盧俏，張煜，顏健，張怡，曹建新

（貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

辣椒堿是一種含有酚羥基的生物堿，它是辣椒果實的主要顯辣物質(zhì)，其含量一般只占到辣椒干重的0.1%～0.4%[1]。辣椒堿類物質(zhì)因具有鎮(zhèn)痛止癢、抗炎消腫、防風(fēng)濕和抗腫瘤等作用，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)。此外辣椒堿類物質(zhì)產(chǎn)品在農(nóng)藥、軍事、涂料、食品添加劑和減肥保健品領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用，具有極廣闊的市場發(fā)展前景[2]。

目前，辣椒堿的提取方法主要有：有機溶劑浸提法、超聲波輔助提取法和超臨界CO2流體萃取法等[2-6]。溶劑浸提法提取率低、操作繁瑣、溶劑消耗量大；超聲輔助法提取液過濾困難，不利于辣椒堿的后期純化；超臨界法設(shè)備投資較大。閃式提取法是近年發(fā)展起來的新型輔助提取技術(shù)，它利用高速機械剪切力和攪拌力作用，迅速破壞植物細胞組織，使內(nèi)部有效成分與溶劑充分接觸，快速溶解轉(zhuǎn)移，在幾秒到幾十秒內(nèi)達到內(nèi)外溶解平衡，提取效率較高，但將此方法應(yīng)用于辣椒堿提取的研究鮮見文獻報道。本試驗采用閃式提取法從辣椒中提取出辣椒堿類物質(zhì)，通過正交試驗對工藝參數(shù)進行優(yōu)化和分析，得到最佳工藝條件。

1 原料及儀器

1.1 原料

干紅辣椒：市售；甲醇、乙醇、丙酮、石油醚和乙酸乙酯：均為分析純。

1.2 儀器

FW80 高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；JHBE-20A 閃式提取器：河南金鼐科技發(fā)展有限公司；RE-3000 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；752 紫外可見分光光度計：上海菁華科技儀器有限公司；Agilent 1100 高效液相色譜儀：美國安捷倫科技公司。

2 方法

干紅辣椒干燥、粉碎，按設(shè)定的料液比加入有機溶劑，于一定轉(zhuǎn)數(shù)和時間條件下閃式提取，抽濾，減壓蒸餾即得到辣椒油樹脂。參照文獻[7]和文獻[8]的方法，分別采用分光光度法和高效液相色譜法測定辣椒油樹脂中辣椒堿的含量。

采用分光光度法測定辣椒堿含量時，以香蘭素為對照品，實驗繪制的標準曲線見圖1。

圖1 辣椒堿標準曲線Fig.1 Standard curve graph of capsaicin

辣椒堿的提取率用閃式提取所得辣椒堿與干紅辣椒粉的質(zhì)量比來表征。

計算公式如下：

式中：C 為辣椒堿濃度（從標準曲線讀取，μg/mL）；1.065 為香蘭素換算成辣椒堿的當量系數(shù)；V 為待測液體積，mL；A 為待測液稀釋倍數(shù)；W 為辣椒樣品質(zhì)量，g。

高效液相色譜法檢測條件：色譜柱，Lichrospher C18（4.6×250，5 nm）；流動相，甲醇∶水=75∶25（含0.1 %磷酸）；流速，0.600 mL/min；檢測波長，280 nm；進樣量，20 μL。

計算公式如下：

式中：m 為辣椒油樹脂中辣椒堿的質(zhì)量，g；W 為辣椒樣品質(zhì)量，g。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 提取溶劑對辣椒堿提取率的影響

選取不同的有機溶劑，于料液比1∶10（g/mL）、轉(zhuǎn)數(shù)4 400 r/min、閃提時間30 s 條件下進行辣椒堿提取實驗，以研究不同有機溶劑對辣椒堿提取率的影響。

辣椒堿為弱極性偏酸性物質(zhì)，根據(jù)相似相溶原理，宜選擇極性相對較小且偏酸性物質(zhì)為提取溶劑。本實驗所選五種溶劑進行提取實驗的結(jié)果見表1。

表1 不同種類溶劑對辣椒堿提取量的影響Table 1 Influence of solvents on extraction volume of capsaicin

從表1 可以看出，當以丙酮為提取溶劑時，辣椒堿的提取率最大。乙醇溶劑無毒安全，價格低廉，本實驗采用乙醇為提取溶劑時所得提取率可達到0.010 3%，但實驗中發(fā)現(xiàn)提取液較黏稠，選擇性差，對進一步純化辣椒堿的操作不利，同時乙醇溶劑沸點比丙酮高12 ℃，在蒸餾過程中能耗較高。綜合考慮各影響因素，本實驗選擇丙酮作為提取溶劑。

3.2 料液比對辣椒堿提取率的影響

選取不同料液比，以丙酮為提取溶劑，于轉(zhuǎn)數(shù)4 400 r/min、閃提時間30 s 條件下進行提取實驗，研究料液比對辣椒堿提取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 料液比對辣椒堿提取率的影響Fig.2 Effects of ration of solvent material to liquid on extraction ratio of capsaicin

從圖2 可以看出，當料液比從1∶8（g/mL）提高到1∶10（g/mL）時，辣椒堿提取率急速上升，之后，隨料液比提高，辣椒堿的提取率增長緩慢。當料液比達到1∶12（g/mL），再增加溶劑體積，辣椒堿提取率呈緩慢下降趨勢。這是因為隨著料液比的提高，辣椒顆粒表面與溶劑間辣椒堿濃度梯度增大，辣椒堿的溶解擴散速率隨之增大，從而促進辣椒植物細胞組織中辣椒堿的浸出并向溶劑擴散，因此辣椒堿提取率急速上升。當料液比達到一定值后，辣椒中的大部分辣椒堿已浸出并溶解于溶劑中，同時，溶劑體積的增大會在一定程度上減小閃提器刀頭與辣椒顆粒的剪切幾率，使辣椒顆粒相對偏大，影響辣椒堿的浸出效果，因此料液比達到1∶10（g/mL）后，再提高料液比，辣椒堿提取率增加緩慢，甚至呈下降趨勢。本實驗條件下，考慮到溶劑用量增加產(chǎn)生的回收問題和經(jīng)濟問題，選擇料液比1∶10（g/mL）為宜。

3.3 閃提轉(zhuǎn)數(shù)對辣椒堿提取率的影響

選擇不同的閃提轉(zhuǎn)數(shù)，以丙酮為提取溶劑，于料液比1∶10（g/mL）、閃提時間30 s 的條件下進行提取實驗，研究閃提轉(zhuǎn)數(shù)對辣椒堿提取率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 轉(zhuǎn)數(shù)對辣椒堿提取率的影響Fig.3 Effects of rotation on extraction ratio of capsaicin

從圖3 可以看出，隨著轉(zhuǎn)數(shù)的增加，辣椒堿的提取率呈現(xiàn)先增后減的趨勢。其它條件一定時，閃式提取器的轉(zhuǎn)數(shù)越高，越有利于植物的粉碎、細胞組織的破壞和溶質(zhì)向溶劑的擴散，從而促進溶質(zhì)的浸出和溶解，但是，提取器刀頭旋轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生熱量，轉(zhuǎn)數(shù)過高，高速旋轉(zhuǎn)的刀頭瞬間產(chǎn)生的熱量有可能造成溶液局部高溫，致使某些溶出成分發(fā)生氧化或分解等副反應(yīng)。當轉(zhuǎn)數(shù)在1 100 r/min 到4 400 r/min 之間變化時，隨刀頭旋轉(zhuǎn)速度的提高，辣椒的粉碎、細胞組織的破壞和辣椒堿的浸出并向溶劑擴散得以逐漸加強，而旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量又不是太高，所以，轉(zhuǎn)數(shù)提高，辣椒堿提取率增大。當轉(zhuǎn)數(shù)超過4 400 r/min 時，溶液體系產(chǎn)生的局部高溫有可能使辣椒堿發(fā)生氧化或分解等副反應(yīng)，導(dǎo)致辣椒堿提取率下降。本實驗條件下比較適宜的轉(zhuǎn)數(shù)約為4 400 r/min。

3.4 提取時間對辣椒堿提取率的影響

選擇不同提取時間，以丙酮為提取溶劑，于料液比1∶10（g/mL）、轉(zhuǎn)數(shù)4 400 r/min 條件下進行提取實驗，研究閃提時間對辣椒堿提取率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 閃提時間對辣椒堿提取率的影響Fig.4 Effects of extractive time on extraction ratio of capsaicin

從圖4 可以看出，隨著提取時間的延長，辣椒堿的提取率先增加然后緩慢降低，總體看來，閃提時間對辣椒堿的提取率影響不大。閃式提取器高速旋轉(zhuǎn)刀頭可在很短的時間內(nèi)迅速破壞植物組織，提取時間延長，雖然有助于強化提取器刀頭對辣椒植物組織的破壞，促進有效成分的浸出和向溶劑中的溶解，但作用不明顯。較長時間的剪切力作用，反而會使辣椒植物組織充分破碎，產(chǎn)生過細辣椒粉末使濾餅層致密，影響辣椒堿濾出。因此，延長提取時間，對增加辣椒堿提取率的作用不明顯，長時間閃提反而會影響辣椒堿提取率的增大。本實驗條件下，較適合的閃提時間約為30 s。

3.5 閃式提取辣椒堿的正交試驗

在單因素試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，選擇料液比、閃提時間和轉(zhuǎn)數(shù)三個因素為研究對象。采用L9（33）正交試驗優(yōu)化辣椒堿的提取工藝條件，結(jié)果見表2 和表3。

表2 正交試驗因素水平表Table 2 The levels of factors

表3 正交試驗方法分析表Table 3 Scedastic analysis chart of orthogonal test

由方差分析結(jié)果可知，轉(zhuǎn)數(shù)對辣椒堿提取率影響極為顯著；料液比對辣椒堿的提取率影響顯著；閃提時間對辣椒堿提取率影響最不顯著。綜合極差分析結(jié)果可以得出，閃式提取辣椒堿的最佳工藝條件為：A3B3C3，即丙酮溶劑作為提取液、料液比為1∶12（g/mL）、閃提時間35 s、轉(zhuǎn)數(shù)6 600 r/min。在此工藝條件下，得出辣椒堿的提取率為0.112 6%。

3.6 辣椒堿檢測方法的比較

在最佳工藝條件下閃式提取辣椒堿，分別用2.2的兩種方法測定辣椒堿的提取率，結(jié)果見表4、圖5 和圖6。

表4 不同檢測方法的比較Table 4 Comparsion of different detection method

圖5 辣椒堿標品高效液相色譜圖Fig.5 Chromatogram of standard capsaicin

圖6 樣品高效液相圖譜Fig.6 Chromatogram of sample capsaicin

從上述實驗數(shù)據(jù)可知，HPLC 測定結(jié)果低于分光光度法測定值。原因在于分光光度法起顯色作用的是被測物質(zhì)的官能團，這是辣椒堿類物質(zhì)所共有的，即該方法測定是辣椒堿類化合物的總含量；而HPLC 法能夠?qū)⒗苯穳A與其結(jié)構(gòu)相似的辣椒堿類物質(zhì)有效地分離開來，測定結(jié)果為辣椒堿和二氫辣椒堿含量。因而分光光度法測定結(jié)果比HPLC 法測定結(jié)果偏大。圖5 為標準品及樣品HPLC 圖，標準品中辣椒堿和二氫辣椒堿保留時間tR（min）分別為：17.192 和22.664，這與相關(guān)文獻報道結(jié)果相符[9]。

4 結(jié)論

采用閃式提取技術(shù)提取辣椒堿類物質(zhì)，在保證較高的有效成分提取率基礎(chǔ)上，大大縮短了提取時間，提高了提取效率，同時此方法室溫提取、物料適應(yīng)性強、節(jié)能降耗、操作簡單。閃式提取辣椒堿方法相對傳統(tǒng)的提取方法具有明顯的優(yōu)勢，是一種快速有效的提取辣椒堿類物質(zhì)的方法。

本試驗條件下，閃式提取辣椒堿的最佳工藝條件為：丙酮溶液、料液比為1∶12（g/mL）、閃提時間35 s、轉(zhuǎn)數(shù)6 600 r/min，辣椒堿的提取率為0.112 6%。

[1]馮紀年,付健,韓理明.辣椒堿的研究概述[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2005,14(1)：84-87

[2]施飛群.紅辣椒中辣椒堿和辣椒紅素的提取[J].化學(xué)世界,1991,14(1)：158-160

[3]李美粉.超聲強化提取辣椒堿的研究[J].中國調(diào)味品,2005(5)：51-53

[4]董新榮,劉仲華,郭德音,等.纖維素酶預(yù)處理法提取辣椒素的研究[J].食品科學(xué),2007,28(3)：100-103

[5]劉可春,宋廣運,劉昌衡,等.辣椒堿的分離純化及分析[J].山東科學(xué),2000,13(1)：25-29

[6]張郁松.辣椒堿不同提取方法的比較[J].中國調(diào)味品,2009(5)：88-90

[7]楊玉珍.香蘭素-亞硝酸鈉比色法對辣椒素的測定[J].分析試驗室,1994,13(3)：46-49

[8]童慶宣,周新月,葉經(jīng)建.高效液相色譜法測定辣椒素[J].亞熱帶植物通訊,1995,24(1)：28-31

[9]Pashkova E B,Pirogov A V,Yunovidov D V,et al.Shpigun.Quantitative Determination of Capsaicin in Liniments by Microemulsion Liquid Chromatography [J].Vestnik Moskovskogo Universiteta Khimiya,2001,66(1)：43-47