全 文 ：11※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 12
白胡椒抑菌活性物质提取工艺优化
陈文学 1 ,2，胡月英 1，张伟敏 1，葛 畅 1，李从发 1 ,*
(1.海南大学食品学院，海南 海口 570028；2.华南农业大学食品学院，广东 广州 5l0640 )
摘 要：研究白胡椒中抑菌活性物质的提取工艺，以大肠杆菌做指示菌，以提取率×抑菌直径为活性追踪指标，
在单因素试验的基础上通过二次回归通用旋转组合设计进行工艺参数优化。结果表明其最佳提取工艺条件为：乙醇
体积分数 81%，浸泡 720min，提取 80min。
关键词：白胡椒；抑菌；二次通用旋转组合试验设计
Extraction Optimization of Antibacterial Substances from White Pepper Powder
CHEN Wen-xue1,2，HU Yue-ying1，ZHANG Wei-min1，GE Chang1，LI Cong-fa1,*
(1. College of Food Science and Technology, Hainan University, Haikou 570028, China；
2. College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510640, China)
Abstract ：In the present study, ethanol was used for the solvent extraction of antibacterial substances from white pepper powder
against Escherichia coli and their activity was evaluated in terms of the diameter of inhibition zone. The ethanol reflux extraction
and the ultrasonic-assisted ethanol extraction of white pepper powder were carried out and compared, and the latter was the
selected method due to smaller diameter of inhibition zone of the extract obtained. Single factor and quadratic rotation general
combination design methods were employed to optimize the product of diameter of inhibition zone and weight percentage yield
of dried ethanol extract from white pepper powder varying with ultrasonic-assisted ethanol extraction conditions. The results
showed that the optimal conditions for the extraction of antibacterial substances from white pepper powder were determined to
be: ethanol concentration 81% for 720 min soaking followed by 80 min ultrasonic-assisted extraction.
Key words：white pepper；antibacterial activity；quadratic rotation general combination design
中图分类号：TS302.3 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2010)12-0011-05
收稿日期：2009-10-19
基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目(2007BAD76B04)；海南省自然科学基金项目(808102)；
海南大学校基金项目(hd09xm90)；海南省教育厅基金项目(Hj2009-25)
作者简介：陈文学(1968—)，男，副教授，硕士，主要从事热带农产品加工及研究。E-mail：hnchwx@163.com
*通信作者：李从发(1967—)，男，教授，博士，主要从事食品微生物研究。E-mail：congfa@vip.163.com
目前，食品安全已成为消费者和食品工业共同关心
的问题。食品传染疾病发病率的增长增加了在食品中添
加抗微生物物质的需求。由于消费者对食品添加剂的要
求越来越高，因此天然无污染的食品添加剂一直是近年
来研究的热点。植物和香辛料长久以来一直被中医用于
预防或治疗传染病，西医也正在试着把它们应用于治疗
当中去。关于药用植物和香辛料的抗微生物活性的研究
已经成为一种趋势[ 1]。许多研究证明药用植物含有肽、
不饱和长链脂肪酸、醛、生物碱、挥发性油、酚和
水溶性或醇溶性化合物[2-3]。这些化合物在对抗人类和动
物易染的细菌、真菌和病毒的治疗应用中可能具有重要
的意义。
胡椒(Piper nigrum L.)，藤本植物，属胡椒科，原
产东南亚，我国华南、云南和台湾省区有栽培，主产
区在海南，现已是海南省的一项特色农产品[4]。胡椒在
食品工业和医药工业上具有很多用途，在食品工业中，
胡椒被作为是一种优良的食品调味剂和食用香精，具有
防腐作用，被广泛用作腌制品的防腐性香料；在医药上
被作为健胃剂、调热剂、利尿剂及支气管黏膜刺激剂，
可治疗消化不良症、寒痰、积食、肠炎、支气管炎、
感冒和风湿病等 [ 5 ]。研究表明，胡椒在镇痛、镇静、
抗炎、抗惊厥、杀虫和抗癌等多方面存在活性 [ 6 ]。
近年来的研究表明[7-9]，胡椒的乙醇提取物对实验用
常见食品污染菌有较强的抑制作用；将胡椒泡水后，其
水溶液对来自于口腔中的 12种不同属的 176个细菌菌株
具有较强的抑制作用；胡椒挥发油对动物和植物病菌、
2010, Vol. 31, No. 12 食品科学 ※工艺技术12
食物中毒和腐败菌均有抑制效果。由此可见，从白胡
椒中提取抑菌活性物质作为天然无污染的食品防腐剂具
有非常好的前景。
由于胡椒对食品中主要有害菌——大肠杆菌的抑菌
效果较好[ 1 0 ]，故本实验以大肠杆菌做指示菌，以提取
率×抑菌直径为活性追踪指标，对白胡椒抑菌活性物质
提取工艺进行优化，以期为科学、充分的综合利用胡
椒及其副产物提供技术参考。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
白胡椒购自百佳汇超市中兴店；大肠杆菌菌种为海
南大学食品学院微生物实验室提供；牛肉膏蛋白胨琼脂
培养基[ 1 1 ]。
超声波清洗机 广州经济技术开发区明珠电器有限
公司；电热恒温水浴锅 北京市医疗设计厂；循环水
式真空泵 巩义市英峪予华仪器厂；生化培养箱 南京
实验仪器厂；电热恒温鼓风干燥箱 上海跃进医疗器械
厂；立式压力蒸汽灭菌器 上海医用核子仪器厂；旋
转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂。
1.2 方法
1.2.1 样品预处理
将白胡椒置于 50～60℃非鼓风烘干 1d，待冷却后，
粉碎，过 40目筛，取筛下物留作样品[11]。将样品提取
物用 95%乙醇配制成质量分数 3%的样品溶液，备用。
1.2.2 抑菌试验方法
采用平板打孔法[12]。每个平板中加入适量培养基，
冷却后加入 0.3mL菌悬液[13 ]涂布均匀，然后用直径为
11mm的打孔器打孔，吸取0.1mL样品溶液注入已打好的
圆孔中(以 95%乙醇为空白)，于 37℃条件下培养 24h，
测抑菌直径。
抑菌直径 /mm= 样品抑菌直径－空白抑菌直径
1.2.3 单因素试验
1.2.3.1 提取工艺对白胡椒抑菌活性物质提取效果及抑
菌效果的影响
在 250mL三角瓶中加入 5.000g样品，然后按料液比
1:20(g/mL)加入 100mL 95%乙醇，浸泡 240min后分别用
超声波提取法(1min)和回流提取法[14]提取 60min。提取结
束后用真空泵抽滤，然后置于 60℃水浴锅中浓缩蒸干，
冷却后称质量并计算提取率。
提取物质量
提取率 /% = ——————× 100

样品质量
1.2.3.2 溶剂体积分数对白胡椒提取率和抑菌直径的影响
在 250mL三角瓶中加入 5.000g样品，然后按料液
比1:20 (g/mL)分别加入 100mL 95%乙醇、80%乙醇、60%
乙醇、40%乙醇、水，浸泡 240min后白胡椒用超声波
法提取 60min。提取结束后用真空泵抽滤，然后置于 60
℃水浴锅中浓缩蒸干，冷却后备用。
1.2.3.3 不同提取时间对白胡椒抑菌活性物质提取效果
及抑菌效果的影响
在 250mL三角瓶中加入 5.000g样品，然后按料液比
1:20(g/mL)以 80%乙醇作为提取溶剂，浸泡 240min后，
白胡椒用超声波法分别提取 20、40、60、80、100、
120min。提取结束后用真空泵抽滤，然后置于 60℃水
浴锅中浓缩蒸干，冷却后备用。
1.2.3.4 不同浸泡时间对白胡椒抑菌活性物质提取效果
及抑菌效果的影响
在 250mL三角瓶中加入 5.000g样品，然后按料液
比 1:20(g/mL)以 80%乙醇溶液为提取溶剂，分别浸泡 0、
240、480、720、960min，然后用超声波法提取 60min
后用真空泵抽滤，然后置于 60℃水浴锅中浓缩蒸干，冷
却后备用。
1.2.4 白胡椒抑菌活性物质的提取工艺参数优化
根据以上单因素试验结果，分别将乙醇体积分数、
浸泡时间、提取时间对抑菌效果的综合影响，采用三
因素二次通用旋转组合试验设计[15]，对白胡椒进行工艺
优化，因素编码见表 1。
规范变量 Zj
因素
X1乙醇体积分数 /% X2浸泡时间 /min X3提取时间 /min
上星臂号(1.682) 95 720 100
上水平(1) 89 623 92
零水平(0) 80 480 80
下水平(－ 1) 71 337 68
下星臂号(－ 1.682) 65 240 60
变化区间Δj 9 43 12
表1 白胡椒的二次通用旋转组合设计因素水平表
Table 1 Factors and levels in the quadratic rotation general
combination design
2 结果与分析
2.1 不同提取工艺对白胡椒抑菌活性物质提取效果及抑
菌效果的影响
如图 1所示，经过 Duncan法比较发现，白胡椒用
回流法和超声波法提取在提取率上无显著性差异；在抑
菌直径上两者存在显著性差异，超声波法的抑菌效果更
好。通过比较两者的提取效果，故白胡椒选择用超声
波法进行提取。
13※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 12
相同字母表示在α =0.05条件下差异不显著。
图1 白胡椒不同提取工艺的提取效果(A)及抑菌效果(B)
Fig.1 Comparative analysis between ethanol reflux extraction
and ultrasonic-assisted ethanol extraction of white pepper powder
7
6
5
4
3
2
1
0
回流法
抑
菌
直
径
/m
m
提取方法
超声波法
a
b
B
图2 不同体积分数乙醇溶液对白胡椒的提取效果及抑菌效果
Fig.2 Effect of ethanol concentration on the extraction of
antibacterial substances from white pepper powder
80
70
60
50
40
30
20
10
0
提
取
率
×
抑
菌
直
径
乙醇体积分数 /%
0 20 40 60 80 100
2.2 乙醇体积分数对白胡椒提取效果的影响
图3 不同提取时间对白胡椒的提取效果及抑菌效果
Fig.3 Effect of length of extraction time on the extraction of
antibacterial substances from white pepper powder
80
70
60
50
40
30
20
10
0
提
取
率
×
抑
菌
直
径
提取时间 /min
0 20 40 60 80 100 120 140
如图 3 所示，随着提取时间的延长，抑菌活性先
增大后略有减小。提取时间 60min时，白胡椒提取液的
提取率×抑菌直径效果最佳；提取时间小于 60min时，
由于超声波处理时间比较短，有利于保持白胡椒中抑菌
物质的活性，而且随着提取时间的延长，白胡椒中的
抑菌物质的提取率增大，所以抑菌活性逐渐增大；而时
间超过 60min时，可能由于超声波处理时间较长，影响
了抑菌物质的活性，使抑菌活性有所降低。
2.4 不同浸泡时间对白胡椒抑菌活性物质提取效果及抑
菌效果的影响
图4 不同浸泡时间对白胡椒的提取效果及抑菌效果
Fig.4 Effect of length of soaking time on the extraction of
antibacterial substances from white pepper powder
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
提
取
率
×
抑
菌
直
径
浸泡时间 /min
0 240 480 720 960 1200
如图 4 所示，随着浸泡时间的延长，提取率总体
呈先增大后减少的趋势，在 720min时达到最大值。这
是由于时间在 0～960min时，随时间的延长，提取因溶
剂效应有利于其溶解，使提取效率提高。但当时间超
过 960min时，可能由于乙醇随时间的延长缓慢挥发，影
响乙醇浸提效果，所以提取率逐渐降低。结果表明，
白胡椒浸泡 720min时提取效果最好。
2.5 白胡椒抑菌活性物质提取工艺参数及优化
2.5.1 白胡椒抑菌活性物质提取工艺优化
根据以上单因素试验结果表明，溶剂体积分数、
浸泡时间、提取时间等对白胡椒抑菌活性物质的提取均
具有不同程度的影响。由于各因素间的相互作用比较复
杂，因此本研究以提取率×抑菌圈直径为指标，采用
二次通用旋转组合试验设计对提取工艺进行优化，试验
结果见表 2。
采用DPS7.0及 SAS8.2对白胡椒对黑曲霉抑菌效果
进行回归分析得到以下回归方程，试验结果的方差分析
见表 3 。
回归方程如下：Y=54.10586－2.308523X1+0.465898X2－
0.303101X3－1.121953X12－3.4115X1X2＋0.62725X1X3＋
1.992682X22－0.0195X2X3－ 0.416613X32
对胡椒抑菌提取的数学模型进行方差分析，并对各
因子的偏回归系数进行检验，结果(表 3)表明：F 2值为
3.7839，P＜ 0.05表明回归模型因素水平值显著，该模
7
6
5
4
3
2
1
0
回流法
提
取
率
/%
提取方法
超声波法a
b
A
如图 2 所示，随着乙醇体积分数的逐渐增大，白
胡椒提取液抑菌活性先增大再减小，乙醇体积分数 80%
时，白胡椒提取液提取效果最好。根据相似相溶原理，
说明 80%乙醇的极性较适合白胡椒中抑菌物质的提取。
2.3 不同提取时间对白胡椒抑菌活性物质提取效果的影响
2010, Vol. 31, No. 12 食品科学 ※工艺技术14
型显著一次项中 X 1 的偏回归系数显著，说明溶剂体积
分数对提取效果有显著影响；交互项 X 1X 2 的偏回归系
数极显著，说明溶剂体积分数和浸泡时间的交互项对胡
椒提取效果有显著影响；二次项中 X22的偏回归系数达
显著水平，其他各项的偏回归系数均未达到显著水平。
变异来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
X1 72.7760 1 72.7760 9.5532 0.0114
X2 2.9651 1 2.9651 0.3892 0.5467
X3 1.2560 1 1.2560 0.1649 0.6933
X12 18.1428 1 18.1428 2.3816 0.1538
X22 57.2199 1 57.2199 7.5112 0.0208
X32 2.5021 1 2.5021 0.3285 0.5792
X1X2 93.1039 1 93.1039 12.2216 0.0058
X1X3 3.1480 1 3.1480 0.4132 0.5348
X2X3 0.0031 1 0.0031 0.0004 0.9844
回归 259.4277 9 28.8253 F2=3.7839 0.0288
剩余 76.1798 10 7.6180
失拟 72.7549 5 14.5510 F1=21.2432 0.0001
误差 3.4249 5 0.6850
总和 335.6075 19
表3 白胡椒对大肠杆菌抑菌效果的试验结果方差分析
Table 3 Analysis of variance for each term in the fitted
regression model
抑菌直径为 59.35，与理论值的 60.53mm相差不大，所
以可认为其为最佳方案。
2.5.2 双因素交互作用分析
试验号 X 1 X 2 X 3 提取率 /% 抑菌直径 /mm 提取率×抑菌直径
1 1 1 1 9.60 5.19 49.8240
2 1 1 － 1 9.64 5.16 49.7424
3 1 － 1 1 11.44 5.20 59.4880
4 1 － 1 － 1 10.90 5.03 54.8270
5 － 1 1 1 11.14 5.34 59.4876
6 － 1 1 － 1 11.02 5.21 57.4142
7 － 1 － 1 1 9.66 5.28 51.0048
8 － 1 － 1 － 1 10.36 5.15 53.3540
9 － 1.682 0 0 9.94 5.87 58.3478
10 1.682 0 0 8.30 5.30 43.9900
11 0 － 1.682 0 9.54 6.02 57.4308
12 0 1.682 0 10.20 6.13 62.5260
13 0 0 － 1.682 9.88 5.64 55.7232
14 0 0 1.682 8.74 5.79 50.6046
15 0 0 0 9.42 5.66 53.3172
16 0 0 0 9.62 5.65 54.3530
17 0 0 0 9.68 5.73 55.4664
18 0 0 0 9.46 5.69 53.8274
19 0 0 0 9.62 5.65 54.3530
20 0 0 0 9.34 5.70 53.2380
表2 白胡椒的二次通用旋转组合设计方案及结果
Table 2 Arrangement of the quadratic rotation general
combination design and experimental results
以提取率×抑菌直径为准，将其回归方程用 LINGO
语言进行分析，得到最佳方案为：乙醇体积分数 81%，
浸泡时间 720min，萃取时间 80min。对最佳方案进行验证，
得到抑菌直径 5.48mm，提取率为 10.83%，提取率×
在白胡椒对大肠杆菌抑菌效果的试验中，依据各因
素 X1、X 2、X3对其响应值(Y)所构成的三维空间的曲面
图5 溶剂体积分数与浸泡时间交互作用
Fig.5 Three-dimensional response surface diagram illustrating
the interactive effects of ethanol concentration and length of
soaking time on the extraction of antibacterial substances from
white pepper powder
70
Y
1.2
45
－ 1.2
－ 1.2
1.2
固定水平：X 3 = 0。
X2
X1
图6 溶剂体积分数与提取时间交互作用
Fig.6 Three-dimensional response surface diagram illustrating
the interactive effects of ethanol concentration and length of
extraction time on the extraction of antibacterial substances from
white pepper powder
54
Y
1.2
45
－ 1.2
－ 1.2
1.2
固定水平：X 2 = 0。
X3
X1
图7 浸泡时间与提取时间交互作用
Fig.7 Three-dimensional response surface diagram illustrating
the interactive effects of lengths of extraction time and soaking
time on the extraction of antibacterial substances from white
pepper powder
60
Y
1.2
53
－ 1.2
－ 1.2
1.2
固定水平：X 1 = 0。
X3
X2
15※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 12
图，可反映各因素对其响应值的影响。固定一个因素
在零水平上，研究另两个因素间的交互作用，根据所
作的三维空间曲面图，分析溶剂体积分数与浸泡时间、
溶剂体积分数与提取时间、浸泡时间与提取时间交互作
用对提取效果的影响。
由图 5可知，在一定的溶剂体积分数(X1)下，延长
浸泡时间(X2)，提取率×抑菌直径效果呈递减趋势。在
浸泡时间(X2)的各个水平下，溶剂体积分数(X1)和浸泡时
间(X2)呈抛物线关系，即在一定的浸泡时间下，提高溶
剂体积分数可以使提取率×抑菌直径效果加大，但是若
溶剂体积分数过高，提取率×抑菌直径反而会降低。从
图 6可知，在一定的溶剂体积分数(X 1)下，延长提取时
间(X3)，提取率×抑菌直径效果呈先增后减的趋势。在
提取时间(X3)的各个水平下，溶剂体积分数(X1)和提取时
间(X3)呈抛物线关系，即在一定的提取时间下，提高溶
剂体积分数可以使提取率×抑菌直径效果加大，但是若
溶剂体积分数过高，反而会降低提取率×抑菌直径。从
图 7可以看出，在一定的浸泡时间(X 2)各个水平下，延
长提取时间(X3)，提取率×抑菌直径效果先增后减，即
在一定的浸泡时间下，延长提取时间可以使提取率×抑
菌直径加大，但是若提取时间过长，反而会降低提取
率×抑菌直径。
3 结 论
3.1 通过二次通用旋转组合试验设计建立了白胡椒抑菌
活性物质提取的溶剂体积分数、浸泡时间、提取时间 3
个因素的回归方程，此模型在试验范围内能较准确地预
测白胡椒抑菌活性物质的提取效果。
3.2 3个因素对白胡椒抑菌活性物质的提取效果的影响
大小顺序为：溶剂体积分数＞浸泡时间＞提取时间。
3.3 通过二次通用旋转组合试验设计获得了白胡椒抑菌
活性物质的最佳提取工艺参数为：白胡椒用 81%乙醇提
取，浸泡 720min，提取 80min时对大肠杆菌具有最佳
的抑制效果。
4 讨 论
胡椒含有生物碱(主要是吡咯烷类酰胺生物碱)、挥
发油为本种植物中的主要香味成分，此外，还包括有
机酸、木脂素、酚类化合物、微量元素。研究表明，
广泛存在于植物中的酚酸类化合物具有抗菌和抗真菌的
性能。从青胡椒浆果中分离得到两个酚类化合物，即
3,4-二羟基苯乙醇葡萄糖苷及 3,4-二羟基 6(N-乙胺基)苯
甲酰胺 A、B 两种物质，对伤寒沙门氏菌，金黄色葡萄
球菌，蜡状芽孢杆菌和大肠杆菌等有较强的抑制作用[16]。
本实验虽然对白胡椒抑菌活性物质的提取工艺进行
了优化，但白胡椒提取物中主要是哪些成分具有抑菌活
性不是很清楚。因此，在今后的研究中一方面采用
HPLC-MS或者HPLC-MS/MS对白胡椒提取物中主要的抑
菌活性成分进行定性定量分析，另一方面加强对白胡椒
抑菌活性物质的应用研究，在进行进一步的分离纯化的
基础上，应用到果蔬及肉类的保鲜中去。
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