花椒麻味成分的提取与分离技术

刘 雄  西南农业大学食品科学学院，北碚，400716：博士，副教授

阚建全 重庆四面山花椒开发有限责任公司，江津，402260

付陈梅

陈宗道

聂勋杰

摘 要 花椒是我国特有的、资源丰富的一种调味品和中药原料，辛麻味是其主要的风味特征。文中通过单因素和正交试验确定了超临界c()，萃取花椒麻味成分的最佳工艺条件为：原料粒度60目，萃取时间2 h，流量21 ，温度55℃ ，压力36MPa，油树脂得率达12．83％。采用超临界c02分离花椒油树脂中麻味成分的适宜工艺条件为：分离器1分离压力12 MPa，温度40℃ 。分离器I花椒油树脂得率为1．85 96，其中挥发油含量为600．28 mg／g。试验结果表明，采用此工艺可对花椒麻味成分进行有效地提取与分离。

关键词 花椒，麻味成分，超临界c02，萃取，分离

花椒(Zanthoxylum L．)属芸香科，其果皮被誉为“八大调味品”之一，是家庭常用烹饪调料和中药配料。研究表明，花椒的化学成分主要有挥发油、生物碱、酰胺、木脂素、香豆素和脂肪酸等，而花椒中以花椒素为代表的链状不饱和脂肪酸酰胺是花椒特有的强烈的辛麻味的主要成分 。这类花椒酰胺类化合物具有生物活性，如7一山椒素和羟基一7一山椒素具有抗血小板凝集因子作用_2 J，a一山椒素、I3一山椒素等多烯酰胺能松驰胃体的环形肌和回肠纵向肌，并且a一山椒素对蛔虫有致命的毒性_3 J。然而国内外对花椒特有的辛麻味成分的提取、分离、应用方面研究甚少。本研究针对我国花椒资源丰富而加工利用技术缺乏的现状，利用超临界CO 萃取和分离花椒麻味成分，促进花椒的精深加工和综合利用技术的发展，扩大花椒产品应用范围，从而推动我国花椒产业化的发展。

1 材料与方法

1．1 主要试验材料

青川椒：由重庆四面山花椒开发有限公司提供；CO2：纯度99．95％。

花椒麻素标准品：西南农业大大学食化教研室提供。

1．2 试验仪器与设备

超临界CO，萃取装置：HA121—50—01型，江苏华安超临界萃取有限公司；JA2003电子天平：上海精密科学仪器厂；752紫外光栅分光光度计：上海精密科学仪器厂；其他为实验室常规仪器。

1．3 试验方法

1．3．1 工艺流程

花椒粒一萃取缸一加热一泵入Co，气体一分离器I一分离器II一萃取物

1．3．2 萃取条件对萃取效果的影响

将花椒按试验设计粒度粉碎后装入萃取缸中，密封后进行加热升温到设定温度，泵入CO7气体将萃取缸压力升高到设计压力后，调节流量，萃取花椒油树脂。溶有花椒油树脂的流体在分离器I和分离器Ⅱ中进行CO 的分离，分离条件均为40℃ 、6 MPa。萃取到设定时间后，从分离器中放出萃取物计量并计算。

根据可能影响萃取效果的因素：压力、温度、CO，流量、时间及其粒度进行试验，首先探讨出各单个因素对萃取效果的影响，然后以正交试验优化试验条件。

1．3．3 分离条件对花椒麻素分离效果的影响

通过调节分离器I的温度、压力，将从萃取缸中提取出的花椒油树脂进行分离，将易挥发成分随Co，流体进入分离器Ⅱ，从而提高分离器I中花椒麻素含量。分离器I温度分别选择30、40、50℃ ，分离压力分别选择8、12、16 MPa。

萃取条件取用1．3．2得到的最优条件。

1．4检测项目与方法

1．4．1 花椒麻味成分含量检测  将标准品用甲醇配制成一系列浓度的花椒酰胺的溶液(>g／mL)。在254 nm 检测其吸光度值，以吸光度为纵坐标，对应标准样品的含量为横坐标，作标准曲线。

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浓度 g．mL一

图1 花椒麻味物质含量标准曲线图

计算得出该曲线的回归方程为：= 0．008 413 9x (R =0．999 8)精确称取1 mg花椒油树脂加入10 mL甲醇混合后移入25 mL的分液漏斗中振荡萃取，萃取液移入50mL容量瓶中，不溶物再分别用10mL甲醇萃取2次，萃取液合并入第1次萃取的甲醇液中，再加入甲醇至容量瓶刻度，盖紧，摇匀后，取适当体积用分光光度计在254nm 波长下检测其吸光值，根据标准曲线回归方程计算样品中麻素含量。

1．4．2 花椒麻味萃取率检测

麻素萃取率／％ =x 100 原料质量×原料中麻素含量

1．4．3 花椒油树脂得率检测

花椒油树脂得率／％ =

X 100 样品质量

2 结果与讨论

2．1 影响超临界CO2萃取效果的因素

2．1．1 原料粒度

原料粒度是超临界萃取首要考虑的参数之， 它通过影响溶剂和溶质在固体物料中的渗透速度和扩散速度，来影响溶质的溶出速度。固定萃取压力30 MPa、萃取温度35℃ 、CO，流量15kg／h、萃取时间1 h的条件，考察物料粒度为20、40、60、80目时的萃取效果，结果见图2。

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— ◆一油树脂得率—● 一麻素萃取率

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图2 粒度对萃取效果的影响

由图2可以看出，在一定粒度范围内，粒度减小，花椒油树脂萃取得率随之升高，在粒度40目时，得率最高达8．60％ ，当粒度进一步降低时，得率则呈下降趋势，这可能是因为粒度小，溶出路径缩短，有利于溶质的渗透溶出，但粉碎过程中，物料与刀片剧烈摩擦产热，使易挥发物质挥发、分解而损失，导致油树脂得率降低，粒度过细还易造成物料板结。而花椒麻素在60目时萃取率最高，因为该类物质不易挥发。

2．1．2 萃取温度

在粒度40目、流量15 kg／h、时问1 h、压力为30 MPa时，温度为35、40、45、50℃ 的萃取效果如图3所示。

图3表明，在此萃取压力下，随温度升高，花椒油树脂得率增加，花椒麻素萃取率相应增加；但当温度超过45℃ ，花椒油树脂得率增量趋于平稳。这是由于在此高压区，超临界C()，流体密度高，可压缩性小，温度升高对流体密度改变小，但可明显提高溶质的蒸汽压和扩散系数，使流体溶解能力大大提高。但温度过高，流体密度和粘度下降，会降低液体对溶质的溶解度 。

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图3 温度对超临界萃取效果的影响

2．1．3 萃取压力

在粒度40目、萃取温度45℃ 、CO2流量15kg／h、萃取时间1 h条件下，压力为20、25、30、

35 MPa的萃取效果见图4。

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+ 油树脂得率—-一麻素萃取率

图4 压力对萃取效果的影响

从图4可看出，在此萃取压力范围内，花椒油树脂得率随萃取压力增加而增加，压力增加对花椒油树脂得率的改变幅度并不大。而萃取压力对麻素萃取率的影响较大，特别是压力低于30MPa时，影响最明显。这主要是由于花椒油树脂中主体成分是易溶于超临界CO 的挥发油，在超临界CO，溶解度相对较低的非挥发性的呈味部分含量低，而在20～35MPa的压力范围内，萃取压力的变化主要影响非挥发性成分的溶出，因而花椒油树脂得率的变化幅度低。

2．1．4 萃取时间

在粒度40目、萃取压力30 MPa、萃取温度45℃ 、CO2流量15 kg／11的条件下，时间为0．5、

1、1．5、2 h的萃取效果见图5。

图5表明，时间对萃取得率的影响比较明显，随着萃取时间的延长油树脂得率不断升高，(114)

但时间超过1．0h，萃取得率升高变的缓慢。而花椒麻素在前1 h内萃取率较低，在1～1．5 h内萃取率上升较大，超过1．5 h则增幅减小。这表明花椒中挥发油极易溶于CO，流体中，在0．5 h内，绝大部分挥发油已被萃取出。而花椒麻素溶出速率较低，需较长萃取时间，但花椒麻素在花椒中含量低，因而对油树脂得率影响较小。

2．1．5 C0，流量

在物料粒度40目、萃取温度45℃ 、萃取压力32 MPa、萃取时间1 h条件下，CO 流量分别为10、15、20、25 kg／11的萃取效果见图6。

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+ 油树脂得率+ 麻素萃取率

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图5 时间对萃取效果的影响

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流量／kg．h

+ 油树脂得率+ 麻素萃取率

图6 流量对萃取效果的影响

从图6可以看出，随着CO，流量的增大，花椒油树脂得率也随之升高。但当流量超过20kg／h时，得率变化减缓。而麻素萃取率则随流量增加而增大。因为适当增加流量，可使流体流经原料层的速度增加，增大萃取过程的传质推动力，有利于花椒中非挥发性成分的溶出；同时增加流量可增大溶剂与物料量比，使可溶性物质的溶出速度加快，萃取效率提高。但溶剂流速过快，超过溶质从物料内向溶剂中扩散的速度，则并不能增加溶质的溶出速度，只能增加cch的消耗量和动耗l6 J，因此，综合考虑以选用20 kg／h较适宜。

2．1．6 超临界CO2萃取最佳条件的确定

根据单因子试验结果，选择5因素4水平正交试验(Ll64 )，因素水平见表1，结果与分析见表2。

表1 正交试验设计

通过正交试验发现，影响花椒麻素得率的主次因素为C>D>E>B>A，即压力>时间> 流量> 温度> 粒度，最佳组合为A3B4C3D4E3，花椒麻素超临界萃取的最佳工艺条件为：原料粒度60目，萃取时间2h，流量21kg／h，温度55℃ ，压力36MPa。

2．2 超临界CO，对分离花椒麻素效果的研究

在超临界萃取花椒麻素的最佳工艺条件下，花椒油树脂得率达12．83％，花椒麻素的萃取率可达93．21％ ，花椒油树脂中麻味成分含量为99．33 mg／g。在此萃取条件下利用超临界萃取设备中的二级分离器进一步从花椒油树脂中分离浓缩花椒麻素，由于C()，在分离器Ⅱ分离后通过回路进入贮气罐循环使用，为保持CO 气体的纯度，分离器Ⅱ分离条件选定为：温度50℃ ，压力4～6MPa(与贮气罐压力平衡)。

表3 分离条件对花椒油树脂脱油效果的影响

从表3可发现，在分离压力为16 MPa、分离温度30℃ 和分离压力为16 MPa、分离温度40℃时，分离器I的花椒油树脂中麻素含量最高，但在分离器Ⅱ中花椒油树脂有强烈麻味，说明花椒油树脂中辛麻成分在分离器I未能完全分离。而在分离压力为12MPa，分离温度40℃时，分离器I中花椒油树脂的麻素含量相对较高，且在分离器Ⅱ中的花椒油树脂麻素含量相当低其余几组试验条件下，分离器I中花椒油树脂的麻素均较低。因此，利用二级分离来分离花椒油树脂中麻素的适宜分离条件为：分离器1分离压力12 MPa，温度40℃ 。分离器I花椒油树脂得率为1．85％，麻素含量为600．28nag／g。

3 结 论

(1)超临界Co2提取花椒麻味成分的最佳工艺条件为：原料粒度60目，萃取时间2h，流量21 kg／h，温度5512，压力36 MPa。在此条件下，花椒油树脂得率达l2．83％，花椒麻素的萃取率可达93．21％，花椒油树脂中麻味成分含量为99．33 mg／g。

(2)采用超临界CO2分离花椒油树脂中麻

素的适宜工艺条件为：分离器工分离压力12MPa，温度40℃ 。分离器I花椒油树脂得率为1．85％ ，其中花椒麻素含量为600．28 mg／g。该方法可将花椒油树脂中香气成分和辛麻成分

有效分离，为花椒系列产品的开发奠定了基础。