全 文 ：!#$
陈文学，胡月英，葛! 畅，张! 鑫，蒋志国，李从发!
（海南大学食品学院，海南海口 !##$%）
摘& 要：为了研究黑胡椒中抑菌活性物质的提取工艺，以黑曲霉做指示菌，以提取率 ’抑菌圈直径为活性追踪指标，在
单因素实验的基础上通过二次回归通用旋转组合设计进行工艺参数优化。结果表明，其最佳提取工艺条件为：乙醇浓
度 %#(，浸泡时间 )%#*+,，提取时间 -##*+,。
关键词：黑胡椒，抑菌，黑曲霉
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中图分类号：:7$#-E-& & & & 文献标识码：F& & & & 文 章 编 号：-##$.#G#H（$#-#）--.#$I.#)
收稿日期：$##I.--.#I& !通讯联系人
作者简介：陈文学（-IH%.），男，副教授，主要从事热带农产品加工的
教学与科研工作。
基金项目：十一五国家科技支撑项目（$##FJKHF#)）；海南省自然科
学基金（%#%-#$）；海南省教育厅基金（=L$##I.$!）；海南大
学校科技基金资助（;6#IM*I#）。
& & 胡椒（!#$% &’%() *E），藤本植物，属胡椒科，由
胡椒科植物的球形浆果干制加工而成，带黑色果皮
者称为黑胡椒。-I) 年引入中国海南［-.$］，然后在广
东、云南、广西、福建等省区也陆续引种试种成功。
胡椒种植业现已作为海南省的一项产业，不仅基本
满足了国内市场对胡椒的需要并且还有部分出口［G］。
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，胡椒是一种优良的食品调味剂和食用香
料［)］，并且具有防腐作用，被广泛用作腌制品的防腐
性香料；在医药工业上，它可提取胡椒碱，胡椒林碱，
胡椒油碱甲、乙、丙等生物碱和挥发油，还可将其加
入药材使用，有镇静，温中散寒、下气、健胃、止痛、消
炎、解毒、降血脂等功能［H.］，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。胡椒在
抗惊厥，杀虫，抗癌等多方面存在活性［%］。近年来的
研究表明［I.-G］，黑胡椒中抗癌前体化合物毕澄茄素
（多环氧木脂素类化合物）对于 -，$.二甲基肼（一种
结肠致癌物）所引起的结肠癌有抑制作用。胡椒的
乙醇提取物对常见食品污染菌有较强的抑制作用；
胡椒挥发油对动物和植物病菌、腐败菌均有抑制效
果。由此可见，从黑胡椒中提取抑菌活性物质作为
天然无污染的食品防腐剂具有非常好的经济前景和研
究前景。目前国内外学者对胡椒的抑菌作用已有部分
研究，但国内关于这一方面的研究还较少，本文主要研
究胡椒对黑曲霉的抑菌作用，并对黑胡椒中抑菌活性
物质的提取工艺进行优化，以期为进一步开发利用这
一丰富的植物资源提供科学依据。
<=黑胡椒& 购自百佳汇超市中兴店；黑曲霉菌种
& 海南大学食品学院微生物实验室提供；培养基 &
马铃薯蔗糖琼脂培养基。
超声波清洗机& 广州经济技术开发区明珠电器
有限公司；电热恒温水浴锅& 北京市医疗设计厂；数
显恒温水浴锅、旋转蒸发仪& 上海亚荣生化仪器厂；
循环水式真空泵 & 巩义市英峪予华仪器厂；生化培
养箱& 南京实验仪器厂；电热恒温鼓风干燥箱 & 上
海跃进医疗器械厂；立式压力蒸汽灭菌器 & 上海医
用核子仪器；电子天平& 梅特勒.托利多仪器（上海）
有限公司。
<=>! 实验方法
-E$E-& 样品预处理& 将黑胡椒置于 !#NH#O非鼓风烘
干-6，待冷却后，粉碎，过)#目筛，取筛下物留作样品。
-E$E$& 抑菌实验方法& 平板打孔法是固体平板扩散
法的其中一种，可以在平板上打一定大小的圆孔，然
后把被测物滴入孔内。经培养后在物质扩散所及的
范围内出现抑菌圈（或生长圈），测量圈的直径，即可
知道被测物的抑菌能力［-)］。每个平板中加入适量培
养基，冷却后加入 #EG*P菌悬液［-!］涂布均匀，然后用
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2010.11.023
!#$
直径为 !!的打孔器打孔，吸取 #$!%样品溶液注
入已打好的圆孔中（以 &’(乙醇为空白），于 )*+下
培养 ,-.，测抑菌圈直径。
抑菌圈直径（）/样品抑菌圈直径0空白抑菌
圈直径
!$,$)1 单因素实验
!$,$)$!1 不同提取工艺对黑胡椒抑菌活性物质提取
效果及抑菌效果的影响 1 在 ,’#% 三角瓶中加入
’$###2样品，然后加入 !##% &’(乙醇，浸泡 ,-#34
后分别用超声波提取法和回流提取法［!5］提取 5#34。
提取结束后用真空泵抽滤，然后置于 5#+水浴锅中
浓缩蒸干，冷却后称重并计算提取率。
提取率（(）/提取物质量
样品质量
6 !##(
!$,$)$,1 溶剂浓度对黑胡椒抑菌活性物质提取效果
及抑菌效果的影响1 在 ,’#% 三角瓶中加入 ’$###2
样品，然后分别加入 !##% &’( 乙醇，7#( 乙醇，
5#(乙醇，-#(乙醇，水，浸泡 ,-#34 后黑胡椒用回
流法提取 5#34。提取结束后用真空泵抽滤，然后置
于 5#+水浴锅中浓缩蒸干，冷却后备用。
!$,$)$)1 提取时间对黑胡椒抑菌活性物质提取效果
及抑菌效果的影响1 在 ,’#% 三角瓶中加入 ’$###2
样品，然后加入 !##% &’(乙醇 !##%，浸泡 ,-#34
后，用超声波法提取，分别以 ,#、-#、5#、7#、!##、
!,#34提取。提取结束后用真空泵抽滤，然后置于
5#+水浴锅中浓缩蒸干，冷却后备用。
!$,$)$-1 浸泡时间对黑胡椒抑菌活性物质提取效果
及抑菌效果的影响1 在 ,’#% 三角瓶中加入 ’$###2
样品，然后加入 !##% &’(乙醇 !##%，分别浸泡 #、
,-#、-7#、*,#、&5#34，然后用超声波法提取 5#34 后
用真空泵抽滤，然后置于 5#+水浴锅中浓缩蒸干，冷
却后备用。
!$,$-1 黑胡椒抑菌活性物质的提取工艺参数优化1
根据以上单因素实验结果，分别将溶剂浓度、浸泡时
间、提取时间对抑菌效果的综合影响，采用 89: 数据
处理系统设计三因素二次通用旋转组合实验设计，
对黑胡椒进行工艺优化。实验结果分析均在 89: 数
据处理软件下运行，编码因子见表 !。
表 !1 二次通用旋转组合设计因子水平表
规范变量 ;<
水平
=! 溶剂浓度
（(，> ? >）
=, 浸泡时间
（34）
=) 提取时间
（34）
上星臂号（!$57,） &’ *,# !##
上水平（!） 7& 5,) 77
零水平（#） 7# -7# *#
下水平（0!） *! ))* ’,
下星臂号（0!$57,） 5’ ,-# -#
变化区间 !< & !-) !7
! 结果与分析
!#$ 不同提取工艺对黑胡椒抑菌活性物质提取效果
及抑菌效果的影响
不同提取工艺对提取效果及抑菌效果的影响如
表 , 所示。经过 8@4AB4 法比较发现，黑胡椒用回流
法和超声波法提取在提取率上无显著性差异；在抑
菌圈直径上两者存在显著性差异，回流法的抑菌效
果更好。通过比较两者提取的提取率及抑菌圈直径
效果，故黑胡椒选择用回流法提取。
表 ,1 黑胡椒不同提取工艺的提取效果及抑菌效果
提取方法 加热回流 超声波提取
提取率（(） !,$&# C !$))B !#$’- C #$!5B
抑菌圈直径（） 7$)* C #$5’B -$&) C #$’7D
注：在 / #$#’ 的条件下做的显著差异性比较，如果有相同的
字母，就说明两者差异不显著。
!#! 溶剂浓度对黑胡椒提取率及抑菌效果的影响
溶剂浓度对提取率及抑菌效果的影响如图 ! 所
示。由图 ! 可知，随着溶剂浓度的逐渐增大，黑胡椒
提取液提取率也随之增大，当溶剂浓度增加到一定
程度时，增加趋势有所减缓；当乙醇浓度达到 &’(
时，黑胡椒提取液抑菌效果最好。根据相似相溶原
理，说明 &’(乙醇溶液较适合黑胡椒中抑菌物质的
提取。
图 !1 溶剂浓度对黑胡椒的提取率及抑菌效果的影响
!#% 提取时间对黑胡椒抑菌活性物质提取效果及抑
菌效果的影响
提取时间对提取效果及抑菌效果的影响如图 ,
所示。由图 , 可知，抑菌活性总体呈现先增大后减
小趋势，当提取时间为 5#34 时提取效果及抑菌效
果均达到最佳。当提取时间小于 5#34 时，回流处
理时间较短暂，黑胡椒中提取物因溶剂效应有利于
其溶解，并且随着提取时间的延长，黑胡椒中的抑菌
物质的提取率增大，所以抑菌活性也逐渐增大；而当
时间超过 5#34时，回流处理时间较长，影响了抑菌
物质的活性，对提取效果产生了波动，当提取时间为
5#E!,#34之间，在 !##34又出现一个峰值。
图 ,1 提取时间对黑胡椒的提取效果及抑菌效果的影响
!#& 浸泡时间对黑胡椒抑菌活性物质提取效果及抑
菌效果的影响
浸泡时间对黑胡椒抑菌活性物质提取效果及抑
菌效果的影响如图 ) 所示。由图 ) 可知，随着黑胡椒
浸泡时间的延长，提取率总体呈递增的趋势，抑菌效
果呈先增后减的趋势，当浸泡时间在 #E*,#34 时，
随着时间的延长，黑胡椒中抑菌活性物质的提取因
溶剂效应有利于其溶解，使抑菌效果在 *,#34 时达
!#$
到最大值，抑菌圈直径达到了 !#!$$。但当时间超
过 %&’$()时，由于乙醇随时间的延长缓慢挥发或其
他原因，使整个溶剂系统极性发生变化。所以抑菌
效果呈下降趋势。
图 *+ 不同浸泡时间对黑胡椒的提取效果及抑菌效果的影响
!#$ 黑胡椒抑菌活性物质提取工艺参数及优化
根据以上单因素实验结果表明，溶剂浓度、浸泡
时间、提取时间等对黑胡椒抑菌活性物质的提取均
具有不同程度的影响。因此采用二次通用旋转组合
实验设计对提取工艺进行了优化，实验结果见表 *。
实验结果分析均在 ,-.数据处理软件下运行。
表 *+ 黑胡椒的二次通用旋转组合设计方案及结果
实验号 /0 /& /*
提取率
（1）
抑菌圈
直径
（$$）
提取率 2
抑菌圈
直径
0 0 0 0 03’! 405 %&5*’5
& 0 0 6 0 0*0& 40& !%0%33
* 0 6 0 0 0!3 4’# 5*3%!’
3 0 6 0 6 0 0%’3 355 5*044&
4 6 0 0 0 03*5 3!% !%043!
! 6 0 0 6 0 00*& 3&’ 3%433’
% 6 0 6 0 0 &’33 3’4 5&%5&
5 6 0 6 0 6 0 04%5 *0# 4’**5&
# 6 0!5& ’ ’ 0!%5  4’’’33
0’ 0!5& ’ ’ 0043 !3# %35#3!
00 ’ 6 0!5& ’ 030! !0% 5%*!%&
0& ’ 0!5& ’ 04&! 44& 53&*4&
0* ’ ’ 6 0!5& 03&! 40% %*%&3&
03 ’ ’ 0!5& 0!4& 4** 55’40!
04 ’ ’ ’ 04* 4&* 5’’0#’
0! ’ ’ ’ 043 4&0 5’&*3’
0% ’ ’ ’ 04&! 405 %#’3!5
05 ’ ’ ’ 040! 4&& %#0*4&
0# ’ ’ ’ 04&& 4&3 %#%4&5
&’ ’ ’ ’ 04’5 4&& %5%0%!
+ + 采用 ,-.%’ 及 .7.5& 对黑胡椒对黑曲霉抑菌
效果进行回归分析得到以下回归方程，实验结果的
方差分析见表 3。其回归方程如下：
8 9 %#%’4!! : %*%045/0 6 *!5*#’/& :
!’0*&3/* 6 %3%*44/
&
0 : ’%5’3#/
&
& 6 ’#4!0#/
&
* 6
0’&444/0/&64%4#!4/0/*6’#*%&’/&/*
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：一次
项中 /& 的偏回归系数显著，说明浸泡时间对提取率 2
抑菌圈直径效果有显著影响；/0、/* 的偏回归系数极
显著，说明溶剂浓度、提取时间对提取率 2抑菌圈直径
效果有极显著影响；交互项的偏回归系数 /0/* 显著，
说明溶剂浓度和提取时间的交互项对胡椒提取效果有
显著影响；二次项中 /&0 的偏回归系数达极显著水平，
其他各项的偏回归系数均未达到显著水平。
表 3+ 黑胡椒活性提取物对黑曲霉抑菌效果的
实验结果方差分析
变异
来源
平方和 自由度 均方 比值 ; 显著
水平 <
/0 %3&0#&4 0 %3&0#&4 &3#4’0 ’’’’4
/& 054*4%% 0 054*4%% !&*00 ’’*0%
/* 3#*5!5# 0 3#*5!5# 0!!’&& ’’’&&
/&0 5’4&&*0 0 5’4&&*0 &%’!5# ’’’’3
/&& 5%5&0 0 5%5&0 ’& ’4#55
/&* 0*050& 0 0*050& ’33*0 ’4&’%
/0/& 5303’ 0 5303’ ’&5&# ’!’!4
/0/* &!4*554 0 &!4*554 5#&04 ’’0*!
/&/* %’&!5 0 %’&!5 ’&*!& ’!*%3
回归 &43*’%&’ # &5&4!*! ;& 9#3#5# ’’’0&
剩余 &#%3%0* 0’ &#%3%0
失拟 !4’& 4 4#0*’’ ;0 90!&*3&3 ’’’’0
误差 05&0& 4 ’*!3&
总和 &53’433’ 0#
+ + 采用频率分析法寻找最优工艺。对数学回归模型
进行频率分析得到的结果见表 4，在 #41的置信区间
的优化方案为：溶剂浓度 501=5!1，浸泡时间 *!%=
40&$()，提取时间 %’=50$()。
表 4+ 优化提取方案中 /(取值频率分布
因素水平
/0 /& /*
次数 频率 次数 频率 次数 频率
6 0!5& & ’’*!3 0! ’&#’# 5 ’0344
6 0’’ 5 ’0344 04 ’&%&% # ’0!*!
’’’ 0% ’*’#0 0& ’&05& 0’ ’0505
0’’ &’ ’*!*! # ’0!*! 0& ’&05&
0!5& 5 ’0344 * ’’434 0! ’&#’#
/ ’3’& 6 ’4’% ’&##
./ ’0&4 ’034 ’0!%
#41置信区间 ’04!=’!3% 6 ’%#0=’&&& 6 ’’&%=’!&!
提取条件 501=5!1 *!%=40&$() %’=50$()
+ + 以提取率 2抑菌圈直径为准，将其回归方程用
>?@AB语言进行分析，得到最佳方案为：乙醇浓度为
5’1，浸泡时间 35’$()，提取时间 0’’$()。对最佳方
案进行验证，得到提取率 2抑菌圈直径为 55’40!，与
理论值的 5%0035 相差不大，所以可认为其为最佳
方案。
%$ 结论
%&+ 通过二次通用旋转组合实验设计建立了黑胡椒
抑菌活性物质提取的溶剂浓度、浸泡时间、提取时间
* 个因素的回归方程，此模型在实验范围内能较准确
地预测黑胡椒抑菌活性物质的提取效果。
%!+ * 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：溶剂浓度 C提取时间 C浸泡时间。
%%+ 通过二次通用旋转组合实验设计获得了黑胡椒
抑菌活性物质的最佳提取工艺参数为：黑胡椒用
5’1乙醇溶液提取，浸泡时间 35’$()，提取时间
0’’$()时对黑曲霉具有最佳的抑制效果。
%’+ 大量研究表明，广泛存在于植物中的酚酸类化
合物具有抗细菌和抗真菌的性能［0%］。DE-FGHIG) 从
青胡椒浆果中分离得到两个酚类化合物，即 *，36二
!!#
羟基苯乙醇葡萄糖苷及 !，#二羟基 $（%#乙胺基）
苯甲酰胺 &、’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［+,］。
本文是对黑胡椒抑菌活性物质的提取工艺进行
了优化，今后的研究中一方面采用 -./0 1 23 或者
-./0 1 23 1 23对黑胡椒提取物中主要的抑菌活性成
分进行定性定量分析，另一方面加强对黑胡椒抑菌活
性物质的应用研究，并且在进一步的分离纯化的基础
上，将其应用到肉类的保鲜中去。胡椒经乙醇提取后
制成天然防腐剂，不仅可取代对人体健康有一定影响
的化学合成防腐剂，而且对人体无害且有一定的医疗
保健作用，同时还赋予食品独特的香味，可满足人们对
天然食品、绿色食品、健康食品的需要。
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（上接第 +6) 页）
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