同时蒸馏萃取法提取花椒挥发油的工艺优化*

罗凯，朱琳，阚建全，黄秀芳

1(西南大学食品科学学院，重庆，400716)

2(重庆市农产品加工及贮藏重点实验室，重庆，400716)

3(重庆三峡学院生命科学与工程学院，重庆，404000)

同时蒸馏萃取法提取花椒挥发油的工艺优化*

罗凯1，2，3，朱琳1，2，阚建全1，2，黄秀芳1，2

1(西南大学食品科学学院，重庆，400716)

2(重庆市农产品加工及贮藏重点实验室，重庆，400716)

3(重庆三峡学院生命科学与工程学院，重庆，404000)

分别对同时蒸馏萃取法提取花椒挥发油的影响因素、溶剂种类、原料粉碎粒度、提取时间、辅助方式进行了单因素实验。结果表明:优化的提取工艺为，选择选择乙醚作为最佳提取溶剂，花椒挥发油提取率达到了8.2%左右，所得色谱峰信息较多而且溶剂毒性较小;原料最佳粉碎粒度为40目，其挥发油的提取率达到了9.4%;最佳提取时间为3 h时，青花椒挥发油的提取率接近9.5%;超声波5 min作为最佳辅助处理方式，青花椒挥发油提取率接近12%，而且色谱峰所显示的信息较多。

花椒，挥发油，气相色谱质谱法

花椒的香气主要来自于花椒挥发油[1］。花椒挥发油是存在于花椒果皮中的一种具有挥发性的精油[2-3］。花椒挥发油提取方法主要有水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法、超临界CO2萃取法、同时蒸馏萃取法(SED)等[］，近年来多研究超临界CO2萃取法提取花椒挥发油[4-8］，但由于超临界 CO2萃取设备较贵，且原料用量大，产物也常夹杂杂质，不适合实验室对花椒挥发油的定性研究。基于以上情况，本文采用同时蒸馏萃取法对花椒挥发油进行提取，以花椒挥发油得率为主要指标，并结合气相色谱质谱分析结果来出初步衡量所提取的挥发油品质为辅助指标，对提取工艺参数进行优化，得到花椒挥发油的最佳提取工艺。

1 材料与方法

1.1 实验材料

花椒:本实验采集新鲜花椒(购于重庆江津)果实，放入恒温鼓风干燥箱烘干(45℃)至壳籽分离，取果皮做为实验样品。

1.2 实验仪器

GC-MS QP2010，日本岛津公司;FA2004电子天平，上海精科有限公司;GC QP2010，日本岛津公司;KQ3200DB超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;RE 52-98旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂;G80D23CN2P-TT微波炉，格兰仕有限公司;精油测定器，北碚特种玻璃仪器厂。

1.3 实验方法

1.3.1 同时蒸馏萃取法提取花椒挥发油

称取花椒粉(20目)约10g(准确到0.0001g)，置于2L圆底烧瓶中，加入500 mL纯水和数粒玻璃珠于电热套上加热，连接同时蒸馏萃取器，取40 mL有机溶剂加入500 mL平底烧瓶中连接在同时蒸馏萃取器另一端，水浴加热，连续萃取2h后，向平底烧瓶中加入5g无水硫酸钠，冷冻(-18℃)12 h，过滤后滤液旋转蒸发除去溶剂，得到花椒挥发油，并计算花椒挥发油提取率。

挥发油提取率/%=[挥发油质量(g)/花椒粉质量(g)］×100

1.3.2 优化参数设计

选择无水乙醚、二氯甲烷、石油醚、正己烷为提取溶剂分别进行提取;粉碎粒度分别为不粉碎、20目、40 目、80 目;提取时间分别为2、3、4、5 h;微波辅助照射30 s;超声波振荡10、5 min;加盐辅助(加入30 gNaCl，浸泡 30 min)。

1.3.3 分析方法

花椒挥发油的分析方法采用气相色谱质谱法，将提取的花椒挥发油置于50 mL容量瓶中，用提取溶剂稀释至刻度，制成供试液，取1μL进行GC-MS分析。

色谱条件:石英毛细管柱Rtx-Wax(0.25 μm×30 m×0.32 mm，100%聚乙二醇固定相);程序升温，柱温40℃，保持1min，以 3℃/min升至 65℃，再以10℃/min升至90℃，然后以1.5℃/min升至120℃，最后以 10℃/min升至230℃，保持5min;分流比25∶1;载气为高纯 He，柱前压为50 kPa，流速为1.0 mL/min;进样口温度250℃;接口温度250℃;溶剂延迟时间2.5 min。质谱条件:EI电子源，离子源温度220℃，扫描范围35～450 m/z，标准图库NIST05。

通过GC-MS自带的NIST05等质谱数据库定性分析鉴定花椒挥发油的化学成分。对总离子流图中的各峰经质谱扫描后的质谱图，由计算机质谱数据系统检索，并与标准图谱对照，结合有关文献[12］进行人工谱图解析，确定挥发油中的化学成分。利用Xcalibur谱图库工作站数据处理系统按峰面积归一化法进行定量分析，计算花椒挥发油的相对百分含量。

1.4 数据处理方法

所有实验数据取3次重复实验的平均值，采用Excel 2003计算作图。

2 结果与分析

2.1 不同有机溶剂对SDE提取花椒挥发油的影响

准确称取花椒粉(20目)约10 g(准确到0.0001g)，置于2L圆底烧瓶中，加入500 mL纯水和数粒玻璃珠于电热套上加热，连接同时蒸馏萃取器，取40 mL有机溶剂加入500 mL平底烧瓶中，选择无水乙醚、二氯甲烷、石油醚、正己烷作为提取溶剂，研究每种溶剂对花椒挥发油的影响，实验结果如图1所示。

图1 提取溶剂对青花椒挥发油提取率的影响

图1 表明，4种溶剂中，乙醚、二氯甲烷的提取率较高，其中二氯甲烷作为提取剂时，花椒挥发油的提取率达到了9.8%，采用乙醚时提取率也达到了8%以上。将4种溶剂提取得到的挥发油进行GC-MS分析，分别见图2～图5。从图2～图5中可以看出，正己烷提取物得到的色谱峰信息最少，石油醚由于含有杂质较多，出现很多杂峰，乙醚提取物和二氯甲烷提取物所得色谱图较好，两者相比较，又以乙醚提取物色谱峰信息更多，考虑到二氯甲烷虽然提取率高，但毒性较大，因此选择乙醚作为青花椒挥发油提取提取溶剂。

2.2 不同粉碎粒度对SDE提取青花椒挥发油的影响

图2 青花椒乙醚提取物的总离子色谱图

图3 青花椒二氯甲烷提取物的总离子色谱图

图4 青花椒石油醚提取物的总离子色谱图

图5 青花椒正己烷提取物的总离子色谱图

准确称取未粉碎和粉碎粒度分别为20目、40目、80目的花椒约10 g(准确到0.0001g)，置于2L圆底烧瓶中，加入500 mL纯水和数粒玻璃珠于电热套上加热，连接同时蒸馏萃取器，取40 mL有机溶剂加入500 mL平底烧瓶中，研究不同粉碎粒度对SDE提取青花椒挥发油的影响，实验结果如图6所示。

图6 粉碎程度对青花椒挥发油提取率的影响

图6 表明，随着花椒粉碎力度的增大，花椒挥发油的提取率有先提高后下降的趋势，当青花椒粉碎程度为40目时，其挥发油的提取率最高，达到了9.4%，当粒度达到80目时，花椒挥发油的提取率反而降到了9%以下，而其他2种粒度情况下花椒挥发油的提取率都低于8.5%。因此，选用40目为青花椒挥发油提取的最佳粉碎粒度。

2.3 不同提取时间对SDE提取青花椒挥发油的影响

准确称取花椒粉(20目)约10 g(准确到0.0001g)，置于2L圆底烧瓶中，加入500 mL纯水和数粒玻璃珠于电热套上加热，连接同时蒸馏萃取器，取40 mL有机溶剂加入500 mL平底烧瓶中，在提取时间分别为2、3、4、5 h的条件下，研究不同提取时间对SDE提取青花椒挥发油的影响，实验结果如图7。

图7 提取时间对青花椒挥发油提取率的影响

图7 表明，随着提取时间的延长，花椒挥发油的提取率有先增大后逐渐减弱的趋势，当提取时间为3h时，青花椒挥发油的提取率最高，提取率接近9.5%，当提取时间超过4 h后，花椒挥发油的提取率反而降到了9%以下。因此，选用3h为青花椒挥发油提取的最佳提取时间。

2.4 不同辅助条件对SDE提取青花椒挥发油的影响

准确称取花椒粉(20目)约10 g(准确到0.0001g)，置于2L圆底烧瓶中，加入500 mL纯水和数粒玻璃珠于电热套上加热，连接同时蒸馏萃取器，取40 mL有机溶剂加入500 mL平底烧瓶中，在辅助方式分别为:微波辅助照射30 s;超声波震荡10 min;超声波震荡5 min;加盐辅助(加入30gNaCl，浸泡30 min)的辅助条件下，研究不同辅助条件对SDE提取青花椒挥发油的影响，实验结果如图8。

图8 辅助方式对青花椒挥发油提取率的影响

图8 表明，采取的4种不同的辅助方式都对花椒挥发油的提取率有一定的影响，在4种辅助方式中，超声波5 min辅助处理对青花椒挥发油提取率有显著提高，提取率接近12%。将4种辅助方式提取得到的挥发油进行GC-MS分析，分别见图9～图12。通过对图9～图12中信息的分析发现，超声波5 min辅助处理的提取物色谱峰信息最多，共鉴定出77种物质，而微波辅助为24种，超声波10 min辅助处理的为47种，加盐辅助的为52种。因此，选用超声波5 min为青花椒挥发油提取的最佳辅助提取方式。

图9 青花椒微波辅助提取物的总离子色谱图

3 结论

花椒挥发油的成分比较复杂[9］，一般方法虽然能够使得挥发油的提取率较高，但可能使得挥发油中含量相对较低的成分造成损失，对花椒挥发油的品质影响较大，同时对于花椒挥发油的成分分析研究也会造成很大的影响。为了提高花椒挥发油的提取率，同时保证花椒挥发油成分的尽可能完整，必须对花椒挥发油的提取工艺进行优化。

图10 青花椒超声10 min辅助提取物的总离子色谱图

图11 青花椒超声5min辅助提取物的总离子色谱图

图12 青花椒加盐辅助提取物的总离子色谱图

本实验分别对同时蒸馏萃取法的影响因素——溶剂种类、原料粉碎粒度、提取时间、辅助方式进行了单因素实验。结果表明:采用乙醚作为提取溶剂，花椒挥发油提取率达到了8.2%左右，相对于其他溶剂，乙醚作为提取溶剂时，所得色谱峰信息较多而且溶剂毒性较小，因此选择选择乙醚作为最佳提取溶剂;原料最佳粉碎粒度为40目时，其挥发油的提取率最高，达到了9.4%，因此选择粒度40目作为最佳原料粒度;提取时间为3 h时，青花椒挥发油的提取率最高，提取率接近9.5%，因此选择提取3 h作为最佳提取时间;在四种辅助方式中，超声波5 min辅助处理对青花椒挥发油提取率有显著提高，提取率接近12%，高于其他辅助方式，而且色谱峰所显示的信息较多，因此选择超声波5 min作为最佳辅助处理方式。

[1］ 刘雄.花椒风味物质的提取与分离技术的研究[D］.重庆:西南农业大学，2003.

[2]路纯明，张小麟，赵英杰，等.花椒挥发油提取方法及其组分研究[J］.中国粮油学报，1996，11(4):12-16.

[3]赵志峰.汉源花椒风味物质研究及花椒油生产工艺优化[D］.成都:四川大学，2005.

[4]秦军，陈桐，吕晴.同时蒸馏萃取气质联用法测定花椒挥发油成分[J］.贵州工业大学学报，2001，30(6):4-5.

[5]霍文兰.超临界CO2萃取花椒挥发油的研究[J］.食品科学，2005，26(8):153-155.

[6]樊振江，纵伟.超临界CO2提取花椒精油的研究[J］.江苏调味副食品，2008，25(1):10-12.

[7］ 赵全，董继生.花椒油萃取回流工艺的研究[J］.中国调味品，2006，8(8):8-11.

[8]高逢敬，蒲彪，黄公武.花椒香气成分提取方法的研究现状[J］.四川食品与发酵2006，(4):5-8.

[9]吴素蕊.花椒香气成分的研究[D］.重庆:西南大学，2005

ABSTRACTThe influence factors of solvent，raw material granularity，extraction time on simultaneous distillation extraction method were studied by single factor experiment.The results showed that there was the best as extraction solvent，because the chromatographic peak showed more information and is relatively less toxic，the extraction rate was 8.2%;when Zanthoxylum particle size was 40 mesh，the extraction rate reached to 9.4%.The best extracting time was3h，Zanthoxylum essential oil extraction rate was 9.5%，when use ultrasonic for 5min as the assistant treatment，Zanthoxylum essential oil extraction rate could reach to 12%，and chromatographic peak showed more information.The experiment provided a good foundation in further research on zanthoxylum.

Key wordsZanthoxylum，essentialoil，GC/MS

Optimized the Condition of Simultaneous Distillation and Extraction Technology for Zanthoxylum Essential Oil

Luo Kai1，2，3，Zhu Lin1，2，Kan Jan-quan1，2，Huang Xiu-fang1，2
1(College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400716，China)
2(Chongqing Agro-product Processing and Technology Important Laboratory，Chongqing 400716，China)
3(School of life science and engineering，Chongqing Three Gorges University，Chongqing 404000，China)

在读博士研究生(阚建全教授为通讯作者)。

*国家自然科学基金项目(31071599)和重庆市科委攻关项目(CSTC，2010AC1009)

2011-11-07，改回日期:2012-05-10