吴珍菊，林先哲，潘海亮，黄雪松(暨南大学食品科学与工程系，广东广州 510632)

H103大孔树脂吸附胡椒碱的性能研究

吴珍菊，林先哲，潘海亮，黄雪松*
(暨南大学食品科学与工程系，广东广州 510632)

为寻找一条成本低、效率高的胡椒碱分离方法，利用不同胡椒碱初始浓度、不同pH、不同乙醇浓度等处理，以分光光度法测定胡椒碱，探讨了H103大孔树脂静态和动态吸附及其解析行为。结果表明:树脂静态吸附量达42.5mg/g，解析率可达89.12%;而动态吸附量可达68.55mg/g，解析率达83.65%。该实验结果对于胡椒碱的工业化生产有指导意义。

胡椒(Piper nigrum L.)，H103大孔树脂，胡椒碱，吸附，解析

胡椒碱是胡椒(Piper nigrum L.)中最有价值的一种化学成分，具有抗肿瘤［1－3］、抗氧化［4］、抗消化系统溃疡［5－6］、抗抑郁［7］、抗免疫调节［8－9］等作用，现已广泛应用于酿酒、饮食、医药［10－11］等行业。虽然我国胡椒碱深加工及其产品开发方面已呈现出良好的发展趋势，但与国外相比尚有差距［12］，主要体现在浸泡工艺不规范、产品含杂质多、劳动强度大、加工成本高等方面。我国亟待改进完善已有的加工工艺，尤其需要探索新的提取分离纯化工艺。目前，胡椒碱的提取方法主要有微波减压蒸馏及乙醇提取法［13］、二氯甲烷提取法［14］、超临界二氧化碳萃取法［15－16］，其中超临界二氧化碳萃取法投资大、成本高，而微波减压蒸馏及乙醇提取法、二氯甲烷提取法试剂用量大、浪费严重。胡椒碱的纯化方法多为结晶方法［14－16］，但结晶得率有待提高，获得高纯度的胡椒碱母液是提高结晶得率的关键。大孔树脂是常用的分离纯化材料，具有成本低、效率高、能循环利用等优点，但在胡椒碱的分离纯化方面至今未见报道。本实验拟探讨采用H103大孔树脂来分离纯化胡椒碱，提高胡椒碱母液纯度，以期获得纯度高、结晶得率高的胡椒碱。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

胡椒碱 西安华萃生物技术有限公司，纯度98%;H103大孔树脂 广州钱盛化工有限公司;食用酒精 广州东巨实验仪器有限公司;浓盐酸(HCl)溶液、氢氧化钠(NaOH)、冰醋酸(AcOH)、无水乙醇(EtOH) 均为分析纯;蒸馏水。

UV－1800紫外分光光度计 日本岛津公司;超声波振荡器 江苏宏华仪器厂;SK3310LHC水浴恒温振荡器 上海科导超声仪器有限公司。

1.2 树脂的处理

将树脂依次用4倍柱体积EtOH、4%HCl溶液、蒸馏水、4%NaOH溶液、蒸馏水洗涤至中性，以除去其中所含的致孔剂、催化剂、溶剂等杂质，滤去树脂，于蒸馏水中保存备用。

1.3 静态吸附处理

1.3.1 树脂对不同初始浓度的胡椒碱吸附 配制5份100m L含40%EtOH及1.5mol/L AcOH的溶液，分别加入相应质量的胡椒碱，使溶液中胡椒碱浓度分别为 300、500、800、1000、1200mg/L。取 5 个250m L具塞磨口锥形瓶，放入准确称取的10g湿树脂，然后分别加入上述五种胡椒碱溶液100m L，放入水浴恒温振荡器中，控制吸附温度为 25℃，以100 r/m in的速度振荡，每30min取样，用紫外分光光度计在343nm处测定其吸光度值［15］，根据公式(1)计算吸附量。

式中，C0:吸附前胡椒碱的质量浓度(mg/L);Ce:吸附达到平衡后溶液中胡椒碱的质量浓度(mg/L);M:树脂质量(g);V:吸附溶液体积(L)。

1.4 静态解析处理

1.4.1 不同乙醇浓度解析饱和胡椒碱 准确称取5份吸附饱和的H103树脂各1.00g，分别置于250m L具塞锥形瓶中，依次加入用5种1.5mol/L AcOH配制的EtOH浓度分别为20%、40%、60%、80%、100%的溶液各100m L。室温下置于摇床(100r/min)振荡解析12h后，吸取上清液测定胡椒碱浓度，根据公式(2)计算解析率。

式中，C1:解析溶液的质量浓度(mg/L);V1:解析溶液体积(L);C0、Ce、V 同式(1)。

1.4.2 不同pH解析饱和胡椒碱 准确称取吸附饱和的H103树脂1.00g，置于250m L具塞锥形瓶中，分别加入AcOH调节pH范围为1.0～5.0之间的100m L 95%EtOH溶液，在室温下置于摇床振荡12h，吸取上清液测定胡椒碱浓度，并用公式(2)计算解析率。

1.5 动态吸附－解析实验

1.5.1 动态吸附实验 量取5m L湿树脂填装于φ1cm×30cm的层析玻璃柱中，将含40%EtOH及1.5mol/L AcOH，而胡椒碱浓度为1000mg/m L的溶液以一定流速(9、6、3、1m L/m in)至上而下通过树脂层，每10m L收集一次，测定不同时段流出液的胡椒碱浓度，考察进水流速对吸附效果的影响，根据公式(1)计算吸附量。

1.5.2 动态解析实验 用乙酸调95%乙醇成pH=2的溶液，在室温下以3m L/m in的流速对吸附饱和的树脂层进行处理，每10m L收集一次，测其吸光度的变化，根据公式(2)计算解析率。

1.6 胡椒碱的测定方法

根据 GB/T 17528－1998［17］胡椒碱含量测定——分光光度法测定胡椒碱含量。该标准虽然现已作废，但在本实验采用纯胡椒碱进行研究过程中，其含量测定结果并不受胡椒中杂质的影响，测定结果可靠。

2 结果与讨论

2.1 静态吸附实验结果

2.1.1 胡椒碱初始浓度对吸附速率的影响 如图1所示，树脂对胡椒碱的吸附速率随胡椒碱初始浓度的增大而加快，且吸附速率随吸附时间的延长而减少，前30m in内大孔树脂对胡椒碱的吸附速率较快，30m in后吸附速率基本不变。

图1 胡椒碱浓度对吸附速率的影响

2.1.2 胡椒碱初始浓度对吸附量的影响 由图2可见，树脂对胡椒碱的最大吸附量随初始浓度的增加而增加，这与其他文献的报道相符［18－19］。当原料液初始浓度小于1200mg/L时，树脂的吸附量随着浓度的增加而增大。如果浓度继续增加，各吸附点会逐渐被杂质占据，同时还会产生多层吸附，将树脂微孔堵塞，降低了内孔的利用度，导致吸附率逐渐下降。当吸附液为40%EtOH及1.5mol/L AcOH且含浓度为1.0g/L的胡椒碱时，H103树脂在静态吸附中对胡椒碱的最大吸附量可达42.5mg/g。

2.2 静态解析实验结果

2.2.1 EtOH浓度对胡椒碱解析效果的影响 由图3可以看出，随着EtOH浓度的提高，解析率先快速后缓慢上升。因为EtOH浓度的提高，使解析的强度升高，解析率上升。但考虑到成本问题，选用95%的EtOH作为解析液。

图3 不同乙醇解析液对解析率的影响

2.2.2 pH对胡椒碱解析效果的影响 由图4可以看出，随pH的升高，吸附率先迅速上升后缓慢下降。pH为2时，解析效果最好，解析率可达89.12%。因此选用解析液的pH为2。

图4 不同pH解析对液解析率的影响

2.3 动态吸附实验结果

2.3.1 不同流速对动态吸附量的影响 由图5可看出，随着流速的增加，树脂的饱和吸附量下降，吸附利用率降低。可能因为流速太快，树脂与胡椒碱分子来不及充分接触，致使胡椒碱分子不能充分扩散到树脂内表面，就随着上样液一起泄露出去，所以造成了随着流速的增加，吸附量下降，泄漏量增大的现象。本实验中，流速为 1m L/min时，吸附量最大，且为68.55mg/g，泄漏量最小;流速为9m L/min时，吸附量最小，且为25.45mg/g，泄漏量最大。由此可见，吸附液流速不宜过快，慢速有利于吸附，故选择1mL/min的流速。

图5 不同流速对动态吸附量的影响

2.4 动态解析实验结果

随着解析液的增加，洗出液中胡椒碱的浓度先迅速后缓慢降低。其中解析液中胡椒碱浓度可高达2983.66mg/m L，胡椒碱主要集中在前100m L中，其具体趋势可见图6。这主要有两个原因:首先是因为解析开始的时候，解析液和树脂间形成了最高的浓度差，胡椒碱分子很快地从树脂移到解析液中。随着树脂与解析液中浓度差的减小，移动速度减慢，解析液中胡椒碱的浓度就越来越小。其次是因为树脂吸附饱和后，很多胡椒碱分子只是吸附在树脂的表面。当解析液从上而下流下的时候，由于重力作用，吸附在树脂表面的胡椒碱很容易在解析前期被洗脱下来;而吸附在树脂微孔中的胡椒碱，在解析后期慢慢洗脱下来。集中所有解析液，测定其胡椒碱含量，根据公式(2)计算解析率为83.65%。

图6 树脂解析曲线

3 结论

3.1 在一定条件下，H103大孔树脂对胡椒碱吸附量随着初始浓度的增加而增加，但若初始浓度大于1200mg/L时，吸附量不再增加。在静态吸附中，当吸附液为40%EtOH及1.5mol/L AcOH且含浓度为1.0g/L的胡椒碱时，其吸附量可达42.5mg/g。用pH2的95%EtOH溶液做洗脱液时，解析率理论值可达89.51%。

3.2 在动态吸附实验中，用与静态实验相同的吸附液和解析液，当流速为1m L/m in时，其动态吸附量可达68.55mg/g，解析率为83.65%。该实验结果对于胡椒碱的工业化生产有指导意义，即可用洗脱液纯化结晶，得到高纯度的胡椒碱晶体，这有待于下一步的探索研究。

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Isolated characteristics of H103 macroporous resins for piperine

WU Zhen－ju，LIN Xian－zhe，PAN Hai－liang，HUANG Xue－song*
(Department of Food Science and Engineering，Jinan University，Guangzhou 510632，China)

To investigate a low cost，high efficiency method to sepearte piperine from pepper(Piper nig rum L.)，the effects of piperine’s initial concentration，ethanol concentration，pH，velocity on isolation of piperine were studied.The results showed that the static adsorption quantity was 42.5mg/g，the resolution yield was 89.12%.However，the dynamic adsorption quantity was 68.55mg/g，the resolution yield was 83.65%.The results could be used in the production of piperine.

pepper(Piper nig rum L.);H103 macroporous resins;piperine;adsorption;resolution

TS201.1

B

1002－0306(2011)08－0295－03

2010－12－22 *通讯联系人

吴珍菊(1988－)，女，硕士研究生，研究方向:功能食品。

广东省高校科技成果产业化项目(cgzhzd0806)。