花椒籽油提取工艺优化

张淼，马寅斐，葛邦国，孙梅，赵岩，朱风涛*

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

花椒籽油提取工艺优化

张淼1，马寅斐2，葛邦国2，孙梅1，赵岩2，朱风涛2*

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

本文研究了溶剂萃取和超临界萃取两种提取方式地有效结合制取花椒籽油，分别优化了正己烷提取工艺和超临界CO2萃取工艺参数，制取的花椒籽油得油率高，性状好，为花椒籽油的实际生产提供理论依据。

花椒深加工；花椒籽油；溶剂提取；超临界CO2萃取

花椒（Zanthoxylum bungeanumMaxim）是重要的食用香辛料，为芸香科花椒属作物，在我国的种质资源丰富，具有悠久的栽培历史。我国花椒的主产区有四川汉源、云南昭通、陕西韩城、山西芮城、山东莱芜、甘肃武都、贵州、河北等地。近几年，伴随我国餐饮业的快速发展及农业产业结构调整，全国花椒产业有了长足的发展[1,2]。2015年，我国鲜花椒产量超过1000万t，中国调味品工业协会预测，我国花椒加工制品的需求每年增速或将超过20%，预计年新增花椒需求10万t以上。花椒果皮90%以上仍以整粒散装形式销售和消费；花椒籽作为花椒果皮生产中的主要副产物，年产量超过300万t，极少部分被作为种子育苗，大部分被燃烧掉或者作为肥料，甚至被当作废料丢弃，这与我国是花椒的主产国和消费大国极不相称，也造成了花椒加工过程中资源的严重浪费，限制了花椒产业的健康发展。传统的有机溶剂萃取条件下制取花椒籽油，由于花椒籽的油脂酸价高、颜色深、蜡质重，需经过一系列脱胶、脱蜡、脱色、碱炼等工艺才能达到澄清透亮的食用油标准，不仅工艺繁琐，且损失了花椒的麻味，商品价值降低；而采用超临界流体技术萃取可省去繁琐的脱色、脱胶等工艺[3]，且保留花椒的风味，但加工成本过高，不适宜进行工业化转化。本文主要通过结合溶剂萃取与超临界流体萃取二者的工艺优势，优化对花椒籽油的提取工艺，该方法克服使用单一提取方法存在的溶剂残留或成本过高等问题，有效提高效率、提升品质和降低生产成本。

1 材料与设备

1.1 原料与试剂

花椒籽原料：青花椒经皮籽分离后得到的花椒籽，云南鲁甸明德农业发展有限公司提供，2016年采收。

正己烷：分析纯，98%，天津富宇公司生产。

1.2 仪器与设备

万能粉碎机，型号60B，江阴康和生产；

超临界提取设备，型号HA121-50-1，江苏华安超临界萃取有限公司生产；

提取设备，德国Stephen生产；

烘箱，型号S650，HASUC生产；

分析天平，型号AB-S，METTLER生产；

旋转蒸发器，型号R300，BUCHI生产；

离心式油水分离器，型号GQ145，上海知正离心机有限公司生产。

2 方法

2.1 提取工艺流程

2.2 花椒籽烘干

花椒籽颗粒约含有20%以上的水份，过高的水份含量会影响提取效果，且乳化现象严重，增加分离难度。本实验采用鼓风干燥，温度设置为80℃，烘干时间约5～6h，将花椒籽颗粒烘干至水份10%以下。

2.3 花椒籽预处理

将烘干后的花椒籽原料加入粉碎机中，粉碎4min，过80目的筛，得到的花椒粉末备用。

2.4 正己烷提取

常压下正己烷的沸点约为69℃，为提高花椒籽油得率，将正己烷加热至60℃，加入装有粉碎后花椒籽的浸提罐中提取，调整料液比、浸提时间，慢速搅拌浸提。

2.5 超临界CO2萃取

采用超临界提取，分离釜II压力、温度与储气罐基本一致，不作为变量优化。正交优化选择花椒籽毛油的提取变量和分离釜I参数变量。将溶剂浸提的花椒籽毛油装入提取筒，装仓完毕后启动设备，改变提取釜的提取温度、压力、分离釜I的分离温度、压力，进行超临界萃取，每仓提取时间3h，结束后计算得油率，公式见式（1）。

2.6 离心除杂分离

由于花椒籽中的胶质和蜡质含量较高，超临界萃取后仍然有部分杂质无法脱除导致油品浑浊，采用油水分离器进行离心分离，比较不同的分离参数对所得的花椒籽油的色泽、澄清度等特性指标的影响。

3 结果与分析

3.1 正己烷溶剂浸提参数的优化

3.1.1 不同料液比对花椒籽毛油得油率的影响

验证不同料液比对花椒籽油提取的影响，以达到最大化花椒籽油得油率，料液比选取1:1、1:2、1:3、1:4、1:5，加热至60℃，浸提30min，持续搅拌，浸提完成后，通过旋蒸回收正己烷，计算花椒籽油得油率，结果见图1。由图可知，当料液比为1:3时，花椒籽油得油率为16.4%，之后随着料液比的减少得油率不再升高。因此，料液比为1:3。

图1 不同料液比对花椒籽油得率的影响

3.1.2 不同提取时间对花椒籽油得率的影响

图2 不同提取时间对花椒籽油得率的影响

料液比为1:3，加热温度为60℃，浸提时间选择10min、20min、30min、40min、50min，浸提过程持续搅拌，然后旋转蒸发得到花椒毛油，计算花椒籽油得率，结果如图2（见上页）所示。由图可知，当提取时间为30min时，花椒籽毛油得率为16.4%，之后不再升高。因此，确定正己烷溶剂浸提最优提取时间为30min。

3.1.3 正己烷溶剂浸提花椒籽毛油最佳提取工艺

通过上述单因素实验，正己烷溶剂浸提花椒籽毛油的最优参数：浸提温度60℃，料液比1:3，浸提时间30min。此工艺条件下，花椒籽毛油得率为16.4%。

3.2 超临界萃取关键参数优化

3.2.1 萃取压力对花椒籽油得率的影响

萃取温度45℃，分别选择10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa不同的萃取压力，萃取时间3h，分离釜I压力8MPa，分离温度65℃，分离釜II压力4MPa，分离温度35℃，萃取完成后测定计算花椒籽油得率，结果见图3。由图可知，当萃取压力为30MPa时，花椒籽油得油率为13.7%，而后无明显增高。

图3 萃取压力对花椒籽油得率的影响

3.2.2 萃取温度对花椒籽油得率的影响

图4 萃取温度对花椒籽油得率的影响

分别选择不同的萃取温度35℃、40℃、45℃、50℃、55℃，萃取压力30MPa，萃取时间为3h，分离釜I压力8MPa，分离温度65℃，分离釜II压力4MPa，分离温度35℃，萃取完成后测定计算花椒籽油得率。结果见图4，当萃取温度为50℃时，花椒籽油得油率为13.7%，相比于温度为45℃时，13.6%的得油率，无明显提升，从生产成本考虑，选择45℃为最优萃取温度。

3.2.3 分离釜I压力对花椒精油得率的影响

选择萃取温度45℃，萃取压力30MPa，萃取时间3h，分离釜I压力分别选择4MPa、6MPa、8MPa、10MPa、12MPa，分离温度65℃，分离釜II压力4MPa，分离温度35℃，萃取完成后测定计算花椒籽油得率。结果见图5，花椒籽油的得油率随着分离釜I压力升高而降低。但在分离釜I压力较低时，萃取得到花椒籽油呈黑黄色，胶质蜡质较多，品质较差，随着分离釜I压力升高至籽油呈深黄色，在分离I压力为8MPa时，虽然得油率为13.5%，相比有所减少，但油品质较好。

图5 分离釜I压力对花椒籽油得率的影响

3.2.4 分离釜I温度对花椒籽油得率的影响

图6 分离釜I温度对花椒籽油得率的影响

选择萃取温度45℃，萃取压力30MPa，萃取时间3h，分离釜I压力8MPa，选择55℃、60℃、65℃、70℃、75℃不同的分离温度，分离釜II压力4MPa，分离温度35℃，萃取完成后测定计算花椒籽油得率。结果见图6，花椒籽油得率随分离釜I温度升高先升高再降低，当分离釜I温度过低，超临界状态溶剂无法充分浸提花椒籽油，当分离釜I温度升高，流速的变化也会影响分离效果。因此，在分离釜I温度为65℃时，花椒籽油浸提效率较高，为13.4%，油品色泽呈深黄色，性状较好。

3.2.5 正交试验

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）4个因素，根据单因素试验优化所得参数，采用L9(34)正交设计，各因素选取3个水平。因CO2储气罐压力与分离釜II的压力相同，分离II温度为设备运行温度，遂无需优化。正交试验设计见表1，结果见表2。

通过表2分析可得，花椒籽油得油率的影响主次因素为A＞B＞D＞C，即萃取压力>萃取温度>分离釜I温度>分离釜I压力；正交实验的最优条件为A2B3C1D1。通过试验发现，该工艺条件下，花椒籽油得率为13.7%，因此，超临界萃取最优工艺参数为萃取压力30MPa、萃取温度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℃。

表1 正交试验设计

表2 正交试验结果

表3 不同离心参数下花椒籽油的性状特点

3.3 离心分离参数优化

将超临界萃取后所得到的花椒籽油进行装入油水分离器进行离心分离，分离参数选择10000r/min、1200 r/min、14000r/min、16000r/min、18000r/min，比较分离后得到花椒籽油的性状和特点见表3（见11页）。由表可知，离心转速为16000r/min时，花椒籽油性状最好，浅黄色，澄清透亮。因此，选取的最优分离因数为16000r/min。

4 结论

花椒籽的油脂酸价高、颜色深、蜡质重，需经过一系列脱胶、脱蜡、脱色、碱炼等工艺才能达到澄清透亮的食用油标准，采用传统的有机溶剂萃取得到的花椒籽油，工艺流程相对繁琐，不仅造成一定的有机溶剂残留，而且丧失了花椒的固有麻味。采用超临界流体技术萃取，避免了繁琐的工艺，但生产成本过高，不利于工业化推广。本文将溶剂萃取和超临界萃取两种提取方式进行有效结合与参数优化，有效缩短了复杂的工艺流程，且提高了花椒籽的出油率，得到品质较好的花椒籽油，澄清透亮的油质和较好的花椒风味得以保留，可与其他油进行调和食用，经调和后可满足国家食用油标准。

[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]刘雄,阚建全,陈宗道,等.超临界CO2萃取和精炼花椒籽油的研究[J].中国粮油学报,2003,18(4):59-62.

Optimization Extraction Process of Pepper Seed Oil

ZHANG Miao1,MA Yin-fei2,GE Bang-guo2,SUN Mei1，ZHAO Yan2,ZHU Feng-tao2*
(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 seed oil,combining solvent extraction with supercritical fluid extraction effectively.Then we optimized the processing conditions of these two respectively.Successfully we developed the better way to extract pepper seed oil that had better quality and higher yield for actual production.

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

F307.5

A

1008-1038(2017)09-0008-05

10.19590/j.cnki.1008-1038.2017.09.003

2017-09-01

云南省科技计划项目“花椒精深加工技术研究”（2015AB009-2）

张淼（1977—），男，讲师，研究方向为农业经济管理

*通讯作者：朱风涛（1962—），男，研究员，研究方向为果蔬加工