花椒籽油提取工藝優(yōu)化

張淼，馬寅斐，葛邦國，孫梅，趙巖，朱風(fēng)濤*

（1.魯?shù)榭h明德農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，云南昭通657000；2.中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南250014）

花椒籽油提取工藝優(yōu)化

張淼1，馬寅斐2，葛邦國2，孫梅1，趙巖2，朱風(fēng)濤2*

（1.魯?shù)榭h明德農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，云南昭通657000；2.中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南250014）

本文研究了溶劑萃取和超臨界萃取兩種提取方式地有效結(jié)合制取花椒籽油，分別優(yōu)化了正己烷提取工藝和超臨界CO2萃取工藝參數(shù)，制取的花椒籽油得油率高，性狀好，為花椒籽油的實(shí)際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

花椒深加工；花椒籽油；溶劑提??；超臨界CO2萃取

花椒（Zanthoxylum bungeanumMaxim）是重要的食用香辛料，為蕓香科花椒屬作物，在我國的種質(zhì)資源豐富，具有悠久的栽培歷史。我國花椒的主產(chǎn)區(qū)有四川漢源、云南昭通、陜西韓城、山西芮城、山東萊蕪、甘肅武都、貴州、河北等地。近幾年，伴隨我國餐飲業(yè)的快速發(fā)展及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，全國花椒產(chǎn)業(yè)有了長足的發(fā)展[1,2]。2015年，我國鮮花椒產(chǎn)量超過1000萬t，中國調(diào)味品工業(yè)協(xié)會預(yù)測，我國花椒加工制品的需求每年增速或?qū)⒊^20%，預(yù)計(jì)年新增花椒需求10萬t以上?；ń饭?0%以上仍以整粒散裝形式銷售和消費(fèi)；花椒籽作為花椒果皮生產(chǎn)中的主要副產(chǎn)物，年產(chǎn)量超過300萬t，極少部分被作為種子育苗，大部分被燃燒掉或者作為肥料，甚至被當(dāng)作廢料丟棄，這與我國是花椒的主產(chǎn)國和消費(fèi)大國極不相稱，也造成了花椒加工過程中資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，限制了花椒產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑萃取條件下制取花椒籽油，由于花椒籽的油脂酸價(jià)高、顏色深、蠟質(zhì)重，需經(jīng)過一系列脫膠、脫蠟、脫色、堿煉等工藝才能達(dá)到澄清透亮的食用油標(biāo)準(zhǔn)，不僅工藝繁瑣，且損失了花椒的麻味，商品價(jià)值降低；而采用超臨界流體技術(shù)萃取可省去繁瑣的脫色、脫膠等工藝[3]，且保留花椒的風(fēng)味，但加工成本過高，不適宜進(jìn)行工業(yè)化轉(zhuǎn)化。本文主要通過結(jié)合溶劑萃取與超臨界流體萃取二者的工藝優(yōu)勢，優(yōu)化對花椒籽油的提取工藝，該方法克服使用單一提取方法存在的溶劑殘留或成本過高等問題，有效提高效率、提升品質(zhì)和降低生產(chǎn)成本。

1 材料與設(shè)備

1.1 原料與試劑

花椒籽原料：青花椒經(jīng)皮籽分離后得到的花椒籽，云南魯?shù)槊鞯罗r(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供，2016年采收。

正己烷：分析純，98%，天津富宇公司生產(chǎn)。

1.2 儀器與設(shè)備

萬能粉碎機(jī)，型號60B，江陰康和生產(chǎn)；

超臨界提取設(shè)備，型號HA121-50-1，江蘇華安超臨界萃取有限公司生產(chǎn)；

提取設(shè)備，德國Stephen生產(chǎn)；

烘箱，型號S650，HASUC生產(chǎn)；

分析天平，型號AB-S，METTLER生產(chǎn)；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，型號R300，BUCHI生產(chǎn)；

離心式油水分離器，型號GQ145，上海知正離心機(jī)有限公司生產(chǎn)。

2 方法

2.1 提取工藝流程

2.2 花椒籽烘干

花椒籽顆粒約含有20%以上的水份，過高的水份含量會影響提取效果，且乳化現(xiàn)象嚴(yán)重，增加分離難度。本實(shí)驗(yàn)采用鼓風(fēng)干燥，溫度設(shè)置為80℃，烘干時間約5～6h，將花椒籽顆粒烘干至水份10%以下。

2.3 花椒籽預(yù)處理

將烘干后的花椒籽原料加入粉碎機(jī)中，粉碎4min，過80目的篩，得到的花椒粉末備用。

2.4 正己烷提取

常壓下正己烷的沸點(diǎn)約為69℃，為提高花椒籽油得率，將正己烷加熱至60℃，加入裝有粉碎后花椒籽的浸提罐中提取，調(diào)整料液比、浸提時間，慢速攪拌浸提。

2.5 超臨界CO2萃取

采用超臨界提取，分離釜II壓力、溫度與儲氣罐基本一致，不作為變量優(yōu)化。正交優(yōu)化選擇花椒籽毛油的提取變量和分離釜I參數(shù)變量。將溶劑浸提的花椒籽毛油裝入提取筒，裝倉完畢后啟動設(shè)備，改變提取釜的提取溫度、壓力、分離釜I的分離溫度、壓力，進(jìn)行超臨界萃取，每倉提取時間3h，結(jié)束后計(jì)算得油率，公式見式（1）。

2.6 離心除雜分離

由于花椒籽中的膠質(zhì)和蠟質(zhì)含量較高，超臨界萃取后仍然有部分雜質(zhì)無法脫除導(dǎo)致油品渾濁，采用油水分離器進(jìn)行離心分離，比較不同的分離參數(shù)對所得的花椒籽油的色澤、澄清度等特性指標(biāo)的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 正己烷溶劑浸提參數(shù)的優(yōu)化

3.1.1 不同料液比對花椒籽毛油得油率的影響

驗(yàn)證不同料液比對花椒籽油提取的影響，以達(dá)到最大化花椒籽油得油率，料液比選取1:1、1:2、1:3、1:4、1:5，加熱至60℃，浸提30min，持續(xù)攪拌，浸提完成后，通過旋蒸回收正己烷，計(jì)算花椒籽油得油率，結(jié)果見圖1。由圖可知，當(dāng)料液比為1:3時，花椒籽油得油率為16.4%，之后隨著料液比的減少得油率不再升高。因此，料液比為1:3。

圖1 不同料液比對花椒籽油得率的影響

3.1.2 不同提取時間對花椒籽油得率的影響

圖2 不同提取時間對花椒籽油得率的影響

料液比為1:3，加熱溫度為60℃，浸提時間選擇10min、20min、30min、40min、50min，浸提過程持續(xù)攪拌，然后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到花椒毛油，計(jì)算花椒籽油得率，結(jié)果如圖2（見上頁）所示。由圖可知，當(dāng)提取時間為30min時，花椒籽毛油得率為16.4%，之后不再升高。因此，確定正己烷溶劑浸提最優(yōu)提取時間為30min。

3.1.3 正己烷溶劑浸提花椒籽毛油最佳提取工藝

通過上述單因素實(shí)驗(yàn)，正己烷溶劑浸提花椒籽毛油的最優(yōu)參數(shù)：浸提溫度60℃，料液比1:3，浸提時間30min。此工藝條件下，花椒籽毛油得率為16.4%。

3.2 超臨界萃取關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化

3.2.1 萃取壓力對花椒籽油得率的影響

萃取溫度45℃，分別選擇10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa不同的萃取壓力，萃取時間3h，分離釜I壓力8MPa，分離溫度65℃，分離釜II壓力4MPa，分離溫度35℃，萃取完成后測定計(jì)算花椒籽油得率，結(jié)果見圖3。由圖可知，當(dāng)萃取壓力為30MPa時，花椒籽油得油率為13.7%，而后無明顯增高。

圖3 萃取壓力對花椒籽油得率的影響

3.2.2 萃取溫度對花椒籽油得率的影響

圖4 萃取溫度對花椒籽油得率的影響

分別選擇不同的萃取溫度35℃、40℃、45℃、50℃、55℃，萃取壓力30MPa，萃取時間為3h，分離釜I壓力8MPa，分離溫度65℃，分離釜II壓力4MPa，分離溫度35℃，萃取完成后測定計(jì)算花椒籽油得率。結(jié)果見圖4，當(dāng)萃取溫度為50℃時，花椒籽油得油率為13.7%，相比于溫度為45℃時，13.6%的得油率，無明顯提升，從生產(chǎn)成本考慮，選擇45℃為最優(yōu)萃取溫度。

3.2.3 分離釜I壓力對花椒精油得率的影響

選擇萃取溫度45℃，萃取壓力30MPa，萃取時間3h，分離釜I壓力分別選擇4MPa、6MPa、8MPa、10MPa、12MPa，分離溫度65℃，分離釜II壓力4MPa，分離溫度35℃，萃取完成后測定計(jì)算花椒籽油得率。結(jié)果見圖5，花椒籽油的得油率隨著分離釜I壓力升高而降低。但在分離釜I壓力較低時，萃取得到花椒籽油呈黑黃色，膠質(zhì)蠟質(zhì)較多，品質(zhì)較差，隨著分離釜I壓力升高至籽油呈深黃色，在分離I壓力為8MPa時，雖然得油率為13.5%，相比有所減少，但油品質(zhì)較好。

圖5 分離釜I壓力對花椒籽油得率的影響

3.2.4 分離釜I溫度對花椒籽油得率的影響

圖6 分離釜I溫度對花椒籽油得率的影響

選擇萃取溫度45℃，萃取壓力30MPa，萃取時間3h，分離釜I壓力8MPa，選擇55℃、60℃、65℃、70℃、75℃不同的分離溫度，分離釜II壓力4MPa，分離溫度35℃，萃取完成后測定計(jì)算花椒籽油得率。結(jié)果見圖6，花椒籽油得率隨分離釜I溫度升高先升高再降低，當(dāng)分離釜I溫度過低，超臨界狀態(tài)溶劑無法充分浸提花椒籽油，當(dāng)分離釜I溫度升高，流速的變化也會影響分離效果。因此，在分離釜I溫度為65℃時，花椒籽油浸提效率較高，為13.4%，油品色澤呈深黃色，性狀較好。

3.2.5 正交試驗(yàn)

選擇萃取壓力（A）、萃取溫度（B）、分離釜I壓力（C）、分離釜I溫度（D）4個因素，根據(jù)單因素試驗(yàn)優(yōu)化所得參數(shù)，采用L9(34)正交設(shè)計(jì)，各因素選取3個水平。因CO2儲氣罐壓力與分離釜II的壓力相同，分離II溫度為設(shè)備運(yùn)行溫度，遂無需優(yōu)化。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1，結(jié)果見表2。

通過表2分析可得，花椒籽油得油率的影響主次因素為A＞B＞D＞C，即萃取壓力>萃取溫度>分離釜I溫度>分離釜I壓力；正交實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)條件為A2B3C1D1。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該工藝條件下，花椒籽油得率為13.7%，因此，超臨界萃取最優(yōu)工藝參數(shù)為萃取壓力30MPa、萃取溫度50℃、分離釜I壓力6MPa、分離釜I溫度60℃、分離釜II壓力4MPa、分離釜II溫度為35℃。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 不同離心參數(shù)下花椒籽油的性狀特點(diǎn)

3.3 離心分離參數(shù)優(yōu)化

將超臨界萃取后所得到的花椒籽油進(jìn)行裝入油水分離器進(jìn)行離心分離，分離參數(shù)選擇10000r/min、1200 r/min、14000r/min、16000r/min、18000r/min，比較分離后得到花椒籽油的性狀和特點(diǎn)見表3（見11頁）。由表可知，離心轉(zhuǎn)速為16000r/min時，花椒籽油性狀最好，淺黃色，澄清透亮。因此，選取的最優(yōu)分離因數(shù)為16000r/min。

4 結(jié)論

花椒籽的油脂酸價(jià)高、顏色深、蠟質(zhì)重，需經(jīng)過一系列脫膠、脫蠟、脫色、堿煉等工藝才能達(dá)到澄清透亮的食用油標(biāo)準(zhǔn)，采用傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑萃取得到的花椒籽油，工藝流程相對繁瑣，不僅造成一定的有機(jī)溶劑殘留，而且喪失了花椒的固有麻味。采用超臨界流體技術(shù)萃取，避免了繁瑣的工藝，但生產(chǎn)成本過高，不利于工業(yè)化推廣。本文將溶劑萃取和超臨界萃取兩種提取方式進(jìn)行有效結(jié)合與參數(shù)優(yōu)化，有效縮短了復(fù)雜的工藝流程，且提高了花椒籽的出油率，得到品質(zhì)較好的花椒籽油，澄清透亮的油質(zhì)和較好的花椒風(fēng)味得以保留，可與其他油進(jìn)行調(diào)和食用，經(jīng)調(diào)和后可滿足國家食用油標(biāo)準(zhǔn)。

[1]劉衛(wèi)斌,王云云.花椒采收與加工現(xiàn)狀分析[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2004,(8):33-34.

[2]史勁松.花椒資源與開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查[J].中國野生植物資源,2003,22(5):6-8.

[3]劉雄,闞建全,陳宗道,等.超臨界CO2萃取和精煉花椒籽油的研究[J].中國糧油學(xué)報(bào),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

云南省科技計(jì)劃項(xiàng)目“花椒精深加工技術(shù)研究”（2015AB009-2）

張淼（1977—），男，講師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理

*通訊作者：朱風(fēng)濤（1962—），男，研究員，研究方向?yàn)楣呒庸?/p>