鄭旭煦，殷鐘意，杜若愚，方明建，王星敏，李 強(qiáng)

(重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，廢油資源化技術(shù)與裝備教育部工程研究中心，重慶 400067)

同種溶劑兩步浸提法分離提取花椒籽皮油和仁油

鄭旭煦，殷鐘意，杜若愚，方明建，王星敏，李 強(qiáng)

(重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，廢油資源化技術(shù)與裝備教育部工程研究中心，重慶 400067)

以大紅袍花椒籽為原料，以油脂提取率為指標(biāo)，采用同種溶劑兩步浸提法分離提取花椒籽皮油和仁油，優(yōu)化其提取工藝。結(jié)果表明：采用溶劑油在優(yōu)化工藝條件下分步提取花椒籽皮油和仁油，提取率分別達(dá)到96.00%和97.51%，提取后的皮油產(chǎn)品主要含棕櫚酸、棕櫚油酸、油酸和亞油酸等飽和與不飽和高級脂肪酸甘油酯，而仁油產(chǎn)品主要含油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和高級脂肪酸甘油酯，有望開發(fā)為一種高營養(yǎng)保健食用油脂。

花椒籽；兩步浸提法；皮油；仁油；溶劑油

Abstract：Da-Hong-Pao pepper seeds were used as the raw materials to extract crust oil and kernel oil by two-step extraction technology using the same kind of solvent. The extraction processing was optimized on the basis of extraction rate. Results indicated that the extraction rates of crust oil and kernel oil with solvent oil under the optimal conditions were 96.00 % and 97.51%,respectively. The crust oil was mainly composed of saturated and unsaturated fatty acid ester such as palmitic acid, palmitolei acid, oleic acid and linoleic acid. The kernel oil mainly contained unsaturated fatty acid ester such as oleic acid, linoleic acid and linolenic acid, which can be expected as a kind of high nourishing and health edible oil.

Key words：pepper seed；two-step extraction technology；crust oil；kernel oil；solvent oil

花椒(Zanthox ylum bungeagumMaxim)屬蕓香科多年生灌木或小喬木，在我國已有2600多年的栽培歷史[1]，是我國傳統(tǒng)的“八大調(diào)味料”之一?；ń纷咽腔ń饭どa(chǎn)中的主要副產(chǎn)物，其產(chǎn)量占花椒果實(shí)的一半[2]。國內(nèi)外學(xué)者對花椒籽中化學(xué)成分進(jìn)行了較為深入的研究和報(bào)道[3-7]，其中油脂含量約27%～31%[8]，仁油中不飽和脂肪酸(PUFA)油脂含量達(dá)到90%以上，主要為α-亞麻酸和亞油酸[9]，其中α-亞麻酸是人體必需的脂肪酸和人體細(xì)胞的重要成分，具有的降血脂、降血壓、降血糖、預(yù)防和抑制心腦血管疾病、抑制癌癥的發(fā)生和轉(zhuǎn)移、抑制衰老、保護(hù)視力、增強(qiáng)智力等八大功效[10]；花椒籽油碘值較高，在空氣中易氧化聚合形成堅(jiān)硬膜層，可作為工業(yè)用油，用來生產(chǎn)涂料、肥皂、磺化油、潤滑油等化工產(chǎn)品[11]；此外，花椒籽油還可作為生產(chǎn)生物柴油的原料[12-13]，因此花椒籽是一種含油量豐富且食用、藥用及工業(yè)價(jià)值均很高的油料。但長期以來花椒籽未被充分利用，多數(shù)被當(dāng)作燃料焚燒或撒入田中作為肥料，甚至被當(dāng)作廢物丟棄。近年來，隨著我國花椒產(chǎn)量的迅速增長，如何充分利用花椒籽這一資源已備受國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。

盡管花椒籽油脂的提取方法有壓榨法[14]、溶劑法[15-16]、超臨界CO2萃取法[17]、脫皮機(jī)分離提取法[18]等，但由于成熟花椒籽具有一層堅(jiān)硬且脆的灰黑外皮，表面多灰分，僅采用傳統(tǒng)的壓榨法或溶劑法制取花椒籽油，該油色黑、酸值蠟質(zhì)高、易結(jié)晶，不能食用[19]；而脫皮機(jī)分離提取法因機(jī)械脫皮不徹底難以保證皮油、仁油的完全分離。為了實(shí)現(xiàn)花椒籽皮油和仁油的分離，本研究探討了同種溶劑兩步浸提法工藝，旨在為花椒籽皮油和仁油的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花椒籽：2006年9月采摘的陜西韓城大紅袍花椒籽。

石油醚(沸程60～90℃)、食用酒精、甲醇、乙酸乙酯、正己烷、溶劑油等(均為國產(chǎn)分析純)。

1.2 儀器與設(shè)備

GC-14C氣相色譜儀 日本島津公司；索氏提取器；ZX98H旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；SHZ-95型循環(huán)水式多用真空泵；電子天平；HH-6數(shù)顯電子恒溫水浴鍋。

1.3 方法

1.3.1 原料預(yù)處理及含油量測定

篩選飽滿無破損的有仁顆粒，20目過篩除去表面灰分及雜質(zhì)，放入105℃烘箱中烘至質(zhì)量恒定；平行稱取烘干的花椒籽3份，分別整籽粉碎，并以石油醚(10mL/g粉末)為溶劑，采用索氏提取法，按照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》測定花椒籽的含油量。

1.3.2 溶劑的選擇

分別稱取50g花椒籽皮和籽仁粉末(60目過篩)，加入不同溶劑200 m L，溫度控制在70℃，回流提取40min，抽濾，濾液減壓蒸干溶劑至質(zhì)量恒定，稱量，計(jì)算提取率。比較不同提取液加入活性炭吸附除雜前后的提取率。

1.3.3 工藝方案的確定

采用索氏提取法(提取12h)和回流提取法(提取3次)，分別對6種樣品(均平行稱取3份樣品)進(jìn)行油脂提取，比較其提取率，確定同種溶劑兩步浸提工藝方案。

1.3.4 工藝條件優(yōu)化

1.3.4.1 花椒籽皮油提取工藝及其優(yōu)化

稱取干燥的花椒籽于平底燒瓶中，加入一定量溶劑，通入N2，在一定溫度下回流提取一段時(shí)間，抽濾，回收花椒籽，濾液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中減壓蒸餾回收溶劑，然后稱量，計(jì)算花椒籽皮油提取率。采取單因素和正交試驗(yàn)法優(yōu)化工藝參數(shù)。

1.3.4.2 花椒籽仁油提取工藝及優(yōu)化

將提取皮油后的花椒籽烘干，粉碎，60目過篩。稱取一定量此種花椒籽粉末于平底燒瓶中，加入一定量溶劑，通入N2，在一定溫度下回流提取一段時(shí)間，抽濾，回收花椒籽粉末，濾液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中減壓蒸餾回收溶劑，然后稱量，計(jì)算花椒籽仁油提取率。采取單因素和正交試驗(yàn)法優(yōu)化工藝參數(shù)。

1.3.5 氣相色譜條件

色譜柱：毛細(xì)管柱PEG-20M(30m×320mm，0.25μm)；升溫程序：210℃保持9min，以20℃/min升至230℃，保持10min；載氣(N2)流速：40mL/min，進(jìn)樣量1μL；分流比：40:1。

2 結(jié)果與分析

2.1 花椒籽含油量測定

表1 花椒籽含油量Table 1 Content of oil in pepper seeds

由表1可見，花椒籽整籽粉末含油量為31.7%，手工剝離后分別提取皮油和仁油的總油脂為30.5%，二者較為接近，其細(xì)微差異可能緣于手工剝離過程中存在一些損失，造成剝離后提取的花椒籽皮油與仁油的總量略少于花椒籽整籽粉末的含油量。

2.2 提取溶劑的選擇

圖1 不同溶劑對花椒籽皮油、仁油提取率的影響Fig.1 Effects of different solvents on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

對比圖1A中的提取率可知，對于花椒籽皮油的提取，在吸附除雜前，極性較大的溶劑(食用酒精、甲醇、乙酸乙酯)提取的物質(zhì)明顯高于極性小的溶劑(石油醚、正己烷、溶劑油)；但極性較大溶劑在活性炭吸附除雜時(shí)損失量也較大，這是由于不同極性的溶劑提取的組分各不相同，極性大的食用酒精、甲醇等提取的組分多為糖分、甾醇類物質(zhì)以及一些色素，而極性小的石油醚、正己烷、溶劑油提取的組分主要為油脂。因此，采用非極性溶劑提取皮油的效果明顯優(yōu)于極性溶劑，尤以正己烷、溶劑油較為適宜。圖1B顯示，花椒籽仁油的提取情況和皮油的相似，適宜溶劑仍為正己烷和溶劑油，考慮到溶劑油為目前最廣泛使用的食用油脂提取溶劑，故本研究選用溶劑油作為提取溶劑，分別提取花椒籽皮油和仁油。

2.3 同種溶劑兩步浸提工藝方案的確定

表2 兩步浸提工藝可行性分析Table 2 Feasibility analysis of two-step extraction technology

由表2可知，整籽提取皮油時(shí)不會把花椒籽皮內(nèi)的仁油提取出來，將提取皮油后的花椒籽粉碎后再提取仁油，可以實(shí)現(xiàn)花椒籽皮油、仁油的完全分離，表明本研究采用的同種溶劑兩步浸提工藝能夠?qū)崿F(xiàn)皮油、仁油的分離提取。此外，表2還顯示，回流提取與索氏提取效果接近，考慮生產(chǎn)成本，本研究選擇回流提取法來分離提取花椒籽的皮油和仁油。

2.4 同種溶劑兩步浸提工藝優(yōu)化

2.4.1 提取時(shí)間對皮油、仁油提取率的影響

圖2 提取時(shí)間對皮油、仁油提取率的影響Fig.2 Effect of extraction time on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

在提取溫度為70℃、溶劑用量分別為10mL/g和15mL/g、提取次數(shù)為1次條件下，分別考察提取時(shí)間對花椒籽皮油、仁油提取率的影響(圖2)。

由圖2A可知，花椒籽皮油提取率隨提取時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增大后降低的變化趨勢，在160min時(shí)提取率達(dá)到最大。這是由于隨著加熱溶劑浸泡時(shí)間的增加，油脂逐漸地溶出，花椒籽表皮的皮油與溶劑中皮油的濃度差逐漸減小，以至達(dá)到平衡，之后，若繼續(xù)延長提取時(shí)間(超過160min)，溶劑中的皮油又被表面粗糙的花椒籽再度吸附[20]，導(dǎo)致提取率降低。因?yàn)槭钦烟崛?，顆粒大、比表面積小，造成達(dá)到溶解平衡所需時(shí)間(160min)較長。由圖2B可知，花椒籽仁油的提取率僅在提取時(shí)間為40min便達(dá)到了最大，比皮油提取時(shí)間縮短了很多。這是因?yàn)槿视吞崛≡蠟榛ń纷逊勰?，粒徑明顯小于花椒籽整籽，花椒籽粉末比表面積的增加促使傳質(zhì)面積的增大，加快了傳質(zhì)速率。

2.4.2 提取溫度對皮油、仁油提取率的影響

在提取時(shí)間為40min、溶劑用量分別為10mL/g和15mL/g、提取次數(shù)為1次條件下，分別考察提取溫度對花椒籽皮油、仁油提取率的影響(圖3)。

圖3 提取溫度對皮油、仁油提取率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

由圖3可知，隨著提取溫度的升高，花椒籽皮油、仁油的提取率明顯提高，這是因?yàn)檩^高的溫度有利于分子擴(kuò)散，有利于油脂在溶劑中的溶解，但溫度過高又容易使油脂性質(zhì)發(fā)生改變(降解、分子重排等)，所以選擇合適的提取溫度對油脂的提取非常關(guān)鍵。圖3B也顯示，在提取溫度達(dá)到40℃以后，仁油提取率增幅不大。

2.4.3 溶劑用量對皮油、仁油提取率的影響

在提取時(shí)間40min、提取溫度70℃、提取次數(shù)1次條件下，分別考察溶劑用量對花椒籽皮油、仁油提取率的影響(圖4)。

圖4 溶劑用量對皮油、仁油提取率的影響Fig.4 Effect of solvent amount on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

由圖4可知，花椒籽皮油和仁油的提取率都隨溶劑用量的增加呈現(xiàn)先增加后減小的變化過程，這是由于在提取過程中，隨著溶劑用量的增加，花椒籽皮與溶劑間的油脂濃度差越大，油脂提取量越大，但在有限的提取時(shí)間(40min)內(nèi)，隨著溶劑用量的增加，油脂提取量并非都能達(dá)到最大，加上溶劑回收負(fù)荷的增加，導(dǎo)致花椒籽皮油、仁油提取率反而降低。

2.4.4 提取次數(shù)對皮油、仁油提取率的影響

雖然可以通過選擇適宜的溶劑用量、提取溫度、提取時(shí)間使單次提取的提取率達(dá)到最大，但溶解平衡一旦建立，油脂便不再溶出，難于通過單次提取方法將花椒籽中的油脂完全提取。本實(shí)驗(yàn)在提取時(shí)間為40min、提取溫度為70℃、溶劑用量為10mL/g條件下，分別考察提取次數(shù)對花椒籽皮油、仁油提取率的影響(圖5)。

圖5 提取次數(shù)對皮油、仁油提取率的影響Fig.5 Effect of repeated extraction number on extraction rates of crust oil and kernel oil from pepper seeds

由圖5可知，提取次數(shù)由1次增加到3次，提取率增幅較大，但提取次數(shù)超過3次后再增加次數(shù)，提取率增幅較小或者甚微。

2.4.5 正交試驗(yàn)

表3 花椒籽皮油提取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Results of orthogonal experiments for optimizing extraction processing of crust oil from pepper seeds

以單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，選取4因素3水平的正交表L9(34)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，分別優(yōu)化花椒籽皮油和仁油的提取工藝。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分別見表3、4。

由表3可知，花椒籽皮油提取的極差RD＞RC＞RB＞RA，說明提取次數(shù)對皮油提取率的影響最大，其次是溶劑用量和提取溫度，提取時(shí)間在實(shí)驗(yàn)選擇的范圍內(nèi)影響較小，最優(yōu)水平組合均為A2B3C3D3。由表4可知，花椒籽仁油提取的極差RD＞RA＞RC≈RB，說明提取次數(shù)對仁油提取率的影響最大，其次是提取時(shí)間，而溶劑用量和提取溫度在實(shí)驗(yàn)選擇的范圍內(nèi)影響較小，最優(yōu)水平組合均為A2B3C2D3。

表4 花椒籽仁油提取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 Results of orthogonal experiments for optimizing extraction processing of kernel oil from pepper seeds

2.4.6 最優(yōu)水平驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

因A2B3C3D3和A2B3C2D3組合并非為正交試驗(yàn)表3、4中所列試驗(yàn)，故對該兩個(gè)水平組合進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果為：皮油在A2B3C3D3組合時(shí)的提取率為96.00%，優(yōu)于表3中A1B3C3D3組合的提取率(92.90%)，因此確定A2B3C3D3為皮油提取的最優(yōu)工藝條件，即提取時(shí)間160min、提取溫度70℃、溶劑用量25mL/g、提取3次；而仁油在A2B3C2D3組合時(shí)的提取率為98.03%，略高于表4中A2B1C2D3組合的提取率97.51%，考慮到提高溫度將增加提取成本，故選取仁油提取的優(yōu)化工藝條件為A2B1C2D3，即提取時(shí)間40min、提取溫度60℃、溶劑用量15mL/g、提取3次。

采用選取的優(yōu)化工藝條件進(jìn)行同種溶劑兩步提取，可提取皮油9.6%、仁油21.2%，總提取率30.8%，與表1的原料含油率接近。

2.5 花椒籽皮油、仁油產(chǎn)品的脂肪酸組成

將溶劑油提取的花椒籽皮油和仁油產(chǎn)品完全甲酯化后采用氣相色譜儀進(jìn)行定量分析，結(jié)果見表5。

表5 花椒籽皮油、仁油產(chǎn)品的脂肪酸組成Table 5 Fatty acid compositions of crust oil and kernel oil from pepper seeds

由表5可知，花椒籽皮油和仁油產(chǎn)品的脂肪酸組成顯著不同，花椒籽仁油富含α-亞麻酸、亞油酸和油酸等不飽和高級脂肪酸甘油酯，是一種非常好的高營養(yǎng)保健食用油脂；而花椒籽皮油除了富含棕櫚酸、棕櫚油酸、油酸、亞油酸等飽和與不飽和高級脂肪酸甘油酯外，還含有較多游離脂肪酸、膠質(zhì)和蠟質(zhì)等，不能作為食用油加以利用，只能用作工業(yè)溶劑或生物柴油生產(chǎn)的原料。

3 結(jié) 論

采用同種溶劑兩步浸提工藝提取花椒籽皮油和仁油，可以實(shí)現(xiàn)花椒籽油脂的分離提??；在本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的工藝條件下，花椒籽皮油和仁油的提取率分別達(dá)96.00%和97.51%；提取后的皮油產(chǎn)品主要含棕櫚酸、棕櫚油酸、油酸、亞油酸等飽和與不飽和高級脂肪酸甘油酯，而仁油產(chǎn)品主要含油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和高級脂肪酸甘油酯，有望開發(fā)為一種高營養(yǎng)保健食用油脂。

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Extraction of Crust Oil and Kernel Oil from Pepper Seeds by Two-step Extraction Technology

ZHENG Xu-xu，YIN Zhong-yi，DU Ruo-yu，F(xiàn)ANG Ming-jian，WANG Xing-min，LI Qiang
(Engineering Research Center for Waste Oil Recovery Technology and Equipment, Ministry of Education, College of Environment and Bioengineering, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, China)

TQ645.1

A

1002-6630(2010)22-0180-05

2010-01-11

重慶市科技攻關(guān)項(xiàng)目(CSTC，2008AC1035)；重慶市高校優(yōu)秀成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(KJZH08211)

鄭旭煦(1964—)，女，教授，博士，主要從事生物質(zhì)資源化技術(shù)研究。E-mail：wuwuzheng@ctbu.edu.cn