朱 华，王海翔，任旭桐，王岁楼

（中国药科大学工学院，江苏南京 211198）

辣椒碱别称辣椒素，是一类可以从茄科植物辣椒果实里提取分离的香草酰胺类生天然生物碱，成熟辣椒果实中的胚座组织中辣椒碱含量最多，还有一小部分存在于果皮和种子之中[1]。辣椒碱类化合物属于香草酸的同源同系物，其同系物目前有20多种被发现，绝大部分为辣椒碱和二氢辣椒碱（大约占同系物总量90%以上），其余一些极少量同系物分别为降二氢辣椒碱、高辣椒碱、高二氢辣椒碱Ⅰ、高二氢辣椒碱Ⅱ、壬酰香荚兰胺、辛酰香荚兰胺和癸酰香荚兰胺[2-4]。

研究表明，辣椒碱具有长效镇痛、抗菌消炎、促进食欲、改善消化等药理作用，对带状疮疹后神经痛、牛皮癣、皮肤搔痒症、糖尿病性神经痛等症状均具有明显的治疗效果[5-7]，还可广泛用于食品工业、军事弹药、有害生物防治等领域[8-11]。辣椒碱粗品中有一些酚类物质能拮抗辣椒碱对神经肽的作用，会加剧疼痛和炎症反应，所以辣椒碱经纯化后才有更好的应用价值。然而，价格昂贵的高纯辣椒碱的全球市场缺口非常大[8]，为了改变这种现状，提取高纯度的辣椒碱势在必行。纯化辣椒碱类化合物的方法很多，其中包括如超临界二氧化碳流体萃取法[9]、高速逆流色谱法[10]、离子交换树脂法[11]、硅胶正相层析[12]和反相C18法[13]等，然而以上方法存在处理量小、工艺繁琐和生产成本高等问题。

大孔吸附树脂为吸附型和筛选性原理相结合的高分子分离材料，其理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂，与传统吸附剂相比，它具有选择性好、吸附容量大、解析条件温和、机械强度高、耐污染、成本低廉、可以多次反复使用、再生比较容易等优点[14-15]。选用大孔树脂法作为进一步纯化辣椒碱的材料，通过试验选择合适的大孔树脂，并根据静态和动态吸附解析试验来确定纯化的最优工艺参数。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

辣椒碱标准品（97%），南京景竹生物科技有限公司提供；辣椒碱粗提浸膏，实验室自制；S-8型、AB-8型和D101型大孔树脂，天津市海光化工有限公司提供；盐酸，南京化学试剂股份有限公司提供；氢氧化钠、乙醇，国药集团化学试剂有限公司提供。

TU-1810型紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司产品；HZQ-F160型全温振荡培养箱，苏州培英实验设备有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 辣椒碱含量测定

参考相关文献[16-17]，采用紫外分光光度法，以280 nm为吸收波长，建立标准曲线方程为A=9.391C+0.056 8（R2=0.9995），在 0.01～0.05 mg/mL质量浓度范围内对辣椒碱进行测定，精密度、准确度均良好。式中A为吸光度，C为辣椒碱质量浓度（mg/mL），R为相关性系数。

1.2.2 大孔树脂预处理

按照文献[18-19]，称取100.0 g大孔树脂放入烧杯中，用体积分数为95%乙醇溶液浸泡24 h后，真空抽滤后不断用无水乙醇溶液冲洗大孔树脂，观察滤液遇水不会出现浑浊现象后用纯净水不断淋洗，洗至大孔树脂没有乙醇味道，待其干燥。配制500 mL 5%的盐酸溶液，放入干燥后的大孔树脂浸泡3 h后进行抽滤，用纯净水不断冲洗，将酸液洗尽，待流出液为中性即可，再配制500 mL 5%氢氧化钠溶液，将大孔树脂放入溶液，待3 h后过滤用纯净水不断冲洗，将碱液洗尽，待其完全干燥，备用。

1.2.3 大孔树脂静态吸附解析试验

（1） 大孔树脂种类的筛选。将S-8，AB-8和D101 3种型号树脂分别进行预处理，干燥至恒质量后，精确称取这3种树脂各5.0 g依次放入250 mL具塞锥形瓶中，分别量取100 mL相同质量浓度的辣椒碱粗提品溶液倒入装有树脂的3个锥形瓶中。在室温下，放入全温振荡培养箱中进行静态吸附，保持恒速振摇24 h确保达到吸附平衡，充分吸附后真空抽滤，收集各树脂滤液，根据滤液吸光度，可算出每种树脂的吸附量和吸附率。再将经过充分吸附的树脂滤干分别放入3个锥形瓶中，依次倒入50 mL体积分数为95%的乙醇溶液，在室温下，放入全温振荡培养箱保持恒速振摇10 h，进行静态解析。待解析完全后过滤，根据滤液吸光度，可算出每种树脂的解析率。根据计算结果对其类型进行选择，相关计算公式如下：

式中：C0——辣椒碱浸膏原料液质量浓度，mg/mL；

C1——吸附平衡后溶液质量浓度，mg/mL；

C2——解析后溶液质量浓度，mg/mL；

V1——辣椒碱浸膏原料液体积，mL；

V2——解析液体积，mL；

W——树脂质量，g。

（2）不同上柱液质量浓度对样品吸附效果的影响。精确称量5.0 g经过预处理、恒质量至干燥的AB-8型树脂分别放入6只250 mL的锥形瓶里，依次加入150 mL质量浓度为0.111，0.273，0.476，0.727，0.812，0.906 mg/mL的上柱液（通过辣椒碱粗提浸膏配制），于室温下放入全温振荡培养箱中，保持恒速振摇24 h，待吸附平衡后，测定吸附液吸光度根据公式可算出吸附量和吸附率。

（3）不同乙醇体积分数对样品解析效果的影响。精确称量5.0 g经过预处理恒质量至干燥的AB-8型树脂分别放入7只250 mL锥形瓶里，依次加入质量浓度为0.273 mg/mL的辣椒碱原料液，在室温放入全温振荡培养箱中保持恒速振摇24 h，静态吸附，待吸附平衡后将吸附饱和的树脂过滤干燥，依次加入150 mL体积分数为40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%乙醇溶液，于室温下放入全温振荡培养箱中振摇10 h，静态解析。待解析完全后，根据解析液的吸光度可算出在不同乙醇体积分数下AB-8型大孔树脂的解析率。

1.2.4 大孔树脂动态吸附解析试验

（1）上柱量对吸附效果的影响。称取经过预处理、恒质量至干燥的AB-8型大孔树脂预先装柱，当树脂加到预定的20 mL后，缓慢加入纯净水，重复多次，待大孔树脂柱之间没有空隙充分压紧后，准备上样，用辣椒碱粗提浸膏配制质量浓度为0.727 mg/mL的原料液100 mL，开始上样，上柱时应沿管壁缓慢加入，否则会使大孔树脂表层松散，漂浮在溶液中。待吸附后收集滤液，每20 mL收集1管，待100 mL原料液流尽后分别测其吸光度，由滤液中辣椒碱的含量分析可得合适的上柱量体积。

（2）洗脱剂质量浓度对洗脱效果的影响。称取经过预处理、恒质量至干燥的AB-8型大孔树脂预先装柱，当树脂加到预定的20m L后，用辣椒碱粗提浸膏配制60 mL质量浓度为0.727 mg/mL的原料液开始上样，待吸附平衡后，缓慢倒入纯净水至流出液没有颜色后，选择体积分数为70%，80%，90%的乙醇溶液150 mL分批进行洗脱，控制2 mL/min的洗脱速度，每隔5 min用试管收集1次洗脱液，待150 mL洗脱液流尽后分别测其吸光度，以洗脱液体积（mL） 为横坐标、洗脱液中辣椒碱的质量浓度（mg/mL）为纵坐标，绘制曲线。

（3）洗脱速度对洗脱效果的影响。称取经过预处理、恒质量至干燥的AB-8型大孔树脂预先装柱，当树脂加到预定的20 mL后，用辣椒碱粗提浸膏配制60 mL质量浓度为0.727 mg/mL的原料液开始上样，待吸附平衡后，缓慢倒入纯净水至流出液没有颜色后，用150 mL体积分数为80%的乙醇分别以1，2，3 mL/min速度依次洗脱。洗脱液每流出10mL就用试管收集1次，当洗脱液流尽后分别测吸光度，以洗脱液体积（mL） 为横坐标、洗脱液中辣椒碱的质量浓度（mg/mL）为纵坐标，绘制曲线。

2 结果与讨论

2.1 大孔树脂静态吸附解析条件的确定

2.1.1 大孔树脂种类的筛选

将S-8，AB-8和D101这3种类型树脂按照1.2.3（1） 的方法处理后，计算每种树脂吸附量、吸附率和解析率。根据这3个指标，综合分析这3种树脂对辣椒碱原料液溶液吸附和解析的效果。

大孔树脂种类的筛选见表1。

表1 大孔树脂种类的筛选

如表1所示，树脂吸附能力大小依次为AB-8＞D101＞S-8，说明AB-8型大孔树脂易吸附辣椒碱物质，而S-8型大孔树脂的解析率最大，但它的吸附能力最差，根据对3种类型树脂的吸附和解析能力相互比较，综合分析选用AB-8型大孔树脂进行下一步纯化工艺。

2.1.2 上柱液（原料液）质量浓度的确定

取AB-8型大孔树脂，按上述步骤1.2.3（2）试验。

上柱液质量浓度对辣椒碱解析效果的影响见表2。

表2 上柱液质量浓度对辣椒碱解析效果的影响

由表2可以看出，AB-8型大孔树脂的吸附量跟着辣椒碱上柱液质量浓度的增大而变大，吸附率却随着其质量浓度的增加先上升后下降，说明吸附率受质量浓度影响较大，在辣椒碱原料液质量浓度为0.727 mg/mL时，AB-8型大孔树脂的吸附率最大，为57.12%。高于这个质量浓度树脂的吸附率不再上升而是逐渐开始下降，吸附量的增加也慢慢趋于平衡，因此试验选择辣椒碱上柱液质量浓度为0.727 mg/mL。

2.1.3 乙醇体积分数的确定

取AB-8型大孔树脂，按上述步骤1.2.3（3）试验。

不同乙醇体积分数对解析效果的影响见表3。

表3 不同乙醇体积分数对解析效果的影响

由表3可看出，乙醇体积分数为80%时，此时解析率最大为65.75%；当乙醇体积分数为40%时，解析率最小为38.36%，说明80%的乙醇解析效果最佳；当乙醇体积分数低于80%时，解析率整体呈一个上升的趋势，说明乙醇体积分数越低越不利于解析过程的进行；当乙醇体积分数高于80%的时候，解析率慢慢开始下降，逐渐趋于平缓，因为辣椒碱属于极性化合物，不同体积分数乙醇溶液极性也各不相同，恰好80%的乙醇溶液的极性和辣椒碱较为相似，所以有最佳解析状态，故选用80%乙醇作为试验的洗脱剂。

2.2 大孔树脂动态吸附解析条件的确定

2.2.1 上柱量的确定

取AB-8型大孔树脂，按上述步骤1.2.4（1）试验。

上柱液体积对辣椒碱吸附效果的影响见图1。

图1 上柱液体积对辣椒碱吸附效果的影响

由图1看出，随着上柱液体积的增加，流出液中辣椒碱质量浓度也呈上升的趋势，当上柱液体积高于60 mL的时候，辣椒碱流出液质量浓度上升较为缓慢最后趋向平衡，所以上柱量体积为60 mL时吸附效果较好。

2.2.2 洗脱剂体积分数的确定

取AB-8型大孔树脂，按上述步骤1.2.4（2）试验。

洗脱液体积分数对辣椒碱洗脱效果的影响见图2。

图2 洗脱液体积分数对辣椒碱洗脱效果的影响

由图2看出，乙醇体积分数为80%和90%时，洗脱液中辣椒碱质量浓度较大，说明辣椒碱能较多地被洗脱下来，将两者洗脱液中辣椒碱的质量浓度进行比较分析，体积分数为80%乙醇的洗脱效果优于90%乙醇，故试验选择80%乙醇作为洗脱剂。

2.2.3 洗脱流速的确定

取AB-8型大孔树脂，按上述1.2.4（3）试验。

洗脱速度对辣椒碱洗脱效果的影响见图3。

图3 洗脱速度对辣椒碱洗脱效果的影响

由图3看出，当洗脱液体积不断增加时，辣椒碱质量浓度先上升再下降最后逐渐趋于稳定，洗脱速度越慢，洗脱效果就越好，洗脱下来的辣椒碱质量浓度就越多，当洗脱速度达到3 mL/min，曲线峰值较低说明辣椒碱未达到吸附平衡就被洗脱下来，以1 mL/min的速度洗脱辣椒碱能被较多地洗脱下来，故试验选择1 mL/min作为洗脱流速。

3 结论

试验系统研究了大孔树脂纯化辣椒碱的方法，通过对S-8，AB-8和D101这3种不同型号大孔树脂的吸附及解析能力进行考查。结果显示，AB-8型大孔树脂各方面性能较为突出，通过树脂静态和动态吸附解析试验确定了辣椒碱最佳纯化工艺：采用预先处理好的AB-8型树脂装柱，用3 BV质量浓度为0.727 mg/mL原料液过柱，待吸附平衡后，用7.5 BV体积分数为80%的乙醇溶液以1 mL/min的速度洗脱。该优化条件对辣椒碱纯化效果明显。大孔树脂柱反复使用多次后，可根据树脂吸附情况进行再生处理。