花椒精油提取工艺优化

马寅斐，葛邦国，孙梅，赵岩，朱风涛*

（1.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014；2.鲁甸县明德农业开发有限公司，云南昭通 657000）

花椒精油提取工艺优化

马寅斐1，葛邦国1，孙梅2，赵岩1，朱风涛1*

（1.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014；2.鲁甸县明德农业开发有限公司，云南昭通 657000）

本文通过研究溶剂提取结合超临界CO2萃取的方法制取花椒精油，分别优化了正己烷提取工艺和超临界CO2萃取工艺参数，制取的花椒精油得率高，性状优良，为花椒精油提取的规模化生产提供理论依据。

花椒深加工；花椒精油；溶剂提取；超临界CO2萃取

花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxim）是芸香科花椒属植物，在我国作为传统的食用香辛料，具有悠久的栽培历史和丰富的种植资源。全国以四川汉源、陕西韩城、云南昭通、重庆江津、甘肃武都、山西芮城、贵州、山东莱芜、河北涉县等地区为花椒主要产区。近年来，随着农业结构调整，各地区花椒产业均有较大的发展[1,2]。但加工程度低、加工技术落后、副产物利用率低等因素成为制约我国花椒产业发展的重要瓶颈。目前，市场上除了以完整的花椒果皮作为零售调味料外，花椒粉、花椒精、花椒调味油为其他的主要产品形式。市场上的花椒油大多是直接用食用油浸泡花椒复配制得，纯度较差且风味易损失。通过有机溶剂萃取或超临界流体技术萃取[3,4]，则存在溶剂残留、风味改变、成本过高等问题，不利于实现规模化生产。因此，本文采用溶剂萃取与超临界流体萃取相结合的方式，对花椒精油的提取工艺进行优化研究。

1 材料与设备

1.1 原料与试剂

花椒原料：青花椒品种，云南鲁甸明德农业发展有限公司,2015年采收。

正己烷，分析纯。

1.2 仪器与设备

分析天平，METTLER AB-S；

超临界提取设备，江苏华安超临界萃取有限公司HA121-50-1；

万能粉碎机，江阴康和60B；

烘箱，HASUCS650；

提取设备，德国Stephen；

旋转蒸发器，BUCHI R300。

2 实验方法

2.1 提取工艺流程

样品预处理→烘干→正己烷提取→旋转蒸馏→花椒毛油→超临界CO2萃取→调温调压→分离→花椒精油

2.2 样品的预处理

将花椒原料置于万能粉碎机中进行粉碎，粉碎时间为3min，过80目筛网，备用。

2.3 样品烘干

花椒原料的水份含量约为18%～20%，为了保证精油的纯度和后续的提取效果，将花椒粉平铺于托盘，在鼓风干燥箱80℃条件下烘干至水份＜10%。

2.4 正己烷提取

由于溶剂加热有利于提高花椒毛油得率，正己烷常压下沸点为69℃，因此，将提取温度设定在60℃。按照一定的料液比，提取一定的时间，提取过程进行慢速搅拌。

2.5 超临界CO2萃取

在超临界提取过程中，分离釜II的压力、温度参数基本与储气罐一致，分离物较少，因此，为了兼顾提取效果和提取效率，主要选择花椒毛油的提取参数和分离釜I的参数，进行正交参数优化。将一定量的花椒毛油装入料筒中，装仓封闭后开启设备，调节不同提取釜的提取温度和提取压力、分离釜I的分离温度和分离压力，进行提取，提取时间为3h一罐，结束后进行精油得率计算和成分检测。

3 结果与分析

3.1 正己烷提取工艺参数优化

3.1.1 不同料液比对花椒毛油得率的影响

图1 不同料液比对花椒毛油得率的影响

为了最大化提取花椒毛油，需验证不同料液比对花椒毛油提取得率的影响。分别添加料液比为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5正己烷溶剂于提取设备，加热至60℃，搅拌30min，将提取液旋蒸回收后，计算花椒毛油得率，实验结果见图1。由图可知，当料液比为1:3时，毛油提取率不再升高，为9.3%，最优料液比为1:3。

3.1.2 不同提取时间对花椒毛油得率的影响

分别添加料液比为1:3正己烷溶剂于提取设备，加热至60℃，搅拌分别提取10min、20min、30min、40min、50min，将提取液旋蒸回收后，计算花椒毛油得率。实验结果如图2所示。由图可知，当提取时间为30min时，毛油提取率不再升高，为9.2%，因此最优提取时间为30min。

图2 不同提取时间对花椒毛油得率的影响

3.1.3 花椒毛油最佳提取工艺

通过3.1.1和3.1.2的实验结果可得，花椒毛油溶剂提取的最优参数为提取温度为60℃，料液比1:3、提取时间30min，此时毛油提取得率为9.3%。

3.2 超临界CO2萃取关键参数优化

3.2.1 萃取压力对花椒精油萃取得率的影响

图3 萃取压力对花椒精油的萃取得率影响

在萃取温度45℃条件下，萃取压力分别为10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa，分离釜I压力8MPa，分离温度65℃，分离釜II压力4MPa，分离温度35℃，浸提时间为3h，测定花椒精油得率，实验结果见图3。由图可知，萃取压力达到30MPa条件时，精油萃取得率不再升高，为7.6%。

3.2.2 萃取温度对花椒精油萃取得率的影响

在萃取温度35℃、40℃、45℃、50℃、55℃条件下，萃取压力30MPa，分离釜I压力8MPa，分离温度65℃，分离釜II压力4MPa，分离温度35℃，浸提时间为3h，测定花椒精油得率。实验结果见图4，可知萃取温度达到50℃条件时，精油萃取得率不再升高，为7.8%，温度为45℃时，测定得率为7.7%，变化不大，从设备运行成本考虑，最优萃取温度为45℃。

图4 萃取温度对花椒精油萃取得率的影响

3.2.3 分离釜I压力对花椒精油的萃取得率影响

在萃取温度45℃条件下，萃取压力30MPa，分离釜I压力4MPa、6MPa、8MPa、10MPa、12MPa，分离温度65℃，分离釜II压力4MPa，分离温度35℃，浸提时间为3h，测定花椒精油得率如图5，分离釜I压力升高，精油的得率逐渐降低，在分离釜I压力为4、6MPa时，花椒精油颜色呈黑色，油品形状较差，且胶质较多，分离釜I压力升高至8MPa时，精油呈浅绿色，性状较好，得率为7.7%。

图5 分离釜I压力对花椒精油萃取得率的影响

3.2.4 分离釜I温度对花椒精油萃取得率的影响

在萃取温度45℃条件下，萃取压力30MPa，分离釜I压力8MPa，分离温度55℃、60℃、65℃、70℃、75℃，分离釜II压力4MPa，分离温度35℃，浸提时间为3h，测定花椒精油得率如图6，随分离釜I温度升高，精油的得率先升高再降低，说明分离釜I温度过低，无法将超临界状态的提取物有效分离，当分离釜I温度升高，则影响流速和分离效果。在分离釜I温度为65℃时，花椒精油颜色精油呈浅绿色，性状较好，且得率较高为7.6%。 3.2.5正交实验

图6 分离釜I温度对花椒精油萃取得率的影响

分离釜II的压力与CO2储气罐压力一致，分离温度为设备运行温度，因此无需优化，根据以上单因素试验分析结果，采用L9(34)正交设计，选择萃取压力（A）、萃取温度（B）、分离釜I压力（C）、分离釜I温度（D）四个因素，各因素选取3个水平。然后进行正交实验，实验设计见表1，实验结果见表2。

表1 正交实验设计

由表2（见下页）可以得出，影响提取率的主次因素为A>B>D>C，即萃取压力>萃取温度>分离釜I温度>分离釜I时间。最佳工艺条件为A2B3C1D1，经验证，该工艺条件下精油萃取得率为7.8%，均优于其他实验组，得到的精油性状为浅绿色清油，流动性较好。因此选择A2B3C1D1为最优超临界萃取工艺条件，结合其他萃取参数，即萃取压力30MPa，萃取温度为50℃，分离釜I压力6MPa，分离釜I温度60℃，分离釜II压力4MPa，分离釜II温度为35℃，精油萃取得率为7.8%。

表2 正交实验结果

4 结论

在传统花椒精油提取方法研究中，主要单一研究了溶剂提取或超临界萃取，溶剂提取大多存在较多的溶剂残留，需要进行后续的脱溶精炼，风味损失较大。而超临界CO2萃取方式虽能较好的获得高品质精油，但过高的能耗和较低的提取效率，使得萃取成本较高，也严重限制了大规模实际生产。本实验则将两种提取方式结合，同时进行中试规模放大实验，不仅获得了高品质花椒精油，且有效降低生产成本，为实际规模化生产提供了数据论证和实践指导。

[1]刘卫斌,王云云.花椒采收与加工现状分析[J].农产品加工, 2004，(8):33-34.

[2]史劲松.花椒资源与开发利用现状调查[J].中国野生植物资源,2003,22(5):6-8.

[3]赵全,董继生.花椒油萃取回流工艺的研究[J].中国调味品, 2006，(8):8-11.

[4]邓书平.超临界CO2流体萃取花椒油优化工艺研究[J].陕西农业科学,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献标识码：A

1008-1038(2016)11-0009-04

2016-10-10

云南省科技计划项目“花椒精深加工技术研究”（2015AB009-2）

马寅斐（1986—），男，助理研究员，主要研究方向为果蔬及油脂加工*

朱风涛（1962—），男，研究员，主要从事果蔬加工研究