微波辅助提取黄灯笼辣椒中辣椒碱的研究

2018-06-13陈淑娟彭叶

中国调味品 2018年6期

陈淑娟，彭叶

(湖南科技职业学院药学院，长沙 410004)

黄灯笼辣椒，又名黄帝椒、黄辣椒，属于茄科茄亚族辣椒属，原产于古巴、巴西等热带国家，为海南特有的辣椒品种，在我国作为药食两用植物已有悠久历史[1]。黄灯笼辣椒富含辣椒碱、色素、有机酸、维生素等多种营养物质，其中辣椒碱是黄灯笼辣椒中引起辛辣味的主要物质，有“软黄金”之称，目前已被广泛地应用于食品、医药、农业、军事等行业中[2,3]。在食品中可作为添加剂和防腐剂，也可用于辣椒酱、辣椒油等的生产；在医药上用于治疗癌症、镇痛、健胃消食、戒毒等多种药物的生产；在农业中可作为天然杀虫剂及饲料添加剂；在军事上用于生产催泪武器[4-6]。

目前辣椒碱的制取方法有溶剂萃取法、酶解法、超临界CO2萃取法、超声-微波辅助法等[7-9]。溶剂萃取法所需设备简单、成本较低，但提取周期长、产品纯度差；超临界CO2萃取可获得纯度较高的产品，但是存在设备投资大、设备的时空产率低以及操作成本高等问题，酶解法生产成本过高，超声-微波辅助法可以缩短提取时间，且提取率比传统提取方法有明显提高[10]。

随着医药、食品等行业的迅速发展以及人们环保意识的提高，国内外对天然辣椒碱的需求逐年上升[11]。我国辣椒资源丰富，对黄灯笼辣椒进行深加工，可以增加农产品的附加值，同时提高广大农民的收入，有助于解决“三农”问题，产生显著的经济效益和社会效益，具有广阔的前景[12]。本研究采用微波辅助提取法对黄灯笼辣椒中辣椒碱的提取工艺进行研究，以期为黄灯笼辣椒的深加工提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

1.1.1 主要试剂

黄灯笼辣椒：市售；辣椒碱标准品：纯度>98%，西安通泽生物科技有限公司；乙醇：重庆玻化试剂有限公司。

1.1.2 主要仪器

MAS-II Plus型常压微波合成/萃取反应工作站上海新仪微波化学科技有限公司；FW177型中草药粉碎机天津市泰斯特仪器有限公司；RE-52A型旋转蒸发仪上海科晓科学仪器有限公司；LC-100型高效液相色谱仪上海伍丰科学仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 辣椒碱的提取

取干燥后的黄灯笼辣椒，粉碎，过60目筛，得辣椒粉末，准确称取 20.0 g 辣椒粉末至三角瓶中，按液料比8∶1(mL/g)加入70%乙醇溶液，在微波功率500 W、60 ℃条件下提取15 min。提取完成后，过滤除渣，减压蒸馏浓缩，真空干燥，得到辣椒碱粗品。

1.2.2 单因素试验

选取乙醇浓度(50%,60%,70%,80%,90%)、微波功率(300,400,500,600,700,800 W)、提取温度(40,50,60,70,80,90 ℃)、提取时间(9,12,15,18,21 min)作为单因素试验，以提取率为评价指标考察各因素对辣椒碱效果的影响。

1.2.3 正交试验

以乙醇浓度、微波功率、提取温度和提取时间为正交试验因素，以单因素试验中提取效果最优的3组数据为水平，以期获得最佳的辣椒碱提取工艺，试验设计见表1。

表1 辣椒碱提取正交试验设计Table 1 Design of orthogonal test for capsaicin extraction

1.2.4 辣椒碱的检测

按照GB/T 21266-2007进行检测[13]，色谱柱为：ZORBAX SB-C18柱 (250 mm×4.6 mm, 5 μm)。

标准曲线：精密称取辣椒碱标准品，配成 200 mg/L的储备液，稀释为1, 20, 40, 60, 80,100,120 mg/L的工作液，进样测定，得回归方程：Y=221.308X+19.726，r=0.9983。

样品的测定：取减压蒸馏浓缩液0.1 mL，稀释定容，0.45 μm滤膜过滤，上样检测，计算辣椒碱含量。

1.2.5 辣椒碱提取率的计算

辣椒碱提取率=辣椒碱质量/辣椒粉末质量。

2 结果与讨论

2.1 单因素优化试验

2.1.1 乙醇浓度对辣椒碱提取率的影响

图1 乙醇浓度对辣椒碱提取率的影响Fig.1 Effect of ethanol concentration on capsaicin extraction rate

由图1可知，当乙醇浓度在50%～70%范围内时，辣椒碱提取率随着乙醇浓度的增加而快速升高；乙醇浓度增加到70%后，辣椒碱提取率随着乙醇浓度的增加而降低。乙醇浓度直接影响提取溶液的极性，随着乙醇浓度的增加，辣椒碱的提取率由于相似相溶而不断增加，当乙醇浓度过高时，辣椒碱和乙醇羟基之间出现相互排斥作用，使辣椒碱的提取率下降。因此，选择70%的乙醇较佳。

2.1.2 微波功率对辣椒碱提取率的影响

图2 微波功率对辣椒碱提取率的影响Fig.2 Effect of microwave power on capsaicin extraction rate

由图2可知，随着微波功率的增加，辣椒碱提取率快速上升，当微波功率为600 W时，辣椒碱提取率最高，达到2.82 mg/g，而后辣椒碱提取率开始降低。这是因为微波功率过大时，局部升温过快，容易造成辣椒碱的降解，使提取率下降。因此，选择微波功率600 W为宜。

2.1.3 提取温度对辣椒碱提取率的影响

图3 提取温度对辣椒碱提取率的影响Fig.3 Effect of extraction temperature oncapsaicin extraction rate

由图3可知，在40～70 ℃，辣椒碱提取率快速增加；70 ℃时，辣椒碱提取率达到6.02%；70～90 ℃，辣椒碱提取率缓慢下降。这是因为温度升高，分子运动加剧，辣椒碱提取率提高，温度过高时，辣椒碱结构被破坏，导致其提取率下降。因此，选择提取温度70 ℃较为适宜。

2.1.4 提取时间对辣椒碱提取率的影响

图4 提取时间对辣椒碱提取率的影响Fig.4 Effect of extraction time on capsaicin extraction rate

由图4可知，随着提取时间的增加，辣椒碱的提取率呈现先增后降的趋势，提取时间为15 min时，辣椒碱提取率达到最大，为3.18 mg/g。随着提取时间延长，乙醇和辣椒粉充分作用，有利于辣椒碱的溶出，但是时间过长时，温度和微波造成辣椒碱降解或氧化，从而降低提取率。综合考虑，选择提取时间15 min较为合适。

2.2 正交试验设计

在2.1中单因素试验的基础上，以辣椒碱提取率为考核指标，采用表1的试验设计进行正交试验，试验结果及方差分析见表2和表3。

表2 辣椒碱提取正交试验结果Table 2 The results of orthogonal test for capsaicin extraction

表3 正交试验方差分析表Table 3 The variance analysis of orthogonal experiment

由表2可知，极差R值大小为A>B>C>D，极差越大，对结果的影响也就越大，故可以看出影响辣椒碱提取率的各主次因素顺序是乙醇浓度>微波功率>提取温度>提取时间。根据K值可以得出辣椒碱的最佳提取条件为A2B1C3D3，即乙醇浓度70%、微波功率550 W、提取温度75 ℃、提取时间18 min。

对正交试验结果进行方差分析，FA和FB大于F临界值，FC和FD小于F临界值。可见因素A和因素B对辣椒碱提取的影响显著，因素C和因素D对辣椒碱提取的影响不显著，即乙醇浓度和微波功率是辣椒碱提取工艺中的关键参数。

2.3 辣椒碱提取工艺验证

由于提取辣椒碱的最佳工艺组合未出现在正交试验中，因此有必要对最佳工艺条件进行验证。称取60目辣椒粉末20.00 g，加入70%乙醇溶液，在微波功率550 W，75 ℃条件下提取18 min，过滤除渣，减压蒸馏浓缩，取样，检测，计算辣椒碱提取率。经过3次验证试验，得到辣椒碱的提取率为(3.89±0.11)mg/g，该提取工艺稳定。