超声波法辅助提取花椒油树脂*

陶志杰，王睿，王改玲，许汪明，孙晓侠，钱时权，邵杰

1(蚌埠学院生物与食品工程系，安徽蚌埠，233030)

2(成都市青白江区农村发展局，四川 成 都，610300)

超声波法辅助提取花椒油树脂*

陶志杰1，王睿2，王改玲1，许汪明1，孙晓侠1，钱时权1，邵杰1

1(蚌埠学院生物与食品工程系，安徽蚌埠，233030)

2(成都市青白江区农村发展局，四川 成 都，610300)

以四川花椒为原料，利用超声波细胞破碎法正交试验设计优化提取油树脂。结果表明:料液比为影响提取效果的显著因子，其次是超声输出功率，影响较小的因素是乙醇浓度和超声工作时间。通过该法优化后的提取工艺条件为:80℃条件下，料液比为1∶10，乙醇体积分数55%，超声输出功率210 W，工作时间5 min。在该工艺条件下提取一次花椒油树脂的最大提取率为34.6%。

花椒，油树脂，超声萃取，正交试验

油树脂(oleoresin)是指采用适当的溶剂从辛香料原料中将其香气和口味成分尽可能抽提出来，再将溶剂蒸馏回收，制成稠状的含有油树脂的树脂性产品。其成分主要有挥发性成分、辛辣成分、色素、树脂及一些非挥发性的油脂和多糖类化合物。与精油相比，油树脂的香气更丰富，口感更丰满，具有抗菌、抗氧化等功能。油树脂能大大提高香料植物中有效成分的利用率。花椒(Zanthoxylum bungeanum)为芸香科花椒属植物，性味辛、温，有小毒，具有除腥提香、芳香健胃、温中散寒、除湿止痛、杀虫止痒、扩张血管降低血压等功效，所以不仅是一种具有麻香味的调味食用香料，也可以作为中药材，被誉为“八大味”之一[1］。曹雁平等超声辅助提取花椒油树脂检出18种化合物，1-乙基-6-亚乙基环辛烯为含量最大的挥发性成分，占32.04%;其次是D-柠檬烯、乙酸芳樟酯、芳樟醇，分别占20.92%、12.11%、10.92%[2］。花椒油树脂是现代食品工业、餐饮业中重要的辅料之一。

近年来，超声波提取法由于操作简便、不破坏提取物结构、提取率高等优点，已被广泛用于天然植物的有效成分提取[3］。本实验采用超声提取法通过单因素试验和正交优化试验对超声作用时间、输出功率、料液比、乙醇浓度和超声作用温度等因素进行研究，并分析各因素的变化规律。以期获得超声辅助乙醇提取花椒油树脂的优化工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

原料:花椒，市售，产地四川。

试剂:无水乙醇，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司;无水Na2SO4，分析纯，天津金汇太亚化学试剂有限公司。

仪器:JM纪铭电子天平，浙江余姚纪铭称重校验设备有限公司;FW-100型高速万能粉碎机，北京市永光明医疗仪器厂;JP300超声波萃取仪，武汉嘉鹏电子有限公司;RE52CS型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 花椒油树脂的提取与测定

取10 g颗粒大小40～60目[4］的干花椒粉末于250 mL锥形瓶中，按一定料液比加入不同浓度乙醇溶剂浸泡1 h，用超声波法在60℃提取温度下萃取一定时间，抽滤，滤液用无水Na2SO4干燥后于旋转蒸发仪蒸干溶剂得花椒油树脂，称量，计算提取率[5］。

1.2.2 实验设计

1.2.2.1 花椒油树脂提取的单因素试验

称取10 g的花椒粉末，在不同试验条件下进行超声波破碎，根据花椒油树脂提取率测定结果，对提取工艺中主要因素:(1)超声输出功率;(2)乙醇浓度;(3)料液比;(4)超声时间;(5)超声温度进行分析。探讨上述5个因素[6-7］对花椒油树脂提取效果的影响。

1.2.2.2 正交实验设计

在以上单因素试验的基础上，进行4因素3水平正交试验，采用L9(34)正交实验设计方案进行优化提取实验[8］，因素水平见表1。

表1 正交试验因素水平表

2 结果与分析

2.1 单因素实验分析

2.1.1 超声输出功率对花椒油树脂提取率的影响

在工作时间30 min，乙醇体积分数95%，料液比1∶4的条件下，超声波输出功率对花椒油树脂的提取有较大影响，输出功率过小，使得组织破碎不完全，花椒油树脂的提取率偏低。而随输出功率增大，有利于液体中空穴的形成，产生更多的空化泡，使破碎作用增强，提取率增加[9］。但当输出功率超过210 W后，得率总体下降，分析原因可能是挥发性物质的结构破坏导致提取率下降。可见超声波输出功率对花椒油树脂提取率有明显影响。因此，由图1所示应控制超声波输出功率在210 W最佳。

图1 超声输出功率对花椒油树脂提取率的影响

2.1.2 乙醇浓度对花椒油树脂提取率的影响

提取时间30min，超声输出功率150W，料液比1∶4，提取溶剂乙醇不同浓度对花椒油树脂提取率的影响如图2所示。当乙醇体积分数为65%时花椒油树脂得率最高，达19.5%。不同浓度下提取的油树脂都为深褐色膏状物，但当乙醇体积分数为95%时，提取物中不仅有膏状物还出现黄绿色油状物。提取物成分复杂，该成分主要是烯烃为主的花椒精油[10］。

2.1.3 料液比对花椒油树脂提取率的影响

图2 乙醇浓度对花椒油树脂提取率的影响

由图3可知，在工作时间30 min，超声波输出功率150 W，乙醇体积分数95%的条件下，随着料液比的增大，花椒油树脂提取率增高。当料液比达到1∶8时，提取率达到最大值。至此以后，随着料液比加大，提取率不但没有明显变化，而且造成溶剂的浪费，为后期的浓缩干燥也带来麻烦。所以料液比为1∶8时是超声萃取花椒油树脂的最佳料液比。

图3 料液比对花椒油树脂提取率的影响

2.1.4 超声作用时间对花椒油树脂提取率的影响

由图4可知，超声作用10 min即可达到提取率18%，随着超声时间的延长提取率不再变化，说明花椒油树脂已达到最大提取率。与未经超声提取相比提高4%，增加了28.6%。通过超声波法提取花椒油树脂，可明显增加提取效果。

图4 超声时间对花椒油树脂提取率的影响

2.1.5 超声作用温度对花椒油树脂提取率的影响

随着超声提取环境温度的升高，花椒油树脂的提取率增加，结果见图5。为了提高提取效果，应尽可能选择高温。由于本实验超声仪器设备没有加热功能，需要人工加热水来控制温度，保持恒定的高温较为困难，所以正交优化试验仅选择80℃为提取温度。

图5 超声作用温度对花椒油树脂提取率的影响

2.2 花椒油树脂超声提取工艺优化

2.2.1 正交试验

超声波萃取花椒油树脂的正交试验结果见表2，方差分析结果见表3。

由表2，表3可知，超声波提取法的这4种影响因子中，各因子对花椒油树脂提取率的影响程度依次为A＞C＞B＞D。影响最为显著的因子是料液比，其次是超声输出功率和乙醇浓度，超声波工作时间影响最小。综合各因子的k值比较可得到A3B1C2D1为最佳提取条件，即料液比为1∶10，乙醇体积分数55%，超声输出功率210 W，工作时间5 min。

表2 正交试验结果

表3 正交试验方差分析结果

2.2.2 验证试验

取5份同等条件的花椒粉末各10 g，按照正交试验最佳超声破碎工艺提取并测定，测得花椒油树脂的平均提取率为34.6%，RSD=1.58%，结果表明该工艺稳定可行。

2.3 提取效果比较

与张雪松正交优化花椒油树脂提取率32.5%相比，结果高出2.1%。最关键的是提取时间缩短为乙醇浸提法的1/12，节省很多时间。

3 结论

(1)花椒油树脂经超声波辅助与未经超声波提取相比，提取率增加6.5%，提取时间仅为5 min。

(2)超声辅助乙醇提取花椒油树脂最佳实验室条件为:80℃条件下，料液比为1∶10，乙醇体积分数55%，超声输出功率210 W，工作时间5 min。在该工艺条件下提取一次花椒油树脂的最大提取率为34.6%。

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[2]曹雁平，张东.超声辅助提取和超临界CO2萃取花椒油树脂的挥发性成分对比分析[J］.食品科学，2010，31(16):165-167.

[3]曹雁平，郝长春，任怡，等.花椒油树脂的低强度多频超声浸取特性研究[J］.食品与发酵工业，2006，32(3):99-102.

[4]王志民，张国栋，马力，等.花椒油树脂的提取和微胶囊制备[J］.四川工业学院学报，2003(3):36-38.

[5]张雪松，朱媛.乙醇法提取花椒油树脂的研究[J］.食品与生物技术学报，2008，27(2):75-77.

[6]袁敏，郭应贵，杨兴兵.超声波提取花椒挥发油的工艺研究[J］广州化工，2010，38(1):98-101.

[7]王景信.桂皮油树脂的超声波提取及其抗氧化性研究[J］.中国调味品，2011，36(9):110-112.

[8]彭永芳，乔永锋，骆小海，等.正交试验法优选花椒挥发油的提取工艺[J］.中国调味品，2009，34(4):70-71.

[9]余汉谋，肖海鸿，姜兴涛，等超声波辅助萃取山奈油树脂的工艺研究[J］.香料香精化妆品，2011(4):1-5.

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ABSTRACTThe optimum extracting conditions of oleoresin from Zanthoxylum bungeanum with ultrasonic were studied by the orthogonal test design.The results showed that solid/solvent ratio was the significant factor，followed by output power of ultrasonic，but ethanol concentration and working time have little effect.Optimum extracting condition were as follows:under 80℃，solid/solvent ratio 1∶10，ethanol concentration 55%，output power 210W，ultrasonic working time 5min.The extraction rate of oleoresin was 34.6%under the optimal condition.

Key wordszanthoxylum bungeanum，oleoresin，ultrasonic extraction，orthogonal experiment

Optimization of Extraction of Zanthoxylum bungeanum Oleoresin with Ultrasonic Assistance

Tao Zhi-jie1，Wang Rui2，Wang Gai-ling1，Xu Wang-ming1，Sun Xiao-xia1，Qian Shi-quan1，Shao Jie1
1(Department of Biology and Food Engineering，Bengbu College，Bengbu 233030，China)
2(Qingbaijiang District Village Development Bureau，Chengdu 610300，China)

硕士研究生(邵杰为通讯作者，Email:shaoj9099@163.com)。

*安徽省教育厅科研项目(KJ2009B076)

2012-04-14，改回日期:2012-06-13