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(yè)學(xué)院 藥學(xué)院，長(zhǎng)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(chǎn)于古巴、巴西等熱帶國(guó)家，為海南特有的辣椒品種，在我國(guó)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(jī)酸、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其中辣椒堿是黃燈籠辣椒中引起辛辣味的主要物質(zhì)，有“軟黃金”之稱，目前已被廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、軍事等行業(yè)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(chǎn)；在醫(yī)藥上用于治療癌癥、鎮(zhèn)痛、健胃消食、戒毒等多種藥物的生產(chǎn)；在農(nóng)業(yè)中可作為天然殺蟲劑及飼料添加劑；在軍事上用于生產(chǎn)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(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低，但提取周期長(zhǎng)、產(chǎn)品純度差；超臨界CO2萃取可獲得純度較高的產(chǎn)品，但是存在設(shè)備投資大、設(shè)備的時(shí)空產(chǎn)率低以及操作成本高等問題，酶解法生產(chǎn)成本過高，超聲-微波輔助法可以縮短提取時(shí)間，且提取率比傳統(tǒng)提取方法有明顯提高[10]。

隨著醫(yī)藥、食品等行業(yè)的迅速發(fā)展以及人們環(huán)保意識(shí)的提高，國(guó)內(nèi)外對(duì)天然辣椒堿的需求逐年上升[11]。我國(guó)辣椒資源豐富，對(duì)黃燈籠辣椒進(jìn)行深加工，可以增加農(nóng)產(chǎn)品的附加值，同時(shí)提高廣大農(nóng)民的收入，有助于解決“三農(nóng)”問題，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的前景[12]。本研究采用微波輔助提取法對(duì)黃燈籠辣椒中辣椒堿的提取工藝進(jìn)行研究，以期為黃燈籠辣椒的深加工提供一定的理論依據(jù)。

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(biāo)準(zhǔn)品：純度>98%，西安通澤生物科技有限公司；乙醇：重慶?；噭┯邢薰?。

1.1.2 主要儀器

MAS-II Plus型常壓微波合成/萃取反應(yīng)工作站 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；FW177型中草藥粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上?？茣钥茖W(xué)儀器有限公司；LC-100型高效液相色譜儀 上海伍豐科學(xué)儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)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(zhǔn)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(yàn)

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(shí)間(9,12,15,18,21 min)作為單因素試驗(yàn)，以提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)考察各因素對(duì)辣椒堿效果的影響。

1.2.3 正交試驗(yàn)

以乙醇濃度、微波功率、提取溫度和提取時(shí)間為正交試驗(yàn)因素，以單因素試驗(yàn)中提取效果最優(yōu)的3組數(shù)據(jù)為水平，以期獲得最佳的辣椒堿提取工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 辣椒堿提取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Design of orthogonal test for capsaicin extraction

1.2.4 辣椒堿的檢測(cè)

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

標(biāo)準(zhǔn)曲線：精密稱取辣椒堿標(biāo)準(zhǔn)品，配成 200 mg/L的儲(chǔ)備液，稀釋為1, 20, 40, 60, 80,100,120 mg/L的工作液，進(jìn)樣測(cè)定，得回歸方程：Y=221.308X+19.726，r=0.9983。

樣品的測(cè)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(cè)，計(jì)算辣椒堿含量。

1.2.5 辣椒堿提取率的計(jì)算

辣椒堿提取率=辣椒堿質(zhì)量/辣椒粉末質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素優(yōu)化試驗(yàn)

2.1.1 乙醇濃度對(duì)辣椒堿提取率的影響

圖1 乙醇濃度對(duì)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(dāng)乙醇濃度在50%～70%范圍內(nèi)時(shí)，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(dāng)乙醇濃度過高時(shí)，辣椒堿和乙醇羥基之間出現(xiàn)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(duì)辣椒堿提取率的影響

圖2 微波功率對(duì)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(dāng)微波功率為600 W時(shí)，辣椒堿提取率最高，達(dá)到2.82 mg/g，而后辣椒堿提取率開始降低。這是因?yàn)槲⒉üβ蔬^大時(shí)，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(duì)辣椒堿提取率的影響

圖3 提取溫度對(duì)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(shí)，辣椒堿提取率達(dá)到6.02%；70～90 ℃，辣椒堿提取率緩慢下降。這是因?yàn)闇囟壬撸肿舆\(yùn)動(dòng)加劇，辣椒堿提取率提高，溫度過高時(shí)，辣椒堿結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)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(shí)間對(duì)辣椒堿提取率的影響

圖4 提取時(shí)間對(duì)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(shí)間的增加，辣椒堿的提取率呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)，提取時(shí)間為15 min時(shí)，辣椒堿提取率達(dá)到最大，為3.18 mg/g。隨著提取時(shí)間延長(zhǎng)，乙醇和辣椒粉充分作用，有利于辣椒堿的溶出，但是時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，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(shí)間15 min較為合適。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在2.1中單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以辣椒堿提取率為考核指標(biāo)，采用表1的試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果及方差分析見表2和表3。

表2 辣椒堿提取正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The results of orthogonal test for capsaicin extraction

表3 正交試驗(yàn)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(duì)結(jié)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(shí)間。根據(jù)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(shí)間18 min。

對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，F(xiàn)A和FB大于F臨界值，F(xiàn)C和FD小于F臨界值?？梢娨蛩谹和因素B對(duì)辣椒堿提取的影響顯著，因素C和因素D對(duì)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(guān)鍵參數(shù)。

2.3 辣椒堿提取工藝驗(yàn)證

由于提取辣椒堿的最佳工藝組合未出現(xiàn)在正交試驗(yàn)中，因此有必要對(duì)最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)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(cè)，計(jì)算辣椒堿提取率。經(jīng)過3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得到辣椒堿的提取率為(3.89±0.11)mg/g，該提取工藝穩(wěn)定。

3 結(jié)論

本研究以黃燈籠辣椒為原料，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)微波輔助提取辣椒堿的工藝進(jìn)行優(yōu)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(shí)間18 min，該工藝條件下辣椒堿的提取率達(dá)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。

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