孫 婧，吳建華，甘 笛

(陜西中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，陜西 咸陽 712046)

花椒屬于蕓香科花椒屬植物，是一種常見的調(diào)味料[1]?；ń愤€是一種珍貴的藥材，在治療嘔吐、抗炎、鎮(zhèn)靜等方面有著獨特的功效[2-3]。其中花椒提取物在醫(yī)療、保健等行業(yè)[4-5]有著廣泛的用途。

花椒油的提取主要有溶劑法[6]、超聲波輔助提取法[7]、水酶法等[8]。超臨界CO2萃取作為一種綠色的提取技術(shù)被廣泛用于食品與醫(yī)藥行業(yè)的物質(zhì)分離過程[9-10]。該技術(shù)不采用有機溶劑，保證了萃取物無溶劑殘留；操作溫度適宜，防止目標物質(zhì)的氧化和逸散；以CO2為萃取劑，保證了操作的安全性和經(jīng)濟性[9-10]。由于目前對超臨界CO2萃取花椒油及其工藝優(yōu)化的研究較少，所以本文基于花椒油在超臨界CO2中有良好的溶解度與擴散性，采用多元二次回歸尋優(yōu)的Box-Behnken Design響應(yīng)面法對其萃取工藝進行優(yōu)化[11]，以期為后續(xù)中試放大萃取花椒油提供一定的基礎(chǔ)與方向，同時也為研究花椒油的藥理與活性提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

含籽未開裂花椒，由四川某采購站所購；CO2，食用級。

HA 220-50-06型超臨界萃取儀，江蘇南通華安超臨界萃取公司；FA1004B型電子分析天平；粉碎機；恒溫干燥箱。

1.2 實驗方法

1.2.1 花椒預(yù)處理

將未開裂的含籽花椒置于50℃恒溫干燥箱中烘干3 h，按照GB/T 5009.3—2016測定烘干后花椒含水量為2.28%，最后采用粉碎機對顆粒較為飽滿的花椒粉碎，過40目篩。

1.2.2 超臨界CO2萃取花椒油

準確稱取20 g花椒粉置于萃取釜中，然后通入CO2進行連續(xù)萃取，通過改變萃取溫度(35、40、45、50、55℃)、萃取壓力(16、18、20、22、24 MPa)、萃取時間(60、75、90、105、120 min)進行超臨界CO2萃取實驗，最后分離出超臨界CO2流體以獲得花椒油。對萃取物精確稱量，計算花椒油的萃取率(Y)。

Y=m1/m0×100%

式中：m1為花椒萃取物的質(zhì)量，g；m0為花椒總質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 萃取溫度的影響

固定萃取壓力20 MPa、萃取時間60 min，研究不同萃取溫度對花椒油萃取率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 萃取溫度對花椒油萃取率的影響

由圖1可知，花椒油的萃取率隨著萃取溫度的升高呈先增大后減小的趨勢。這是因為溫度升高增加了分子的擴散運動，導(dǎo)致花椒油容易被萃取出來，使萃取率增大。但萃取溫度過高時，一方面可能發(fā)生氧化破壞了花椒油的結(jié)構(gòu)，或者發(fā)生聚合導(dǎo)致萃取率下降，另一方面降低了CO2流體的密度，降低了花椒油的溶解效果，因此萃取率下降。當萃取溫度為45℃時，花椒油的萃取率最高，為14.5%。綜上，適宜的萃取溫度為45℃。

2.1.2 萃取壓力的影響

固定萃取溫度45℃、萃取時間60 min，研究不同萃取壓力對花椒油萃取率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 萃取壓力對花椒油萃取率的影響

由圖2可知，花椒油萃取率隨萃取壓力的增大基本呈上升趨勢。這是因為壓力升高，增加了花椒油在CO2中的溶解度，使萃取率升高。但萃取壓力超過20 MPa后，萃取率不再增加，此時因為花椒中的油脂已經(jīng)基本萃取完，若繼續(xù)增加壓力，對萃取率基本無影響，同時過高的壓力也會增加投資費用，而且實驗操作較為危險，此外還有可能萃取花椒中色素等成分[12]。綜上，適宜的萃取壓力為20 MPa。

2.1.3 萃取時間的影響

固定萃取溫度45℃、萃取壓力20 MPa，研究不同萃取時間對花椒油萃取率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 萃取時間對花椒油萃取率的影響

由圖3可知，隨著萃取時間的延長，花椒油萃取率呈先增大后略減小的趨勢。當萃取時間為90 min時，花椒油萃取基本完全，萃取率達到最大，為15.2%。這是因為若萃取時間較短，花椒中的油脂在CO2中溶解不完全，導(dǎo)致萃取率較小，而萃取時間過長，花椒油容易發(fā)生聚合現(xiàn)象，使得萃取率略有降低。綜上，適宜的萃取時間為90 min。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實驗

在單因素實驗基礎(chǔ)上，以萃取溫度(A)、萃取壓力(B)、萃取時間(C)為因素，萃取率(Y)為指標，采用Box-Behnken響應(yīng)面實驗進行優(yōu)化。響應(yīng)面實驗因素水平見表1，響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表1 響應(yīng)面實驗因素水平

對萃取溫度、萃取壓力、萃取時間3個因素回歸擬合后，所得的回歸方程如下。

Y=15.88-1.12A-0.21B-0.11C-0.15AC-0.025BC-0.93A2-1.1B2-0.65C2

表2 響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果

表3 方差分析

由表3可知，模型的P<0.000 1，極顯著，失擬項的P為0.600 2，大于0.05，說明沒有失擬因素。根據(jù)F可知，影響花椒油萃取率的因素主次順序依次為萃取溫度>萃取壓力>萃取時間。

采用響應(yīng)面軟件中的Optimization對影響花椒油萃取率的3個因素進一步進行優(yōu)化，得到最優(yōu)的萃取工藝條件為：萃取溫度41.97℃，萃取壓力19.81 MPa，萃取時間89.53 min。預(yù)測花椒油萃取率最大為16.23%。

2.3 驗證實驗

根據(jù)實驗實際情況，微調(diào)并圓整了最優(yōu)的萃取條件，在萃取溫度42℃、萃取壓力19.8 MPa、萃取時間90 min條件下進行3組重復(fù)性驗證實驗，結(jié)果見表4。

表4 重復(fù)性驗證實驗結(jié)果 %

序號萃取率與預(yù)測值相對誤差116.10.80215.82.65316.20.18

由表4可知，3組重復(fù)性驗證實驗得到的花椒油平均萃取率為16%，誤差均在5%的合理誤差范圍內(nèi)，這與響應(yīng)面預(yù)測值吻合度較高，證明響應(yīng)面分析設(shè)計結(jié)果是合理可靠的。

3 結(jié) 論

在單因素實驗基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到了花椒油最優(yōu)的萃取工藝條件為：萃取溫度42℃，萃取壓力19.8 MPa，萃取時間90 min。在最優(yōu)條件下，花椒油平均萃取率為16%，與預(yù)測值較為吻合，同時證明響應(yīng)面分析設(shè)計結(jié)果合理可靠。