胡椒碱不同提取方法的比较研究

刘 笑，侯顺超，顾 林

（扬州大学 食品科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

胡椒碱不同提取方法的比较研究

刘 笑，侯顺超，顾 林*

（扬州大学 食品科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

研究不同提取方法对白胡椒中胡椒碱含量测定的影响。利用紫外分光光度法测定胡椒碱含量，在单因素试验基础上进行优化，得到各种方法的最佳工艺参数，超声法、酶法、超声辅助酶法的提取率可分别达到5.798%、5.286%、6.439%，说明超声辅助酶法对胡椒碱提取效果最优。

胡椒碱；超声；酶法；超声辅助酶法；提取

胡椒（Piper nigrum L.）始载于唐朝苏恭的《唐木草》，又名白川、浮椒，是胡椒科胡椒属常绿藤本植物[1]。原产于印度，素有“热带香料之王”的称号，西汉时期传入我国，如今已成为海南的特色产业[2]。白胡椒既是餐桌上不可或缺的调味品，又是生活中人们调理身体的常用中药，在食品、化学和医药工业中都有着广泛的应用。虽然白胡椒中挥发油含量及所含的化学成分低于黑胡椒，但在药用价值和临床应用方面，以白胡椒作用较佳[3]，尤其在驱寒除湿、健胃保肝方面，功效更为显著。胡椒果实中的主要辣味成分胡椒碱具有抗炎抑菌[4-5]、抗氧化[6]、降血脂[7]等活性，对白癜风[8]、心肌缺血[9]、抑郁症[10]等疾病有一定疗效，更有潜力被开发为新的抗癌药物[11-13]。

目前胡椒碱的提取方法主要有酸水法[14]、有机溶剂法[15-16]、超声法[17-18]、超临界CO2萃取法[19-20]和微波减压蒸馏法[21]等。酸水法提取率低；超临界CO2萃取法虽然效率高，但技术要求严格，投资成本大；微波辅助法简单可靠，对于胡椒碱的提取还有待进一步研究；超声法是目前仪器辅助萃取中最为常用的方法，时间短、得率高，且溶剂用量少。本试验通过单因素及其优化试验分别研究超声法、酶法及超声辅助酶法提取白胡椒中胡椒碱的工艺，采用紫外（ultraviolet，UV）分光光度法进行测定与比较，为进一步开发胡椒资源提供理论数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

白胡椒：购于海南儋州市；纤维素酶（30 U/mg）：上海蓝季科技发展有限公司；磷酸氢二钠、柠檬酸：天津市科密欧化学试剂有限公司；胡椒碱标准品（纯度98%）：天津一方科技有限公司；无水乙醇（分析纯）：上海苏懿化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

HH-4数显恒温水浴锅：国华电器有限公司；FW100高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；RE-52AA旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；SHZ-Ⅲ循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司；GZX-GF101-2-BS电热恒温鼓风干燥箱：上海跃进医疗器械有限公司；UV-7504C紫外分光光度计：上海欣茂仪器有限公司；KQ-200KDE型高功率数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；pH计：上海仪电科学仪器股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理[16]

称取适量白胡椒置于50℃烘箱中恒温干燥48 h，粉碎过100目筛，得到白胡椒粉备用。

1.3.2 超声提取胡椒碱的工艺优化

准确称取3.000 g白胡椒粉于250 mL锥形瓶中，按一定料液比加入无水乙醇浸泡，暗处静置1 h，超声提取后抽滤得到滤液，即为胡椒碱提取液。

通过单因素试验对料液比、超声时间、温度及功率进行研究，根据单因素试验结果，选择3因素5水平进行二次回归正交旋转组合设计优化试验[22]，最终确定超声提取胡椒碱的最佳工艺参数。

1.3.3 酶法提取胡椒碱的工艺优化

准确称取3.000 g白胡椒粉和一定量纤维素酶于250 mL锥形瓶中，加入一定pH的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液60 mL，置于恒温水浴锅中酶解，抽滤后滤液旋转蒸发至干，加入适量无水乙醇溶解保存；滤渣烘干后加入60 mL无水乙醇于恒温水浴锅中浸提，冷却后抽滤，两次滤液合并摇匀，即为胡椒碱提取液。

通过单因素试验对酶量、缓冲液pH、酶解时间及温度4个因素进行研究，并根据试验结果设计正交试验，最终确定酶法提取胡椒碱的最优工艺条件。

1.3.4 超声辅助酶法提取胡椒碱的工艺优化

准确称取3.000 g白胡椒粉和一定量纤维素酶于250 mL锥形瓶中，加入一定pH的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液60 mL，置于恒温水浴锅中浸泡后超声，提取液抽滤，滤液旋转蒸发至干，加入适量无水乙醇溶解保存；滤渣烘干后加入60 mL无水乙醇浸泡，暗处静置1 h，超声提取后抽滤得到滤液，两次滤液合并摇匀，即为胡椒碱提取液。

考察酶量、缓冲液pH、超声时间及温度4个因素对胡椒碱提取率的影响，根据单因素试验结果利用Design Expert （version8.05）软件设计响应面试验，以胡椒碱提取率为响应值进行试验[23]，最终确定超声辅助酶法提取胡椒碱的最优工艺参数。

1.3.5 胡椒碱含量的测定

准确称取15 mg胡椒碱标品，无水乙醇定容至100 mL，分别取200μL、400μL、600μL、800μL、1 000μL、1 200μL、1 400μL于25 mL容量瓶中，无水乙醇定容，得到质量浓度分别为1.2 mg/L、2.4 mg/L、3.6 mg/L、4.8 mg/L、6.0 mg/L、7.2 mg/L、8.4 mg/L的胡椒碱溶液，以无水乙醇作参比，于波长342 nm处测吸光度值，绘制标准曲线，得标准曲线回归方程y=0.120 3x+0.001 2，相关系数R2=0.999 6。

稀释至一定倍数的提取液于波长342 nm处测吸光度值，根据标准曲线方程计算出胡椒碱质量浓度，从而得到胡椒碱提取率。

2 结果与分析

2.1 超声提取胡椒碱试验结果与分析

在单因素试验基础上，以胡椒碱提取率（Y）为评价指标，选取料液比1∶20（g∶mL），对超声时间、温度、功率进行3因素5水平二次回归正交旋转组合试验设计。试验因素及水平见表1，结果见表2。

利用DPS统计软件经二次回归正交旋转组合设计，对表2试验数据进行分析，得到白胡椒碱提取率对3个因素的二次多项回归方程：

对该结果进行方差分析可知，失拟性差异不显著，回归方程显著，对实际试验拟合较好。并且功率（X1）、时间（X2）对胡椒碱的提取率在α＝0.01水平显著，3个因素对胡椒碱得率的影响顺序为时间＞功率＞温度。采用频率分析法寻找最优提取工艺参数，在95%的置信区间内胡椒碱得率＞5.48%的优化提取条件为功率162.84～187.24 W，时间65.19～70.64 min，温度48.20～54.52℃，取优化条件的平均值，并考虑实际操作，得到超声波提取胡椒碱优化工艺条件为料液比1∶20（g∶mL），功率180 W，超声时间68 min，温度51℃，在此条件下提取率可以达5.798%，与理论值的5.79%相近。

2.2 酶法提取胡椒碱试验结果与分析

在单因素试验基础上，以胡椒碱提取率（Y）为评价指标，选取酶量6 mg，对超缓冲液pH、酶解温度、时间进行3因素3水平正交试验设计。试验因素及水平见表3，试验结果见表4。

由表4可知，3个因素对胡椒碱提取率的影响顺序为温度＞pH＞时间，确定酶法提取胡椒碱优化工艺条件为酶量6 mg，酶解温度50℃，时间6 h，缓冲液pH 7，在此条件下提取率可达5.286%。

2.3 超声辅助酶法提取胡椒碱试验结果与分析

在单因素试验基础上，以胡椒碱提取率（Y）为评价指标，选取温度为60℃，对超声时间、缓冲液pH、酶量进行3因素3水平响应曲面试验设计。试验因素及水平见表5，结果见表6。

利用Design Expert8.05软件对表6数据进行分析，得到胡椒碱对3个因素的二次多元回归方程：

对该结果进行方差分析，失拟性差异不显著，回归方程高度显著，说明模型有效。3个因素对胡椒碱提取率影响大小的排序为超声时间＞缓冲液pH＞酶量。由响应面软件分析可知，在酶量6.76 mg，缓冲液pH 6.34，温度60℃，超声时间60 min的条件下，胡椒碱提取率最大，提取率可达6.439%，与理论值6.447%相近。

综上所述，采用UV法测定不同提取方法的胡椒碱含量，超声辅助酶法最高，其次是超声法，酶法最低，说明超声辅助酶法能大大提高白胡椒中胡椒碱得率，提取效果较优。

3 结论

采用不同方法提取白胡椒中胡椒碱，利用UV法测定胡椒碱含量，分别在单因素试验基础上进行优化，得到各种方法的最佳工艺参数。超声法的最优提取工艺为料液比1∶20（g∶mL），功率180 W，超声时间68 min，温度51℃，提取率最大可达5.798%；酶法在酶量6 mg，酶解温度50℃，时间6 h，缓冲液pH 7的条件下，提取率可达5.203%；超声辅助酶法在酶量6.76 mg，缓冲液pH值为6.34，温度60℃，超声时间60 min的条件下，提取率可达6.439%。结果表明，3种方法对胡椒碱提取效果顺序为超声辅助酶法＞超声法＞酶法，为胡椒的深加工提供一些理论依据。

[1]刘 杰，杨春亮，章程辉，等.胡椒碱的功能及萃取工艺研究进展[J].农产品加工，2009（2）：48-51.

[2]李 明.我国胡椒初加工的现状与分析[J].广西热带农业，2004（1）：37-39.

[3]郑品梅，邹纲明，李彦威.胡椒油的研究进展[J].食品科技，2007（1）：25-28.

[4]BAIYF,XU H.Protective action ofpiperine againstexperimentalgastric ulcer[J].Acta Pharmacol Sin,2000,21(4):357-359.

[5]葛 畅.胡椒抑菌活性物质的研究[D].海口：海南大学硕士论文，2011.

[6]刘 笑，包振伟，顾 林，等.胡椒油树脂抗氧化性及抑菌性研究[J].安徽农业科学，2014，42（9）：2731-2734.

[7]包兰兰，金 桩，博·格日勒图.胡椒碱降血脂作用的实验研究[J].中国民族医药杂志，2004（1）：22-23.

[8]马慧军，朱文元，王大光，等.中药单体胡椒碱促进表皮黑素细胞黑素合成的实验研究[J].临床皮肤科杂志，2005，34（1）：14-16.

[9]于腾飞，刘 屏，王东晓，等.胡椒碱对过氧化氢损伤大鼠心肌线粒体的保护作用及机制研究[J].解放军药学学报，2008，24（1）：7-9.

[10]崔广智，金树梅.胡椒碱抗抑郁作用研究[J].辽宁中医药大学学报，2010，12（7）：42-43.

[11]SUNILA E S,KUTTAN G.Immunomodulatory and antitumor activity of Piper longum Linn.and piperine[J].J Ethnopharmacol,2004,90 (2-3):339-346.

[12]梁爱华.传统民间药物的肿瘤化学预防作用（15）：白胡椒及胡椒碱在体内及体外致癌试验中的抗促癌作用[J].国际中医中药杂志，1998（6）：34-35.

[13]WANG Q Q,LAIL H,FU Q H,etal.Piperine suppresses tumor growth and metastasis in vitro and in vivo in a 4T1 murine breastcancer model [J].Acta Pharmacol Sin,2012,33(4):523-530.

[14]KANAKIIN,DAVE M,PADH H,etal.A rapid method for isolation of piperine from the fruits of Piper nigrum Linn[J].J Nat Med,2008,62 (3):281-283.

[15]柳 中，李银聪.索氏法提取白胡椒油树脂的工艺研究[J].食品与发酵科技，2011，47（1）：65-67，70.

[16]包振伟，顾 林，白东辉，等.响应面法优化黑胡椒油树脂提取工艺[J].食品科学，2013，34（14）：17-21.

[17]方 杰，赵庆军，孟 旭.超声提取白胡椒油树脂的工艺研究[J].中国食品添加剂，2008（4）：57-59，63.

[18]张明楠，周雪晴，梁振益.不同胡椒粉中胡椒碱的含量比较[J].热带农业科学，2011，31（8）：85-88.

[19]YAMAGUCHIT，KAMEZAWA K，IWAYAK，等.在线超临界流体萃取-超高效液相色谱-光电二极管检测器联用分析胡椒粉中的胡椒碱[J].生命科学仪器，2011，9（4）：29-32.

[20]张伟晶，王立红，费大龙.胡椒超临界CO2萃取物中胡椒碱分离工艺的研究[J].现代中西医结合杂志，2010（13）：71-72.

[21]王友志，王晓青，姚 亮，等.微波提取胡椒碱的工艺研究[J].海南师范大学学报，2011，24（3）：293-296.

[22]孙志高，蒋国玲，张萌萌，等.二次正交旋转组合优化微波辅助提取温州蜜柑β-隐黄素工艺[J].食品科学，2013，34（8）：16-20.

[23]王金玺，包振伟，刘 笑，等.响应曲面法优化平菇多糖提取工艺[J].中国酿造，2013，32（4）：108-112.

Comparative study on different extraction methods for piperine

LIUXiao,HOUShunchao,GU Lin*

(College of Food Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China)

The effectof differentextraction methods on piperine extraction from white pepper was studied.Ultravioletspectroscopy was used to analyze the piperine content.The optimalprocess conditions were explored on the basis ofsingle factor tests,and the optimalparameters were acquired. The piperine yield by ultrasonic extraction,enzymatic extraction and ultrasonic-assisted enzymatic extraction was 5.798%,5.286%,6.439%,respectively.The results showed thatultrasonic-assisted enzymatic extraction forpiperine was betterthan others.

piperine;ultrasonic;enzymatic method;ultrasonic-assisted enzymatic method;extraction

S509.9；TS202.3

A

0254-5071（2015）02-0047-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.02.011

2014-12-25

“十二五”国家科技支撑计划项目（2011BAD33B01）

刘 笑（1991-），女，硕士研究生，研究方向为农产品加工及贮藏。

*通讯作者：顾 林（1956-），男，教授，本科，研究方向为农产品加工及贮藏。