超臨界二氧化碳分段萃取花椒揮發油及花椒油樹脂的研究

梁世康，米 濤，王黔林，付秋霞，陸龍發

（貴州玄德生物科技股份有限公司，貴州貴陽 550014）

花椒（Zanthoxylum bungeagum Maxim）為蕓香科落葉灌木或小喬木蜀椒的果實，果皮名為椒紅，被譽為“八大調味品”之一，花椒具有溫中止痛、殺蟲止癢的功效，用于脘腹冷痛、嘔吐泄瀉、蟲積腹痛，蛔蟲癥；外用治濕疹瘙癢；對心血管系統、消化系統、免疫機能、凝血功能、鎮痛、鎮靜、抗炎、抑菌殺蟲、抗腫瘤等均具有較強的藥理活性[1-2]。花椒主要成分由花椒香味物質和麻味物質組成，香味物質主要是花椒揮發油，麻味物質主要是花椒酰胺類物質。花椒芳香物質是從花椒皮中萃取的一種具有花椒特殊香氣的揮發油，花椒芳香物質主要成分有檸檬烯、芳樟醇、β -月桂烯、檜烯、1,8 -桉葉素、4 -萜品醇等。其中檸檬烯、芳樟醇、檜烯、β -月桂烯4 個成分占花椒芳香物質成分90%以上[3]；花椒酰胺類物質主要成分為羥基-α -山椒素、羥基-β -山椒素、羥基-γ -山椒素等。采用超臨界二氧化碳分段萃取花椒揮發油及花椒油樹脂，用HPLC 對花椒揮發油、花椒油樹脂進行花椒酰胺總含量測定，為花椒資源的開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 原料

花椒選擇青花椒（品種為竹葉青，水分含量，7.8%），貴州玄德花椒產業發展有限公司花椒基地提供；CO2氣體（食品級，純度99.9%），貴州玄德生物科技股份有限公司提供；甲醇（色譜純）；乙醇（色譜純）。

1.2 儀器與設備

超臨界CO2設備（5 L，50 MPa），貴州航天烏江機電設備有限責任公司產品；1260Ⅱ型高效液相色譜，Agilent 產品；FA2104N 型電子天平，上海精其儀器有限公司產品；FW100 型高速粉碎機，上海博迅公司產品；DHG-9920A 型電熱恒溫干燥箱，上海美伊設備公司產品；RE52 型旋轉蒸發儀，上海亞榮生化儀器廠產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 超臨界二氧化碳分段萃取工藝流程

1.3.2 花椒揮發油或花椒油樹脂得率

1.3.3 超臨界二氧化碳萃取花椒油的條件優化試驗

花椒粉碎至40 目，先萃取花椒揮發油，考查壓力、溫度、時間3 個單因素對花椒揮發油得率的影響，再升高壓力萃取花椒油樹脂考查壓力、溫度、時間3 個單因素對花椒油樹脂得率的影響，確定超臨界二氧化碳分段萃取花椒揮發油及花椒油樹脂工藝。

1.3.4 花椒酰胺總含量檢測方法

按照中華人民共和國供銷合作行業標準GH/T 1291—2020《花椒及花椒加工產品花椒酰胺總含量的測定高效液相色譜法》規定執行。

2 結果與分析

2.1 超臨界CO2 萃取花椒揮發油萃取壓力對其得率和花椒酰胺總含量的影響

設定萃取溫度45 ℃，萃取時間60 min，分離壓力6 MPa，分離溫度55 ℃，CO2流量32 L/h。萃取壓力分別在9，10，11，12，13 MPa 下萃取，根據花椒揮發油出油率和花椒酰胺總含量確定最佳萃取壓力。

不同萃取壓力萃取花椒揮發油結果見表1。

表1 不同萃取壓力萃取花椒揮發油結果

由表1 可知，在萃取壓力為9～13 MP 時，增加萃取壓力可增加花椒揮發油的出油量和花椒酰胺總含量。根據公司銷售花椒揮發油的情況看，花椒揮發油花椒酰胺總含量要求要小于10 mg/g，因此萃取花椒揮發油的最佳萃取壓力為10 MPa。

2.2 超臨界CO2 萃取花椒揮發油萃取溫度對其得率和花椒酰胺總含量的影響

設定萃取壓力10 MPa，萃取時間60 min，分離壓力6 MPa，分離溫度55 ℃，CO2流量32 L/h。萃取溫度分別控制在40，45，50，55，60 ℃下萃取，根據花椒揮發油出油率和花椒酰胺總含量確定最佳萃取溫度。

不同萃取溫度萃取花椒揮發油結果見表2。

表2 不同萃取溫度萃取花椒揮發油結果

由表2 可知，在萃取溫度為40～60 ℃時，增加萃取溫度可增加花椒揮發油的出油量和花椒酰胺總含量。根據公司銷售花椒揮發油的情況看，花椒揮發油花椒酰胺總含量要求要小于10 mg/g，因此萃取花椒揮發油的最佳萃取溫度為50 ℃。

2.3 超臨界CO2 萃取花椒揮發油萃取時間對其得率和花椒酰胺總含量的影響

設定萃取壓力10 MPa，萃取溫度50 ℃，分離壓力6 MPa，分離溫度55 ℃，CO2流量32 L/h。萃取時間分別控制在30，60，90，120，150 min 萃取，根據花椒揮發油出油率和花椒酰胺總含量確定最佳萃取溫度。

不同萃取溫度萃取花椒揮發油結果見表3。

表3 不同萃取溫度萃取花椒揮發油結果

由表3 可知，在萃取時間為30～150 min 時，增加萃取時間可增加花椒揮發油的出油量和花椒酰胺總含量。根據公司銷售花椒揮發油的情況看，花椒揮發油花椒酰胺總含量要求要小于10 mg/g，因此萃取花椒揮發油的最佳萃取時間為60 min。

由表1～表3 可知，超臨界CO2萃取花椒揮發油的最佳工藝條件為萃取壓力10 MPa，萃取溫度50 ℃，萃取時間60 min，CO2流量32 L/h。

2.4 超臨界CO2 第二段萃取花椒油樹脂萃取壓力對其得率和花椒酰胺總含量的影響

花椒原料按萃取壓力10 MPa，萃取溫度50 ℃，萃取時間60 min，CO2流量32 L/h，分離壓力6 MPa，分離溫度55 ℃萃取花椒揮發油后，再升壓至22，24，26，28，30 MPa 下萃取120 min 得到花椒油樹脂。根據花椒油樹脂出油率和花椒酰胺總含量確定最佳萃取壓力。

第二段不同萃取壓力萃取花椒油樹脂結果見表4。

表4 第二段不同萃取壓力萃取花椒油樹脂結果

由表4 可知，第二段在萃取壓力為22～30 MPa時，增加萃取壓力可增加花椒油樹脂的出油率，超過26 MPa 花椒油樹脂的出油率增加不大，但超過26 MPa花椒酰胺總含量開始下降。因此，第二段萃取花椒油樹脂的最佳萃取壓力為26 MPa。

2.5 超臨界CO2 第二段萃取花椒油樹脂萃取時間對其得率和花椒酰胺總含量的影響

花椒原料按萃取壓力10 MPa，萃取溫度50 ℃，萃取時間60 min，CO2流量32 L/h，分離壓力6 MPa，分離溫度55 ℃萃取花椒揮發油后，再升壓至26 MPa下分別用60，90，120，150，180 min 萃取得到花椒油樹脂。根據花椒油樹脂出油率和花椒酰胺總含量確定最佳萃取壓力。

第二段不同萃取壓力萃取花椒油樹脂結果見表5。

表5 第二段不同萃取壓力萃取花椒油樹脂結果

由表5 可知，第二段在萃取時間為60～180 min時，增加萃取時間可增加花椒油樹脂的出油率，超過120 min 花椒油樹脂的出油率增加不大，但超過120 min 花椒酰胺總含量開始下降。因此，第二段萃取花椒油樹脂的最佳萃取時間為120 min。

由表4、表5 可知，超臨界CO2第二段萃取花椒油樹脂的最佳工藝條件是萃取壓力26 MPa，萃取時間120 min，萃取溫度50 ℃。

3 結論

綜上所述，第一段超臨界CO2萃取花椒揮發油的最佳工藝為萃取壓力10 MPa，萃取溫度50 ℃，萃取時間60 min，花椒揮發油得率達到8.52%，所得花椒揮發油花椒酰胺總含量小于10 mg/g，達到花椒揮發油花椒酰胺總含量要求；第二段超臨界CO2萃取花椒油樹脂的最佳工藝為萃取壓力26 MPa，萃取溫度50 ℃，萃取時間120 min，花椒油樹脂得率達到10.54%，所得花椒油樹脂花椒酰胺總含量達到207.3 mg/g。