同時(shí)蒸餾萃取法提取花椒揮發(fā)油的工藝優(yōu)化*

羅凱，朱琳，闞建全，黃秀芳

1(西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400716)

2(重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400716)

3(重慶三峽學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院，重慶，404000)

同時(shí)蒸餾萃取法提取花椒揮發(fā)油的工藝優(yōu)化*

羅凱1，2，3，朱琳1，2，闞建全1，2，黃秀芳1，2

1(西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400716)

2(重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，400716)

3(重慶三峽學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院，重慶，404000)

分別對(duì)同時(shí)蒸餾萃取法提取花椒揮發(fā)油的影響因素、溶劑種類、原料粉碎粒度、提取時(shí)間、輔助方式進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:優(yōu)化的提取工藝為，選擇選擇乙醚作為最佳提取溶劑，花椒揮發(fā)油提取率達(dá)到了8.2%左右，所得色譜峰信息較多而且溶劑毒性較小;原料最佳粉碎粒度為40目，其揮發(fā)油的提取率達(dá)到了9.4%;最佳提取時(shí)間為3 h時(shí)，青花椒揮發(fā)油的提取率接近9.5%;超聲波5 min作為最佳輔助處理方式，青花椒揮發(fā)油提取率接近12%，而且色譜峰所顯示的信息較多。

花椒，揮發(fā)油，氣相色譜質(zhì)譜法

花椒的香氣主要來自于花椒揮發(fā)油[1］。花椒揮發(fā)油是存在于花椒果皮中的一種具有揮發(fā)性的精油[2-3］。花椒揮發(fā)油提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、溶劑萃取法、超臨界CO2萃取法、同時(shí)蒸餾萃取法(SED)等[］，近年來多研究超臨界CO2萃取法提取花椒揮發(fā)油[4-8］，但由于超臨界 CO2萃取設(shè)備較貴，且原料用量大，產(chǎn)物也常夾雜雜質(zhì)，不適合實(shí)驗(yàn)室對(duì)花椒揮發(fā)油的定性研究。基于以上情況，本文采用同時(shí)蒸餾萃取法對(duì)花椒揮發(fā)油進(jìn)行提取，以花椒揮發(fā)油得率為主要指標(biāo)，并結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜分析結(jié)果來出初步衡量所提取的揮發(fā)油品質(zhì)為輔助指標(biāo)，對(duì)提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到花椒揮發(fā)油的最佳提取工藝。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

花椒:本實(shí)驗(yàn)采集新鮮花椒(購(gòu)于重慶江津)果實(shí)，放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干(45℃)至殼籽分離，取果皮做為實(shí)驗(yàn)樣品。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

GC-MS QP2010，日本島津公司;FA2004電子天平，上海精科有限公司;GC QP2010，日本島津公司;KQ3200DB超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;RE 52-98旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠;G80D23CN2P-TT微波爐，格蘭仕有限公司;精油測(cè)定器，北碚特種玻璃儀器廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 同時(shí)蒸餾萃取法提取花椒揮發(fā)油

稱取花椒粉(20目)約10g(準(zhǔn)確到0.0001g)，置于2L圓底燒瓶中，加入500 mL純水和數(shù)粒玻璃珠于電熱套上加熱，連接同時(shí)蒸餾萃取器，取40 mL有機(jī)溶劑加入500 mL平底燒瓶中連接在同時(shí)蒸餾萃取器另一端，水浴加熱，連續(xù)萃取2h后，向平底燒瓶中加入5g無水硫酸鈉，冷凍(-18℃)12 h，過濾后濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，得到花椒揮發(fā)油，并計(jì)算花椒揮發(fā)油提取率。

揮發(fā)油提取率/%=[揮發(fā)油質(zhì)量(g)/花椒粉質(zhì)量(g)］×100

1.3.2 優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)

選擇無水乙醚、二氯甲烷、石油醚、正己烷為提取溶劑分別進(jìn)行提取;粉碎粒度分別為不粉碎、20目、40 目、80 目;提取時(shí)間分別為2、3、4、5 h;微波輔助照射30 s;超聲波振蕩10、5 min;加鹽輔助(加入30 gNaCl，浸泡 30 min)。

1.3.3 分析方法

花椒揮發(fā)油的分析方法采用氣相色譜質(zhì)譜法，將提取的花椒揮發(fā)油置于50 mL容量瓶中，用提取溶劑稀釋至刻度，制成供試液，取1μL進(jìn)行GC-MS分析。

色譜條件:石英毛細(xì)管柱Rtx-Wax(0.25 μm×30 m×0.32 mm，100%聚乙二醇固定相);程序升溫，柱溫40℃，保持1min，以 3℃/min升至 65℃，再以10℃/min升至90℃，然后以1.5℃/min升至120℃，最后以 10℃/min升至230℃，保持5min;分流比25∶1;載氣為高純 He，柱前壓為50 kPa，流速為1.0 mL/min;進(jìn)樣口溫度250℃;接口溫度250℃;溶劑延遲時(shí)間2.5 min。質(zhì)譜條件:EI電子源，離子源溫度220℃，掃描范圍35～450 m/z，標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)NIST05。

通過GC-MS自帶的NIST05等質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)定性分析鑒定花椒揮發(fā)油的化學(xué)成分。對(duì)總離子流圖中的各峰經(jīng)質(zhì)譜掃描后的質(zhì)譜圖，由計(jì)算機(jī)質(zhì)譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索，并與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照，結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)[12］進(jìn)行人工譜圖解析，確定揮發(fā)油中的化學(xué)成分。利用Xcalibur譜圖庫(kù)工作站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)按峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析，計(jì)算花椒揮發(fā)油的相對(duì)百分含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值，采用Excel 2003計(jì)算作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)溶劑對(duì)SDE提取花椒揮發(fā)油的影響

準(zhǔn)確稱取花椒粉(20目)約10 g(準(zhǔn)確到0.0001g)，置于2L圓底燒瓶中，加入500 mL純水和數(shù)粒玻璃珠于電熱套上加熱，連接同時(shí)蒸餾萃取器，取40 mL有機(jī)溶劑加入500 mL平底燒瓶中，選擇無水乙醚、二氯甲烷、石油醚、正己烷作為提取溶劑，研究每種溶劑對(duì)花椒揮發(fā)油的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 提取溶劑對(duì)青花椒揮發(fā)油提取率的影響

圖1 表明，4種溶劑中，乙醚、二氯甲烷的提取率較高，其中二氯甲烷作為提取劑時(shí)，花椒揮發(fā)油的提取率達(dá)到了9.8%，采用乙醚時(shí)提取率也達(dá)到了8%以上。將4種溶劑提取得到的揮發(fā)油進(jìn)行GC-MS分析，分別見圖2～圖5。從圖2～圖5中可以看出，正己烷提取物得到的色譜峰信息最少，石油醚由于含有雜質(zhì)較多，出現(xiàn)很多雜峰，乙醚提取物和二氯甲烷提取物所得色譜圖較好，兩者相比較，又以乙醚提取物色譜峰信息更多，考慮到二氯甲烷雖然提取率高，但毒性較大，因此選擇乙醚作為青花椒揮發(fā)油提取提取溶劑。

2.2 不同粉碎粒度對(duì)SDE提取青花椒揮發(fā)油的影響

圖2 青花椒乙醚提取物的總離子色譜圖

圖3 青花椒二氯甲烷提取物的總離子色譜圖

圖4 青花椒石油醚提取物的總離子色譜圖

圖5 青花椒正己烷提取物的總離子色譜圖

準(zhǔn)確稱取未粉碎和粉碎粒度分別為20目、40目、80目的花椒約10 g(準(zhǔn)確到0.0001g)，置于2L圓底燒瓶中，加入500 mL純水和數(shù)粒玻璃珠于電熱套上加熱，連接同時(shí)蒸餾萃取器，取40 mL有機(jī)溶劑加入500 mL平底燒瓶中，研究不同粉碎粒度對(duì)SDE提取青花椒揮發(fā)油的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 粉碎程度對(duì)青花椒揮發(fā)油提取率的影響

圖6 表明，隨著花椒粉碎力度的增大，花椒揮發(fā)油的提取率有先提高后下降的趨勢(shì)，當(dāng)青花椒粉碎程度為40目時(shí)，其揮發(fā)油的提取率最高，達(dá)到了9.4%，當(dāng)粒度達(dá)到80目時(shí)，花椒揮發(fā)油的提取率反而降到了9%以下，而其他2種粒度情況下花椒揮發(fā)油的提取率都低于8.5%。因此，選用40目為青花椒揮發(fā)油提取的最佳粉碎粒度。

2.3 不同提取時(shí)間對(duì)SDE提取青花椒揮發(fā)油的影響

準(zhǔn)確稱取花椒粉(20目)約10 g(準(zhǔn)確到0.0001g)，置于2L圓底燒瓶中，加入500 mL純水和數(shù)粒玻璃珠于電熱套上加熱，連接同時(shí)蒸餾萃取器，取40 mL有機(jī)溶劑加入500 mL平底燒瓶中，在提取時(shí)間分別為2、3、4、5 h的條件下，研究不同提取時(shí)間對(duì)SDE提取青花椒揮發(fā)油的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7。

圖7 提取時(shí)間對(duì)青花椒揮發(fā)油提取率的影響

圖7 表明，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，花椒揮發(fā)油的提取率有先增大后逐漸減弱的趨勢(shì)，當(dāng)提取時(shí)間為3h時(shí)，青花椒揮發(fā)油的提取率最高，提取率接近9.5%，當(dāng)提取時(shí)間超過4 h后，花椒揮發(fā)油的提取率反而降到了9%以下。因此，選用3h為青花椒揮發(fā)油提取的最佳提取時(shí)間。

2.4 不同輔助條件對(duì)SDE提取青花椒揮發(fā)油的影響

準(zhǔn)確稱取花椒粉(20目)約10 g(準(zhǔn)確到0.0001g)，置于2L圓底燒瓶中，加入500 mL純水和數(shù)粒玻璃珠于電熱套上加熱，連接同時(shí)蒸餾萃取器，取40 mL有機(jī)溶劑加入500 mL平底燒瓶中，在輔助方式分別為:微波輔助照射30 s;超聲波震蕩10 min;超聲波震蕩5 min;加鹽輔助(加入30gNaCl，浸泡30 min)的輔助條件下，研究不同輔助條件對(duì)SDE提取青花椒揮發(fā)油的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8。

圖8 輔助方式對(duì)青花椒揮發(fā)油提取率的影響

圖8 表明，采取的4種不同的輔助方式都對(duì)花椒揮發(fā)油的提取率有一定的影響，在4種輔助方式中，超聲波5 min輔助處理對(duì)青花椒揮發(fā)油提取率有顯著提高，提取率接近12%。將4種輔助方式提取得到的揮發(fā)油進(jìn)行GC-MS分析，分別見圖9～圖12。通過對(duì)圖9～圖12中信息的分析發(fā)現(xiàn)，超聲波5 min輔助處理的提取物色譜峰信息最多，共鑒定出77種物質(zhì)，而微波輔助為24種，超聲波10 min輔助處理的為47種，加鹽輔助的為52種。因此，選用超聲波5 min為青花椒揮發(fā)油提取的最佳輔助提取方式。

圖9 青花椒微波輔助提取物的總離子色譜圖

3 結(jié)論

花椒揮發(fā)油的成分比較復(fù)雜[9］，一般方法雖然能夠使得揮發(fā)油的提取率較高，但可能使得揮發(fā)油中含量相對(duì)較低的成分造成損失，對(duì)花椒揮發(fā)油的品質(zhì)影響較大，同時(shí)對(duì)于花椒揮發(fā)油的成分分析研究也會(huì)造成很大的影響。為了提高花椒揮發(fā)油的提取率，同時(shí)保證花椒揮發(fā)油成分的盡可能完整，必須對(duì)花椒揮發(fā)油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。

圖10 青花椒超聲10 min輔助提取物的總離子色譜圖

圖11 青花椒超聲5min輔助提取物的總離子色譜圖

圖12 青花椒加鹽輔助提取物的總離子色譜圖

本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)同時(shí)蒸餾萃取法的影響因素——溶劑種類、原料粉碎粒度、提取時(shí)間、輔助方式進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:采用乙醚作為提取溶劑，花椒揮發(fā)油提取率達(dá)到了8.2%左右，相對(duì)于其他溶劑，乙醚作為提取溶劑時(shí)，所得色譜峰信息較多而且溶劑毒性較小，因此選擇選擇乙醚作為最佳提取溶劑;原料最佳粉碎粒度為40目時(shí)，其揮發(fā)油的提取率最高，達(dá)到了9.4%，因此選擇粒度40目作為最佳原料粒度;提取時(shí)間為3 h時(shí)，青花椒揮發(fā)油的提取率最高，提取率接近9.5%，因此選擇提取3 h作為最佳提取時(shí)間;在四種輔助方式中，超聲波5 min輔助處理對(duì)青花椒揮發(fā)油提取率有顯著提高，提取率接近12%，高于其他輔助方式，而且色譜峰所顯示的信息較多，因此選擇超聲波5 min作為最佳輔助處理方式。

[1］ 劉雄.花椒風(fēng)味物質(zhì)的提取與分離技術(shù)的研究[D］.重慶:西南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

[2]路純明，張小麟，趙英杰，等.花椒揮發(fā)油提取方法及其組分研究[J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，1996，11(4):12-16.

[3]趙志峰.漢源花椒風(fēng)味物質(zhì)研究及花椒油生產(chǎn)工藝優(yōu)化[D］.成都:四川大學(xué)，2005.

[4]秦軍，陳桐，呂晴.同時(shí)蒸餾萃取氣質(zhì)聯(lián)用法測(cè)定花椒揮發(fā)油成分[J］.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，30(6):4-5.

[5]霍文蘭.超臨界CO2萃取花椒揮發(fā)油的研究[J］.食品科學(xué)，2005，26(8):153-155.

[6]樊振江，縱偉.超臨界CO2提取花椒精油的研究[J］.江蘇調(diào)味副食品，2008，25(1):10-12.

[7］ 趙全，董繼生.花椒油萃取回流工藝的研究[J］.中國(guó)調(diào)味品，2006，8(8):8-11.

[8]高逢敬，蒲彪，黃公武.花椒香氣成分提取方法的研究現(xiàn)狀[J］.四川食品與發(fā)酵2006，(4):5-8.

[9]吳素蕊.花椒香氣成分的研究[D］.重慶:西南大學(xué)，2005

ABSTRACTThe influence factors of solvent，raw material granularity，extraction time on simultaneous distillation extraction method were studied by single factor experiment.The results showed that there was the best as extraction solvent，because the chromatographic peak showed more information and is relatively less toxic，the extraction rate was 8.2%;when Zanthoxylum particle size was 40 mesh，the extraction rate reached to 9.4%.The best extracting time was3h，Zanthoxylum essential oil extraction rate was 9.5%，when use ultrasonic for 5min as the assistant treatment，Zanthoxylum essential oil extraction rate could reach to 12%，and chromatographic peak showed more information.The experiment provided a good foundation in further research on zanthoxylum.

Key wordsZanthoxylum，essentialoil，GC/MS

Optimized the Condition of Simultaneous Distillation and Extraction Technology for Zanthoxylum Essential Oil

Luo Kai1，2，3，Zhu Lin1，2，Kan Jan-quan1，2，Huang Xiu-fang1，2
1(College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400716，China)
2(Chongqing Agro-product Processing and Technology Important Laboratory，Chongqing 400716，China)
3(School of life science and engineering，Chongqing Three Gorges University，Chongqing 404000，China)

在讀博士研究生(闞建全教授為通訊作者)。

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31071599)和重慶市科委攻關(guān)項(xiàng)目(CSTC，2010AC1009)

2011-11-07，改回日期:2012-05-10