超声波辅助提取胡椒中胡椒碱

陈盛余++赵丹丹++曾小月++史兵方++凌绍明++谢瑜

摘要：采用单因素和正交试验优化从胡椒（Piper nigrum L.）中提取胡椒碱的工艺条件，分别考察了料液比、乙醇体积分数、提取时间和提取温度对胡椒碱提取率的影响。结果表明，胡椒碱的最佳提取工艺为料液比1∶30（g∶mL），乙醇体积分数95%，提取时间45 min，提取温度70 ℃。在最佳条件下，胡椒碱提取率达到6.12%。该提取工艺简单、高效，可以应用于从胡椒中提取胡椒碱。

关键词：胡椒（Piper nigrum L.）；胡椒碱；超声波提取；正交试验

中图分类号：Q949.732.3；TQ914 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）05-0932-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.05.035

Ultrasonic Extraction Piperine from Piper nigrum L.

CHEN Sheng-yu，ZHAO Dan-dan，ZENG Xiao-yue，SHI Bing-fang，LING Shao-ming，XIE Yu

（Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Regional Ecological Environment Analysis and Pollution Control of West Guangxi/Baise University，Baise 533000， Guangxi，China）

Abstract： The extracting piperine of Piper nigrum L. was optimized by single-factor experiments. The effects of solid-to-liquid ratio，ethanol concentration， extraction time and extraction temperature were investigated respectively. The results showed that optimum extraction process were solid-to-liquid ratio of 1∶30（g∶mL），95% ethanol，extraction time of 45 minutes and extraction temperature of 70 ℃. The extraction rate of piperine could reach 6.12% under the optimum conditions. The extraction process was simple，efficient and suitable for extracting piperine of Piper nigrum L.

Key words： Piper nigrum L.； piperine； ultrasonic extraction； orthogonal test

胡椒（Piper nigrum L.）是常見的食用香料之一，在日常生活中被广泛使用。除此之外，胡椒还具有抗菌、消炎[1]等功效，具有良好的药用价值。胡椒含有多种活性成分[2]，如生物碱、黄酮、挥发油等，其中胡椒碱就是胡椒的主要活性成分之一，在临床上具有抗惊厥[3]、抗氧化[4]、抗免疫调节[5]等作用。由于胡椒碱的药用功效较为出众，如何从胡椒中提取胡椒碱已经成为研究胡椒的热点问题之一。

目前，已经有学者对提取胡椒碱进行了研究，侯文洁等[6]以甲醇做溶剂采用传统回流法从胡椒中提取胡椒碱，并优化了提取工艺。石宝俊等[7]以95%乙醇为溶剂回流提取胡椒碱，得到胡椒碱纯度达90%以上。超声波技术是现代新型技术之一，在天然产物提取中被广泛应用。研究表明，采用超声辅助技术对胡椒的抗氧化成分进行提取得到的提取物有良好的抗氧化活性[8]。采用超声波技术提取的活性物质总量比传统回流法高，但总抗氧化活性的具体物质尚未确定。这些活性成分包含胡椒碱，但是胡椒碱提取量与提取条件的内在关系尚未明确。因此，本研究采用超声波辅助提取胡椒碱，以期为胡椒碱的提取开发一种更为高效的提取工艺，并为胡椒的开发利用提供更多依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：胡椒碱对照品（上海雅吉生物科技有限公司），白胡椒购自百色市右江区金三角市场。甲醇为色谱纯，乙醇等其他试剂为分析纯。

仪器：BSA224S型分析天平（赛多利斯公司），KQ5200型超声波清洗仪（昆山市超声波仪器有限公司），LC-10B型高效液相色谱仪（杭州捷岛科学仪器有限公司）。

1.2 方法

称取5.00 g胡椒，按比例加入一定量的乙醇溶液浸泡12 h，设置一定温度和时间，在一定功率下进行超声回流提取。提取结束后抽滤，滤液用容量瓶定溶为250 mL，用于高效液相色谱法进行检测[9]。

提取率=（胡椒碱的量/胡椒样品量）×100%

1.2.1 单因素试验

1）料液比的确定。在70%乙醇，提取温度为 60 ℃，提取时间为30 min，超声功率为200 W的条件下，分别加入不同用量的乙醇溶液，使料液比分别为1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50（g/mL，下同），考察不同料液比对胡椒碱提取率的影响。

2）乙醇体积分数的确定。在料液比1∶30，提取温度60 ℃，提取时间30 min，超声功率200 W的条件下，分别加入不同体积分数的乙醇溶液（60%、70%、80%、90%、100%）进行提取，考察其对胡椒碱提取率的影响。

3）提取时间的确定。在料液比1∶30，90%乙醇，提取温度60 ℃，超声功率200 W的条件下，分别提取20、30、40、50、60 min，得到不同提取时间对胡椒碱提取率的影响。

4）提取温度的确定。在料液比1∶30，90%乙醇，提取时间40 min，超声功率为200 W的条件下，分别在不同温度（50、60、70、80、90 ℃）下进行提取，得到不同提取温度对提取率的影响。

1.2.2 正交试验 在单因素试验基础上，选择料液比、乙醇体积分数、提取时间、提取温度4个因素设计L9（34）正交试验，其因素和水平见表1。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同料液比对胡椒碱提取率的影响 由图1可知，当料液比从1∶10变化到1∶50时，超声波辅助提取胡椒中胡椒碱，其提取率逐渐增大，但料液比从1∶30变化到1∶50时，提取率变化不明显。这说明胡椒碱在料液比1∶30进行提取后大部分已经被提取出来，继续增大溶剂用量对提取率提高并不明显，从经济角度出发选择1∶30的料液比较好。

2.1.2 不同乙醇体积分数对胡椒碱提取率的影响 由图2可知，当乙醇体积分数增大时，胡椒碱的提取率先增大后减小，在乙醇体积分数为90%时，胡椒碱的提取率达到峰值。胡椒碱易溶于乙醇，但其溶解度和乙醇体积分数有关，在提取中，其溶出机制尚不明确，而单纯地从提取率出发，选择90%的乙醇对胡椒碱提取率较好。

2.1.3 不同提取时间对胡椒碱提取率的影响 由图3可以看出，胡椒堿提取率随着提取时间的增大而增大，在20～40 min提取率增大比较明显，40 min之后提取率增大趋势明显减弱。在提取过程中，超声波能够加速胡椒碱从胡椒内扩散出来，也加速溶剂扩散至胡椒粉末内部，也就是说随着超声时间的延长胡椒碱会不断地溶解到溶液中，因而随着超声时间的增大提取率会不断增大。但是当时间达到40 min后，大部分胡椒碱已溶出，继续增加时间提取率提高也不明显。因此，选择40 min的提取时间比较合适。

2.1.4 不同提取温度对胡椒碱提取率的影响 由图4可知，提取温度从50 ℃增大到90 ℃时，胡椒碱提取率先增大后减小，其中在70 ℃时达到最大值。这是因为在温度升高的情况下，胡椒碱从胡椒粉末扩散到溶液中的速度随温度的升高而增大，提取率逐渐升高；当温度达超过70 ℃时，胡椒碱在溶液中可能会发生其他反应，导致其含量下降。因此，选择70 ℃提取温度比较合适。

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上，选择料液比、乙醇体积分数、提取时间、提取温度4个因素设计L9（34）正交试验，正交试验结果见表2。由表2可知，极差大小顺序为RD>RA>RB>RC，所以各因素对胡椒碱提取率的影响大小次序依次为提取温度、料液比、乙醇体积分数、提取时间。通过均值对比可得到最佳提取工艺为A2B3C3D2，即最佳提取条件为料液比1∶30，乙醇体积分数95%，提取时间45 min，提取温度70 ℃。

2.3 验证试验

在最优条件下对胡椒中的胡椒碱进行提取并测定提取率，平行试验3次，得到胡椒碱的提取率为6.12%，均高于正交试验中各组试验结果，所以正交结果得到的提取条件为最优条件。

3 小结与讨论

研究得到提取胡椒碱的最佳工艺为料液比1∶30，乙醇体积分数95%，提取时间45 min，提取温度70 ℃，超声功率200 W，胡椒碱的提取率达到6.12%。试验采用乙醇作为溶剂，主要原因是在常见的有机溶剂中乙醇的毒性相对较小，价格相对较低。胡椒碱在白胡椒中的含量达到6%以上，说明胡椒碱是胡椒的主要活性成分之一，这与文献[10]报道一致。胡椒在日常中主要用作香料，也可用作中药。在用作中药时，主要是以整个胡椒进行使用，因为胡椒含有多种成分，各种成分的药理机理尚未明了，仍需继续探讨。如果将胡椒碱从胡椒内分离提纯，将为胡椒碱的药用机理研究提供基础，也将进一步推动开发胡椒的药用价值。试验得到的最佳工艺对胡椒碱的提取率较高，操作简单，可以应用于胡椒碱的分离提取，为胡椒碱的规模化生产提供可行的方法。

参考文献：

[1] 郑虎占，董泽宏，佘 靖，等.中药现代研究与应用[M].北京：学苑出版社，1998.

[2] 吴庆立，王圣平，冯毓秀，等.胡椒属化学成分的研究[J].天然产物研究与开发，1998，10（1）：84-89.

[3] DAULATABAD C D，MULLA G M，MIRAJKAR A.Vernolic and cyclopropenoic fatty acids in Piper nigrum seed oil[J]. Lipid Science and Technology，1995，97（12）：453-459.

[4] LEE S A，HONG S S，HAN X H，et al. Piperine from the fruits of Piper longum with inhibitory effect on monoamine oxidase and antidepresent-like activity[J].Chen Pharm Bull，2005，53（7）：832-835.

[5] DOGRA R K，KHANNA S，SHANKER R. Immunctoxicological effects of piperine in mice[J].Toxicology，2004，196（3）：229-236.

[6] 侯文洁，张卫刚，薛文娇.胡椒中胡椒碱的提取工艺研究[J].中国调味品，2008，33（5）：55-58.

[7] 石宝俊，高君泽，黄晓德，等.95%乙醇提取白胡椒中胡椒碱的工艺研究[J].中国野生植物资源，2013，32（1）：21-23.

[8] 陈文学，仇厚援，熊状之.超声波提取胡椒中抗氧化成分的研究[J].食品工业科技，2006，27（7）：83-86.

[9] 袁子民，程 岚，王 静，等.反相高效液相色谱法测定牙痛药水中胡椒碱的含量[J].时珍国医国药，2005，16（10）：1002-1003.

[10] 吴庆立，王圣平，冯毓秀，等.胡椒属化学成分的研究[J].天然产物研究与开发，1996，10（1）：84-89.