八角特色資源加工利用產業發展現狀

黃開順, 黎貴卿, 安家成, 李開祥

(廣西壯族自治區林業科學研究院；國家林業和草原局八角肉桂工程技術研究中心；廣西木本香料工程技術研究中心,廣西 南寧 530002)

八角(Illiciumverum)為八角科(Illiciaceae)八角屬(Illicium)植物[1],是特產于我國廣西、云南等山區的經濟樹種,在我國已有一千多年的資源利用歷史。八角資源不僅在香料領域用途廣泛,而且在藥用領域也具有重要用途,八角中莽草酸成分在開發抗流感病毒藥物方面已獲得巨大成功。隨著經濟社會的不斷發展,人們對藥食兩用八角資源的需求日益增加,八角已成為一種戰略資源,未來發展需求決定著八角資源開發利用將向縱深發展。八角雖然已獲得廣泛利用,但未來仍具有巨大的開發利用空間。本文綜述了八角特色資源加工利用產業和技術發展的主要現狀,分析主要發展趨勢和存在問題,展望未來發展前景并提出發展建議與對策,以期為八角資源加工利用產業提供決策依據。

1 資源量、分布情況及利用部位

1.1 資源量

我國八角資源占世界八角資源總量的85%以上,是世界上唯一能大規模生產和提供八角資源的國家。從20世紀90年代初開始,我國八角種植規模開始高速增長,到2005年前后八角新造林規模發展達到高峰。之后受八角產品市場價格波動和持續低迷以及速生用材樹種短期經濟利益的沖擊,八角新造林只有零星發展,八角資源規模化擴張停滯,八角林面積趨于穩定,目前八角林基本為15年生以上的成熟老林,經營管理粗放,產量處于中低水平。據國家林業和草原局經濟發展研究中心統計數據,2012年全國八角總面積47.27萬公頃,八角干果產量約20.69萬t。近年來,我國八角新造林延續停滯發展的基本態勢,八角林面積和產量水平維持穩定,與2012年資源量相當。2017年以來八角價格持續上升,產區林農又興起八角新造林,但仍屬于零星小規模種植。當前各地林農、政府和企業也積極推進八角低產林改造,八角整體產量水平有望在未來兩三年內得到明顯提升,八角資源供應量逐漸增多。

1.2 分布情況

八角適宜生長在北緯21°～26°、海拔1 000 m以下的低山丘陵地區,原產于廣西西南部的防城、上思、寧明、龍州、憑祥、德保等地,之后隨著人工栽培的興起,八角種植逐漸往其它地方引種擴展。經近千年發展至今,八角資源主要分布在廣西,云南次之,廣東第三,江西、四川、貴州、湖南、福建等省也有少量種植；廣西、云南和廣東的八角分布屬于產業化規模種植發展,而其它省份屬于零星小面積引種栽培試驗。

據廣西林業勘測設計院統計數據,廣西現有八角種植面積36.56萬公頃,主要分布在7個設區市24個縣(市、區),分布面積最大為百色市9.0萬公頃,其后依次是梧州市5.6萬公頃、崇左市4.6萬公頃、防城港市3.9萬公頃、來賓市2.9萬公頃、欽州市2.5萬公頃、玉林市2.1萬公頃；縣域八角種植面積超過2.0萬公頃的有防城、那坡、扶綏、金秀、德保、藤縣、浦北7個縣區,1～2萬公頃之間的有凌云、右江、北流、蒼梧、容縣、田林、鳳山、樂業8個縣區,0.5～1萬公頃的有上林等10個縣區。種植主體多為集體或農戶,約占八角總面積的85%,而國有單位、企業的八角種植面積僅占15%左右,主要分布在六萬、派陽山、雅長等國有大型林場,如位于廣西玉林福綿區的六萬林場依托六萬大山優越的地理條件,發展八角林面積達0.4萬公頃。

云南是我國八角種植面積第二大省[2],全省八角種植面積約6.76萬公頃,主要分布在富寧、廣南、西疇、屏邊和綠春等地區,其中富寧縣分布最多,全縣八角面積4.4萬公頃,成為云南省的八角核心產區。廣東西部八角種植面積約0.4萬公頃,主要分布在茂名市宜信市東北部,其中以思賀鎮分布最集中[3]。江西省從20世紀60年代開始從廣西引種八角,在南部山區的上猶、崇義、全南、龍南、大余等縣進行馴化栽培試驗,試驗結果表明八角也適合在江西南部山區發展,如贛州市猶江林場現有八角林約13.33公頃,上猶縣零星種植面積也約有13.33公頃,八角生長正常,成為八角“南種北引”的典型成功案例[4-5]。四川瀘縣石崗林場也曾成功引種八角,證明八角在適宜的區域氣候條件下也能正常生長和開花結實[6-7]。

國外越南北部的涼山、廣寧、高平和北干等毗鄰中國地區也廣泛種植八角,面積約5萬公頃。泰國、印度尼西亞、緬甸等東南亞國家也有少量種植。

1.3 主要利用部位

八角主要利用部位為果實和枝葉，干燥果實一般作為大宗香料,可直接用于燉、煮、腌、鹵、泡等各種烹飪,也可加工成五香調味粉。自古以來八角果還作為一種中藥材,有健胃、驅風、鎮痛、調中理氣、祛寒濕,治療消化不良和神經衰弱等多種功效。八角果、葉都含有豐富的揮發油,經過提取揮發油獲得產品茴油,茴油經過進一步分離加工和提純獲得各種成分,包括茴香腦、茴香醛、草蒿腦等[8],這些成分在食品工業上通常用于調制各種食品香精,在日化用品工業上作為香水、香皂、牙膏等產品的加香劑。八角還含有具有抑菌、升高白細胞、鎮痛等作用的各種有效成分,如茴香醚具有雌激素樣作用和致敏作用[9]。莽草酸是近年來被實踐證明最具制藥價值的八角有效成分之一,從八角果提取的莽草酸是合成臨床上有效防治流感病毒藥物“達菲”(磷酸奧司他韋)的重要原料[10]。八角生產剩余物還可應用于生產飼料添加劑,具有食欲刺激、促進生長和抑制細菌等作用[11-12]。隨著科學技術的進步,八角的利用價值和應用領域有望被更多地挖掘和開發。

2 產品及加工技術

2.1 主要產品及加工技術現狀

目前,八角產品有初級產品和深加工產品,其中初級產品主要是八角干果和茴油,深加工產品包括茴香腦、草蒿腦、茴香醛、莽草酸和八角油樹脂等產品。

2.1.1八角干果 八角干果是指八角鮮果經過脫青、曬干或烘干獲得的干燥八角果實,是目前國內市場上最主要、最大宗流通和消費的八角產品。八角干果大部分直接整果使用或者粉碎后與其它香料調配用作餐飲香調料,少部分用作中藥材或進行深加工。長期以來,我國八角干果加工缺乏機械化設備和工藝,一直沿襲農戶分散、小作坊加工模式為主,主要采用直接曬干、殺青曬干、柴火烘干、簡易土炕烘干等傳統技術。殺青曬干方法具有生產成本低、干果色澤好等優點,是當前產區群眾普遍使用的干燥加工方法,缺點是過分依賴天氣、人工和大型曬場等條件,如果干燥不及時,容易造成八角發霉,影響外觀及食用安全性,而且勞動強度大、耗時長、工效低。近年來,一些加工企業嘗試采用大型、自動化機械設備進行規模化八角烘干加工,生產效率提高,但也面臨一些技術問題需要去克服和解決,比如如何保持和提高八角干果產品顏色、外觀和內在品質。

2.1.2茴油 八角果、葉可提取茴油,鮮葉得率約1%,干果得率6%～10%,主要成分為茴腦,占85%～90%[13]。茴油提取加工是近幾十年來我國八角產業的重要組成部分,在廣西的德保、那坡等地有利用八角枝葉蒸餾茴油的生產傳統。目前,八角茴油提取技術已較成熟,但生產上仍以小作坊為主,技術仍存在諸多不足,如規模小、得率低、能耗大、質量差等問題,一定程度上造成八角資源浪費。少數企業采用較為先進的大型茴油蒸餾設備,明顯提高了生產效率和茴油產品質量,但投資較大,且如果應用枝葉提取茴油的運輸成本較高。為了解決傳統水蒸餾提取茴油技術的缺陷,蔡定建等[14]、繆建華等[15]采用CO2超臨界萃取技術,探索了從八角果中提取茴油的新技術。近年來,廣西林科院發明了一種“便攜式芳香油提取裝置”的專用設備,既實現了生產的規模化,提高了產品質量與處理效率,也便于裝備和原材料的運輸,適用于山區因地制宜的生產,推廣應用效果良好。

2.1.3茴油精深加工產品 利用茴油進行精深加工,可獲得一系列具有重要用途的深加工產品，包括茴油精餾分離出茴腦、草蒿腦和芳樟醇等單離產品,以及以茴腦合成茴香醛、茴香腈和覆盆子酮等系列產品。這類精深加工生產,一般由技術水平較高、擁有專門生產線的大型企業來完成,茴油原料從農戶收購或者自行加工生產。經過近20年發展,我國八角精深加工技術獲得了顯著進步,科研機構和加工企業采用單離技術、超臨界萃取技術等先進技術加工獲得優質深加工產品,還開發出精深加工合成技術,開發附加值更高的八角香料新產品。陸順忠等[16]研發了從八角茴香油中分離高純度茴腦的生產工藝,茴腦產品純度達到99.8%,得率為94.1%。關繼華等[17]研究了從八角茴香油前餾分中分離提取草蒿腦和芳樟醇的技術工藝,獲得芳樟醇產品純度達到99.4%,回收率為65.4%;草蒿腦產品純度達到99.1%,回收率為86.9%。以天然八角茴腦為原料制備茴香醛技術日趨成熟,包括傳統化學氧化法、臭氧氧化法和電氧化法等茴香醛制備技術[18]。

2.1.4莽草酸 八角果實含莽草酸可達11.57%[19],經過提取和分離純化,可以得到高純度的莽草酸產品。莽草酸在制備抗流感病毒藥物中具有重要作用,因而莽草酸是倍受行業關注和重點開發的八角深加工產品之一。當前,八角莽草酸提取、分離和純化技術工藝已較成熟。莽草酸提取方法主要有水浸提法和有機溶劑提取法,以及在此基礎上增加微波輔助提取、超聲波輔助萃取、超聲波微波協同提取等。莽草酸的分離、純化包括離子交換樹脂分離法、大孔吸附樹脂分離法、硅膠柱層析法、分子印跡分離法和毛細管電泳法等[20]。一些科研機構和企業取得了具有自主知識產權的莽草酸提取技術和設備。如廣西萬山香料有限責任公司研發出“一種從八角中提取分離莽草酸的方法”專利技術；廣西林科院取得了“八角有效成分莽草酸提取的開發研究”技術成果,還研制出莽草酸提取關鍵技術及設備,發明了“一種八角莽草酸浸提及茴油蒸餾兩用裝置及應用”,促進了八角莽草酸提取技術的工程化和產業化應用。

2.1.5八角油樹脂 八角油樹脂是由芳香油、脂肪油及樹脂物質組成的混合體,含有八角的芳香成分、辛香味成分、脂肪油等有效成分[21]。就食品調味而言,與提取的八角精油相比,八角油樹脂具有香氣和口味比較平衡、口感比較豐滿和完整等諸多優點[22]。因而八角油樹脂廣泛應用于肉類制品、調味品、軟飲料、冷飲、糖果以及面包、蛋糕等食品加工業,國內外市場消費量逐年增加。由于八角油樹脂是一種黏稠狀液體,為了便于消費者分散使用和具備耐儲存特性,人們把微膠囊技術應用到八角油樹脂產品的制備當中,生產出八角油樹脂的粉末狀微膠囊顆粒[22-23]。經過多年發展,八角油樹脂提取技術工藝已較為成熟,一般以溶劑萃取法生產,常用的溶劑有乙醇、丙酮、石油醚、超臨界CO2等,許多研究表明超臨界CO2是提取八角油樹脂最理想的新型溶劑[24-25]。

2.2 產品質量控制及其分析檢測方法

1987年我國發布實施八角干果國家標準,之后于2006年、2016年先后對標準進行了兩次修訂,現行標準GB/T 7652—2016《八角》規定了八角干果產品的質量要求和分級,其中大紅八角分一、二、三級,角花八角分一、二級,干枝八角為統貨不分級,從顏色、氣味、果形特征三個方面規定感官指標,從果體大小、碎口率、雜質含量、水分含量、總灰分和揮發油含量六個方面規定理化指標,還規定了產品的試驗方法和檢驗規則[26]。廣西也制定了相應的八角產品質量地方標準DB45/226—2017《地理標志產品 廣西八角》[27]和DB45/T 1350—2016《地理標志產品 上林八角》[28]。這些技術標準對國內八角干果產品質量起到了良好的規范作用,分析檢測方法也比較科學和便捷,但許多八角加工廠家普遍不嚴格按照標準執行,八角產品質量參差不齊,還普遍存在含硫超標、發霉變質等問題。在現行市場大宗流通中普遍將八角干果稱為“無硫果”、“硫磺果”、“水燙果”等類型,其中經硫磺熏蒸的八角果占了相當比重,主要是此類果品更有利于儲存與流通,賣相也較好。對于八角二氧化硫殘留量,在2006年版八角國家標準中曾規定應小于0.03 g/kg,而現行2016版國家標準則沒提及硫化物限制性指標,2019年國家衛生健康委員會在《關于彎曲乳桿菌等24種“三新食品”的公告》(2019年第2號)[29]中,將GB 2760—2017《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》[30]適用范圍擴大到香辛料及粉(僅限八角，食品分類號12.09.01),明確了八角的二氧化硫殘留量不超過0.15 g/kg,此舉為規范八角產業健康發展提供了良好的支撐。

茴油是中國傳統的大宗出口產品,是國際市場的緊俏商品,主要銷往法國、美國、新加坡等56個國家和地區,其中法國和美國是茴油的最大消費國。為了規范茴油質量和提高產品市場競爭力,促進國際貿易,我國制定了有關八角茴油的質量標準,目前主要有國際標準ISO 11016—1999《中國八角茴香油》[31]、食品安全國家標準GB 1886.140—2015《食品添加劑 八角茴香油》[32]和國家標準GB/T 15068—2008《八角茴香(精)油》[33],對茴油產品的色狀、香氣、相對密度、折光指數、旋光度、溶混度、凍點、特征組分含量等指標進行了具體規定。近年來,隨著八角精深加工業的發展,八角產品越來越豐富,我國也逐漸擴大八角新產品的技術標準覆蓋面,制定了食品安全國家標準GB 28354—2012《食品添加劑 大茴香醛》[34]和GB 1886.284—2016《食品添加劑 覆盆子酮》[35],以及有關八角內含成分產品的企業標準QB/T 4644—2014《草蒿腦》[36]和廣西地方標準DB45/T 771—2011《莽草酸》[37]。

2.3 技術瓶頸

經過幾十年發展,我國八角加工業已得到蓬勃發展,各種產品的生產規模不斷擴大,但是在生產過程中也面臨諸多技術瓶頸。

八角干果加工主要依靠分散農戶、小作坊采用的燙水曬干方法進行加工,民間把通過此方法加工獲得的八角干果稱為水燙果,外觀棕紅或褐紅,氣味芳香,品質純正,成為業內公認的大紅八角標準。許多經銷商為了降低加工成本,提高八角色澤美觀度,減少霉變,還使用硫磺熏蒸八角,造成含硫超標,帶來了食品安全問題。為了解決八角干果加工生產分散、規模小、品質不勻和含硫超標等問題,業內人士意識到推廣應用機械化、規模化加工八角很有必要,并興起研發八角干燥機械設備的熱潮。目前一些設備已在實際生產中得到試用,但發現加工出來的八角果色澤、氣味等達不到傳統水燙果的品質,市場上傳統消費者的認可度稍低。因此,如何控制機械設備的技術參數,確保八角產品各項質量指標達到大紅八角的標準,是一個亟待解決的技術瓶頸。

茴油提取和精深加工方面也存在一些迫切需要解決的技術瓶頸。由于八角林主要分布在交通不便的山區,為了降低生產成本,就近林地加工茴油很有必要,而目前還缺少這方面的機械設備,迫切需要研制出適用于山地就近加工、便捷而高效的茴油蒸餾設備。目前許多茴油精深加工產品的技術工藝已容易實現,面臨的主要問題是許多工藝和生產線伴隨產生和排放許多廢棄物,帶來不可忽視的環境問題,而許多加工企業缺乏這方面的環保工藝技術及相關意識。例如茴腦合成制取茴香醛過程中,傳統工藝上常使用二氧化錳、硫酸等物質作為催化劑,環保壓力較大。

近十年來八角莽草酸加工產業發展迅速,一些企業已建立年產100 t以上的莽草酸生產線,莽草酸提取分離技術得到較大發展,但是生產工藝仍然較繁瑣,人工操作頻度高,自動化水平低,生產成本居高不下。為了提高生產效率,提高莽草酸生產線的自動化水平顯得非常迫切。

3 產業發展趨勢

3.1 產業現狀

八角資源的加工利用產業主要包括干果加工、茴油提取、精深加工和其它高價值有效成分提取等方面。我國八角資源大約95%用于食品、日化用品等行業,5%用于醫藥行業。國內外市場需求的擴大和現代資源加工技術的進步,八角加工產業蓬勃發展,加工企業數量和規模逐漸擴大。近年來我國八角干果產量約14～18萬噸/年，產值約70～90億元,主產地為廣西,在資源利用上以八角干果原料利用為主,精深加工利用比例小。據《中國經濟林發展報告(2013年)》數據[38],2012年用于精深加工的八角干果4 800 t左右，主要加工產品為茴香油、茴香腦、茴香醛、莽草酸等。據廣西林業部門統計,2010～2017年廣西用于精深加工的八角干果僅占八角干果總量的5.5%左右,其余均以原材料利用為主,以國內消費為主,出口較少,年出口量僅3 000～6 000 t。隨著“一帶一路”倡議的推進,八角作為香料資源參與國際貿易的機會增大,出口量有望增加。

我國南方生產的八角干果,除了部分用于出口,國內主要消費市場在北方。八角鮮果首先在廣西產地得到干燥加工,之后通過經銷商集中到南寧、玉林、梧州等主要批發中心,再大批量運輸到安徽、河南、山東等北方集散中心,經銷商再進行分散包裝或者零散銷售,作為香調料深入千家萬戶。2017年以來,受產量和市場存量影響,國內八角價格持續顯著上漲,鮮果收購價達到12～16元/kg,干果批發價22～33元/kg。

近年來,我國每年生產八角茴油不超過1萬t,出口量約為3 500 t/年,其中廣西產的茴油占95%以上。茴油出口主要銷往法國、美國、英國、日本、加拿大、澳大利亞等發達國家。相比八角干果,茴油資源的出口比例較大,國內銷售和利用僅占20%左右。茴油提取加工以農戶分散小作坊為主,生產效率低,茴油質量參差不齊。廣西有少數規模化的大型企業從事八角茴油提取生產,生產設備較先進,茴油產品質量較高。

國內從事八角精深加工的企業雖然不少,但以中小企業為主,2019年廣西生產的茴香腦約600 t、茴香醛約500 t、莽草酸約100 t以及其他產品約100 t,產品缺乏多樣化,新產品和新技術研發滯后。發達國家通過從我國進口八角原料或深加工產品進行精深加工和利用,加工技術和終端產品開發能力較高,他們依靠先進的加工利用技術,占據八角終端產品市場高地,從中獲得高額利潤。比較著名的是瑞士羅氏公司以八角提取的莽草酸為關鍵原料,合成抗流感病毒特效藥物磷酸奧司他韋,即“達菲”,在全球醫藥市場取得巨大收益。為了更方便地從中國獲取優質八角資源,一些外國公司已加大投資進入中國市場,為我國八角行業的發展注入新活力,同時也加劇了市場競爭。

3.2 未來發展趨勢

隨著技術的不斷進步,八角資源的加工方法和應用領域將不斷升級和擴展,八角應用更加廣泛。為縮小與國外的差距,我國八角精深加工技術和生產規模需要加強和提升,在鞏固八角干果香料用途的基礎上,挖掘更豐富的深加工香料用途和跨行業用途,實現干果加工產品安全化、深加工產品精細化、用途廣泛化和加工設備智能化,從而推動八角資源加工利用產業向深加工和高端產品開發利用發展。

3.3 存在的問題

經過幾十年的努力,我國八角資源加工利用產業已得到全面發展,但也存在一些亟待解決的產業性問題。主要表現為：1) 八角產品類型不夠豐富,資源以干果整果或者粉碎利用為主,深加工利用很少,深加工產品以茴腦、茴香醛、莽草酸等一些常見產品為主,其它高價值成分的開發利用規模很小。2) 只制定了八角干果和茴油初級產品的質量標準,而茴腦、茴香醛、莽草酸等其它深加工產品缺乏有關質量標準。3) 市場上缺乏龍頭企業引領,產業發展資金投入不足,精深加工技術和新產品開發人才緊缺。

4 建議與對策

八角是我國獨具優勢的自然資源,做大做強八角加工利用產業符合我國多方面的戰略需求,發展前景廣闊而且具有戰略意義。建議未來應著力解決八角加工利用的技術瓶頸,以提高精深加工利用水平和擴大新產品開發為重點任務,提高八角資源的綜合利用度,促進八角行業與其它行業的深度融合,豐富八角產品類型,打造世界知名品牌,提高八角產品的市場競爭力。采取建立八角產業轉型升級發展協調機制,加大產業發展資金投入,制定產業發展激勵政策、營造產業發展有利市場環境以及加強國際間技術合作等對策,促進我國八角加工產業轉型升級發展。