同种溶剂两步浸提法分离提取花椒籽皮油和仁油

郑旭煦，殷钟意，杜若愚，方明建，王星敏，李 强

(重庆工商大学环境与生物工程学院，废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆 400067)

同种溶剂两步浸提法分离提取花椒籽皮油和仁油

郑旭煦，殷钟意，杜若愚，方明建，王星敏，李 强

(重庆工商大学环境与生物工程学院，废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆 400067)

以大红袍花椒籽为原料，以油脂提取率为指标，采用同种溶剂两步浸提法分离提取花椒籽皮油和仁油，优化其提取工艺。结果表明：采用溶剂油在优化工艺条件下分步提取花椒籽皮油和仁油，提取率分别达到96.00%和97.51%，提取后的皮油产品主要含棕榈酸、棕榈油酸、油酸和亚油酸等饱和与不饱和高级脂肪酸甘油酯，而仁油产品主要含油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和高级脂肪酸甘油酯，有望开发为一种高营养保健食用油脂。

花椒籽；两步浸提法；皮油；仁油；溶剂油

Abstract：Da-Hong-Pao pepper seeds were used as the raw materials to extract crust oil and kernel oil by two-step extraction technology using the same kind of solvent. The extraction processing was optimized on the basis of extraction rate. Results indicated that the extraction rates of crust oil and kernel oil with solvent oil under the optimal conditions were 96.00 % and 97.51%,respectively. The crust oil was mainly composed of saturated and unsaturated fatty acid ester such as palmitic acid, palmitolei acid, oleic acid and linoleic acid. The kernel oil mainly contained unsaturated fatty acid ester such as oleic acid, linoleic acid and linolenic acid, which can be expected as a kind of high nourishing and health edible oil.

Key words：pepper seed；two-step extraction technology；crust oil；kernel oil；solvent oil

花椒(Zanthox ylum bungeagumMaxim)属芸香科多年生灌木或小乔木，在我国已有2600多年的栽培历史[1]，是我国传统的“八大调味料”之一。花椒籽是花椒果皮生产中的主要副产物，其产量占花椒果实的一半[2]。国内外学者对花椒籽中化学成分进行了较为深入的研究和报道[3-7]，其中油脂含量约27%～31%[8]，仁油中不饱和脂肪酸(PUFA)油脂含量达到90%以上，主要为α-亚麻酸和亚油酸[9]，其中α-亚麻酸是人体必需的脂肪酸和人体细胞的重要成分，具有的降血脂、降血压、降血糖、预防和抑制心脑血管疾病、抑制癌症的发生和转移、抑制衰老、保护视力、增强智力等八大功效[10]；花椒籽油碘值较高，在空气中易氧化聚合形成坚硬膜层，可作为工业用油，用来生产涂料、肥皂、磺化油、润滑油等化工产品[11]；此外，花椒籽油还可作为生产生物柴油的原料[12-13]，因此花椒籽是一种含油量丰富且食用、药用及工业价值均很高的油料。但长期以来花椒籽未被充分利用，多数被当作燃料焚烧或撒入田中作为肥料，甚至被当作废物丢弃。近年来，随着我国花椒产量的迅速增长，如何充分利用花椒籽这一资源已备受国内外学者的高度关注。

尽管花椒籽油脂的提取方法有压榨法[14]、溶剂法[15-16]、超临界CO2萃取法[17]、脱皮机分离提取法[18]等，但由于成熟花椒籽具有一层坚硬且脆的灰黑外皮，表面多灰分，仅采用传统的压榨法或溶剂法制取花椒籽油，该油色黑、酸值蜡质高、易结晶，不能食用[19]；而脱皮机分离提取法因机械脱皮不彻底难以保证皮油、仁油的完全分离。为了实现花椒籽皮油和仁油的分离，本研究探讨了同种溶剂两步浸提法工艺，旨在为花椒籽皮油和仁油的工业化生产提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

花椒籽：2006年9月采摘的陕西韩城大红袍花椒籽。

石油醚(沸程60～90℃)、食用酒精、甲醇、乙酸乙酯、正己烷、溶剂油等(均为国产分析纯)。

1.2 仪器与设备

GC-14C气相色谱仪 日本岛津公司；索氏提取器；ZX98H旋转蒸发仪；SHZ-95型循环水式多用真空泵；电子天平；HH-6数显电子恒温水浴锅。

1.3 方法

1.3.1 原料预处理及含油量测定

筛选饱满无破损的有仁颗粒，20目过筛除去表面灰分及杂质，放入105℃烘箱中烘至质量恒定；平行称取烘干的花椒籽3份，分别整籽粉碎，并以石油醚(10mL/g粉末)为溶剂，采用索氏提取法，按照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的测定》测定花椒籽的含油量。

1.3.2 溶剂的选择

分别称取50g花椒籽皮和籽仁粉末(60目过筛)，加入不同溶剂200 m L，温度控制在70℃，回流提取40min，抽滤，滤液减压蒸干溶剂至质量恒定，称量，计算提取率。比较不同提取液加入活性炭吸附除杂前后的提取率。

1.3.3 工艺方案的确定

采用索氏提取法(提取12h)和回流提取法(提取3次)，分别对6种样品(均平行称取3份样品)进行油脂提取，比较其提取率，确定同种溶剂两步浸提工艺方案。

1.3.4 工艺条件优化

1.3.4.1 花椒籽皮油提取工艺及其优化

称取干燥的花椒籽于平底烧瓶中，加入一定量溶剂，通入N2，在一定温度下回流提取一段时间，抽滤，回收花椒籽，滤液于旋转蒸发仪中减压蒸馏回收溶剂，然后称量，计算花椒籽皮油提取率。采取单因素和正交试验法优化工艺参数。

1.3.4.2 花椒籽仁油提取工艺及优化

将提取皮油后的花椒籽烘干，粉碎，60目过筛。称取一定量此种花椒籽粉末于平底烧瓶中，加入一定量溶剂，通入N2，在一定温度下回流提取一段时间，抽滤，回收花椒籽粉末，滤液于旋转蒸发仪中减压蒸馏回收溶剂，然后称量，计算花椒籽仁油提取率。采取单因素和正交试验法优化工艺参数。

1.3.5 气相色谱条件

色谱柱：毛细管柱PEG-20M(30m×320mm，0.25μm)；升温程序：210℃保持9min，以20℃/min升至230℃，保持10min；载气(N2)流速：40mL/min，进样量1μL；分流比：40:1。

2 结果与分析

2.1 花椒籽含油量测定

表1 花椒籽含油量Table 1 Content of oil in pepper seeds

由表1可见，花椒籽整籽粉末含油量为31.7%，手工剥离后分别提取皮油和仁油的总油脂为30.5%，二者较为接近，其细微差异可能缘于手工剥离过程中存在一些损失，造成剥离后提取的花椒籽皮油与仁油的总量略少于花椒籽整籽粉末的含油量。

2.2 提取溶剂的选择

图1 不同溶剂对花椒籽皮油、仁油提取率的影响Fig.1 Effects of different solvents on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

对比图1A中的提取率可知，对于花椒籽皮油的提取，在吸附除杂前，极性较大的溶剂(食用酒精、甲醇、乙酸乙酯)提取的物质明显高于极性小的溶剂(石油醚、正己烷、溶剂油)；但极性较大溶剂在活性炭吸附除杂时损失量也较大，这是由于不同极性的溶剂提取的组分各不相同，极性大的食用酒精、甲醇等提取的组分多为糖分、甾醇类物质以及一些色素，而极性小的石油醚、正己烷、溶剂油提取的组分主要为油脂。因此，采用非极性溶剂提取皮油的效果明显优于极性溶剂，尤以正己烷、溶剂油较为适宜。图1B显示，花椒籽仁油的提取情况和皮油的相似，适宜溶剂仍为正己烷和溶剂油，考虑到溶剂油为目前最广泛使用的食用油脂提取溶剂，故本研究选用溶剂油作为提取溶剂，分别提取花椒籽皮油和仁油。

2.3 同种溶剂两步浸提工艺方案的确定

表2 两步浸提工艺可行性分析Table 2 Feasibility analysis of two-step extraction technology

由表2可知，整籽提取皮油时不会把花椒籽皮内的仁油提取出来，将提取皮油后的花椒籽粉碎后再提取仁油，可以实现花椒籽皮油、仁油的完全分离，表明本研究采用的同种溶剂两步浸提工艺能够实现皮油、仁油的分离提取。此外，表2还显示，回流提取与索氏提取效果接近，考虑生产成本，本研究选择回流提取法来分离提取花椒籽的皮油和仁油。

2.4 同种溶剂两步浸提工艺优化

2.4.1 提取时间对皮油、仁油提取率的影响

图2 提取时间对皮油、仁油提取率的影响Fig.2 Effect of extraction time on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

在提取温度为70℃、溶剂用量分别为10mL/g和15mL/g、提取次数为1次条件下，分别考察提取时间对花椒籽皮油、仁油提取率的影响(图2)。

由图2A可知，花椒籽皮油提取率随提取时间的增加呈现先增大后降低的变化趋势，在160min时提取率达到最大。这是由于随着加热溶剂浸泡时间的增加，油脂逐渐地溶出，花椒籽表皮的皮油与溶剂中皮油的浓度差逐渐减小，以至达到平衡，之后，若继续延长提取时间(超过160min)，溶剂中的皮油又被表面粗糙的花椒籽再度吸附[20]，导致提取率降低。因为是整籽提取，颗粒大、比表面积小，造成达到溶解平衡所需时间(160min)较长。由图2B可知，花椒籽仁油的提取率仅在提取时间为40min便达到了最大，比皮油提取时间缩短了很多。这是因为仁油提取原料为花椒籽粉末，粒径明显小于花椒籽整籽，花椒籽粉末比表面积的增加促使传质面积的增大，加快了传质速率。

2.4.2 提取温度对皮油、仁油提取率的影响

在提取时间为40min、溶剂用量分别为10mL/g和15mL/g、提取次数为1次条件下，分别考察提取温度对花椒籽皮油、仁油提取率的影响(图3)。

图3 提取温度对皮油、仁油提取率的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

由图3可知，随着提取温度的升高，花椒籽皮油、仁油的提取率明显提高，这是因为较高的温度有利于分子扩散，有利于油脂在溶剂中的溶解，但温度过高又容易使油脂性质发生改变(降解、分子重排等)，所以选择合适的提取温度对油脂的提取非常关键。图3B也显示，在提取温度达到40℃以后，仁油提取率增幅不大。

2.4.3 溶剂用量对皮油、仁油提取率的影响

在提取时间40min、提取温度70℃、提取次数1次条件下，分别考察溶剂用量对花椒籽皮油、仁油提取率的影响(图4)。

图4 溶剂用量对皮油、仁油提取率的影响Fig.4 Effect of solvent amount on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

由图4可知，花椒籽皮油和仁油的提取率都随溶剂用量的增加呈现先增加后减小的变化过程，这是由于在提取过程中，随着溶剂用量的增加，花椒籽皮与溶剂间的油脂浓度差越大，油脂提取量越大，但在有限的提取时间(40min)内，随着溶剂用量的增加，油脂提取量并非都能达到最大，加上溶剂回收负荷的增加，导致花椒籽皮油、仁油提取率反而降低。

2.4.4 提取次数对皮油、仁油提取率的影响

虽然可以通过选择适宜的溶剂用量、提取温度、提取时间使单次提取的提取率达到最大，但溶解平衡一旦建立，油脂便不再溶出，难于通过单次提取方法将花椒籽中的油脂完全提取。本实验在提取时间为40min、提取温度为70℃、溶剂用量为10mL/g条件下，分别考察提取次数对花椒籽皮油、仁油提取率的影响(图5)。

图5 提取次数对皮油、仁油提取率的影响Fig.5 Effect of repeated extraction number on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

由图5可知，提取次数由1次增加到3次，提取率增幅较大，但提取次数超过3次后再增加次数，提取率增幅较小或者甚微。

2.4.5 正交试验

表3 花椒籽皮油提取正交试验设计及结果Table 3 Results of orthogonal experiments for optimizing extraction processing of crust oil from pepper seeds

以单因素试验结果为基础，选取4因素3水平的正交表L9(34)设计正交试验，分别优化花椒籽皮油和仁油的提取工艺。正交试验设计及结果分别见表3、4。

由表3可知，花椒籽皮油提取的极差RD＞RC＞RB＞RA，说明提取次数对皮油提取率的影响最大，其次是溶剂用量和提取温度，提取时间在实验选择的范围内影响较小，最优水平组合均为A2B3C3D3。由表4可知，花椒籽仁油提取的极差RD＞RA＞RC≈RB，说明提取次数对仁油提取率的影响最大，其次是提取时间，而溶剂用量和提取温度在实验选择的范围内影响较小，最优水平组合均为A2B3C2D3。

表4 花椒籽仁油提取正交试验设计及结果Table 4 Results of orthogonal experiments for optimizing extraction processing of kernel oil from pepper seeds

2.4.6 最优水平验证实验

因A2B3C3D3和A2B3C2D3组合并非为正交试验表3、4中所列试验，故对该两个水平组合进行验证。结果为：皮油在A2B3C3D3组合时的提取率为96.00%，优于表3中A1B3C3D3组合的提取率(92.90%)，因此确定A2B3C3D3为皮油提取的最优工艺条件，即提取时间160min、提取温度70℃、溶剂用量25mL/g、提取3次；而仁油在A2B3C2D3组合时的提取率为98.03%，略高于表4中A2B1C2D3组合的提取率97.51%，考虑到提高温度将增加提取成本，故选取仁油提取的优化工艺条件为A2B1C2D3，即提取时间40min、提取温度60℃、溶剂用量15mL/g、提取3次。

采用选取的优化工艺条件进行同种溶剂两步提取，可提取皮油9.6%、仁油21.2%，总提取率30.8%，与表1的原料含油率接近。

2.5 花椒籽皮油、仁油产品的脂肪酸组成

将溶剂油提取的花椒籽皮油和仁油产品完全甲酯化后采用气相色谱仪进行定量分析，结果见表5。

表5 花椒籽皮油、仁油产品的脂肪酸组成Table 5 Fatty acid compositions of crust oil and kernel oil from pepper seeds

由表5可知，花椒籽皮油和仁油产品的脂肪酸组成显著不同，花椒籽仁油富含α-亚麻酸、亚油酸和油酸等不饱和高级脂肪酸甘油酯，是一种非常好的高营养保健食用油脂；而花椒籽皮油除了富含棕榈酸、棕榈油酸、油酸、亚油酸等饱和与不饱和高级脂肪酸甘油酯外，还含有较多游离脂肪酸、胶质和蜡质等，不能作为食用油加以利用，只能用作工业溶剂或生物柴油生产的原料。

3 结 论

采用同种溶剂两步浸提工艺提取花椒籽皮油和仁油，可以实现花椒籽油脂的分离提取；在本实验优化的工艺条件下，花椒籽皮油和仁油的提取率分别达96.00%和97.51%；提取后的皮油产品主要含棕榈酸、棕榈油酸、油酸、亚油酸等饱和与不饱和高级脂肪酸甘油酯，而仁油产品主要含油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和高级脂肪酸甘油酯，有望开发为一种高营养保健食用油脂。

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Extraction of Crust Oil and Kernel Oil from Pepper Seeds by Two-step Extraction Technology

ZHENG Xu-xu，YIN Zhong-yi，DU Ruo-yu，FANG Ming-jian，WANG Xing-min，LI Qiang
(Engineering Research Center for Waste Oil Recovery Technology and Equipment, Ministry of Education, College of Environment and Bioengineering, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, China)

TQ645.1

A

1002-6630(2010)22-0180-05

2010-01-11

重庆市科技攻关项目(CSTC，2008AC1035)；重庆市高校优秀成果转化项目(KJZH08211)

郑旭煦(1964—)，女，教授，博士，主要从事生物质资源化技术研究。E-mail：wuwuzheng@ctbu.edu.cn