花椒精油提取工藝優(yōu)化

馬寅斐，葛邦國，孫梅，趙巖，朱風(fēng)濤*

（1.中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014；2.魯?shù)榭h明德農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，云南昭通 657000）

花椒精油提取工藝優(yōu)化

馬寅斐1，葛邦國1，孫梅2，趙巖1，朱風(fēng)濤1*

（1.中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014；2.魯?shù)榭h明德農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，云南昭通 657000）

本文通過研究溶劑提取結(jié)合超臨界CO2萃取的方法制取花椒精油，分別優(yōu)化了正己烷提取工藝和超臨界CO2萃取工藝參數(shù)，制取的花椒精油得率高，性狀優(yōu)良，為花椒精油提取的規(guī)模化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

花椒深加工；花椒精油；溶劑提取；超臨界CO2萃取

花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim）是蕓香科花椒屬植物，在我國作為傳統(tǒng)的食用香辛料，具有悠久的栽培歷史和豐富的種植資源。全國以四川漢源、陜西韓城、云南昭通、重慶江津、甘肅武都、山西芮城、貴州、山東萊蕪、河北涉縣等地區(qū)為花椒主要產(chǎn)區(qū)。近年來，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，各地區(qū)花椒產(chǎn)業(yè)均有較大的發(fā)展[1,2]。但加工程度低、加工技術(shù)落后、副產(chǎn)物利用率低等因素成為制約我國花椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。目前，市場上除了以完整的花椒果皮作為零售調(diào)味料外，花椒粉、花椒精、花椒調(diào)味油為其他的主要產(chǎn)品形式。市場上的花椒油大多是直接用食用油浸泡花椒復(fù)配制得，純度較差且風(fēng)味易損失。通過有機(jī)溶劑萃取或超臨界流體技術(shù)萃取[3,4]，則存在溶劑殘留、風(fēng)味改變、成本過高等問題，不利于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。因此，本文采用溶劑萃取與超臨界流體萃取相結(jié)合的方式，對花椒精油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化研究。

1 材料與設(shè)備

1.1 原料與試劑

花椒原料：青花椒品種，云南魯?shù)槊鞯罗r(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司,2015年采收。

正己烷，分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

分析天平，METTLER AB-S；

超臨界提取設(shè)備，江蘇華安超臨界萃取有限公司HA121-50-1；

萬能粉碎機(jī)，江陰康和60B；

烘箱，HASUCS650；

提取設(shè)備，德國Stephen；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，BUCHI R300。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 提取工藝流程

樣品預(yù)處理→烘干→正己烷提取→旋轉(zhuǎn)蒸餾→花椒毛油→超臨界CO2萃取→調(diào)溫調(diào)壓→分離→花椒精油

2.2 樣品的預(yù)處理

將花椒原料置于萬能粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎時間為3min，過80目篩網(wǎng)，備用。

2.3 樣品烘干

花椒原料的水份含量約為18%～20%，為了保證精油的純度和后續(xù)的提取效果，將花椒粉平鋪于托盤，在鼓風(fēng)干燥箱80℃條件下烘干至水份＜10%。

2.4 正己烷提取

由于溶劑加熱有利于提高花椒毛油得率，正己烷常壓下沸點(diǎn)為69℃，因此，將提取溫度設(shè)定在60℃。按照一定的料液比，提取一定的時間，提取過程進(jìn)行慢速攪拌。

2.5 超臨界CO2萃取

在超臨界提取過程中，分離釜II的壓力、溫度參數(shù)基本與儲氣罐一致，分離物較少，因此，為了兼顧提取效果和提取效率，主要選擇花椒毛油的提取參數(shù)和分離釜I的參數(shù)，進(jìn)行正交參數(shù)優(yōu)化。將一定量的花椒毛油裝入料筒中，裝倉封閉后開啟設(shè)備，調(diào)節(jié)不同提取釜的提取溫度和提取壓力、分離釜I的分離溫度和分離壓力，進(jìn)行提取，提取時間為3h一罐，結(jié)束后進(jìn)行精油得率計(jì)算和成分檢測。

3 結(jié)果與分析

3.1 正己烷提取工藝參數(shù)優(yōu)化

3.1.1 不同料液比對花椒毛油得率的影響

圖1 不同料液比對花椒毛油得率的影響

為了最大化提取花椒毛油，需驗(yàn)證不同料液比對花椒毛油提取得率的影響。分別添加料液比為1:1、1:2、1:3、1:4、1:5正己烷溶劑于提取設(shè)備，加熱至60℃，攪拌30min，將提取液旋蒸回收后，計(jì)算花椒毛油得率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖可知，當(dāng)料液比為1:3時，毛油提取率不再升高，為9.3%，最優(yōu)料液比為1:3。

3.1.2 不同提取時間對花椒毛油得率的影響

分別添加料液比為1:3正己烷溶劑于提取設(shè)備，加熱至60℃，攪拌分別提取10min、20min、30min、40min、50min，將提取液旋蒸回收后，計(jì)算花椒毛油得率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖可知，當(dāng)提取時間為30min時，毛油提取率不再升高，為9.2%，因此最優(yōu)提取時間為30min。

圖2 不同提取時間對花椒毛油得率的影響

3.1.3 花椒毛油最佳提取工藝

通過3.1.1和3.1.2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，花椒毛油溶劑提取的最優(yōu)參數(shù)為提取溫度為60℃，料液比1:3、提取時間30min，此時毛油提取得率為9.3%。

3.2 超臨界CO2萃取關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化

3.2.1 萃取壓力對花椒精油萃取得率的影響

圖3 萃取壓力對花椒精油的萃取得率影響

在萃取溫度45℃條件下，萃取壓力分別為10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa，分離釜I壓力8MPa，分離溫度65℃，分離釜II壓力4MPa，分離溫度35℃，浸提時間為3h，測定花椒精油得率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖可知，萃取壓力達(dá)到30MPa條件時，精油萃取得率不再升高，為7.6%。

3.2.2 萃取溫度對花椒精油萃取得率的影響

在萃取溫度35℃、40℃、45℃、50℃、55℃條件下，萃取壓力30MPa，分離釜I壓力8MPa，分離溫度65℃，分離釜II壓力4MPa，分離溫度35℃，浸提時間為3h，測定花椒精油得率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4，可知萃取溫度達(dá)到50℃條件時，精油萃取得率不再升高，為7.8%，溫度為45℃時，測定得率為7.7%，變化不大，從設(shè)備運(yùn)行成本考慮，最優(yōu)萃取溫度為45℃。

圖4 萃取溫度對花椒精油萃取得率的影響

3.2.3 分離釜I壓力對花椒精油的萃取得率影響

在萃取溫度45℃條件下，萃取壓力30MPa，分離釜I壓力4MPa、6MPa、8MPa、10MPa、12MPa，分離溫度65℃，分離釜II壓力4MPa，分離溫度35℃，浸提時間為3h，測定花椒精油得率如圖5，分離釜I壓力升高，精油的得率逐漸降低，在分離釜I壓力為4、6MPa時，花椒精油顏色呈黑色，油品形狀較差，且膠質(zhì)較多，分離釜I壓力升高至8MPa時，精油呈淺綠色，性狀較好，得率為7.7%。

圖5 分離釜I壓力對花椒精油萃取得率的影響

3.2.4 分離釜I溫度對花椒精油萃取得率的影響

在萃取溫度45℃條件下，萃取壓力30MPa，分離釜I壓力8MPa，分離溫度55℃、60℃、65℃、70℃、75℃，分離釜II壓力4MPa，分離溫度35℃，浸提時間為3h，測定花椒精油得率如圖6，隨分離釜I溫度升高，精油的得率先升高再降低，說明分離釜I溫度過低，無法將超臨界狀態(tài)的提取物有效分離，當(dāng)分離釜I溫度升高，則影響流速和分離效果。在分離釜I溫度為65℃時，花椒精油顏色精油呈淺綠色，性狀較好，且得率較高為7.6%。 3.2.5正交實(shí)驗(yàn)

圖6 分離釜I溫度對花椒精油萃取得率的影響

分離釜II的壓力與CO2儲氣罐壓力一致，分離溫度為設(shè)備運(yùn)行溫度，因此無需優(yōu)化，根據(jù)以上單因素試驗(yàn)分析結(jié)果，采用L9(34)正交設(shè)計(jì)，選擇萃取壓力（A）、萃取溫度（B）、分離釜I壓力（C）、分離釜I溫度（D）四個因素，各因素選取3個水平。然后進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

由表2（見下頁）可以得出，影響提取率的主次因素為A>B>D>C，即萃取壓力>萃取溫度>分離釜I溫度>分離釜I時間。最佳工藝條件為A2B3C1D1，經(jīng)驗(yàn)證，該工藝條件下精油萃取得率為7.8%，均優(yōu)于其他實(shí)驗(yàn)組，得到的精油性狀為淺綠色清油，流動性較好。因此選擇A2B3C1D1為最優(yōu)超臨界萃取工藝條件，結(jié)合其他萃取參數(shù)，即萃取壓力30MPa，萃取溫度為50℃，分離釜I壓力6MPa，分離釜I溫度60℃，分離釜II壓力4MPa，分離釜II溫度為35℃，精油萃取得率為7.8%。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

在傳統(tǒng)花椒精油提取方法研究中，主要單一研究了溶劑提取或超臨界萃取，溶劑提取大多存在較多的溶劑殘留，需要進(jìn)行后續(xù)的脫溶精煉，風(fēng)味損失較大。而超臨界CO2萃取方式雖能較好的獲得高品質(zhì)精油，但過高的能耗和較低的提取效率，使得萃取成本較高，也嚴(yán)重限制了大規(guī)模實(shí)際生產(chǎn)。本實(shí)驗(yàn)則將兩種提取方式結(jié)合，同時進(jìn)行中試規(guī)模放大實(shí)驗(yàn)，不僅獲得了高品質(zhì)花椒精油，且有效降低生產(chǎn)成本，為實(shí)際規(guī)模化生產(chǎn)提供了數(shù)據(jù)論證和實(shí)踐指導(dǎo)。

[1]劉衛(wèi)斌,王云云.花椒采收與加工現(xiàn)狀分析[J].農(nóng)產(chǎn)品加工, 2004，(8):33-34.

[2]史勁松.花椒資源與開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查[J].中國野生植物資源,2003,22(5):6-8.

[3]趙全,董繼生.花椒油萃取回流工藝的研究[J].中國調(diào)味品, 2006，(8):8-11.

[4]鄧書平.超臨界CO2流體萃取花椒油優(yōu)化工藝研究[J].陜西農(nóng)業(yè)科學(xué),2010，(4):46-48.

Optimization Extraction Process of Pepper Essential Oil

MA Yin-fei1,GE Bang-guo1,SUN Mei2，ZHAO Yan1,ZHU Feng-tao1*
(1.Jinan Fruit Research Institute,All China Federation of Supply&Marketing Co-operatives,Jinan 250014,China; 2.Ludian Mingde Agricultural Development Co.,Ltd.,Zhaotong 657000,China)

This paper focused on extraction of pepper essential oil,combining solvent extraction with supercritical fluid extraction.Then we optimized the processing conditions of these two respectively.Successfully we developed the better way to extract pepper essential oil that had better quality and higher yield for actual production.

Pepper deep processing;pepper essential oil;solvent extraction;supercritical fluid extraction

F307.5獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1008-1038(2016)11-0009-04

2016-10-10

云南省科技計(jì)劃項(xiàng)目“花椒精深加工技術(shù)研究”（2015AB009-2）

馬寅斐（1986—），男，助理研究員，主要研究方向?yàn)楣呒坝椭庸?

朱風(fēng)濤（1962—），男，研究員，主要從事果蔬加工研究