超臨界法萃取的黑胡椒油樹脂成分分析

周雪敏 朱科學(xué) 楊繼敏 房一明 吳桂蘋 谷風(fēng)林

摘 要 在超臨界CO2萃取壓力為30 Mpa、萃取時(shí)間為3 h、萃取溫度為50℃的靜態(tài)條件下，分別萃取未做任何處理、無(wú)水乙醇處理、乙酸乙酯處理的黑胡椒原料中的油樹脂，并利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）對(duì)萃取得到的黑胡椒油樹脂進(jìn)行成分分析，同時(shí)利用保留指數(shù)和MS對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析。結(jié)果顯示，在超臨界萃取條件下，未做任何前處理的黑胡椒油樹脂的香氣成分有22種，采用無(wú)水乙醇進(jìn)行前處理的黑胡椒油樹脂的香氣成分有17種，采用乙酸乙酯進(jìn)行前處理的黑胡椒油樹脂的香氣成分有41種。

關(guān)鍵詞 黑胡椒油樹脂 ；香氣成分 ；超臨界萃取 ；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用

分類號(hào) S573+.9 Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.02.011

Composition Profile of Black Pepper Oleoresin Obtained

by Supercritical Extraction

ZHOU Xuemin1，2） ZHU Kexue2，3） YANG Jimin2，4）

FANG Yiming2，3） WU Guiping2，3） GU Fenglin2，3）

（1 College of Food Science and Technology，Huazhong Agricultural University，

Wuhan， Hubei 430070；

2 Spice and Beverage Research Institute， CATAS， Wanning，Hainan 571533；

3 National Center of Important Tropical Crops Engineering and Technology Research，

Wanning，Hainan 571533；

4 College of Food，Heilongjiang Bayi Agricultural University， Daqing， Heilongjiang 163319）

Abstract The operating conditions of the supercritical carbon dioxide process were 30 Mpa， 50℃and 3 h. Meanwhile， the gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） was used to analyze the composition of the oleoresin from the different pretreatments with ethanol， ethyl acetate or without pretreatment， respectively. The compounds identification of the black pepper oleoresin was based on the database and retention index for natural products. The amounts of oleoresin compounds were 22， 17 and 41 for without pretreatment， ethanol pretreatment and the ethyl acetate pretreatment.

Keywords black pepper oleoresin ； aroma components ； supercritical extraction ； GC-MS

胡椒（Piper nigrun L.）又名古月、黑川、白川，為胡椒科胡椒屬攀緣狀藤本，是著名的多年生熱帶作物，在中國(guó)福建、廣東、海南、廣西、云南等均有種植[1]。胡椒主要含有胡椒堿（Piperine）、胡椒脂堿（Chavicine）、胡椒新堿（Piperanine）及揮發(fā)油成分（如水芹烯、石竹烯、β-蒎烯、蒈烯、胡椒烯、α-水茴香萜、檸檬萜、芳樟醇、胡椒醛等），因而具有強(qiáng)烈的芳香和刺激性辣味，是當(dāng)今人們喜愛的一種香辛料[2]。近年來(lái)的研究表明，胡椒在鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、抗炎、抗驚厥、殺蟲、抗癌等多方面存在活性[3]。胡椒精油和胡椒油樹脂是胡椒的主要深加工產(chǎn)品。胡椒油樹脂具有抗腐蝕、抗氧化的作用，是食品行業(yè)重要的添加劑[4]。

黑胡椒油樹脂的提取目前大多以溶劑提取為主，以超聲波和微波為輔。其中，溶劑提取法雖然處理量大，但是存在著溶劑用量大、提取時(shí)間長(zhǎng)、有效成分受破壞及有機(jī)溶劑殘留等缺點(diǎn)。超臨界CO2萃取通常在低溫下進(jìn)行，可以有效地防止熱敏性成份的氧化和逸散；CO2常態(tài)下是氣體，無(wú)毒，萃取成分分離后易脫除，完全沒有溶劑殘留，有效地解決了傳統(tǒng)提取方法的溶劑殘留問題及產(chǎn)品香氣品質(zhì)低等問題[5-7]。超臨界CO2在提取天然產(chǎn)物中的精油和油樹脂等方面逐漸成為一種有效并廣泛使用的技術(shù)。超臨界已被看作可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溶劑提取和分子蒸餾等技術(shù)，成為有效的提取方法[8]。陳建華等[9]采用超臨界CO2對(duì)黑胡椒油樹脂的提取工藝進(jìn)行了研究，并以油樹脂得率和胡椒堿回收率為指標(biāo)對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。Dutta等[10]采用酶輔助超臨界提取黑胡椒油樹脂，分別考察了溫度、壓力、時(shí)間和酶用量對(duì)油樹脂得率、胡椒堿含量和樹脂抗氧化性的影響。Kapoor等[11]采用索氏提取法得到胡椒油樹脂，并采用GC-MS對(duì)其成分進(jìn)行分析。王勇等[12]對(duì)超臨界萃取的黑胡椒萃取物進(jìn)行GC-MS分析，鑒定得到的組分中含有胡椒堿。

胡椒的化學(xué)成分分析大多集中在對(duì)胡椒精油的分析。邱麗麗等[13]采用水蒸汽蒸餾和頂空進(jìn)樣法對(duì)白胡椒的揮發(fā)性成分進(jìn)行GC-MS分析；鄭炯等[14]對(duì)白胡椒揮發(fā)油成分進(jìn)行GC-MS分析。而對(duì)黑胡椒油樹脂的研究大多集中在對(duì)油樹脂的提取工藝上，關(guān)于油樹脂成分分析方面的研究較少。此外，對(duì)于超臨界CO2提取多采用夾帶劑動(dòng)態(tài)提取法，關(guān)于先對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而采用超臨界靜態(tài)法提取黑胡椒油樹脂的研究較少。因此，本研究選擇采用超臨界CO2靜態(tài)法提取黑胡椒油樹脂，對(duì)樣品進(jìn)行溶劑浸濕的預(yù)處理，測(cè)定油樹脂得率及樹脂中的胡椒堿含量，并通過GC-MS對(duì)黑胡椒油樹脂中的香氣成分進(jìn)行分析，為進(jìn)一步開發(fā)利用黑胡椒油樹脂提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 黑胡椒原料

由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所提供。

1.1.2 試劑

無(wú)水乙醇（分析純）（上海振興化工一廠）；乙酸乙酯（分析純）（上海振興化工一廠）；正己烷（色譜純）（德國(guó)默克公司）；甲醇（色譜純）（瑞典歐森巴克環(huán)境化學(xué)公司）；無(wú)水硫酸鈉（分析純）（上海振興化工一廠）。

1.1.3 儀器與設(shè)備

DZF-6050 真空干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；物料粉碎機(jī)（上海比朗儀器有限公司）；電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器有限公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（廣州儀科科技公司）；超臨界CO2萃取設(shè)備（美國(guó)Applied Separations公司）；SCION TQ串聯(lián)氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)（德國(guó)布魯克科技有限公司）；安捷倫1260高效液相色譜儀（美國(guó)安捷倫科技公司）。

1.2 方法

1.2.1 黑胡椒油樹脂的制備

參照Dutta等[10]的方法。取黑胡椒粒粉碎，過60目篩，準(zhǔn)確稱取100.0 g，裝入具超臨界CO2萃取裝置的萃取釜中，在萃取壓力為30 Mpa、時(shí)間為3 h、溫度為50℃的條件下制備得到黑胡椒油樹脂S1；取黑胡椒粉碎，過60目篩，準(zhǔn)確稱取100.0 g，加入10 mL 無(wú)水乙醇浸濕24 h，裝入具超臨界CO2萃取裝置的萃取釜中，在萃取壓力為30 Mpa、時(shí)間為3 h、溫度為50℃的條件下制備得到黑胡椒油樹脂S2；另準(zhǔn)確稱取100.0 g黑胡椒粉，加入10 mL的乙酸乙酯浸濕24 h，同以上方法提取得到黑胡椒油樹脂S3。

1.2.2 胡椒堿含量的測(cè)定

黑胡椒油樹脂中胡椒堿含量參照GB/T 17528-2009方法測(cè)定，并稍作修改。采用高效液相色譜儀檢測(cè)，色譜柱為反相C18柱（250×4.6 mm×5 μm），流動(dòng)相為體積比77∶23的甲醇和水溶液，流速為1.0 mL/min，柱溫為30℃，檢測(cè)波長(zhǎng)為343 nm，進(jìn)樣量為10 μL，利用外標(biāo)法進(jìn)行定量分析。

1.2.3 氣質(zhì)分析方法

氣相色譜條件：色譜柱BR-5ms 30meter，0.25 mmID，0.25 μm df；載氣為高純氦氣；載氣流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度為230℃，進(jìn)樣量為1 μL，分流比為1∶30。升溫程序：60℃保持0 min，以3℃/min 升溫到300℃，保持3 min，溶劑延遲5 min。

質(zhì)譜條件：離子源EI，電離能量為70 eV，離子源溫度為280℃，傳輸線溫度為250℃。全掃描：質(zhì)荷比40～400。正構(gòu)烷烴進(jìn)樣方法與樣品的進(jìn)樣方法一樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑胡椒油樹脂得率與胡椒堿含量比較

超臨界提取條件下獲得的3種黑胡椒油樹脂得率分別如下：S1為0.46%，S2為0.61%，S3為0.78%。3種黑胡椒油樹脂中胡椒堿的含量分別如下：S1為22.60%，S2為53.00%，S3為25.73%（圖1）。Dutta等[10]采用超臨界靜態(tài)法提取得到的黑胡椒油樹脂得率為0.7%左右，與本研究中得到的結(jié)果接近，但是低于夾帶劑連續(xù)法提取的得率，可能是由于夾帶劑在提取過程中的持續(xù)加入，使物質(zhì)更多地溶解到流體中。

2.2 黑胡椒油樹脂成分分析

對(duì)采用超臨界法提取得到的3種黑胡椒油樹脂樣品進(jìn)行GC-MS分析，總離子圖見圖2。通過NIST質(zhì)譜譜庫(kù)計(jì)算機(jī)檢索，并利用保留指數(shù)進(jìn)行定性分析，結(jié)果見表1。

由圖2可知，超臨界CO2提取得到的3種不同黑胡椒油樹脂的香氣成分基本相同，但所占含量百分比不同。由此可知，3種不同的處理方式對(duì)香氣成分的溶解有所影響。

由表1可知，超臨界提取的3種黑胡椒油樹脂中，共鑒定出48種香氣物質(zhì)。其中，超臨界提取得到的黑胡椒油樹脂S1中，共鑒定出了22種香氣成分，主要的化合物為柑橘檸烯（3.89%）、α-蒎烯（6.53%）、3-蒈烯（3.15%）、石竹烯（53.70%）、β-欖香烯（1.41%）、葎草烯（3.05%）、胡椒堿（6.61%）等；在超臨界提取的油樹脂S2中，鑒定得到的香氣成分共17種，主要的化合物有柑橘檸烯（8.45%）、芳樟醇（2.19%）、β-倍半水芹烯（47.80%）、α-蓽澄茄油烯（1.75%）、胡椒堿（26.34%）；油樹脂S3中共鑒定出了41種化合物，主要的化合物有β-蒎烯（4.81%）、δ-欖香烯（11.00%）、γ-欖香烯（1.48%）、β-欖香烯（57.70%）、順式-β-金合歡烯（3.26%）、β-甜沒藥烯（2.20%）、桉油烯醇（1.61%）、胡椒堿（11.09%）。

3 討論

油樹脂是采用適當(dāng)方法從粉碎的香辛料中提取出的粘稠、顏色略深、含有精油的樹脂性產(chǎn)品，香辛料中幾乎全部香氣和呈味成分都能被提取出來(lái)，其中除精油外，還含有非揮發(fā)性的辛辣成分、脂肪、色素和其它能溶解于溶劑中的物質(zhì)，這些物質(zhì)能代表香辛料中的有效成分，其香氣和口味較精油平衡、完整、飽滿[15]。黑胡椒油樹脂中除了含有香氣物質(zhì)外，還含有吡咯烷類酰胺類生物堿——胡椒堿。

王勇等[12]從超臨界提取得到的胡椒萃取物中分離鑒定得到24種成分。本研究中，通過對(duì)胡椒原料進(jìn)行不同的預(yù)處理，得到3種黑胡椒油樹脂S1、S2和S3，從中共分離鑒定得到48種化合物，并且鑒定得到了黑胡椒油樹脂中的特征物質(zhì)——胡椒堿。柳中等[4]采用不同方法提取海南黑、白胡椒的油樹脂，經(jīng)GC-MS分析得到的主要香氣成分為石竹烯、α-石竹烯、D-檸檬烯、6，6-二甲基-2-亞甲基雙環(huán)庚烷等。超臨界CO2萃取法能最大程度地保留胡椒中的有效成分，提取得到的黑胡椒油樹脂不僅含有胡椒精油中的香氣成分，還含有胡椒中的特征性辣味成分——胡椒堿。因此，本研究采用超臨界CO2萃取法得到的黑胡椒油樹脂香氣濃郁，風(fēng)味完整，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)提取方法用于黑胡椒油樹脂的提取，為黑胡椒油樹脂的利用提供一定的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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