辣椒碱类化合物提取工艺的比较研究

张容鹄，窦志浩，*，谢辉，万祝宁，丁在勇

（1.海南省农业科学院农产品加工设计研究所，海南海口571100；2.海南大学海南海口570228）

辣椒碱类化合物提取工艺的比较研究

张容鹄1，窦志浩1，*，谢辉1，万祝宁1，丁在勇2

（1.海南省农业科学院农产品加工设计研究所，海南海口571100；2.海南大学海南海口570228）

以海南黄灯笼辣椒为原料，比较微波碱法、微波辅助乙醇和乙醇浸渍3种提取辣椒碱化合物的方法，优选辣椒碱类化合物的提取工艺。采用单因素试验考察了提取液浓度、料液比、浸提时间、提取温度、提取功率提取次数对辣椒素提取率的影响，采用正交设计L9（34）法优化了提取工艺参数。结果表明微波辅助乙醇提取时间最短，得率最高。最佳工艺参数为：黄灯笼辣椒干燥粉碎过30目筛后，微波辅助下，乙醇浓度为50%，料液比为1∶14（g/mL），提取时间为10 min，提取温度为70℃，功率为700W，提取2次。优化后提取的辣椒碱化合物得率为2.192%，得到粗品的纯度最高，达22.8%，有利于进一步纯化。

黄灯笼辣椒；辣椒碱化合物；提取工艺；微波

辣椒碱类化合物是有香草基胺的酰胺衍生物的统称，广泛应用于食品添加、医疗、生物防治、军事等领域[1]。黄灯笼椒又叫黄帝椒，成熟果实亮黄色，富含辣椒素类物质，辣度高，可达170 000 SHU，李海龙[2]等应用HPLC法测定海南黄灯笼椒等辣椒的辣椒素含量，比海南小米椒、海南朝天椒、贵州、四川辣椒含量高，一般不作为鲜食，在海南省主要做成黄灯笼辣椒酱。进行辣椒碱类化合物提取方法，从溶剂（95%酒精）[3]提取到超声辅助提取，从微波辅助提取到目前的超临界、分子蒸馏等技术报道很多，如：Sumate[4]、Barbero[5]、邓传波[6]等以辅助辣椒为原料进行超声提取和超临界萃取，张丽茜[7]以北京市场上辣椒粉为原料进行乙酸-微波预处理法提取辣椒素等等。近年来，微波设备快速、清洁、节能，其提取技术得到了很多科研人员的青睐，以微波辅助提取黄灯笼辣椒碱化合物的研究并不成熟，需要进一步挖掘其价值。本文以黄灯笼辣椒为原料，比较了几种不同的提取方法，探讨微波提取过程中影响提取辣椒碱类化合物的因素，以期得到得到经济实用的辣椒碱类化合物提取工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄灯笼辣椒购自文昌黄灯笼辣椒种植园，整个辣椒60℃干燥至水分8%左右，过30目筛。辣椒碱（北京恒元启天，含量99.5%）、磷钼酸、钨酸钠、氢氧化钠、浓盐酸、正己烷均为分析纯；纯水自制；乙醇为医用酒精。

1.2 仪器与设备

TU1810紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；MD6CN-H型微波消解仪，RE-52AA旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；Eppendorf AG冷冻离心机：德国；电热鼓风干燥箱：上海一恒；多功能粉碎机：上海江信；真空泵、真空干燥箱等。

1.3 波长扫描及标准曲线绘制

准确称取辣椒素标准品10.1 mg，用60%乙醇溶解，移至10 mL容量瓶中，用乙醇溶液定容混匀，封口，得1.01 mg/mL标准贮备液。检测方法参考钼酸钠-亚硝酸钠[8]方法，有所改动，溶剂用60%乙醇，配成浓度为10、15、20、25、30 mg/L的辣椒碱梯度溶液。以试剂空白作参比，进行波长扫描，得到最大吸收波长，在此波长测定其吸收度绘制标准曲线。

1.4 样品制备、检测及得率计算

1.4.1 辣椒素得率计算方法

取新鲜黄灯笼辣椒，60℃干燥到水分8%以下，粉碎机粉碎，过30目筛，得辣椒粉。

辣椒素得率=浸出辣椒碱化合物质量/辣椒粉质量

浸出辣椒碱化合物质量=C×V×M

式中：C为检测样品液种辣椒素的浓度，（mg/L）；V为检测样品液体积，L；M为稀释倍数。

1.4.2 微波碱法提取

微波碱法提取参考[9-11]，有所改动。称取辣椒素粉，用氢氧化钠液定容，倒入消解罐微波提取，过滤除渣，用正己烷少许萃取除去色素类和油溶性物质，得到水相，水相用1∶1盐酸中和，中和液用正己烷萃取，得到正己烷相，减压浓缩，真空干燥，得到辣椒素化合物粗品，用60%酒精适量溶解，得到样品液，采用1.3检测方法测定粗品中辣椒碱化合物的含量，计算得率和粗品中辣椒碱化合物的纯度。

1.4.3 酒精提取

称取辣椒粉样品，加入乙醇溶液定容，倒入提取瓶中，酒精浸渍提取用锥形瓶，微波辅助酒精提取用消解罐，进行提取后过滤收集滤液，为样品液。分别取样品液0.5 mL，采用1.3方法进行检测，得到其中辣椒素的含量，由稀释倍数得到辣椒碱化合物的浸出得率。

1.4.4 辣椒素浸膏制备及辣椒素化合物含量检测

分别收集1.4.3样品液，低温旋转浓缩得到辣椒素浸膏，检测浸膏中辣椒碱化合物的含量。

1.4.5 浸膏初步纯化

分别对1.4.4浓缩的浸膏用碱溶解，采用1.4.2方法用有机溶剂萃取后纯化，浓缩，真空干燥，得到粗品，计算粗品中辣椒碱化合物纯度。

1.5 单因素试验

1.5.1 溶剂浓度的选择

称取5份辣椒粉5.0 g，依次加入浓度为30%、40%、50%、60%、70%的乙醇溶液至50 mL，室温静置120 min后过滤，取一定量滤液按1.3方法，测其吸光度，分别计算其辣椒碱化合物得率。

1.5.2 料液比的选择

称取5份辣椒粉5.0 g，依次按料液比1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/mL加入60%的乙醇溶液，室温静置120 min后过滤，取滤液分别计算其辣椒碱化合物得率。

1.5.3 温度的选择

称取5份辣椒粉5.0 g，依次加入60 mL、浓度为60%的乙醇溶液，分别置于40、50、60、70、80℃下提取120min后过滤，取滤液分别计算其辣椒碱化合物得率。

1.5.4 微波辅助条件下功率的选择

称取5份辣椒粉3.0 g，依次加入42 mL浓度为60%的乙醇溶液，置于70℃下，分别于功率300、400、500、600、700 W，时间为10 min后过滤，取滤液分别计算其辣椒碱化合物得率。

1.5.5 浸提时间的选择

称取5份辣椒粉3.0 g，依次加入42 mL、浓度为60%的乙醇溶液，置于70℃下，微波功率为500 W，分别提取5、10、15、20、125 min后过滤，取滤液分别计算辣椒碱化合物得率。

1.5.6 提取次数的确定

称取3 g辣椒粉2份，分别放入2个微波消解罐中，分别添加42 mL 60%酒精溶液，500 W微波提取10 min，过滤后得第1次提取液，滤渣添加42 mL 60%酒精溶液，相同条件下微波酒精提取得第2次提取液，同理得第3次提取液和第4次提取液，分别取滤液测定，计算其辣椒碱化合物得率。

1.5.7 正交试验

分别采用酒精提取、微波辅助酒精提取、微波辅助碱法3种提取方法进行正交试验L9（34）。

1.5.8 验证正交试验结果

根据1.5.7正交试验的最佳条件，分别进行验证试验，分别得到最佳优化条件的辣椒素提取得率。

2 结果与讨论

2.1 波长扫描结果

波长扫描结果见图1。

图1 波长扫描图Fig.1 The spectrum of the wavelength scanning

如图1所示，最大吸收波长为436 nm～438 nm，参考文献[8]，最大吸收波长选为436 nm。

2.2 绘制辣椒碱不同浓度下的标准曲线

标准曲线如图2。

吸收度在0.2～0.8之间，r为0.999 8，线性关系好。

2.3 单因素试验结果

单因素试验结果如表一，静置条件下，用1.5.1方法，提取以60%酒精浓度得率最高；用1.5.2方法，料液比为1∶12 g/mL提取得率最高；用1.5.3方法，温度以70℃为最佳提取温度。用1.5.4方法，微波辅助条件下酒精提取，以微波功率500 W，得率最高。用1.5.5方法，微波时间为10 min得率最高；用1.5.6方法，第一次提取辣椒碱化合物的量占四次提取总和91%，第二次提取占四次提取总和的6.6%，前2次提取量的总和占四次提取总和的97.6%，考虑到操作的复杂性及溶剂成本，故提取次数以2次较为经济。

图2 标准曲线图Fig.2 The drawing of the standard curves

2.4 3种提取方法的正交试验结果

正交试验结果表2、表3和表4。

表1 单因素试验结果Table 1 The results of single factor test

表2 酒精浸渍提取正交试验结果Table 2 The results of orthogonal test applying the method of steeping in ethanol

表3 微波辅助酒精提取正交试验结果表Table 3 The results of orthogonal test applying the method of microwave-assisted ethanol

表2是浸渍条件下，酒精提取的正交试验结果，结果显示优化后最佳条件为：溶剂浓度50%、料液比1∶14（g/mL）、温度70℃、浸提时间是120 min。由R值可以看出酒精浓度是对提取得率影响最大的因素，其次是温度、料液比，影响因素最小的是时间。得率取平均值得到总体平均得率，为1.409%。

表4 微波辅助碱法提取正交试验结果表Table 4 The results of orthogonal test applying the method of microwave alkali extract

表3是微波辅助条件下，酒精提取的正交试验结果，结果显示优化后最佳条件为：微波辅助条件下，酒精浓度50%、温度70℃、功率为700 W，浸提时间是10 min。由R值可以看出酒精浓度是对提取得率影响最大的因素，其次是温度、时间，影响因素最小的是功率。得率取平均值得到总体平均得率1.862%。

表4是微波辅助条件下，碱法提取的正交试验结果，结果显示优化后最佳条件为：微波辅助，氢氧化钠浓度2%、温度50℃、功率为300 W，浸提时间是15 min。由R值可以看出氢氧化钠浓度是对提取得率影响最大的因素，其次是功率、时间，影响因素最小的是温度。得到总体平均得率为0.847%。

2.5 验证结果

3种方法经条件优化后，按照最佳优化条件进行性提取的辣椒素提取得率见表5。

表5 不同提取方法优化后提取效率Table 5 Optimized extraction efficiency of different extraction method %

按照正交试验优化后的参数进行提取，微波辅助酒精提取的得率最高，为2.192%；对3种提取方法提取的辣椒素粗品的纯度分析中，微波辅助酒精提取的粗品所得的纯度最高，达22.8%。

3 结论

1）3种提取方法中，以微波辅助酒精提取得到的辣椒碱化合物得率最高，进一步纯化后得到的辣椒碱化合物粗品，该方法得到的纯度也最高，因此微波辅助酒精提取是三种方法中效率最高的。

2）微波辅助乙醇提取时间最短，得率最高。黄灯笼辣椒干燥粉碎过30目筛后，微波辅助下，最佳工艺参数为：乙醇浓度为50%，料液比为1∶14（g/mL），提取时间为10 min，提取温度为70℃，功率为700 W，提取2次。优化后提取的辣椒碱化合物得率为2.192%，得到粗品的纯度最高，达22.8%。

3）在提取过程中，微波提取温度太高，时间太长均不利于辣椒碱化合物的有效提取。微波碱法提取过程中，步骤多，损失量大，故一次萃取得率明显低于其他2种方法，后来在实验过程中对沉淀进行多次萃取，得率明显高。

4）从影响环境的角度考虑，酒精提取后可以完全回收后重复利用，而氢氧化钠溶液难以回收，在提取过程中用量大，溶液对环境造成污染。

[1]刘菲菲,王兵,曹建新.辣椒碱应用研究进展[J].食品工业科技, 2012,33(16):368-371

[2] 李海龙,张俊清,赖伟勇,等.海南黄灯笼椒与不同品种辣椒的辣椒素含量测定[J].中国野生植物资源,2012,31(4):32-34

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The Study on the Process Compare of Extracting Capsaicin Chemical Compound

ZHANG Rong-hu1，DOU Zhi-hao1，*，XIE Hui1，WAN Zhu-ning1，DING Zai-yong2
（1.Hainan Academy of Agriculture Sciences，Institute of Processing&Design of Agroproducts，Haikou 571100，Hainan，China；2.Hai Nan University，Haikou 570228，Hainan，China）

Three different extraction methods were used to extract capsaicin chemical compound from Capsicum chinense of Hai Nan.In this paper，the extraction processes about microwave alkali method，microwave-assisted ethanol and steep in ethanol method were optimized and compared.Single factor test were designed to investigate the influencing factors on extracting the capsaicin chemical compound，including：the concentration of the extracted solution，extraction time，ratio of power to extraction solvent，extraction temperature，extraction power and frequency.The orthogonal design L9（34）was designed to optimize process parameter.The results showed microwave assisted ethanol extraction cost the shortest time and got the highest yield after Capsicum chinenses were dried，ground and sieved through 30 mesh.The optimal process parameters were：50%ethanol solution，solid-liquid ratio 1∶14 g/mL，extraction time 10 min，extracting temperature 70℃，power 700 W，extracting 2 times.Capsaicin compound extraction rate was 2.192%by optimizing，the purity of the crude product was up to 22.8%，then it is conducive to purify further.

Capsicum chinense；capsaicin chemical compound；extraction process；microwave

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.19.011

2013-10-15

海南省科学事业费项目（11-21401-0006）

张容鹄（1970—），女（汉），助理研究员，硕士研究生，研究方向：农产品加工。

*通信作者：窦志浩，男，研究员。