超临界二氧化碳分段萃取花椒挥发油及花椒油树脂的研究

梁世康，米 涛，王黔林，付秋霞，陆龙发

（贵州玄德生物科技股份有限公司，贵州贵阳 550014）

花椒（Zanthoxylum bungeagum Maxim）为芸香科落叶灌木或小乔木蜀椒的果实，果皮名为椒红，被誉为“八大调味品”之一，花椒具有温中止痛、杀虫止痒的功效，用于脘腹冷痛、呕吐泄泻、虫积腹痛，蛔虫症；外用治湿疹瘙痒；对心血管系统、消化系统、免疫机能、凝血功能、镇痛、镇静、抗炎、抑菌杀虫、抗肿瘤等均具有较强的药理活性[1-2]。花椒主要成分由花椒香味物质和麻味物质组成，香味物质主要是花椒挥发油，麻味物质主要是花椒酰胺类物质。花椒芳香物质是从花椒皮中萃取的一种具有花椒特殊香气的挥发油，花椒芳香物质主要成分有柠檬烯、芳樟醇、β -月桂烯、桧烯、1,8 -桉叶素、4 -萜品醇等。其中柠檬烯、芳樟醇、桧烯、β -月桂烯4 个成分占花椒芳香物质成分90%以上[3]；花椒酰胺类物质主要成分为羟基-α -山椒素、羟基-β -山椒素、羟基-γ -山椒素等。采用超临界二氧化碳分段萃取花椒挥发油及花椒油树脂，用HPLC 对花椒挥发油、花椒油树脂进行花椒酰胺总含量测定，为花椒资源的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 原料

花椒选择青花椒（品种为竹叶青，水分含量，7.8%），贵州玄德花椒产业发展有限公司花椒基地提供；CO2气体（食品级，纯度99.9%），贵州玄德生物科技股份有限公司提供；甲醇（色谱纯）；乙醇（色谱纯）。

1.2 仪器与设备

超临界CO2设备（5 L，50 MPa），贵州航天乌江机电设备有限责任公司产品；1260Ⅱ型高效液相色谱，Agilent 产品；FA2104N 型电子天平，上海精其仪器有限公司产品；FW100 型高速粉碎机，上海博迅公司产品；DHG-9920A 型电热恒温干燥箱，上海美伊设备公司产品；RE52 型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂产品。

1.3 试验方法

1.3.1 超临界二氧化碳分段萃取工艺流程

1.3.2 花椒挥发油或花椒油树脂得率

1.3.3 超临界二氧化碳萃取花椒油的条件优化试验

花椒粉碎至40 目，先萃取花椒挥发油，考查压力、温度、时间3 个单因素对花椒挥发油得率的影响，再升高压力萃取花椒油树脂考查压力、温度、时间3 个单因素对花椒油树脂得率的影响，确定超临界二氧化碳分段萃取花椒挥发油及花椒油树脂工艺。

1.3.4 花椒酰胺总含量检测方法

按照中华人民共和国供销合作行业标准GH/T 1291—2020《花椒及花椒加工产品花椒酰胺总含量的测定高效液相色谱法》规定执行。

2 结果与分析

2.1 超临界CO2 萃取花椒挥发油萃取压力对其得率和花椒酰胺总含量的影响

设定萃取温度45 ℃，萃取时间60 min，分离压力6 MPa，分离温度55 ℃，CO2流量32 L/h。萃取压力分别在9，10，11，12，13 MPa 下萃取，根据花椒挥发油出油率和花椒酰胺总含量确定最佳萃取压力。

不同萃取压力萃取花椒挥发油结果见表1。

表1 不同萃取压力萃取花椒挥发油结果

由表1 可知，在萃取压力为9～13 MP 时，增加萃取压力可增加花椒挥发油的出油量和花椒酰胺总含量。根据公司销售花椒挥发油的情况看，花椒挥发油花椒酰胺总含量要求要小于10 mg/g，因此萃取花椒挥发油的最佳萃取压力为10 MPa。

2.2 超临界CO2 萃取花椒挥发油萃取温度对其得率和花椒酰胺总含量的影响

设定萃取压力10 MPa，萃取时间60 min，分离压力6 MPa，分离温度55 ℃，CO2流量32 L/h。萃取温度分别控制在40，45，50，55，60 ℃下萃取，根据花椒挥发油出油率和花椒酰胺总含量确定最佳萃取温度。

不同萃取温度萃取花椒挥发油结果见表2。

表2 不同萃取温度萃取花椒挥发油结果

由表2 可知，在萃取温度为40～60 ℃时，增加萃取温度可增加花椒挥发油的出油量和花椒酰胺总含量。根据公司销售花椒挥发油的情况看，花椒挥发油花椒酰胺总含量要求要小于10 mg/g，因此萃取花椒挥发油的最佳萃取温度为50 ℃。

2.3 超临界CO2 萃取花椒挥发油萃取时间对其得率和花椒酰胺总含量的影响

设定萃取压力10 MPa，萃取温度50 ℃，分离压力6 MPa，分离温度55 ℃，CO2流量32 L/h。萃取时间分别控制在30，60，90，120，150 min 萃取，根据花椒挥发油出油率和花椒酰胺总含量确定最佳萃取温度。

不同萃取温度萃取花椒挥发油结果见表3。

表3 不同萃取温度萃取花椒挥发油结果

由表3 可知，在萃取时间为30～150 min 时，增加萃取时间可增加花椒挥发油的出油量和花椒酰胺总含量。根据公司销售花椒挥发油的情况看，花椒挥发油花椒酰胺总含量要求要小于10 mg/g，因此萃取花椒挥发油的最佳萃取时间为60 min。

由表1～表3 可知，超临界CO2萃取花椒挥发油的最佳工艺条件为萃取压力10 MPa，萃取温度50 ℃，萃取时间60 min，CO2流量32 L/h。

2.4 超临界CO2 第二段萃取花椒油树脂萃取压力对其得率和花椒酰胺总含量的影响

花椒原料按萃取压力10 MPa，萃取温度50 ℃，萃取时间60 min，CO2流量32 L/h，分离压力6 MPa，分离温度55 ℃萃取花椒挥发油后，再升压至22，24，26，28，30 MPa 下萃取120 min 得到花椒油树脂。根据花椒油树脂出油率和花椒酰胺总含量确定最佳萃取压力。

第二段不同萃取压力萃取花椒油树脂结果见表4。

表4 第二段不同萃取压力萃取花椒油树脂结果

由表4 可知，第二段在萃取压力为22～30 MPa时，增加萃取压力可增加花椒油树脂的出油率，超过26 MPa 花椒油树脂的出油率增加不大，但超过26 MPa花椒酰胺总含量开始下降。因此，第二段萃取花椒油树脂的最佳萃取压力为26 MPa。

2.5 超临界CO2 第二段萃取花椒油树脂萃取时间对其得率和花椒酰胺总含量的影响

花椒原料按萃取压力10 MPa，萃取温度50 ℃，萃取时间60 min，CO2流量32 L/h，分离压力6 MPa，分离温度55 ℃萃取花椒挥发油后，再升压至26 MPa下分别用60，90，120，150，180 min 萃取得到花椒油树脂。根据花椒油树脂出油率和花椒酰胺总含量确定最佳萃取压力。

第二段不同萃取压力萃取花椒油树脂结果见表5。

表5 第二段不同萃取压力萃取花椒油树脂结果

由表5 可知，第二段在萃取时间为60～180 min时，增加萃取时间可增加花椒油树脂的出油率，超过120 min 花椒油树脂的出油率增加不大，但超过120 min 花椒酰胺总含量开始下降。因此，第二段萃取花椒油树脂的最佳萃取时间为120 min。

由表4、表5 可知，超临界CO2第二段萃取花椒油树脂的最佳工艺条件是萃取压力26 MPa，萃取时间120 min，萃取温度50 ℃。

3 结论

综上所述，第一段超临界CO2萃取花椒挥发油的最佳工艺为萃取压力10 MPa，萃取温度50 ℃，萃取时间60 min，花椒挥发油得率达到8.52%，所得花椒挥发油花椒酰胺总含量小于10 mg/g，达到花椒挥发油花椒酰胺总含量要求；第二段超临界CO2萃取花椒油树脂的最佳工艺为萃取压力26 MPa，萃取温度50 ℃，萃取时间120 min，花椒油树脂得率达到10.54%，所得花椒油树脂花椒酰胺总含量达到207.3 mg/g。