花椒油的超声提取及其特性研究.docx
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花椒油的超声提取及其特性研究
摘要…………………………………………………………………………………
（1）
关键词…………………………………………………………………………………
（1）
Abstract………………………………………………………………………………
（1）
Keyword………………………………………….……………………………………
（2）
1.实验部分………………………………………….……………………………………（3）
1.1实验仪器与药品………………………………….………………………………（3）
1.1.1实验仪器……………………………………………………………….….（3）
1.1.2实验药品………………………………………………………….….……（3）
1.2实验方法…………………………………………………………………………（3）
1.2.1超声提取法………………………………………………………….……（3）
1.2.2加热提取法………………………………………………………….……（3）
1.2.3花椒油酸值的测定………………………………………………….……（4）
1.2.4花椒油碘值的测定………………………………………………….……（4）
1.2.5花椒油过氧化值的测定…………………………………………….……（4）
2.结果与讨论……………………………………………………………………………（4）
2.1花椒油提取工艺条件实验………………………………………………………（4）
2.1.1溶剂对花椒油提取率的影响…………………………………….………（4）
2.1.2提取温度对花椒油提取率的影响…………………………….…………（4）
2.1.3提取时间对花椒油提取率的影响…………………………………….…（5）
2.1.4液固比对花椒油提取率的影响…………………………………….……（6）
2.2最佳工艺条件组合实验…………………………………………………………（6）
2.3提取条件对花椒油性能的影响………………………………………………（6）
2.3.1提取方法和溶剂对花椒油特性的影响…………………………….……（6）
2.3.2提取温度对花椒油特性的影响……………………………….…………（7）
2.3.3提取时间对花椒油特性的影响……………………………………..…（8）
2.3.4液固比对花椒油特性的影响………………………………………….…（8）
3.结论………………………………………………………………………………....…（9）
参考文献……………………………………………………………………………...…（9）
花椒油的超声提取及其特性研究
余华
指导老师阳光
（吉首大学化学化工学院湖南吉首416000）
摘要：
以花椒籽为原料，对超声提取和加热提取花椒油的工艺条件进行了研究，考查了两种提取方法和溶剂、温度、时间及液固比对花椒油的提取率、酸值、碘值和过氧化值的影响。
实验结果表明，用95%乙醇为提取溶剂，在60℃温度和液固比为3︰1（mL/g）时，超声提取90min，花椒油的提取率可达7.8%，是相同条件下加热提取法花椒油提取率的1.489倍。
结果还表明，用超声法提取的花椒油，其酸值、碘值和过氧化值比加热法稍大，但变化幅度较小，对油品质影响不大。
关键词：
超声波；花椒油；提取；过氧化值
ResearchonCharacteristicandExtractionTechnologywithUltrasonicExtractionoftheZanthoxylumOil
YuHua
TeacherYangGuang
（CollegeofChemistryandChemicalEngineering,JishouUniversity,JishouHunan,416000）
Abstract:
Theextractiontechnologyoftheoilfromzanthoxylumnucleuswasstudiedwithultrasonicextractionandcalefactionextraction.Theeffectofdifferentsolvents,timeandtheratioofliquidtosoildontheextractionefficiency,acidvalue,iodinevalueandperoxidevaluewereinvestigated.Theresultsshowthattheproductrateofthezanthoxylumoilwithultrasonicextractioncanreach7.8%undertheconditionasfollow:
95%ethanolassolvent,theratioofliquidtosoildis3︰1（mL/g）,tempratureis60℃andtimeis90min.Theextractionefficiencyis1.489timesthanthatofcalefactionextrationunderthesameconditions.Acidvalue,iodinevalueandperoxidevalueofzanthoxylumoilwithultrasonicextrationislittlerhigherthanthatofcalefactionextration.Aninsignigicanteffectonoilqualitybetweentheultrasonicextractionandcalefactionextractionwasobserved.
Keywords:
Ultrasonicwave,ZanthoxylumOil,Extration,Peroxidevalue
花椒属芸香科，其别名有大椒、秦椒、岩椒、大红袍、山椒等，是重要的调味品、香料及木本油料树种之一。
花椒为落叶灌木或小乔木，高3-7m，植后2-3年开始开花结果，花期3-5月，果期7-10月；果实呈圆球或卵形，气香，成熟时果皮为红色至紫红色，可供药用和食用[1]。
花椒被誉为“八大味”之一，具有特殊麻、辣涩味，为常用调味芳香佳品[2]。
花椒亦有药理功能，为传统的药用植物，有温中止痛、杀虫止痒之功效[3]。
近年来的研究表明，花椒具有多种生理活性，对胃溃疡、肝损害及功能性腹泻等有较好的疗效[4]。
花椒还具有抗氧化，调血脂，抗血小板，抗血栓及调节免疫功能等作用。
花椒是我国的特产，年产花椒籽约1亿kg[5-7]。
花椒籽是木本植物油料，由于种植比较分散，只是一些小厂或作坊对花椒籽进行机榨，迄今还未对其进行规模化开发利用，使这种油脂和蛋白资源未得到合理应用[8]。
目前，有关花椒油的提取报道较多，路纯明，张小麟等人对花椒挥发油提取方法及其组分进行了研究[9]；刘芳，邓修对三种花椒籽油提取方法进行了分析比较[10]；郭红祥，张慧珍等人对花椒精油萃取方法进行了比较研究等[11]，在提取率上收到了良好的效果。
从花椒籽的结构上看，花椒籽表皮含有油脂，其籽仁内也含有油脂。
花椒精油的主要成分为生物碱、酰胺、木质素、香豆素、挥发油和脂肪酸等，其它成份还有三萜、甾醇、烃类和黄酮甙类等[12]。
超声提取技术是20世纪发展起来的高新技术，是一种新兴的、多学科交叉的边缘科学，已引起美国、德国、加拿大、日本和中国等国家科技工作者的广泛关注。
超声提取技术的发展给化工、食品、生物、医药等学科的研究开拓了新领域，并从应用上对上述工业产生重大影响。
超声波提取技术是利用超声波特殊的强纵向振动，高速冲击破碎，空化效应，搅拌及加热等物理性能，促进溶剂渗入细胞内部，提高有机物的提取率。
空化效应分为稳态空化和瞬态空化，稳态空化是指在声强度较低时产生的空化泡，其大小在其平衡尺寸附近振荡，振荡可以延续多个声波周期，在振荡过程中气泡自身共振频率与超声波频率相等时，发生声场与气泡的最大能量耦合，产生明显的空化效应；瞬态空化指声强度大于10W/cm2时产生的生存周期较短的空化泡。
瞬态空化泡只能在较大声强作用下才可发生，发生在1个声波周期内。
瞬态空化泡崩溃时，形成局部热点，可达5000K以上（相当太阳表面的温度），压力可达数百乃至上千个大气压（相当大洋深海处压力）。
正是超声波产生的这种极端条件对提取过程进行强化。
用超声提取有机物具有被浸提的活性物质活性不被破坏，提取时间短，产率高，条件温和等优点。
郑敏燕用超声波法提取了紫丁香中的丁香油[13]；潘英明，梁英等人用超声波从罗汉果中提取了碱木质素等[14]，而花椒籽的超声提取还未见报道。
本文用超声波辅助提取法提取花椒籽中的花椒油，考查溶剂、提取温度、提取时间和液固比对花椒油的提取率、酸值、碘值和过氧化值的影响。
1实验部分
1.1实验仪器和药品
1.1.1实验仪器
Lambda-6紫外可见分光光度计（美国PE公司）；KQ-250E型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；HHSⅡ-2型电热恒温水浴锅（北京长安科学仪器厂）；微型电动植物粉碎机（天津市仪器有限公司）；RE-85Z型旋转蒸发器（上海青浦沪西仪器厂）；循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；玻璃仪器气流烘干器（郑州长城科工贸有限公司）。
1.1.2实验药品
干花椒籽是湘西保靖县市场购置；95%乙醇（化学纯，湖南师范大学化工厂），石油醚（化学纯，南京化工厂），乙酸乙酯（化学纯，南京化工厂），三氯甲烷（化学纯，南京化工厂），冰醋酸，酚酞，淀粉，NaOH，Na2S2O3，浓盐酸等均为国产分析纯试剂。
1.2实验方法
1.2.1超声提取法
取50g经粉碎的花椒籽粉末，置于回流装置中，加实验量的乙醇浸泡10min后于超声波清洗器中进行超声提取，抽滤，滤液加无水硫酸钠干燥后用旋转蒸发器蒸发溶剂得花椒油，称重，计算花椒油提取率。
花椒油
1.2.2加热提取法
取50g经粉碎的花椒籽粉末，置于回流装置中加实验量的乙醇浸泡10min，与超声提取相同条件下提取，计算花椒油提取率。
1.2.3花椒油酸值测定
根据GB/T5530-1998的方法分析花椒油的酸值。
1.2.4花椒油碘值测定
根据文献[15]的方法分析花椒油的碘值。
1.2.5花椒油过氧化值的测定
根据文献[16]采用比色法测定花椒油的过氧化值。
2结果与讨论
2.1花椒油提取工艺条件实验
2.1.1溶剂对花椒油提取率的影响
分别称取50g粉碎的花椒籽粉末于两个250mL圆底烧瓶中，按液固比为2︰1（mL/g）加入100mL95%乙醇浸泡十分钟后，在温度为40℃条件下，分别于超声波清洗器和普通恒温水浴锅中提取60min，抽滤，滤液用无水硫酸钠干燥后，用旋转蒸发器蒸干溶剂得花椒油，称重。
然后分别选择石油醚、乙酸乙酯和三氯甲烷为溶剂在相同条件下做重复提取实验，结果如图1所示。
实验结果表明，乙酸乙酯和乙醇的提取效果都比较好，但考虑到乙醇价格比较便宜，所以选用乙醇作为溶剂。
2.1.2提取温度对花椒油提取率的影响
分别称取50g粉碎的花椒籽粉末于两个250mL圆底烧瓶中，按液固比为2︰1（mL/g）加入100mL95%乙醇浸泡十分钟后，在超声波清洗器和普通恒温水浴锅中提取60min，考查温度对花椒油提取率的影响，结果如图2所示。
实验结果表明，花椒油的提取率随温度的升高而增大，60℃时超声提取法油的提取率达6％，加热提取法油提取率为4.3％，选择60℃为最佳提取温度。
超声波在40℃的提取率比加热法80℃的提取率还高。
这是因为超声波是一种弹性波，它能产生并传递强大的能量，高能量的超声波作用在液体里，液体被击成很多的小空穴，这些小空穴瞬间闭
合产生瞬间高压，使花椒粉里的油脂溶出。
2.1.3提取时间对花椒油提取率的影响
分别称取50g粉碎的花椒籽粉末于两个250mL圆底烧瓶中，按液固比为2︰1（mL/g）,加100mL95%乙醇浸泡十分钟后，在40℃温度下分别在超声波清洗器和普通恒温水浴锅中提取，考查提取时间对花椒油提取率的影响，结果如图3所示。
实验结果表明，花椒油的提取率随时间的增长而增加，提取时间在90min之后，提取率增加得很缓慢，因此，选择最佳提取时间为90min。
从提取方法上看，超声提取的效率比加热提取要高得多。
2.1.4液固比对花椒油提取率的影响
液固比不同，随提取时间的不断增加，油的浓度将不同，油的扩散速度将不同，导致油提取率不同。
取50g干花椒籽粉末加95%乙醇，在40℃温度下提取60min，考查液固比对花椒油提取率的影响，结果如图4所示。
实验结果表明，花椒油的提取率随液固比比值的增加而增加，到3时提取率基本保持不变，故选3为最佳提取液固比值（液固比为3︰1）。
超声提取的效率比加热提取要高得多，因为液固比值增大时，溶剂用量越大，渗透压也就越大，油脂容易渗透出来，当用量达到一定值后，花椒中油脂含量逐渐减小，也就越难溶出，渗透压对花椒油的提高不再起主要作用。
而超声波的强烈搅拌作用，更有利于被提取物向溶剂中扩散。
2.2最佳工艺条件组合实验
花椒油提取工艺条件实验结果表明，最佳提取工艺条件为：
液固比为3︰1（mL/g），95%乙醇为溶剂，在60℃温度下提取90min。
为了考查最佳工艺条件下组合实验效果，分别取50g干花椒籽粉末，用超声提取和加热提取法平行提取5次，结果如表1所示。
表1最佳提取工艺条件组合实验结果
序号
1
2
3
4
5
平均
超声提取法（%）
7.8
8.0
7.6
7.8
7.8
7.8
加热提取法（%）
5.2
5.4
5.2
5.4
5.0
5.24
实验结果表明，超声提取法花椒油的提取率可达7.8%，而相同条件下加热提取的花椒油提取率只有5.24%，超声提取法油的提取率是加热提取法油提取率的1.489倍
2.3提取条件对花椒油性能的影响
2.3.1提取方法和溶剂对花椒油特性的影响
提取溶剂不同，提取率不同，提取的油的成分也不同，故油的酸值、碘值和过氧化值（POV）也不相同。
为了考查提取方法和溶剂对油的特性影响，取两种提取方法在不同溶剂中提取的花椒油测其酸值、碘值和POV，结果如表2所示。
表2提取方法和溶剂对花椒油的酸值、碘值和过氧化值（POV）的影响
溶剂
95%乙醇
石油醚
乙酸乙酯
三氯甲烷
酸值（超声法）（mg/g）
45.0
40.4
50.0
43.8
碘值（超声法）（gI2/kg）
57.1
65.4
60.9
62.2
POV（超声法）（mmol/kg）
3.14
2.41
3.53
3.01
酸值（加热法）（mg/g）
34.7
34.8
39.3
38.1
碘值（加热法）（gI2/kg）
50.8
60.9
57.7
59.0
POV（加热法）（mmol/kg）
2.74
2.13
3.43
2.72
表2结果表明，酸值以乙酸乙酯提取最高，碘值以石油醚最高，POV以乙酸乙酯最高。
相同条件下超声提取油的酸值比加热提取油的酸值稍大，以95%乙醇为溶剂时，超声提取比加热提取油的酸值、碘值和POV分别增加了30%、12%和15%。
2.3.2提取温度对花椒油特性的影响
随温度的增大，氧化性加剧。
因此，超声提取和加热提取得到的油的酸值、碘值和过氧化值会发生变化。
为了考查提取温度对油的特性影响，取两种提取方法在不同温度下提取的花椒油测其酸值、碘值和POV，结果如表3所示。
表3两种提取方法在不同温度时提取的油的酸值、碘值和POV
温度（℃）
20
40
60
80
酸值（超声法）（mg/g）
43.0
45.0
50.5
71.8
碘值（超声法）（gI2/kg）
56.5
57.1
43.1
31.1
POV（超声法）（mmol/kg）
2.76
3.14
3.43
4.47
酸值（加热法）（mg/g）
33.6
34.7
40.4
65.1
碘值（加热法）（gI2/kg）
49.5
50.8
40.0
26.6
POV（加热法）（mmol/kg）
2.65
2.74
3.41
4.31
表3结果表明，随着提取温度的升高，两种方法提取的花椒油的酸值和POV都增大，而碘值则减少。
温度从20℃升高到80℃，超声提取的油的酸值增加了67%，POV增加了62%，碘值减少了45%。
加热提取的油的酸值增加了94%，POV增加了63%，碘值减少了46%。
这是因为温度升高，油脂的氧化加剧，油脂中的烯烃双键被氧化断裂。
超声提取油的酸值、碘值和POV比加热提取的都要高，但相差不大。
80℃时超声提取比加热提取的油的酸值、碘值和POV分别增加了10%、17%和4%。
说明超声提取对挥发油的性能影响不大。
2.3.3提取时间对花椒油特性的影响
随时间的增加，油脂与空气的接触机会增多，用超声提取和加热提取，油的酸值、碘值和过氧化值也会发生变化。
为了考查提取时间对油特性的影响，取两种提取方法在不同时间提取的花椒油测其酸值、碘值和POV，结果如表4所示。
表4提取方法和提取时间对花椒油的酸值、碘值和POV影响
提取时间（min）
30
60
90
120
150
酸值（超声法）（mg/g）
42.6
45.0
47.1
50.5
52.7
碘值（超声法）（gI2/kg）
53.3
57.1
59.0
57.7
54.6
POV（超声法）（mmol/kg）
3.01
3.14
3.27
3.42
3.46
酸值（加热法）（mg/g）
31.4
34.7
35.9
40.4
41.5
碘值（加热法）（gI2/kg）
48.2
50.8
52.0
53.3
51.4
POV（加热法）（mmol/kg）
3.10
2.74
3.12
3.16
3.47
由表4可知，随时间的增加，两种方法提取的花椒油的酸值和POV都增大，而碘值则是先增大后减少。
总体上看，时间对花椒油的酸值、碘值和POV的影响不大。
提取时间从30min增加到150min，超声提取的油的酸值增加了24%，POV增加了15%，碘值增加了2%；加热提取的油的酸值增加了32%，POV增加了12%，碘值增加了7%。
这是因为随着时间的增长，油脂与空气接触的时间增长，油脂里的烯烃被氧化所至。
超声提取的油的酸值、碘值和POV比加热提取的都要高，但相差不大，超声提取90min比加热提取的油的酸值、碘值和POV分别增加了31%、13%和5%。
2.3.4液固比对花椒油特性的影响
液固比不同，提取物的浓度变化将不同。
因此，超声提取和加热提取的油的酸值、碘值和过氧化值也将发生变化。
为了考查液固比对油的特性影响，取两种提取方法在不同液固比提取的花椒油，测其酸值、碘值和POV，结果如表5所示。
表5提取方法和液固比对花椒油的酸值、碘值和POV的影响
液固比值
1
2
3
4
酸值（超声法）（mg/g）
41.5
45.0
47.1
48.2
碘值（超声法）（gI2/kg）
54.6
57.1
67.3
67.3
POV（超声法）（mmol/kg）
3.01
3.14
3.04
3.13
酸值（加热法）（mg/g）
32.5
34.7
37.0
37.0
碘值（加热法）（gI2/kg）
47.6
50.8
61.5
62.2
POV（加热法）（mmol/kg）
2.65
2.74
2.98
2.98
表5结果表明，随液固比值的增加，两种方法提取的花椒油的酸值、碘值和POV都增大，但影响不显著。
液固比值由1增加到4，超声提取的油的酸值增加了16%，POV增加了4%，碘值增加23%；加热提取的油的酸值增加了14%，POV增加了12%，碘值增加了31%。
超声提取的油的酸值、碘值和POV比加热提取的都要高，在液固比值为4时，超声提取比加热提取的油的酸值、碘值和POV分别增加了30%、8%和5%。
3结论
实验结果表明：
用95%乙醇为提取溶剂，按液固比为3︰1（mL/g）加乙醇，在60℃温度下超声提取90min，花椒油的提取率可达7.8%，是相同条件下加热提取花椒油的提取率1.489倍。
实验结果还表明，提取方法、溶剂、温度、时间和液固比对花椒油的酸值、碘值和POV均有影响，其中温度影响最大。
温度从20℃升高到80℃时，超声提取的油的酸值增加了67%，POV增加了62%，碘值减少了45%。
相同条件下，超声提取的油的酸值、碘值和POV比加热提取稍大，但变化幅度不大，因而对油的品质影响不大。
综上所述，用超声辅助法从花椒籽中提取花椒油，提取率高、时间短、对油的品质影响小，是一种很有应用价值的提取方法。
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