冻干浓缩对高效液相色谱法测定杭椒类辣椒中辣椒素类物质的影响

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  摘要 [目的]研究冷冻干燥和浓缩等技术在辣椒特别是低辣辣椒果实中辣椒素类物质检测中的应用。[方法]选取不同辣度的4种辣椒果实为试验材料,分析烘干/冷冻干燥、浓缩/不浓缩等前处理方式对高效液相色谱法测定辣椒素类物质的影响。[结果]采用冷冻干燥技术不仅能去除鲜辣椒中水分而且最大程度保留其活性物质,较烘干技术果实中的辣椒素和二氢辣椒素损失减少,同时解决了大批量测定分析时,鲜辣椒无法长期保存的问题。提取过程中采用浓缩提取方法,解决了样品量少、样品辣椒素含量过低时无法获得准确数据的难题。另外,还利用该方法对辣椒素含量较低的杭椒类辣椒果实中辣椒素的变化规律进行研究,发现当辣椒果实进入成熟期后在前期辣椒素含量与果实成熟度呈正相关,但在成熟期后期即开花48 d后果实中的辣椒素含量有所下降。[结论]该研究为辣椒素的氧化及转化过程提供参考依据。
  关键词 冻干;浓缩;高效液相色谱法;辣椒素类物质;杭椒类辣椒
  中图分类号 TS255文献标识码 A
  文章编号 0517-6611(2019)22-0196-04
  Abstract [Objective] The research aimed to study the application of freezedrying and concentration techniques in the detection of capsaicinoids in peppers,especially in lowspicy pepper fruits.[Method] Fruits of four capsicum strains with different spicy degrees were used to explore the effects of pretreatment method (dry methods and concentrate) in capsaicinods determination by HPLC.[Result]The freeze drying technology could not only remove the water in fresh chili,but also retain its active substance to the maximum extent.The loss of capsaicin and two capsaicin in the fruit of drying technology was reduced.At the same time,the problem that fresh pepper could not be stored for a long time was solved in mass determination and analysis.During the extraction process,concentration extraction method was used to solve the problem that the sample size was too small and the capsaicin content was too low to obtain accurate data.In addition,the variation of capsaicin in capsicum fruits with low capsaicin content was studied by using this method.The results showed that the capsaicin content in the early stage was positively related to the maturity of the fruit,but the capsaicin content in the fruit decreased after 48 days of flowering.[Conclusion] This study provides a reference for the oxidation and transformation process of capsaicin.
  Key words Freeze dying;Concentrate;High performance liquid chromatography (HPLC);Capsaicinoids;Pepper
  辣椒作為一种重要的蔬菜,在全世界 60 多个国家和地区均有种植,是一种世界性的蔬菜[1-2]。杭椒类辣椒是杭州及周边地区传统优势辣椒品种,以其嫩果微辣或不辣,老熟果辣味渐浓的特色被广大消费者喜爱。随着市场的不断扩大,人们对“辣味”细化的要求也有所提高,已成为杭椒类辣椒育种工作的新热点。所谓辣椒的“辣味”,是人们食用辣椒及其制品后,辣椒素结合人体痛觉途径中的辣椒素受体而产生的灼痛感[3]。习惯上所称的辣椒素是辣椒素类物质(capsaicinoid)的混合物,为辣椒果实所特有[4]。辣椒素类物质主要包含辣椒素(capsaicin,CAP)、二氢辣椒素(dihydrocapsaicin,DCAP)、高辣椒素(homocapsaicin)、高二氢辣椒素(homodihydrocapsaicin)、降二氢辣椒素(nordihydrocapsaicin)。其中辣感的主要来源是辣椒素和二氢辣椒素,占辣椒素类物质总含量的90%以上[5-7],因此这2种辣椒素类物质也是辣味水平研究的主要对象。
  目前,辣椒素和二氢辣椒素的提取方法主要有溶剂提取法、超临界CO2提取法、超声波提取法、微波提取法、酶法提取等,其中溶剂提取法是国内最常见的提取方法之一[8-10]。山东凯斯达机械制造有限公司的“萃取辣椒红色素及辣椒素的方法”(CN 102516802 A)用得就是正己烷和丙酮混合剂进行萃取[11];超临界CO2提取法和微波提取法效果虽好但需要昂贵的设备,如浙江中味酿造有限公司“一种利用超临界CO2流体从黄樱椒中萃取出辣椒素的方法”(CN 101735092 A)用的就是超临界CO2提取法[12]。此外,传统辣椒素提取技术采用烘干样品,或者直接使用鲜样进行提取,过程中操作复杂,辣椒素损失较大。   在用传统辣椒素检测方法检测杭椒类辣椒素时,常常因为样品量少、辣椒素含量过低等原因,无法正常获得准确数据,还存在提取过程中溶剂损耗较多、提取操作繁琐、费时费力等问题。因此,该研究针对传统辣椒素检测方法过程复杂、损失较大的问题,将冻干、浓缩等新技术引入到辣椒素的检测中来,探索一种结合冷冻干燥技术、浓缩提取和高效液相色谱-紫外检测器分析技术检测杭椒等低辣度辣椒样品中辣椒素和二氢辣椒素含量的新方法,另外,对辣椒果实不同生长时期辣椒素含量进行分析,初步探讨辣椒果实中辣味的变化规律。
  1 材料与方法
  1.1 仪器与设备
  真空冷冻干燥机、样品粉碎机、通风柜、超声波仪、高效液相色谱仪、万分之一电子天平、高速离心机。250 mL量筒、500 mL广口瓶、2 L广口瓶、10 mL容量瓶、10 mL 离心管、10 mL玻璃试管、2 mL针筒、2 mL进样瓶、0.45 μm有机溶剂过滤膜。
  1.2 试剂
  甲醇(色谱纯)、四氢呋喃(色谱纯)、辣椒素标品(97.5%)和二氢辣椒素标品(98.9%)。提取剂为甲醇与四氢呋喃(1∶1)混合液。
  1.3 样品的制备
  供试辣椒材料为4种辣椒不同的辣椒材料,样品A为杭椒3(微辣),样品B为杭椒2(中辣),样品C为永黄-17(中辣),样品D为750-25-1(高辣),均来自杭州市农业科学院。
  1.4 样品前处理
  1.4.1 冻干。
  以新鲜辣椒作为待测样品,将待测样品用液氮处理(处理方式为将鲜辣椒对半剖开,放入塑料网袋,浸没于液氮中预冻)15~30 s后放入真空冷冻干燥机中冷冻干燥至含水率≤0.5%;真空度为0.57~0.62 mPa;冷凍温度为-60~-55 ℃,冷冻干燥时间约为72 h以上。
  1.4.2 磨粉。
  冷冻干燥后辣椒用样品粉碎机粉碎至过50目筛;装入自封袋中,低温保存备用(-20 ℃)。
  1.4.3 提取。
  精确称取2 g 辣椒粉末,于10 mL离心管中加入4 mL甲醇-四氢呋喃溶液,超声提取30 min,放入高速离心机中10 000 r/min离心10 min,上层清液移至10 mL容量瓶中,再重复操作2次,合并 3 次提取液,甲醇-四氢呋喃溶液定容,混匀。
  1.4.4 浓缩。所得的提取液于10 mL玻璃试管,在通风橱内60 ℃水浴蒸发至1 mL,0.45 μm滤膜过滤后,用高效液相色谱进行分析。
  1.5 色谱分析条件 色谱柱为Hypersil ODS2(250 mm×4.0 mm,5 μm);流动相为80%甲醇;流速为0.8 mL/min;紫外波长280 nm;柱温30 ℃;进样量10 μL。
  1.6 辣椒果实不同成熟期辣椒素含量的变化
  选取6份杭椒类辣椒材料(HJ001~HJ006)在大致相同时期内完全开放的花朵进行标记,每重复标记50朵,花后15 d开始,每间隔7 d采摘5个标记果,共采集5次。然后用该研究中的方法检测不同成熟期的辣椒果实中辣椒素的含量。
  2 结果与分析
  2.1 标准曲线的绘制 取适量的辣椒素和二氢辣椒素的标准品,用甲醇逐级稀释成质量浓度为0.015 625、0.031 250、0.063 500、0.125 000、0.250 000 mg/mL 浓度梯度的标准溶液,再依次进行色谱分析,可得标准样品溶液的MRM图(图1)及辣椒素和二氢辣椒素标准曲线。
  由图2、3可知,辣椒素和二氢辣椒素浓度在0~0.3 mg/mL与峰面积呈现良好的线性关系,其中辣椒素的线性方程为y=11 440x+6.570 8(R2=0.999 8),二氢辣椒素的线性方程为y=13 414x-4.225(R2=1.000 0)。这说明用高效液相色谱法检测辣椒素和二氢辣椒素具有良好的线性和范围。
  2.2 冻干对高效液相色谱法检测辣椒素和二氢辣椒素的影响
  分别选取微辣、中辣、高辣的3份样品即样品A、样品C、样品D。分别用冻干和烘干(60 ℃烘干至含水率≤0.5%)2种方法处理新鲜样品,其余方法相同,检测辣椒素和二氢辣椒素,每种样品重复3次,结果如表1所示。
  从表1可以看出,采用冻干或烘干2种不同的样品前处理方法后,微辣、中辣、高辣的样品都测得了辣椒素和二氢辣椒素的数据,且冻干后获得的数据明显高于烘干后获得的数据,说明采用冷冻干燥技术去除鲜辣椒中水分能最大程度保留其活性物质,较其他干燥方法辣椒素的损失减少。
  2.3 浓缩对高效液相色谱法测辣椒素和二氢辣椒素的影响
  分别选取微辣1份(样品A)、中辣2份(样品B和C)、高辣1份(样品D)总计4份样品,分别用浓缩和不浓缩的方法处理样品提取液,其他方法相同,进行检测,所得结果如表2所示。由表2可知,大部分样品在浓缩处理后测得的辣椒素和二氢辣椒素与不浓缩测得的浓度值没有明显的区别,并未达到显著差异,说明对样品进行浓缩处理不会对检测结果造成影响,然而对于样品A这样的低辣度样品而言,不浓缩根本无法获得检测数据。
  2.4 不同比例流动相对色谱检测的影响
  将“1.5”试验方法中的流动相分别设置为60%甲醇、80%甲醇、100%甲醇,其余等同。取样品A进行检测,获得辣椒素和二氢辣椒素的HPLC色谱图(图4)。由图4和表3可见,将100%甲醇作为流动相时,色谱图中辣椒素和二氢辣椒素无法分开;相对于60%甲醇,采用80%甲醇作为流动相时,样品中辣椒素和二氢辣椒素的分离度更高、仪器响应也更好。表明80%甲醇为三者中的最佳选择。   2.5 加标回收试验
  称取已知辣椒素含量为0.07 mg/g的杭椒(3#)冻干样2 g,加入1 mg/mL辣椒素标准溶液150 μL后按照“1.4”方法进行提取,重复5次。同时称取3份2 g相同的杭椒冻干样用做平行分析,最终获得样品含量平均值为0.064 75 mg/g。按照加标回收率的计算公式进行计算,所得结果如表4所示。
  称取已知二氢辣椒素含量为0.06 mg/g的750-25-1冻干样2 g,加入1 mg/mL辣椒素标准溶液120 μL后按照“1.4”方法进行提取,重复5次。同时称取3份2 g相同的750-25-1冻干样用做平行分析,最终获得样品含量平均值为0.067 70 mg/g。按照加标回收率的计算公式进行计算,所得结果如表5所示。
  由表4~5可知,使用冻干浓缩的方法来检测各辣椒样品果实中的辣椒素和二氢辣椒素,其回收率均达到97.73%以上。说明用上述方法来检测辣椒果实中的辣椒素和二氢辣椒素是准确可行的。
  2.6 不同成熟期的杭椒类辣椒果实中辣椒素的变化规律
  对各个材料5个不同时期的鲜辣椒果实中辣椒素含量进行数据分析(表6),发现6个供试材料鲜果实中辣椒素含量在开花后的20~41 d都在不断上升,而在开花后48 d后都出现了不同程度的下降。这说明在果实不断成熟的过程中,体内的辣椒素含量不是一直与成熟度成正比,而是在后期会出现下降。
  3 讨论与结论
  高效液相色谱法是目前较为普遍和精准的检测辣椒素和二氢辣椒素的方法[13-15],然而,在检测诸如杭椒类辣椒时,由于样本量少、辣椒素含量低等问题无法正常检出。该研究中,将冷冻干燥和浓缩这2种技术引入到高效液相色谱法检测辣椒素和二氢辣椒素中。研究表明,采用冷冻干燥技术不仅能去除鲜辣椒中水分,而且最大程度保留其活性物质,较烘干技术果实中的辣椒素和二氢辣椒素损失减少,同时解决了大批量测定分析时鲜辣椒无法长期保存的问题;提取过程中采用浓缩提取方法,解决了样品量少、样品辣椒素含量过低时无法进行准确测定的难题。另外,检测采用反相高效液相色谱结合DAD紫外检测器,采用C18反相色谱柱,用80%甲醇为流动相,加标回收率97.73%~100%。这充分说明将冻干和浓缩2项技术引入高效液相色谱中,不但减少了辣椒素和二氢辣椒素的损失,使杭椒类辣椒果实中的辣椒素和二氢辣椒素能正常检出,而且不影响检测结果的准确率。
  在运用该研究的检测方法检测不同成熟期杭椒类辣椒果实中辣椒素的含量时发现,当辣椒果实进入成熟期后在前期辣椒素的含量与果实的成熟度呈正相关,但在成熟期后期即开花48 d后果实中的辣椒素含量有所下降。这可能与过氧化酶和辣椒素共同定位于胎座表皮细胞的液泡和细胞壁中有关,成熟期后期过氧化酶活性不断升高,参与了辣椒素的氧化,使辣椒素转化为其他次生产物。具体的氧化及转化过程还需进一步研究。
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