超聲波法輔助提取花椒油樹脂*

陶志杰，王睿，王改玲，許汪明，孫曉俠，錢時權，邵杰

1(蚌埠學院生物與食品工程系，安徽蚌埠，233030)

2(成都市青白江區(qū)農(nóng)村發(fā)展局，四川 成 都，610300)

超聲波法輔助提取花椒油樹脂*

陶志杰1，王睿2，王改玲1，許汪明1，孫曉俠1，錢時權1，邵杰1

1(蚌埠學院生物與食品工程系，安徽蚌埠，233030)

2(成都市青白江區(qū)農(nóng)村發(fā)展局，四川 成 都，610300)

以四川花椒為原料，利用超聲波細胞破碎法正交試驗設計優(yōu)化提取油樹脂。結果表明:料液比為影響提取效果的顯著因子，其次是超聲輸出功率，影響較小的因素是乙醇濃度和超聲工作時間。通過該法優(yōu)化后的提取工藝條件為:80℃條件下，料液比為1∶10，乙醇體積分數(shù)55%，超聲輸出功率210 W，工作時間5 min。在該工藝條件下提取一次花椒油樹脂的最大提取率為34.6%。

花椒，油樹脂，超聲萃取，正交試驗

油樹脂(oleoresin)是指采用適當?shù)娜軇男料懔显现袑⑵湎銡夂涂谖冻煞直M可能抽提出來，再將溶劑蒸餾回收，制成稠狀的含有油樹脂的樹脂性產(chǎn)品。其成分主要有揮發(fā)性成分、辛辣成分、色素、樹脂及一些非揮發(fā)性的油脂和多糖類化合物。與精油相比，油樹脂的香氣更豐富，口感更豐滿，具有抗菌、抗氧化等功能。油樹脂能大大提高香料植物中有效成分的利用率?；ń?Zanthoxylum bungeanum)為蕓香科花椒屬植物，性味辛、溫，有小毒，具有除腥提香、芳香健胃、溫中散寒、除濕止痛、殺蟲止癢、擴張血管降低血壓等功效，所以不僅是一種具有麻香味的調(diào)味食用香料，也可以作為中藥材，被譽為“八大味”之一[1］。曹雁平等超聲輔助提取花椒油樹脂檢出18種化合物，1-乙基-6-亞乙基環(huán)辛烯為含量最大的揮發(fā)性成分，占32.04%;其次是D-檸檬烯、乙酸芳樟酯、芳樟醇，分別占20.92%、12.11%、10.92%[2］。花椒油樹脂是現(xiàn)代食品工業(yè)、餐飲業(yè)中重要的輔料之一。

近年來，超聲波提取法由于操作簡便、不破壞提取物結構、提取率高等優(yōu)點，已被廣泛用于天然植物的有效成分提取[3］。本實驗采用超聲提取法通過單因素試驗和正交優(yōu)化試驗對超聲作用時間、輸出功率、料液比、乙醇濃度和超聲作用溫度等因素進行研究，并分析各因素的變化規(guī)律。以期獲得超聲輔助乙醇提取花椒油樹脂的優(yōu)化工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原料:花椒，市售，產(chǎn)地四川。

試劑:無水乙醇，分析純，天津市永大化學試劑有限公司;無水Na2SO4，分析純，天津金匯太亞化學試劑有限公司。

儀器:JM紀銘電子天平，浙江余姚紀銘稱重校驗設備有限公司;FW-100型高速萬能粉碎機，北京市永光明醫(yī)療儀器廠;JP300超聲波萃取儀，武漢嘉鵬電子有限公司;RE52CS型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 花椒油樹脂的提取與測定

取10 g顆粒大小40～60目[4］的干花椒粉末于250 mL錐形瓶中，按一定料液比加入不同濃度乙醇溶劑浸泡1 h，用超聲波法在60℃提取溫度下萃取一定時間，抽濾，濾液用無水Na2SO4干燥后于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干溶劑得花椒油樹脂，稱量，計算提取率[5］。

1.2.2 實驗設計

1.2.2.1 花椒油樹脂提取的單因素試驗

稱取10 g的花椒粉末，在不同試驗條件下進行超聲波破碎，根據(jù)花椒油樹脂提取率測定結果，對提取工藝中主要因素:(1)超聲輸出功率;(2)乙醇濃度;(3)料液比;(4)超聲時間;(5)超聲溫度進行分析。探討上述5個因素[6-7］對花椒油樹脂提取效果的影響。

1.2.2.2 正交實驗設計

在以上單因素試驗的基礎上，進行4因素3水平正交試驗，采用L9(34)正交實驗設計方案進行優(yōu)化提取實驗[8］，因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 單因素實驗分析

2.1.1 超聲輸出功率對花椒油樹脂提取率的影響

在工作時間30 min，乙醇體積分數(shù)95%，料液比1∶4的條件下，超聲波輸出功率對花椒油樹脂的提取有較大影響，輸出功率過小，使得組織破碎不完全，花椒油樹脂的提取率偏低。而隨輸出功率增大，有利于液體中空穴的形成，產(chǎn)生更多的空化泡，使破碎作用增強，提取率增加[9］。但當輸出功率超過210 W后，得率總體下降，分析原因可能是揮發(fā)性物質(zhì)的結構破壞導致提取率下降。可見超聲波輸出功率對花椒油樹脂提取率有明顯影響。因此，由圖1所示應控制超聲波輸出功率在210 W最佳。

圖1 超聲輸出功率對花椒油樹脂提取率的影響

2.1.2 乙醇濃度對花椒油樹脂提取率的影響

提取時間30min，超聲輸出功率150W，料液比1∶4，提取溶劑乙醇不同濃度對花椒油樹脂提取率的影響如圖2所示。當乙醇體積分數(shù)為65%時花椒油樹脂得率最高，達19.5%。不同濃度下提取的油樹脂都為深褐色膏狀物，但當乙醇體積分數(shù)為95%時，提取物中不僅有膏狀物還出現(xiàn)黃綠色油狀物。提取物成分復雜，該成分主要是烯烴為主的花椒精油[10］。

2.1.3 料液比對花椒油樹脂提取率的影響

圖2 乙醇濃度對花椒油樹脂提取率的影響

由圖3可知，在工作時間30 min，超聲波輸出功率150 W，乙醇體積分數(shù)95%的條件下，隨著料液比的增大，花椒油樹脂提取率增高。當料液比達到1∶8時，提取率達到最大值。至此以后，隨著料液比加大，提取率不但沒有明顯變化，而且造成溶劑的浪費，為后期的濃縮干燥也帶來麻煩。所以料液比為1∶8時是超聲萃取花椒油樹脂的最佳料液比。

圖3 料液比對花椒油樹脂提取率的影響

2.1.4 超聲作用時間對花椒油樹脂提取率的影響

由圖4可知，超聲作用10 min即可達到提取率18%，隨著超聲時間的延長提取率不再變化，說明花椒油樹脂已達到最大提取率。與未經(jīng)超聲提取相比提高4%，增加了28.6%。通過超聲波法提取花椒油樹脂，可明顯增加提取效果。

圖4 超聲時間對花椒油樹脂提取率的影響

2.1.5 超聲作用溫度對花椒油樹脂提取率的影響

隨著超聲提取環(huán)境溫度的升高，花椒油樹脂的提取率增加，結果見圖5。為了提高提取效果，應盡可能選擇高溫。由于本實驗超聲儀器設備沒有加熱功能，需要人工加熱水來控制溫度，保持恒定的高溫較為困難，所以正交優(yōu)化試驗僅選擇80℃為提取溫度。

圖5 超聲作用溫度對花椒油樹脂提取率的影響

2.2 花椒油樹脂超聲提取工藝優(yōu)化

2.2.1 正交試驗

超聲波萃取花椒油樹脂的正交試驗結果見表2，方差分析結果見表3。

由表2，表3可知，超聲波提取法的這4種影響因子中，各因子對花椒油樹脂提取率的影響程度依次為A＞C＞B＞D。影響最為顯著的因子是料液比，其次是超聲輸出功率和乙醇濃度，超聲波工作時間影響最小。綜合各因子的k值比較可得到A3B1C2D1為最佳提取條件，即料液比為1∶10，乙醇體積分數(shù)55%，超聲輸出功率210 W，工作時間5 min。

表2 正交試驗結果

表3 正交試驗方差分析結果

2.2.2 驗證試驗

取5份同等條件的花椒粉末各10 g，按照正交試驗最佳超聲破碎工藝提取并測定，測得花椒油樹脂的平均提取率為34.6%，RSD=1.58%，結果表明該工藝穩(wěn)定可行。

2.3 提取效果比較

與張雪松正交優(yōu)化花椒油樹脂提取率32.5%相比，結果高出2.1%。最關鍵的是提取時間縮短為乙醇浸提法的1/12，節(jié)省很多時間。

3 結論

(1)花椒油樹脂經(jīng)超聲波輔助與未經(jīng)超聲波提取相比，提取率增加6.5%，提取時間僅為5 min。

(2)超聲輔助乙醇提取花椒油樹脂最佳實驗室條件為:80℃條件下，料液比為1∶10，乙醇體積分數(shù)55%，超聲輸出功率210 W，工作時間5 min。在該工藝條件下提取一次花椒油樹脂的最大提取率為34.6%。

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ABSTRACTThe optimum extracting conditions of oleoresin from Zanthoxylum bungeanum with ultrasonic were studied by the orthogonal test design.The results showed that solid/solvent ratio was the significant factor，followed by output power of ultrasonic，but ethanol concentration and working time have little effect.Optimum extracting condition were as follows:under 80℃，solid/solvent ratio 1∶10，ethanol concentration 55%，output power 210W，ultrasonic working time 5min.The extraction rate of oleoresin was 34.6%under the optimal condition.

Key wordszanthoxylum bungeanum，oleoresin，ultrasonic extraction，orthogonal experiment

Optimization of Extraction of Zanthoxylum bungeanum Oleoresin with Ultrasonic Assistance

Tao Zhi-jie1，Wang Rui2，Wang Gai-ling1，Xu Wang-ming1，Sun Xiao-xia1，Qian Shi-quan1，Shao Jie1
1(Department of Biology and Food Engineering，Bengbu College，Bengbu 233030，China)
2(Qingbaijiang District Village Development Bureau，Chengdu 610300，China)

碩士研究生(邵杰為通訊作者，Email:shaoj9099@163.com)。

*安徽省教育廳科研項目(KJ2009B076)

2012-04-14，改回日期:2012-06-13