度最高，達(dá)22.8%，有利于進(jìn)一步純化。

黃燈籠辣椒；辣椒堿化合物；提取工藝；微波

辣椒堿類化合物是有香草基胺的酰胺衍生物的統(tǒng)稱，廣泛應(yīng)用于食品添加、醫(yī)療、生物防治、軍事等領(lǐng)域[1]。黃燈籠椒又叫黃帝椒，成熟果實亮黃色，富含辣椒素類物質(zhì)，辣度高，可達(dá)170 000 SHU，李海龍[2]等應(yīng)用HPLC法測定海南黃燈籠椒等辣椒的辣椒素含量，比海南小米椒、海南朝天椒、貴州、四川辣椒含量高，一般不作為鮮食，在海南省主要做成黃燈籠辣椒醬。進(jìn)行辣椒堿類化合物提取方法，從溶劑（95%酒精）[3]提取到超聲輔助提取，從微波輔助提取到目前的超臨界、分子蒸餾等技術(shù)報道很多，如：Sumate[4]、Barbero[5]、鄧傳波[6]等以輔助辣椒為原料進(jìn)行超聲提取和超臨界萃取，張麗茜[7]以北京市場上辣椒粉為原料進(jìn)行乙酸-微波預(yù)處理法提取辣椒素等等。近年來，微波設(shè)備快速、清潔、節(jié)能，其提取技術(shù)得到了很多科研人員的青睞，以微波輔助提取黃燈籠辣椒堿化合物的研究并不成熟，需要進(jìn)一步挖掘其價值。本文以黃燈籠辣椒為原料，比較了幾種不同的提取方法，探討微波提取過程中影響提取辣椒堿類化合物的因素，以期得到得到經(jīng)濟(jì)實用的辣椒堿類化合物提取工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃燈籠辣椒購自文昌黃燈籠辣椒種植園，整個辣椒60℃干燥至水分8%左右，過30目篩。辣椒堿（北京恒元啟天，含量99.5%）、磷鉬酸、鎢酸鈉、氫氧化鈉、濃鹽酸、正己烷均為分析純；純水自制；乙醇為醫(yī)用酒精。

1.2 儀器與設(shè)備

TU1810紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；MD6CN-H型微波消解儀，RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；Eppendorf AG冷凍離心機：德國；電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒；多功能粉碎機：上海江信；真空泵、真空干燥箱等。

1.3 波長掃描及標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

準(zhǔn)確稱取辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品10.1 mg，用60%乙醇溶解，移至10 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容混勻，封口，得1.01 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)貯備液。檢測方法參考鉬酸鈉-亞硝酸鈉[8]方法，有所改動，溶劑用60%乙醇，配成濃度為10、15、20、25、30 mg/L的辣椒堿梯度溶液。以試劑空白作參比，進(jìn)行波長掃描，得到最大吸收波長，在此波長測定其吸收度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4 樣品制備、檢測及得率計算

1.4.1 辣椒素得率計算方法

取新鮮黃燈籠辣椒，60℃干燥到水分8%以下，粉碎機粉碎，過30目篩，得辣椒粉。

辣椒素得率=浸出辣椒堿化合物質(zhì)量/辣椒粉質(zhì)量

浸出辣椒堿化合物質(zhì)量=C×V×M

式中：C為檢測樣品液種辣椒素的濃度，（mg/L）；V為檢測樣品液體積，L；M為稀釋倍數(shù)。

1.4.2 微波堿法提取

微波堿法提取參考[9-11]，有所改動。稱取辣椒素粉，用氫氧化鈉液定容，倒入消解罐微波提取，過濾除渣，用正己烷少許萃取除去色素類和油溶性物質(zhì)，得到水相，水相用1∶1鹽酸中和，中和液用正己烷萃取，得到正己烷相，減壓濃縮，真空干燥，得到辣椒素化合物粗品，用60%酒精適量溶解，得到樣品液，采用1.3檢測方法測定粗品中辣椒堿化合物的含量，計算得率和粗品中辣椒堿化合物的純度。

1.4.3 酒精提取

稱取辣椒粉樣品，加入乙醇溶液定容，倒入提取瓶中，酒精浸漬提取用錐形瓶，微波輔助酒精提取用消解罐，進(jìn)行提取后過濾收集濾液，為樣品液。分別取樣品液0.5 mL，采用1.3方法進(jìn)行檢測，得到其中辣椒素的含量，由稀釋倍數(shù)得到辣椒堿化合物的浸出得率。

1.4.4 辣椒素浸膏制備及辣椒素化合物含量檢測

分別收集1.4.3樣品液，低溫旋轉(zhuǎn)濃縮得到辣椒素浸膏，檢測浸膏中辣椒堿化合物的含量。

1.4.5 浸膏初步純化

分別對1.4.4濃縮的浸膏用堿溶解，采用1.4.2方法用有機溶劑萃取后純化，濃縮，真空干燥，得到粗品，計算粗品中辣椒堿化合物純度。

1.5 單因素試驗

1.5.1 溶劑濃度的選擇

稱取5份辣椒粉5.0 g，依次加入濃度為30%、40%、50%、60%、70%的乙醇溶液至50 mL，室溫靜置120 min后過濾，取一定量濾液按1.3方法，測其吸光度，分別計算其辣椒堿化合物得率。

1.5.2 料液比的選擇

稱取5份辣椒粉5.0 g，依次按料液比1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/mL加入60%的乙醇溶液，室溫靜置120 min后過濾，取濾液分別計算其辣椒堿化合物得率。

1.5.3 溫度的選擇

稱取5份辣椒粉5.0 g，依次加入60 mL、濃度為60%的乙醇溶液，分別置于40、50、60、70、80℃下提取120min后過濾，取濾液分別計算其辣椒堿化合物得率。

1.5.4 微波輔助條件下功率的選擇

稱取5份辣椒粉3.0 g，依次加入42 mL濃度為60%的乙醇溶液，置于70℃下，分別于功率300、400、500、600、700 W，時間為10 min后過濾，取濾液分別計算其辣椒堿化合物得率。

1.5.5 浸提時間的選擇

稱取5份辣椒粉3.0 g，依次加入42 mL、濃度為60%的乙醇溶液，置于70℃下，微波功率為500 W，分別提取5、10、15、20、125 min后過濾，取濾液分別計算辣椒堿化合物得率。

1.5.6 提取次數(shù)的確定

稱取3 g辣椒粉2份，分別放入2個微波消解罐中，分別添加42 mL 60%酒精溶液，500 W微波提取10 min，過濾后得第1次提取液，濾渣添加42 mL 60%酒精溶液，相同條件下微波酒精提取得第2次提取液，同理得第3次提取液和第4次提取液，分別取濾液測定，計算其辣椒堿化合物得率。

1.5.7 正交試驗

分別采用酒精提取、微波輔助酒精提取、微波輔助堿法3種提取方法進(jìn)行正交試驗L9（34）。

1.5.8 驗證正交試驗結(jié)果

根據(jù)1.5.7正交試驗的最佳條件，分別進(jìn)行驗證試驗，分別得到最佳優(yōu)化條件的辣椒素提取得率。

2 結(jié)果與討論

2.1 波長掃描結(jié)果

波長掃描結(jié)果見圖1。

圖1 波長掃描圖Fig.1 The spectrum of the wavelength scanning

如圖1所示，最大吸收波長為436 nm～438 nm，參考文獻(xiàn)[8]，最大吸收波長選為436 nm。

2.2 繪制辣椒堿不同濃度下的標(biāo)準(zhǔn)曲線

標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2。

吸收度在0.2～0.8之間，r為0.999 8，線性關(guān)系好。

2.3 單因素試驗結(jié)果

單因素試驗結(jié)果如表一，靜置條件下，用1.5.1方法，提取以60%酒精濃度得率最高；用1.5.2方法，料液比為1∶12 g/mL提取得率最高；用1.5.3方法，溫度以70℃為最佳提取溫度。用1.5.4方法，微波輔助條件下酒精提取，以微波功率500 W，得率最高。用1.5.5方法，微波時間為10 min得率最高；用1.5.6方法，第一次提取辣椒堿化合物的量占四次提取總和91%，第二次提取占四次提取總和的6.6%，前2次提取量的總和占四次提取總和的97.6%，考慮到操作的復(fù)雜性及溶劑成本，故提取次數(shù)以2次較為經(jīng)濟(jì)。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)曲線圖Fig.2 The drawing of the standard curves

2.4 3種提取方法的正交試驗結(jié)果

正交試驗結(jié)果表2、表3和表4。

表1 單因素試驗結(jié)果Table 1 The results of single factor test

表2 酒精浸漬提取正交試驗結(jié)果Table 2 The results of orthogonal test applying the method of steeping in ethanol

表3 微波輔助酒精提取正交試驗結(jié)果表Table 3 The results of orthogonal test applying the method of microwave-assisted ethanol

表2是浸漬條件下，酒精提取的正交試驗結(jié)果，結(jié)果顯示優(yōu)化后最佳條件為：溶劑濃度50%、料液比1∶14（g/mL）、溫度70℃、浸提時間是120 min。由R值可以看出酒精濃度是對提取得率影響最大的因素，其次是溫度、料液比，影響因素最小的是時間。得率取平均值得到總體平均得率，為1.409%。

表4 微波輔助堿法提取正交試驗結(jié)果表Table 4 The results of orthogonal test applying the method of microwave alkali extract

表3是微波輔助條件下，酒精提取的正交試驗結(jié)果，結(jié)果顯示優(yōu)化后最佳條件為：微波輔助條件下，酒精濃度50%、溫度70℃、功率為700 W，浸提時間是10 min。由R值可以看出酒精濃度是對提取得率影響最大的因素，其次是溫度、時間，影響因素最小的是功率。得率取平均值得到總體平均得率1.862%。

表4是微波輔助條件下，堿法提取的正交試驗結(jié)果，結(jié)果顯示優(yōu)化后最佳條件為：微波輔助，氫氧化鈉濃度2%、溫度50℃、功率為300 W，浸提時間是15 min。由R值可以看出氫氧化鈉濃度是對提取得率影響最大的因素，其次是功率、時間，影響因素最小的是溫度。得到總體平均得率為0.847%。

2.5 驗證結(jié)果

3種方法經(jīng)條件優(yōu)化后，按照最佳優(yōu)化條件進(jìn)行性提取的辣椒素提取得率見表5。

表5 不同提取方法優(yōu)化后提取效率Table 5 Optimized extraction efficiency of different extraction method %

按照正交試驗優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行提取，微波輔助酒精提取的得率最高，為2.192%；對3種提取方法提取的辣椒素粗品的純度分析中，微波輔助酒精提取的粗品所得的純度最高，達(dá)22.8%。

3 結(jié)論

1）3種提取方法中，以微波輔助酒精提取得到的辣椒堿化合物得率最高，進(jìn)一步純化后得到的辣椒堿化合物粗品，該方法得到的純度也最高，因此微波輔助酒精提取是三種方法中效率最高的。

2）微波輔助乙醇提取時間最短，得率最高。黃燈籠辣椒干燥粉碎過30目篩后，微波輔助下，最佳工藝參數(shù)為：乙醇濃度為50%，料液比為1∶14（g/mL），提取時間為10 min，提取溫度為70℃，功率為700 W，提取2次。優(yōu)化后提取的辣椒堿化合物得率為2.192%，得到粗品的純度最高，達(dá)22.8%。

3）在提取過程中，微波提取溫度太高，時間太長均不利于辣椒堿化合物的有效提取。微波堿法提取過程中，步驟多，損失量大，故一次萃取得率明顯低于其他2種方法，后來在實驗過程中對沉淀進(jìn)行多次萃取，得率明顯高。

4）從影響環(huán)境的角度考慮，酒精提取后可以完全回收后重復(fù)利用，而氫氧化鈉溶液難以回收，在提取過程中用量大，溶液對環(huán)境造成污染。

[1]劉菲菲,王兵,曹建新.辣椒堿應(yīng)用研究進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技, 2012,33(16):368-371

[2] 李海龍,張俊清,賴偉勇,等.海南黃燈籠椒與不同品種辣椒的辣椒素含量測定[J].中國野生植物資源,2012,31(4):32-34

[3]Mari S ChinnRatna R Sharma-Shivappa,Jacqueline L Cotter.Solvent extraction and quantification of capsaicinoids from Capsicum chinense[J].Food and Bioproducts Processing,2011,89(4):340-345

[4]Boonkird Sumate,Phisalaphong Chada,Phisalaphong Muenduen. Ultrasound-assisted extraction of capsaicinoids from Capsicum frutescens on a lab-and pilot-plant scale[J].Ultrasonics sonochemistry,2008,15(6):1075-1079

[5]Barbero G F,Liazid A,Palma M,et al.Ultrasound-assisted extraction of capsaicinoids from peppers[J].Talanta,2008,75(5):1332-1337

[6] 鄧傳波.辣椒堿綠色提取研究[D].湖南:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué),2012

[7] 張麗茜,金紅星,成文玉,等.乙酸-微波預(yù)處理法提取辣椒素的研究[J].食品研究與開發(fā),2008,29(3):66-69

[8] 高藝.辣椒中辣椒素提取分離純化工藝的研究[D].湖南:中南大學(xué),2005

[9]石小飛.高純度辣椒堿類化合物制備新工藝[J].廣州化工,2013, 41(1):87-89

[10]張世文,姚祖鳳.萃取-結(jié)晶法制備高純辣椒堿類化合物[J].吉首大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2002,23(2):90-92

[11]胡震,張利,于海蓮.辣椒堿的提取工藝[J].食品研究與開發(fā),2010, 31(6):87-89

The Study on the Process Compare of Extracting Capsaicin Chemical Compound

ZHANG Rong-hu1，DOU Zhi-hao1，*，XIE Hui1，WAN Zhu-ning1，DING Zai-yong2
（1.Hainan Academy of Agriculture Sciences，Institute of Processing&Design of Agroproducts，Haikou 571100，Hainan，China；2.Hai Nan University，Haikou 570228，Hainan，China）

Three different extraction methods were used to extract capsaicin chemical compound from Capsicum chinense of Hai Nan.In this paper，the extraction processes about microwave alkali method，microwave-assisted ethanol and steep in ethanol method were optimized and compared.Single factor test were designed to investigate the influencing factors on extracting the capsaicin chemical compound，including：the concentration of the extracted solution，extraction time，ratio of power to extraction solvent，extraction temperature，extraction power and frequency.The orthogonal design L9（34）was designed to optimize process parameter.The results showed microwave assisted ethanol extraction cost the shortest time and got the highest yield after Capsicum chinenses were dried，ground and sieved through 30 mesh.The optimal process parameters were：50%ethanol solution，solid-liquid ratio 1∶14 g/mL，extraction time 10 min，extracting temperature 70℃，power 700 W，extracting 2 times.Capsaicin compound extraction rate was 2.192%by optimizing，the purity of the crude product was up to 22.8%，then it is conducive to purify further.

Capsicum chinense；capsaicin chemical compound；extraction process；microwave

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.19.011

2013-10-15

海南省科學(xué)事業(yè)費項目（11-21401-0006）

張容鵠（1970—），女（漢），助理研究員，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。

*通信作者：竇志浩，男，研究員。