全 文 ：FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY
食 品 科 技
2009年 第 34卷 第 11期
动态－微波法提取黑胡椒油
树脂的中试研究
Study on dynamic-microwave extraction of black pepper oleoresin in
pilot experiment scale
ZHOU Ye-yan, FAN Ya-ming, GAO Shao-zhong, CHEN Yong-heng
(Chemistry and Chemical Engineering College, Guangzhou University, Guangzhou 510006)
Abstract: Based on the static state-microwave extraction(SWE) in a small test by single factor tests, the
dynamic-microwave extraction (DME) equipment was designed to extract black pepper oleoresin on pilot ex-
periment scale. In the pilot experiment, the 4 parameters were chosen: microwave power, material flux, total
solidliquid ratio and extraction times, the orthogonal experiments L9(34) were carried on to choose the best technics
parameters and the results are as follows: 95% ethanol was as solvent, microwave power 2400 W, material flux
52 L/h, total solid-liquid ratio 1∶7 and extraction times 3. Under the above condition, the extraction rate of black
pepper oleoresin is 12.69% and the piperine content for the raw material is 4.780% . In the paper, the 2
concepts of microwave effective time and microwave effective irradiation were put forward to explain the
problems came from the transform process between SWE in the small test and DME in the pilot experiment.
Key words: black pepper oleoresin; dynamic -microwave extraction; microwave effective time; microwave
effective irradiation
周叶燕， 樊亚鸣， 高绍中， 陈永亨
(广州大学化学化工学院，广州 510006)
摘要： 在静态－微波提取的小试单因子试验的基础上，设计、调试中试设备，从而为动态－微波
提取黑胡椒油树脂构建了操作平台。本文主要运用 L9(34)正交试验设计，在中试规模上研究了微
波功率、物料流量、总固液比和提取次数 4个因素对提取率的影响，并通过胡椒碱含量的测定，
获得最佳提取工艺参数。结果表明，以 95%的食用级乙醇为溶剂，最佳中试工艺参数为：微波
功率 2400 W，流量 52 L/h，总固液比 1∶7，提取次数 3。由此获得的黑胡椒油树脂的提取率达
12.69%，其中胡椒碱含量为原料重量的 4.780%。本文提出微波有效时间与微波有效照射的概念，
解释了从小试放大到中试的实验中产生的问题。
关键词： 黑胡椒油树脂；动态－微波法；微波有效时间；微波有效照射
中图分类号： TS 202.3 文献标志码： A 文章编号： 1005-9989(2009)11-0175-04
收稿日期： 2009-02-26
基金项目： 国家星火计划项目(2005EA780029)；广东省科技计划项目(2006B20901006)；广州市科技计划项目(20050916)。
作者简介： 周叶燕(1983—)，男，广东揭阳人，硕士研究生，研究方向为天然产物化学。
胡椒(Piper nigrum L)为胡椒科胡椒属、多年生
常绿攀援状藤本植物。原产于东亚，现广泛栽培
于热带地区，在我国海南、广东、广西及云南均
有种植[1]。黑胡椒为秋末至次春胡椒呈暗绿色时采
收、晒干后的果实[2-3]。其药理作用为刺激肠胃，促
进蠕动，内服可驱风、健胃；外用可作刺激剂、
提取物与应用
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DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2009.11.020
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2009年 第 34卷 第 11期
发赤剂；黑胡椒所含胡椒碱可用作解热和驱风剂，
并有微弱的抗疟作用；胡椒的水、醚或酒精提取
物有杀绦虫的作用[4-5]。在食用方面，黑胡椒有强烈
芳香和刺激性辣味，具有除臭、防腐和抗氧化作
用，是消耗最多、最为人们喜爱的一种香辛料[6-7]，
为咖喱粉、沙司、调味番茄酱等的重要原料。
作为食品添加剂，目前国内外提取胡椒油树脂
的研究涉及到：溶剂法、微波法、超声波法及超临
界法等[8]。其中对黑胡椒中芳香及呈味成分保留较好
的方法是超临界法，而此法也有局限性：胡椒碱在
其提取温度大量结晶，造成提取过程繁杂。相比之
下，场效应加速的溶剂法提取过程显得快捷与方
便，特别有利于较高极性且较高含量的黑胡椒呈味
成分的提取分离。在所关注的微波提取领域，目前
国内外的研究尚徘徊在小试与静态阶段[8-10]，即存在
处理量小、操作复杂及不适宜放大等问题。本文力
图从机理上研究微波提取法在静态-小试与动态-中
试间的共性及差异，通过正交试验设计法[11-14]优选
中试工艺参数，并定量检测各次产品中胡椒碱的含
量，据此分析中试实验结果及工艺参数。实验结果
表明：中试动态-微波提取效果优于小试静态提取
的水平，从而为动态-微波法提取黑胡椒
油树脂提供了便捷低廉的技术方案，进而为
微波提取技术进入香辛料及植物提取行业提供了
科学依据。
1 材料与方法
1.1 原料
黑胡椒：越南产，市售；95%食用级乙醇；无
水乙醇：分析纯；活性炭：分析醇；胡椒碱标样：
广州市药检所。
1.2 主要仪器
NJL07-3型实验专用微波炉：南京杰全微波设
备有限公司；旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；
粉碎机：温岭市牧屿百乐机床厂；8411 型电动震
筛机：杭州蓝天化验仪器厂；动态-微波连续提取
及浓缩系统：自行设计；UV-9200 型紫外分光光
度计：北京瑞利分析仪器公司。
1.3 试验方法
1.3.1 静态-微波法的小试提取工艺流程 称取 40
g黑胡椒，粉碎，过 40 目筛。选择微波功率 200
W，温度上下限 55~60 ℃，以乙醇为溶剂，分 3次
提取(上为经单因素预实验筛选的参数)。改变乙醇
浓度、提取时间，固液比等因素，进行间歇性微
波辐照提取，提取物经减压抽滤，滤液真空浓缩
至油树脂粗产品，称质量，计算提取率。
提取率 (%)=粗产品质量 (g)×100/黑胡椒粉质
量(g)
1.3.2 单因素试验优选小试工艺参数 乙醇浓度
的影响，选择乙醇浓度分别为 100%，95%，85%
及 75%进行提取，以残渣是否残留辛辣味为提净
的判据。提取时间的影响，以 95%乙醇为溶剂，
提取时间设置为： 110、 50、35、25 min 及 15
min，以残渣是否残留辛辣味为提净的判据。溶剂
用量的影响，以 95%乙醇为溶剂，微波有效照射
时间为 8 min，总固液比设置为 1∶10、1∶9、1∶8、1∶
7、1∶6，以残渣是否残留辛辣味为提净的判据。
1.3.3 动态-微波法的中试提取工艺流程
称取 3 kg粉碎并过 40目筛的黑胡椒粉，装入
提取罐，按一定固液比加入 95%食用级乙醇；预热
到 40 ℃时开启微波源，调节到所需的微波功率，
使物料在流动过程中接受微波照射；过滤，滤渣可
反复提取；提取完毕，滤液减压浓缩后获粗产品。
1.3.4 L9(34)正交试验设计优选中试工艺参数 根
据以上提取工艺，选定微波功率(A)、物料流量(B)、
总固液比(C)和提取次数(D)作为考察的 4 个因素，
各设 3个水平(在小试单因素实验基础上选择水平
值)，以胡椒碱在原料中的含量为考察指标，设计 L9
(34)正交表 1进行提取工艺优选。
1.3.5 检测方法[15-16] 胡椒碱含量的测定方法：GB/
T 17528－1998，分光光度法。
胡椒碱含量(%)=(粗产品中胡椒碱质量/原料质
量)×100
2 结果与分析
2.1 静态－微波法小试提取实验
表 1 正交试验设计因素及水平
水
平
因素
微波功率/W
A
物料流量/(L/
h) B
总固液(kg∶L)
C
提取次数
D
1 1600 52 1∶6 1
2 2400 78 1∶7 2
3 3200 104 1∶8 3
物料的
前处理
加料
加溶剂
预热
动态-微波提取
出料
离心
粗产品
滤液
浓缩
滤渣
视工艺要求
可反复多次
提取物与应用
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2009年 第 34卷 第 11期
以下选择 3个条件进行单因素试验。
2.1.1 残渣是否有辣味与胡椒碱含量的关系
由表 2可见，随着被提取出的胡椒碱含量的
增加，残渣的辣味由有到无，故可用残渣是否残
留辛辣味作为提净的定性判据。
2.1.2 乙醇浓度的影响
由表 3可见：随乙醇中含水量的增加，提取
率增加，同时后续的操作如过滤和浓缩的难度也
增加。故在提净呈味成分的前提下，采用无水乙
醇和 95%乙醇使提取过程简化，提取效果较好；
而比较二者，95%乙醇更适合。
2.1.3 提取时间对提取率的影响 在静态－微波
提取过程中，提取时间严格上分为提取总时间和
微波有效时间。目前国内外微波提取小试设备均
具有如下共同特点：先设置提取总时间和温度，
开机后，物料达到设定温度时微波照射停止，温
度下降又启动微波，实际上是温度在控制微波照
射时间(微波有效时间)。提取过程中微波有效时间
远小于提取总时间。在小试中分别观察了这 2种
时间对提取率的影响，详见表 4。
由表 4可见：当提取总时间达到 25 min或微
波有效时间达到 8 min 及更长时间，提取率基本
达到最大值，且通过残渣可判断呈味成分已提完。
对照 2组提取总时间与微波有效时间，显见后者
是决定提取效率的因素。故如使物料在可均匀接
受微波照射的空间流动，则不间断地微波照射可
提高微波有效时间，使提取效率高于静态的间歇
式微波照射过程。
2.1.4 固液比对提取率的影响
表 5 说明当总固液比在 1∶8 时，再增加溶剂
比例已不能增加提取率，且残渣也无辣味。故选
择总固液比 1∶8，基本上提净原料中的胡椒碱。
2.2 动态－微波法中试提取实验
按 L9(34)正交表进行提取工艺优选的结果如
下，其中微波功率(A)、物料流量(B)、总固液比(C)
和提取次数(D)。
表 6中，提取率波动较大，但总体比较高于
小试提取率。为准确评价提取效果，设定胡椒碱
含量为 3 kg胡椒粉原料中胡椒碱含量，保证了各
组产品提取效果的可比性。
其中，查 F表：F0.1(2，2)=9.00，F0.05(2，2)=19.00。
由表 6和 7可知，各因素对黑胡椒油树脂提
取工艺影响的大小为：物料流量 (B)＞提取次数
(D)＞总固液比(C)＞微波功率(A)，其中流量对胡椒
碱的提取影响最大，而微波功率对胡椒碱的提取
影响最小。在实验范围内，最佳优选工艺组合是
表 2 残渣是否有辣味与胡椒碱含量的关系
序号 胡椒碱含量/% 残渣是否有辣味
1 3.673 有
2 3.743 有
3 4.780 无
注：提取率(%)=(粗产品质量/原料质量)×100。
表 3 乙醇浓度对提取率的影响
乙醇浓度/% 提取率/% 残渣是否有辣味
100 11 无
95 11 无
85 15 无
75 15.5 无
表 4 提取时间对提取率的影响
实验
号
提取总
时间/min
微波有效
时间/min
提取
率/%
残渣是否
有辣味
1 110 25 11.00 无
2 50 13 10.95 无
3 35 11 11.00 无
4 25 8 10.75 无
5 15 6 9.80 有
表 5 固液比对提取率的影响
实验
号
总固液
比(w/v)
提取
率/%
残渣是否
有辣味
1 1∶6 9.00 有
2 1∶7 10.02 有
3 1∶8 10.85 无
4 1∶9 10.95 无
5 1∶10 10.95 无
表 6 正交实验设计及提取结果测定
试验号
因素 胡椒碱
含量/%
提取率/
%A B C D
1 1 1 1 1 3.743 14.38
2 1 2 2 2 3.717 11.15
3 1 3 3 3 4.033 12.56
4 2 1 2 3 4.780 12.69
5 2 2 3 1 2.957 16.03
6 2 3 1 2 4.037 11.77
7 3 1 3 2 4.090 14.07
8 3 2 1 3 3.673 15.33
9 3 3 2 1 3.593 10.67
K1 3.831 4.204 3.818 3.431
K2 3.925 3.449 4.030 3.948
K3 3.785 3.888 3.693 4.162
R 0.140 0.755 0.337 0.731
提取物与应用
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A2B1C2D3，即微波功率为 2400 W，物料流量为
52L/h，总固液比为 1∶7，提取次数是 3次。
由图 1 可见。按此最佳工艺参数，产品中胡
椒碱的含量为 4.780%，而相应的提取率为
12.69%。
2.2.1 物料流量对提取效果的影响 正交试验表
明：物料流量对胡椒碱含量的影响最大，而在所
设计的 3个流量水平中，52 L/h是最小值。由于物
料流量与微波有效时间成反比，故在适当范围内，
流量愈小，物料接受微波有效时间愈长，则愈有
利于胡椒碱的提出。从提取效率来比较，小试中
40 g黑胡椒粉所需最佳微波有效时间 8 min，而中
试中 3 kg黑胡椒粉完成提取只用了 24 min (以 1∶7
的固液比及 52 L/h流量进行核算)。可见采用动态-
微波法提取的效率远高于静态的情况。
2.2.2 提取次数对提取效果的影响 提取次数决
定了微波有效时间的长短。在正交试验所设计的 3
个水平中，3次是最多的，说明在一定范围内，微
波有效时间愈长，愈有利于胡椒碱的提出。
2.2.3 总固液比对提取效果的影响 总固液比的
最佳值 1∶7是 3个水平的中间值，说明控制好微波
有效时间后，溶剂用量并非愈多愈好；相反溶剂
尽量少些，有利于微波对黑胡椒粉的有效照射、
提高植物细胞的破壁率并减少溶剂对微波的吸收。
比较小试与中试的最佳总固液比(1∶8与 1∶7)可见：
中试的提取条件更有利于微波有效照射，由此提
高了提取率，也利于选择节省溶剂的工艺。
2.2.4 微波功率对提取效果的影响 正交试验表
明：微波功率对提取效果的影响最小；在 3 个水
平(1600、2400 W 及 3200 W)试验中，最佳微波功
率选择了中间值 2400 W。说明使植物细胞破壁所
需的微波剂量并非愈大愈好，而是存在一个接收
微波剂量上限；相反，在一定范围内，控制较低
的微波剂量既利于胡椒碱的提取，也利于选择节
能工艺。
2.2.5 小试与中试的微波有效能量的对比
单位质量原料受到辐射的微波有效能量(KJ/Kg)=
微波功率(kW)×微波有效时间(s)
原料质量(kg)
按该公式可分别计算出在小试与中试的最佳
工艺条件下，每 1 kg原料所吸收的微波有效能量
分别为： (200×480)/40=2400 kJ/kg，(2400×1440)
/3000=1152 kJ/kg。
显然，中试的微波有效能量比小试的低了
52%，这表明动态 - 微波法提取比静态－微波法提
取更节能。
3 结论
在小试单因素实验基础上，运用 L9(34)正交试
验设计，在中试规模上研究了微波功率、物料流
量、总固液比和提取次数 4个因素对提取率的影
响，并通过胡椒碱含量的测定，获得最佳提取工
艺参数：以 95%乙醇为溶剂，微波功率 2400 W，
物料流量 52 L/h，总固液比 1∶7，提取次数 3。由
此获得的黑胡椒油树脂的提取率达 12.69%，其中
胡椒碱含量为原料重量的 4.780%。所得黑胡椒油
树脂中胡椒碱含量为 37.67%，达到 FCC 要求
(36%)。
分析小试单因素试验与中试正交试验结果，
获以下结论：微波有效时间是控制物料接受微波
照射的关键因素。在此基础上设计的动态-中试实
验获得了优于静态-小试实验的提取结果；微波有
效照射是影响被提物料实际接受的微波剂量的重
要因素，用其调控溶剂用量及其它提取条件，改
善了中试实验的提取效果并节省了溶剂。
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表 7 正交试验方差分析
方差
来源
偏差平
方和 S
自由
度 f
方差
比 F 比较 显著性
A 0.030 2 1.000 FA
C 0.174 2 5.800 FC
误差 0.030 2
微波功率/W
160024003200
流量/(L/h)
52 78 104
总提取固液比(kg∶L)
1∶6 1∶71∶8
提取次数
1 2 3
图 1 各正交因素指标
提取物与应用
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2009年 第 34卷 第 11期
葡萄籽提取物中原花青素的
纯化及其检测
Purification and detection of the proanthocyanidins from
the grape seed extracts
ZHAO Ping, ZHANG Zhi-jun, ZHANG Yue-ping
(College of Chemical and Pharmaceutical Engineering,
Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018)
赵 平， 张志军， 张月萍
(河北科技大学化学与制药工程学院，石家庄 050018)
摘要： 以葡萄籽提取物为原料，研究用 AB-8型大孔吸附树脂对原花青素分级纯化，建立了高效
液相色谱(HPLC)方法，用此方法对葡萄籽提取物中原花青素定性、对低聚体(OPC)定量分析。为
得到聚合度不同的原花青素，实验选择 20%乙醇、40%乙醇、60%乙醇对原花青素进行梯度洗
脱，洗脱液经真空干燥得原花青素固体，即洗脱液成品。HPLC分析结果显示：20%乙醇洗脱液
中的原花青素是单体和 OPC，OPC含量为 17.42%；40%乙醇洗脱液中的原花青素是 OPC和高聚
体(OPC)，OPC含量为 80.32%；60%乙醇洗脱液中的原花青素是 PPC。
关键词： 原花青素；OPC；HPLC；梯度洗脱
中图分类号： R 284.2 文献标志码： A 文章编号： 1005-9989(2009)11-0179-05
收稿日期： 2009-03-16
作者简介： 赵平(1965—)，男，博士，教授，研究方向为化工分离及生物分离。
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