辣椒碱提取、分离纯化工艺研究

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辣椒果实中的辛辣成分,主要是由一系列在结构和性质上非常相似的物质构成,它们统称为辣椒碱类物质,其中最主要的是辣椒碱。辣椒碱具有很高的生物活性,广泛应用于医药、食品、生物、军事等领域,具有很高的社会和经济价值,辣椒碱的研究开发是在我国资源的优势上发展新型农业的必经之路。本论文以干红辣椒为原料,研究了辣椒碱的提取、分离纯化工艺条件,探索出提取率高、纯化效果好的工艺路线,并对辣椒碱的分析方法进行了深入研究。 通过对辣椒碱提取、分离纯化工艺的研究,得到了以下结论: (1)确定了适合辣椒碱提取及综合利用的辣椒品种。为了确保较高的辣椒碱提取率,必须从原料上选择辣椒碱含量高的品种和部位。本试验采用索氏抽提法进行多次浸提来测定辣椒碱的含量,并用比色法测定辣椒红色素的色价,并以此作为试验指标。试验发现,辣椒果肉中的辣椒碱含量明显高于整辣椒和辣椒籽中的辣椒碱含量,即适合辣椒碱提取的部位为辣椒果肉。另外,本试验对盛产辣椒的陕西、湖南、河南、贵州、云南等地的6种不同辣椒品种中的辣椒碱含量和色价进行了测定,综合考虑陕西本地的辣椒生产、供应以及辣椒资源的综合利用,选择陕西兴平线椒“8819”的果肉粉作为试验原料。 (2)建立了准确、快速测定辣椒碱含量的方法。本试验主要研究了分光光度法和高效液相色谱法两种方法。首先将文献中分光光度法测定辣椒碱的方法简化,避免了操作繁琐;经过最适浓度以及精确度试验发现:该法应用线性范围扩大、精确度高,适用于一般的实验室应用。对辣椒碱的色谱分离条件进行了优化,确定高效液相色谱法的最佳分离条件:流动相为甲醇-水(0.1%H3PO4)(75:25,V/V),流速0.6ml/min,检测波长280nm,柱温25℃,在该条件下,线性关系良好;该方法有较高的精确度和准确性,而且分析周期短,适合辣椒碱的精确测定。通过比较发现,这两种方法测定的辣椒碱含量在趋势上是一致的,分光光度法测定的结果偏大;分光光度法测定的是辣椒碱类化合物,而高效液相色谱法能够有效地将辣椒碱与其结构相似的辣椒碱类物质分离,测定结果准确。因此,前者适合辣椒碱的一般实验室测定,后者适合于辣椒碱的精确测定。 (3)研究了从干红辣椒中提取辣椒碱的最佳工艺条件。通过均匀试验、单因素试验和正交试验,以辣椒碱提取率和辣椒碱产量为指标,分别得出了传统有机溶剂法、碱性乙醇提取法、超声波法、超临界流体萃取法以及酶法提取辣椒碱的最佳工艺参数。对五种提取方法进行比较研究发现:辣椒碱提取的最佳方法为碱性乙醇提取法,其最佳工艺参数为:原料粒度80目,料液比1:20,以含5‰Na2CO3的50%浓度乙醇作为溶剂,提取温度70℃,浸提时间2h:提取次数为2,辣椒碱提取率为86.9%。 (4)采用高速逆流色谱法对辣椒碱提取物进行纯化。通过对3种不同溶剂体系的研究,初步选择正丁醇-乙酸-水体系作为辣椒碱分离的溶剂体系;另外试验比较了该体系6种不同比例组合对辣椒碱的分离效果,以分配系数K为指标,选用正丁醇:乙酸:水(4:1:5)这个溶剂体系对辣椒碱进行分离。该法可以将粗提物中的辣椒碱和红色素得到很好的分离,出峰时间在40min-70min的收集物即为辣椒碱;用HSCCC纯化处理后的辣椒碱收集物经HPLC法测定,纯度为90.3%。 (5)建立了树脂法分离纯化辣椒碱提取物的最佳工艺路线。通过对8种不同类型树脂进行筛选,发现D201阴离子交换树脂对辣椒碱的分离效果最好。研究得出D201阴离子交换树脂分离纯化辣椒碱的最佳工艺条件为:上柱液浓度为0.703mg/ml,洗脱剂为pH值为2.0的70%乙醇溶液,动态吸附流速为1.5BV/h,上柱量为3BV,洗脱流速为2BV/h;该法得到的辣椒碱产品经HPLC法测定,纯度为51.6%。 (6)确立了树脂法.结晶法分离纯化辣椒碱的工艺路线。在用树脂法进行初步纯化的基础上,将解吸液进行结晶-重结晶处理,可以得到纯度较高的辣椒碱,且处理量大。通过对不同结晶溶剂、温度、时间以及结晶溶剂pH值的试验研究,以晶体产量、色泽、形态为指标,得出了辣椒碱的最佳结晶工艺:无水乙醇(不调节pH值)为结晶溶剂,结晶温度0℃,结晶时间12h。在此条件下对辣椒碱解吸液浓缩固形物进行结晶处理,可以得到针状白色辣椒碱晶体,且晶粒比较均匀,经过HPLC法测定,纯度达到84.6%;再重复该过程对所得晶体进行两次重结晶,纯度可以达到95.1%。
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