胡椒碱的光异构化研究*

郭墨亭，夏学进，黄雪松

1(暨南大学理工学院食品科学与工程系，广东广州，510632)2(广东汇香源生物科技股份有限公司，广东广州，510665)

胡椒(Piper nigrum L.)属胡椒科，是藤本植物，主产于我国海南，越南等热带地区，是食品工业中应用量最大的调味料。其所含有的胡椒碱(piperine)属于酰胺类生物碱，具有镇静保肝、抗肿瘤［1］、免疫调节［2］、抗氧化［3］、抗溃疡［4］、抗抑郁［5］、抗惊厥［6］、提高生物的药物利用率［7］、刺激黑素细胞增殖［8］等生物活性，因此，为保持胡椒碱的生物活性，有必要在使用胡椒时最大限度地保持胡椒碱的稳定性。

胡椒碱分子结构中，除含有苯环、吡啶等结构外，还具有全反式共轭双键等结构，由于该结构易于吸收光能而形成全顺式或部分顺式结构，极易使胡椒碱异构成异胡椒碱、异胡椒脂碱和胡椒脂碱［9－10］，这种分子结构的改变，必然影响到胡椒碱的理化性质或生物活性。如酰胺类化合物生物活性，就与其酰胺键的二面角有关，具有反式结构的桂皮酰胺类生物碱具有抗惊活性，而具有顺式结构桂皮酰胺类生物碱则通常具有中枢神经兴奋作用［11］。由此推测，胡椒碱及其异构体在生物活性上也应当存在一定差异。因此，有必要研究清楚光照对胡椒碱异构化的影响规律，为保持其稳定性和生物活性提供依据。本文拟以纯胡椒碱为反应物，采用不同的辐照条件处理，探索胡椒碱及其异构体的光稳定性。

1 材料与方法

1.1 试剂与原料

图1 胡椒碱及其异构体的结构Fig.1 Structures of piperine isomers

胡椒碱:购于西安华萃生物技术有限公司，纯度为98%;甲醇 (色谱纯)，Dima Technologic INC;乙腈(色谱纯)，J B Baker USA;Na2HPO4，天津市福晨化学试剂厂。

胡椒碱异构体:参考Kozukue的方法，即通过辐照处理胡椒碱甲醇溶液，使其异构化产生异胡椒碱、异胡椒脂碱、胡椒脂碱，再经高压液相色谱法分离得到［10］。通过电子喷雾质谱法验证鉴定各异构体。

1.2 实验仪器

LC－20AT高效液相色谱仪 (配备SIL－20A自动进样器;Class-vp色谱工作站;SPD－M20A光电二极管阵列检测器;CTO－10AS VP柱温箱)，日本岛津;0.45 μm微孔滤膜，天津津腾试验设备有限公司;ZF-I型三用紫外分析仪(8W)，上海顾村电光仪器厂。

1.3 辐照处理

1.3.1 不同辐照时间处理

取20 mL 0.5 mg/mL胡椒碱-甲醇溶液置于培养皿中，于365 nm 紫外分析仪下每辐照0、0.25、3、6、12、24、48、72 h 后，各取 1 mL 辐照后的胡椒碱-甲醇溶液，过滤膜后注入棕色小瓶中，待HPLC检测。

1.3.2 不同辐照波长处理

取20 mL 0.5 mg/mL胡椒碱-甲醇溶液置于培养皿中，于254 nm紫外分析仪下辐照，后续处理同1.3.1，并与365 nm辐照处理后的结果进行比较。

1.3.3 不同光源处理

分别取20 mL 0.5 mg/mL胡椒碱-甲醇溶液置于两大小一致的培养皿中，分别置于365 nm紫外分析仪和日光灯下照射 0、1、2、3、4、5 h。后续处理同1.3.1。

1.4 高压液相色谱(HPLC)法检测

利用HPLC检测上述胡椒碱异构体混合溶液，检测条件:色谱柱:Diamonsil C18柱 (250 mm×4.6 mm，5 μm);洗脱程序:乙腈/25 mmol/L Na2HPO4(体积比60∶40)洗脱40 min;流速:0.5 mL/min;柱温:30℃;进样量:3 μL;检测波长:280 nm。

依据各异构体峰面积百分比的变化，从而确定胡椒碱的消耗量及其异构体的形成量。

2 结果与讨论

2.1 辐照时间对胡椒碱稳定性的影响

由图2可看出，(1)胡椒碱的含量从辐照一开始就呈现直线下降的趋势，大约1.8 h时消耗50%，到6 h时趋于平缓;(2)异胡椒碱和异胡椒脂碱一开始呈直线趋势迅速形成，胡椒脂碱3 h后才开始形成，各异构体含量均在6 h后趋于平缓。说明随着辐照时间的延长，胡椒碱及其3种异构体之间相互转化并形成动态平衡。

图2 辐照时间对胡椒碱稳定性的影响(365 nm)Fig.2 Effects of the radiation time on the stability of piperine ismomers(Irradiated with UV light at 365 nm)

由于双键结构光异构化反应的速度是光波长和强度的函数［11］，因此，胡椒碱在受辐照的初期，其含量迅速减少;但当超过一定时间后，胡椒碱光异构化则与光照时间无关，再增加辐照时间，对胡椒碱光异构化并无太大影响。胡椒碱异构体的光异构化也呈现类似的规律。

2.2 辐照波长对胡椒碱稳定性的影响

从图3可看出，(1)365 nm辐照72 h后，胡椒碱损耗72.84%，其3种异构体的含量为:异胡椒脂碱(31.63%)＞异胡椒碱 (26.79%)＞胡椒脂碱(14.39%)。(2)254 nm辐照72 h后，胡椒碱损耗61.55%;同时，异胡椒碱和异胡椒脂碱的形成量分别为36.15%、25.40%，胡椒脂碱未检测出，其中，异胡椒碱的形成量高于365 nm条件下的形成量。

图3 不同辐照波长对胡椒碱稳定性的影响Fig.3 Effects of the radiation wavelengths on the stability of piperine ismomers

胡椒碱的紫外最大吸收波长为340，365 nm较254 nm更接近该最大吸收，因而更容易引起共振并刺激胡椒碱分子结构形成不稳定高能态状态，即更容易使胡椒碱变得不稳定而转化成其异构体。上述结果证实了这一理论推测。

2.3 不同光源对胡椒碱稳定性的影响

由图4可看出，(1)在日光灯和365 nm紫外灯照射的情况下，胡椒碱的消耗量相差不大，且胡椒碱及其异构体含量的变化趋势一致;(2)但日光灯照射时，异胡椒脂碱的形成量多于365 nm紫外灯辐照的，胡椒脂碱和异胡椒碱的形成量均少于紫外灯辐照。

图4 不同光源对胡椒碱稳定性的影响Fig.4 Effects of the light sources on the stability of piperine ismomers

根据上述分析，胡椒碱与其异构体化规律明显;这些规律性的变化取决于其分子结构中含有的顺式或反式烯烃双键。根据电子激发理论，这些双键的π-电子受到光激发后，会形成一个非平面的高能过渡状态电子，同时又不断地回到基态(平面状态)［10］。因不同的光照处理所具有的激发能量波段不同，使得胡椒碱双键的激发状态不同，其回复到基态的速度与比率亦不相同。因此，在图2～图4中的辐照处理初期，胡椒碱形成异构体的速度明显不同，胡椒碱异构化速度为辐照时间和波长的函数;但当辐照处理到足够时间后，非平面的高能过渡状态双键与平面状态的基态双键则达到了平衡状态时，延长光照处理时间，辐照处理胡椒碱形成异构体的速度不再变化。至于各种辐照处理能级与所形成异构体比例之间的定量关系则有待进一步研究确定。

3 结论

辐照处理胡椒碱溶液，因不同波长所具有的激发能量波段不同，使得胡椒碱双键的激发状态不同，因此，在辐照处理初期，胡椒碱异构化速度为辐照时间和波长的函数;而一段时间后，胡椒碱及其异构体相互转化并形成动态平衡。365 nm较254 nm更接近胡椒碱的紫外最大吸收波长340 nm，更容易引起共振并刺激胡椒碱分子结构形成不稳定高能态状态，因此365 nm辐照对胡椒碱异构化的影响比254 nm辐照大。而运用不同的光源处理，胡椒碱的损耗量差不多，但利于形成的异构体不同。因此在避光条件下有利于胡椒碱的稳定和保存。

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