CN105418446B - 从辣椒精中提取辣椒碱晶体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从辣椒精中提取辣椒碱晶体的方法，该方法包括以下步骤：在单级式连续逆流超声提取机中，用氯化钠、醋酸钠、氢氧化钠、β‑环糊精组成的碱性水溶液浸取辣椒粉，对过滤分离出的滤液经浓缩、乙醇提取、减压蒸馏、石油醚低温结晶等步骤，即获得高纯度的针状辣椒碱晶体。本发明方法在普通溶剂法的基础上，结合连续逆流和超声波提取技术、微切互作技术等，既能缩短提取时间、减少溶剂使用量，又能有效提高辣椒碱晶体的回收率和纯度，整个操作过程简便，且对反应条件和生产设备要求低，是一种适于产业化推广的辣椒碱晶体提取工艺。

Description

从辣椒精中提取辣椒碱晶体的方法

技术领域

本发明属于辣椒碱提取技术领域，具体涉及一种从辣椒精中提取辣椒碱晶体的方法。

背景技术

辣椒碱，又称辣素、辣椒素等，一般以果实内的肽室组织（生籽部位）及隔膜组织、果皮中段含量最高，是引起辣椒辛辣味的主要化学物质。这种辣味成分最早是由Thres（1876年）从辣椒果实中分离出来的，之后有学者详细分析其化学组成，发现辣椒中的辛辣成分是由一系列同系物族所组成：辣椒碱族、二氢辣椒碱族、高辣椒碱族、降二氢辣椒碱族、对甲基辣椒碱族、对甲基辣椒碱饱和链烃族、对甲基辣椒碱烯链族等，其中以辣椒碱族为主。辣椒碱产品在医药领域、军事领域、农药领域、涂料领域、食品添加剂和减肥保健领域有广泛的应用。因此，具有极大的市场发展前景。

辣椒碱晶体为白色（或淡黄色、微红色）的针状微晶体，纯品为单斜长方形片状无色结晶，熔点范围为57-66℃，沸点范围为210-220℃。其化学稳定性高，在多种有机溶剂萃取过程中损失极小，在碱溶液中酰胺键会少量水解。但在高温下，易挥发产生刺激性气味。辣椒碱易溶于乙醇、丙酮、乙醚、苯、氯仿等有机溶剂以及热水、稀碱溶液，微溶于二硫化碳，难溶于冷水，易再乙醚、石油醚中结晶。

关于辣椒碱的提取技术已有不少报道，主要方法包括有机溶剂提取法、超临界二氧化碳流体萃取法、酶法提取等。有机溶剂法操作步骤繁琐，有机溶剂用量大，难以推广应用；超临界二氧化碳流体萃取法是采用溶剂法提取出辣椒精粗品，再将辣椒精粗品放入超临界装置中的萃取釜中，打开萃取循环回路“萃取-分离-萃取”进行萃取，控制二氧化碳压力，可得到纯度较高的辣椒碱，但该方法对设备投资、安全性和操作要求较高，生产成本也较高，不利于生产应用；酶法提取是也有着一定的局限性，如对温度、pH值以及作用时间等试验条件要求较高，适用的酶的种类也很有限，制约着该方法的推广使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种从辣椒精中提取辣椒碱晶体的方法，该方法具有设备要求低、反应条件温和、操作简便、成本低及回收率高等优点。

具体的，本发明所述的从辣椒精中提取辣椒碱晶体的方法，包括以下步骤：

（1）将辣椒精粗品和β-环糊精碱溶液按重量比为1:5～8放入单级式连续逆流超声提取机中，在超声波作用下逆流提取10～60min，得提取液；过滤提取液，分离得到滤液和滤渣，将滤渣重复超声波逆流提取2～3次，重复过滤，最后合并所有滤液；所述β-环糊精碱溶液由以下组分组成：5～8%氯化钠水溶液、2～4%醋酸钠水溶液、0.5～2%氢氧化钠水溶液、0.01～0.02%β-环糊精水溶液；

（2）将步骤（1）滤液进行浓缩，得到体积为原滤液1/20～1/10的浓缩液；

（3）将步骤（2）浓缩液和50～65%乙醇按体积比为1:5～12进行混合，静置0.5～2h，接着在温度为40～55℃的条件下进行抽滤，分离得到滤液和滤渣；将滤渣重复抽滤2～3次，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为40～55℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，将水相于2～8℃低温结晶；

（5）用石油醚将步骤（4）在水相中析出的晶体进行溶解，于-10～-5℃低温结晶，即得所述辣椒碱晶体。

环糊精具有上狭下宽两端开口的环状中空圆桶形立体结构，可以与许多亲脂性药物形成溶解度较大的包合物，提高客体分子在光、热、氧、酸和碱等条件下的稳定性。其中β-环糊精作为一种无毒、无味对热稳定、价廉易得的包合材料，已在食品、医药、日化、保健等领域有着广泛应用。在本发明中，在超声波的作用下，加快了碱液中β-环糊精与辣椒碱形成包合物速度，缩短了提取时间；同时，采用连续逆流提取技术，在提取管内保持连续不间断逆流状态，每一段实现最大的尝试梯度，使用最少的溶剂得到最大的溶解度，减少溶剂用量，而且全程采用管道密闭生产，减少溶剂损失。

作为本发明的进一步说明，所述辣椒精粗品是由辣椒粉和β-环糊精的混合物经微切互作技术处理后得到的混合微粉，再经乙醇提取制备而得的。

作为本发明的进一步说明，具体的，所述辣椒精粗品的制备包括以下步骤：

（1）将原料辣椒进行预处理，除杂，干燥至含水量不高于8%，粉碎，过40～100目筛，得辣椒粉；

（2）将辣椒粉和β-环糊精按重量比92～98:2～8放入行星磨或振动磨中进行研磨10～30min，得混合微粉；

（3）将混合微粉和50～65%乙醇按料液比为1g：8～15ml进行混合，搅拌10～30min，静置，接着用高速离心机在转速为8000～12000r/min的条件下分离得到杂质沉淀和滤液；将杂质沉淀重复乙醇提取2～3次，重复离心，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为40～55℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，得到呈暗红色粘稠液体性状的辣椒精粗品。

在辣椒精粗品的制备过程中，采用微切互作技术（即依靠机械力作用，例如可产生剪切作用的行星磨或振动磨的研磨）可使得辣椒粉达到超微粉碎状态，从而提高其细胞破壁率，进一步促进有效成分辣椒碱的暴露与释放，改变其微观性能，表面能增加，表面积增大，吸附性和极性增加，为化学助剂β-环糊精与有效成分间发生吸附作用提供提前条件，提高有效成分在乙醇溶液中的溶解性，进一步提高辣椒碱的析出率。

作为本发明的进一步说明，所述β-环糊精碱溶液各组分的重量比为：5～8%氯化钠水溶液：2～4%醋酸钠水溶液：0.5～2%氢氧化钠水溶液：0.01～0.02%β-环糊精=1～3：2～6：0.5～1.5：8～15。

作为本发明的进一步说明，在从辣椒精中提取辣椒碱晶体的方法过程中，所述步骤（1）中超声波的频率为20～80KHz，功率为300～500w，作用温度为10～60℃。

与现有技术相比，本发明方法达到的技术效果是：

（1）本发明方法在β-环糊精碱溶液条件下，结合连续逆流和超声波提取技术，既能缩短提取时间，又能减少溶剂使用量，是一种高效率、低消耗的辣椒碱晶体提取方法。

（2）本发明方法采用微切互作技术制备辣椒精粗品，可有效提高辣椒碱在乙醇溶液中的溶解性，进一步提高辣椒碱的析出率，最终大大提高了辣椒碱晶体的回收率。

（3）本发明方法工艺步骤科学，参数设定合理，整个操作过程简便，且对反应条件和生产设备要求低，所生产出的辣椒碱晶体纯度高，达98%以上。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，本实施例仅是对本发明作更清楚的说明，而不是对本发明的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均落在本发明的保护范围之内。

一、辣椒精粗品的制备

实施例1

（1）以市购天等指天椒为原料，进行清洗预处理，除杂，干燥至含水量不高于8%，粉碎，过60目筛，得辣椒粉；

（2）将9.2Kg辣椒粉和0.8Kgβ-环糊精放入行星磨或振动磨中进行研磨10min，得混合微粉；

（3）取10Kg混合微粉和80L65%乙醇进行混合，搅拌25min，静置，接着用高速离心机在转速为10000r/min的条件下分离得到杂质沉淀和滤液；将杂质沉淀重复乙醇提取3次，重复离心，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为55℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，得到呈暗红色粘稠液体性状的辣椒精粗品。

实施例2

（1）以市购四川朝天椒为原料，进行清洗预处理，除杂，干燥至含水量不高于8%，粉碎，过80目筛，得辣椒粉；

（2）将9.8Kg辣椒粉和0.2Kgβ-环糊精放入行星磨或振动磨中进行研磨30min，得混合微粉；

（3）取10Kg混合微粉和150L50%乙醇进行混合，搅拌10min，静置，接着用高速离心机在转速为8000r/min的条件下分离得到杂质沉淀和滤液；将杂质沉淀重复乙醇提取2次，重复离心，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为45℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，得到呈暗红色粘稠液体性状的辣椒精粗品。

实施例3

（1）以市购天等指天椒为原料，进行清洗预处理，除杂，干燥至含水量不高于8%，粉碎，过100目筛，得辣椒粉；

（2）将9.5Kg辣椒粉和0.5Kgβ-环糊精放入行星磨或振动磨中进行研磨20min，得混合微粉；

（3）取10Kg混合微粉和120L60%乙醇进行混合，搅拌20min，静置，接着用高速离心机在转速为12000r/min的条件下分离得到杂质沉淀和滤液；将杂质沉淀重复乙醇提取3次，重复离心，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为50℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，得到呈暗红色粘稠液体性状的辣椒精粗品。

二、β-环糊精碱溶液的制备

实施例4

称取0.25Kg氯化钠溶于水中并定容至5Kg，得5%氯化钠水溶液；称取0.15Kg醋酸钠溶于水中并定容至5Kg，得3%醋酸钠水溶液；称取0.1Kg氢氧化钠溶于水中并定容至5Kg，得2%氢氧化钠水溶液；称取0.002Kgβ-环糊精溶于水中并定容至20Kg，得0.01%β-环糊精水溶液。将1Kg5%氯化钠水溶液、4Kg3%醋酸钠水溶液、1Kg2%氢氧化钠水溶液、10Kg0.01%β-环糊精水溶液搅拌混溶，得β-环糊精碱溶液。

实施例5

称取0.4Kg氯化钠溶于水中并定容至5Kg，得8%氯化钠水溶液；称取0.1Kg醋酸钠溶于水中并定容至5Kg，得2%醋酸钠水溶液；称取0.025Kg氢氧化钠溶于水中并定容至5Kg，得0.5%氢氧化钠水溶液；称取0.004Kgβ-环糊精溶于水中并定容至20Kg，得0.02%β-环糊精水溶液。将3Kg8%氯化钠水溶液、2Kg2%醋酸钠水溶液、0.5Kg0.5%氢氧化钠水溶液、15Kg0.02%β-环糊精水溶液搅拌混溶，得β-环糊精碱溶液。

实施例6

称取0.325Kg氯化钠溶于水中并定容至5Kg，得6.5%氯化钠水溶液；称取0.4Kg醋酸钠溶于水中并定容至10Kg，得4%醋酸钠水溶液；称取0.05Kg氢氧化钠溶于水中并定容至5Kg，得1%氢氧化钠水溶液；称取0.003Kgβ-环糊精溶于水中并定容至20Kg，得0.015%β-环糊精水溶液。将2Kg6.5%氯化钠水溶液、6Kg4%醋酸钠水溶液、1.5Kg1%氢氧化钠水溶液、8Kg0.015%β-环糊精水溶液搅拌混溶，得β-环糊精碱溶液。

三、辣椒碱晶体的制备

实施例7

（1）将1Kg实施例1辣椒精粗品和5Kg实施例4β-环糊精碱溶液放入单级式连续逆流超声提取机中，在频率为30KHz、功率为300w、温度为25℃的超声波作用下逆流提取20min，得提取液；过滤提取液，分离得到滤液和滤渣，将滤渣重复超声波逆流提取3次，重复过滤，最后合并所有滤液；

（2）将步骤（1）滤液进行浓缩，得到体积为原滤液1/10的浓缩液；

（3）取步骤（2）浓缩液1L和60%乙醇12L进行混合，静置1h，接着在温度为55℃的条件下进行抽滤，分离得到滤液和滤渣；将滤渣重复抽滤2次，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为55℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，将水相于2℃低温结晶；

（5）用石油醚将步骤（4）在水相中析出的晶体进行溶解，于-5℃低温结晶，即得针状辣椒碱晶体1.18g。经高效液相色谱仪测定，本实施例制备所得辣椒碱晶体的总碱含量达98.3%。

实施例8

（1）将1Kg实施例2辣椒精粗品和8Kg实施例5β-环糊精碱溶液放入单级式连续逆流超声提取机中，在频率为80KHz、功率为300w、温度为10℃的超声波作用下逆流提取45min，得提取液；过滤提取液，分离得到滤液和滤渣，将滤渣重复超声波逆流提取2次，重复过滤，最后合并所有滤液；

（2）将步骤（1）滤液进行浓缩，得到体积为原滤液1/20的浓缩液；

（3）取步骤（2）浓缩液2L和55%乙醇20L进行混合，静置0.5h，接着在温度为40℃的条件下进行抽滤，分离得到滤液和滤渣；将滤渣重复抽滤3次，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为40℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，将水相于4℃低温结晶；

（5）用石油醚将步骤（4）在水相中析出的晶体进行溶解，于-8℃低温结晶，即得针状辣椒碱晶体1.16g。经高效液相色谱仪测定，本实施例制备所得辣椒碱晶体的总碱含量达98.5%。

实施例9

（1）将1Kg实施例3辣椒精粗品和6.5Kg实施例6β-环糊精碱溶液放入单级式连续逆流超声提取机中，在频率为20KHz、功率为500w、温度为30℃的超声波作用下逆流提取30min，得提取液；过滤提取液，分离得到滤液和滤渣，将滤渣重复超声波逆流提取3次，重复过滤，最后合并所有滤液；

（2）将步骤（1）滤液进行浓缩，得到体积为原滤液1/15的浓缩液；

（3）取步骤（2）浓缩液1.5L和65%乙醇7.5L进行混合，静置1.5h，接着在温度为45℃的条件下进行抽滤，分离得到滤液和滤渣；将滤渣重复抽滤2次，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为45℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，将水相于5℃低温结晶；

（5）用石油醚将步骤（4）在水相中析出的晶体进行溶解，于-10℃低温结晶，即得针状辣椒碱晶体1.20g。经高效液相色谱仪测定，本实施例制备所得辣椒碱晶体的总碱含量达99.0%。

实施例10

（1）将1Kg实施1辣椒精粗品和5Kg实施5β-环糊精碱溶液放入单级式连续逆流超声提取机中，在频率为40KHz、功率为350w、温度为60℃的超声波作用下逆流提取15min，得提取液；过滤提取液，分离得到滤液和滤渣，将滤渣重复超声波逆流提取3次，重复过滤，最后合并所有滤液；

（2）将步骤（1）滤液进行浓缩，得到体积为原滤液1/10的浓缩液；

（3）取步骤（2）浓缩液1L和50%乙醇12L进行混合，静置1h，接着在温度为45℃的条件下进行抽滤，分离得到滤液和滤渣；将滤渣重复抽滤3次，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为55℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，将水相于8℃低温结晶；

（5）用石油醚将步骤（4）在水相中析出的晶体进行溶解，于-8℃低温结晶，即得针状辣椒碱晶体1.15g。经高效液相色谱仪测定，本实施例制备所得辣椒碱晶体的总碱含量达98.2%。

实施例11

（1）将1Kg实施例2辣椒精粗品和8Kg实施例6β-环糊精碱溶液放入单级式连续逆流超声提取机中，在频率为50KHz、功率为400w、温度为25℃的超声波作用下逆流提取60min，得提取液；过滤提取液，分离得到滤液和滤渣，将滤渣重复超声波逆流提取2次，重复过滤，最后合并所有滤液；

（2）将步骤（1）滤液进行浓缩，得到体积为原滤液1/15的浓缩液；

（3）取步骤（2）浓缩液1.5L和60%乙醇9L进行混合，静置1h，接着在温度为50℃的条件下进行抽滤，分离得到滤液和滤渣；将滤渣重复抽滤2次，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为50℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，将水相于4℃低温结晶；

（5）用石油醚将步骤（4）在水相中析出的晶体进行溶解，于-5℃低温结晶，即得针状辣椒碱晶体1.17g。经高效液相色谱仪测定，本实施例制备所得辣椒碱晶体的总碱含量达98.5%。

实施例12

（1）将1Kg实施例3辣椒精粗品和6Kg实施例4β-环糊精碱溶液放入单级式连续逆流超声提取机中，在频率为45KHz、功率为400w、温度为45℃的超声波作用下逆流提取35min，得提取液；过滤提取液，分离得到滤液和滤渣，将滤渣重复超声波逆流提取3次，重复过滤，最后合并所有滤液；

（2）将步骤（1）滤液进行浓缩，得到体积为原滤液1/20的浓缩液；

（3）取步骤（2）浓缩液2L和55%乙醇20L进行混合，静置0.5h，接着在温度为45℃的条件下进行抽滤，分离得到滤液和滤渣；将滤渣重复抽滤2次，最后合并所有滤液；

（4）将步骤（3）滤液在真空压力为0.1mPa、温度为55℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，将水相于2℃低温结晶；

（5）用石油醚将步骤（4）在水相中析出的晶体进行溶解，于-8℃低温结晶，即得针状辣椒碱晶体1.18g。经高效液相色谱仪测定，本实施例制备所得辣椒碱晶体的总碱含量达98.7%。

Claims (2)

1.从辣椒精中提取辣椒碱晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将辣椒精粗品和β-环糊精碱溶液按重量比为1:5～8放入单级式连续逆流超声提取机中，在超声波作用下逆流提取10～60min，得提取液；过滤提取液，分离得到滤液和滤渣，将滤渣重复超声波逆流提取2～3次，重复过滤，最后合并所有滤液；所述β-环糊精碱溶液由以下组分组成：5～8％氯化钠水溶液、2～4％醋酸钠水溶液、0.5～2％氢氧化钠水溶液、0.01～0.02％β-环糊精水溶液；所述β-环糊精碱溶液各组分的重量比为：5～8％氯化钠水溶液：2～4％醋酸钠水溶液：0.5～2％氢氧化钠水溶液：0.01～0.02％β-环糊精＝1～3：2～6：0.5～1.5：8～15；

(2)将步骤(1)滤液进行浓缩，得到体积为原滤液1/20～1/10的浓缩液；

(3)将步骤(2)浓缩液和50～65％乙醇按体积比为1:5～12进行混合，静置0.5～2h，接着在温度为40～55℃的条件下进行抽滤，分离得到滤液和滤渣；将滤渣重复抽滤2～3次，最后合并所有滤液；

(4)将步骤(3)滤液在真空压力为0.1mPa、温度为40～55℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，将水相于2～8℃低温结晶；

(5)用石油醚将步骤(4)在水相中析出的晶体进行溶解，于-10～-5℃低温结晶，即得所述辣椒碱晶体；

其中，所述辣椒精粗品是由辣椒粉和β-环糊精的混合物经微切互作技术处理后得到的混合微粉，再经乙醇提取制备而得的，具体包括以下步骤：

(1)将原料辣椒进行预处理，除杂，干燥至含水量不高于8％，粉碎，过40～100目筛，得辣椒粉；

(2)将辣椒粉和β-环糊精按重量比92～98:2～8放入行星磨或振动磨中进行研磨10～30min，得混合微粉；

(3)将混合微粉和50～65％乙醇按料液比为1g：8～15ml进行混合，搅拌10～30min，静置，接着用高速离心机在转速为8000～12000r/min的条件下分离得到杂质沉淀和滤液；将杂质沉淀重复乙醇提取2～3次，重复离心，最后合并所有滤液；

(4)将步骤(3)滤液在真空压力为0.1mPa、温度为40～55℃的条件下减压浓缩，回收乙醇，得到呈暗红色粘稠液体性状的辣椒精粗品。

2.根据权利要求1所述的从辣椒精中提取辣椒碱晶体的方法，其特征在于，所述权利要求1步骤(1)中超声波的频率为20～80KHz，功率为300～500w，作用温度为10～60℃。