八角特色资源加工利用产业发展现状

黄开顺, 黎贵卿, 安家成, 李开祥

(广西壮族自治区林业科学研究院；国家林业和草原局八角肉桂工程技术研究中心；广西木本香料工程技术研究中心,广西 南宁 530002)

八角(Illiciumverum)为八角科(Illiciaceae)八角属(Illicium)植物[1],是特产于我国广西、云南等山区的经济树种,在我国已有一千多年的资源利用历史。八角资源不仅在香料领域用途广泛,而且在药用领域也具有重要用途,八角中莽草酸成分在开发抗流感病毒药物方面已获得巨大成功。随着经济社会的不断发展,人们对药食两用八角资源的需求日益增加,八角已成为一种战略资源,未来发展需求决定着八角资源开发利用将向纵深发展。八角虽然已获得广泛利用,但未来仍具有巨大的开发利用空间。本文综述了八角特色资源加工利用产业和技术发展的主要现状,分析主要发展趋势和存在问题,展望未来发展前景并提出发展建议与对策,以期为八角资源加工利用产业提供决策依据。

1 资源量、分布情况及利用部位

1.1 资源量

我国八角资源占世界八角资源总量的85%以上,是世界上唯一能大规模生产和提供八角资源的国家。从20世纪90年代初开始,我国八角种植规模开始高速增长,到2005年前后八角新造林规模发展达到高峰。之后受八角产品市场价格波动和持续低迷以及速生用材树种短期经济利益的冲击,八角新造林只有零星发展,八角资源规模化扩张停滞,八角林面积趋于稳定,目前八角林基本为15年生以上的成熟老林,经营管理粗放,产量处于中低水平。据国家林业和草原局经济发展研究中心统计数据,2012年全国八角总面积47.27万公顷,八角干果产量约20.69万t。近年来,我国八角新造林延续停滞发展的基本态势,八角林面积和产量水平维持稳定,与2012年资源量相当。2017年以来八角价格持续上升,产区林农又兴起八角新造林,但仍属于零星小规模种植。当前各地林农、政府和企业也积极推进八角低产林改造,八角整体产量水平有望在未来两三年内得到明显提升,八角资源供应量逐渐增多。

1.2 分布情况

八角适宜生长在北纬21°～26°、海拔1 000 m以下的低山丘陵地区,原产于广西西南部的防城、上思、宁明、龙州、凭祥、德保等地,之后随着人工栽培的兴起,八角种植逐渐往其它地方引种扩展。经近千年发展至今,八角资源主要分布在广西,云南次之,广东第三,江西、四川、贵州、湖南、福建等省也有少量种植；广西、云南和广东的八角分布属于产业化规模种植发展,而其它省份属于零星小面积引种栽培试验。

据广西林业勘测设计院统计数据,广西现有八角种植面积36.56万公顷,主要分布在7个设区市24个县(市、区),分布面积最大为百色市9.0万公顷,其后依次是梧州市5.6万公顷、崇左市4.6万公顷、防城港市3.9万公顷、来宾市2.9万公顷、钦州市2.5万公顷、玉林市2.1万公顷；县域八角种植面积超过2.0万公顷的有防城、那坡、扶绥、金秀、德保、藤县、浦北7个县区,1～2万公顷之间的有凌云、右江、北流、苍梧、容县、田林、凤山、乐业8个县区,0.5～1万公顷的有上林等10个县区。种植主体多为集体或农户,约占八角总面积的85%,而国有单位、企业的八角种植面积仅占15%左右,主要分布在六万、派阳山、雅长等国有大型林场,如位于广西玉林福绵区的六万林场依托六万大山优越的地理条件,发展八角林面积达0.4万公顷。

云南是我国八角种植面积第二大省[2],全省八角种植面积约6.76万公顷,主要分布在富宁、广南、西畴、屏边和绿春等地区,其中富宁县分布最多,全县八角面积4.4万公顷,成为云南省的八角核心产区。广东西部八角种植面积约0.4万公顷,主要分布在茂名市宜信市东北部,其中以思贺镇分布最集中[3]。江西省从20世纪60年代开始从广西引种八角,在南部山区的上犹、崇义、全南、龙南、大余等县进行驯化栽培试验,试验结果表明八角也适合在江西南部山区发展,如赣州市犹江林场现有八角林约13.33公顷,上犹县零星种植面积也约有13.33公顷,八角生长正常,成为八角“南种北引”的典型成功案例[4-5]。四川泸县石岗林场也曾成功引种八角,证明八角在适宜的区域气候条件下也能正常生长和开花结实[6-7]。

国外越南北部的凉山、广宁、高平和北干等毗邻中国地区也广泛种植八角,面积约5万公顷。泰国、印度尼西亚、缅甸等东南亚国家也有少量种植。

1.3 主要利用部位

八角主要利用部位为果实和枝叶，干燥果实一般作为大宗香料,可直接用于炖、煮、腌、卤、泡等各种烹饪,也可加工成五香调味粉。自古以来八角果还作为一种中药材,有健胃、驱风、镇痛、调中理气、祛寒湿,治疗消化不良和神经衰弱等多种功效。八角果、叶都含有丰富的挥发油,经过提取挥发油获得产品茴油,茴油经过进一步分离加工和提纯获得各种成分,包括茴香脑、茴香醛、草蒿脑等[8],这些成分在食品工业上通常用于调制各种食品香精,在日化用品工业上作为香水、香皂、牙膏等产品的加香剂。八角还含有具有抑菌、升高白细胞、镇痛等作用的各种有效成分,如茴香醚具有雌激素样作用和致敏作用[9]。莽草酸是近年来被实践证明最具制药价值的八角有效成分之一,从八角果提取的莽草酸是合成临床上有效防治流感病毒药物“达菲”(磷酸奥司他韦)的重要原料[10]。八角生产剩余物还可应用于生产饲料添加剂,具有食欲刺激、促进生长和抑制细菌等作用[11-12]。随着科学技术的进步,八角的利用价值和应用领域有望被更多地挖掘和开发。

2 产品及加工技术

2.1 主要产品及加工技术现状

目前,八角产品有初级产品和深加工产品,其中初级产品主要是八角干果和茴油,深加工产品包括茴香脑、草蒿脑、茴香醛、莽草酸和八角油树脂等产品。

2.1.1八角干果 八角干果是指八角鲜果经过脱青、晒干或烘干获得的干燥八角果实,是目前国内市场上最主要、最大宗流通和消费的八角产品。八角干果大部分直接整果使用或者粉碎后与其它香料调配用作餐饮香调料,少部分用作中药材或进行深加工。长期以来,我国八角干果加工缺乏机械化设备和工艺,一直沿袭农户分散、小作坊加工模式为主,主要采用直接晒干、杀青晒干、柴火烘干、简易土炕烘干等传统技术。杀青晒干方法具有生产成本低、干果色泽好等优点,是当前产区群众普遍使用的干燥加工方法,缺点是过分依赖天气、人工和大型晒场等条件,如果干燥不及时,容易造成八角发霉,影响外观及食用安全性,而且劳动强度大、耗时长、工效低。近年来,一些加工企业尝试采用大型、自动化机械设备进行规模化八角烘干加工,生产效率提高,但也面临一些技术问题需要去克服和解决,比如如何保持和提高八角干果产品颜色、外观和内在品质。

2.1.2茴油 八角果、叶可提取茴油,鲜叶得率约1%,干果得率6%～10%,主要成分为茴脑,占85%～90%[13]。茴油提取加工是近几十年来我国八角产业的重要组成部分,在广西的德保、那坡等地有利用八角枝叶蒸馏茴油的生产传统。目前,八角茴油提取技术已较成熟,但生产上仍以小作坊为主,技术仍存在诸多不足,如规模小、得率低、能耗大、质量差等问题,一定程度上造成八角资源浪费。少数企业采用较为先进的大型茴油蒸馏设备,明显提高了生产效率和茴油产品质量,但投资较大,且如果应用枝叶提取茴油的运输成本较高。为了解决传统水蒸馏提取茴油技术的缺陷,蔡定建等[14]、缪建华等[15]采用CO2超临界萃取技术,探索了从八角果中提取茴油的新技术。近年来,广西林科院发明了一种“便携式芳香油提取装置”的专用设备,既实现了生产的规模化,提高了产品质量与处理效率,也便于装备和原材料的运输,适用于山区因地制宜的生产,推广应用效果良好。

2.1.3茴油精深加工产品 利用茴油进行精深加工,可获得一系列具有重要用途的深加工产品，包括茴油精馏分离出茴脑、草蒿脑和芳樟醇等单离产品,以及以茴脑合成茴香醛、茴香腈和覆盆子酮等系列产品。这类精深加工生产,一般由技术水平较高、拥有专门生产线的大型企业来完成,茴油原料从农户收购或者自行加工生产。经过近20年发展,我国八角精深加工技术获得了显著进步,科研机构和加工企业采用单离技术、超临界萃取技术等先进技术加工获得优质深加工产品,还开发出精深加工合成技术,开发附加值更高的八角香料新产品。陆顺忠等[16]研发了从八角茴香油中分离高纯度茴脑的生产工艺,茴脑产品纯度达到99.8%,得率为94.1%。关继华等[17]研究了从八角茴香油前馏分中分离提取草蒿脑和芳樟醇的技术工艺,获得芳樟醇产品纯度达到99.4%,回收率为65.4%;草蒿脑产品纯度达到99.1%,回收率为86.9%。以天然八角茴脑为原料制备茴香醛技术日趋成熟,包括传统化学氧化法、臭氧氧化法和电氧化法等茴香醛制备技术[18]。

2.1.4莽草酸 八角果实含莽草酸可达11.57%[19],经过提取和分离纯化,可以得到高纯度的莽草酸产品。莽草酸在制备抗流感病毒药物中具有重要作用,因而莽草酸是倍受行业关注和重点开发的八角深加工产品之一。当前,八角莽草酸提取、分离和纯化技术工艺已较成熟。莽草酸提取方法主要有水浸提法和有机溶剂提取法,以及在此基础上增加微波辅助提取、超声波辅助萃取、超声波微波协同提取等。莽草酸的分离、纯化包括离子交换树脂分离法、大孔吸附树脂分离法、硅胶柱层析法、分子印迹分离法和毛细管电泳法等[20]。一些科研机构和企业取得了具有自主知识产权的莽草酸提取技术和设备。如广西万山香料有限责任公司研发出“一种从八角中提取分离莽草酸的方法”专利技术；广西林科院取得了“八角有效成分莽草酸提取的开发研究”技术成果,还研制出莽草酸提取关键技术及设备,发明了“一种八角莽草酸浸提及茴油蒸馏两用装置及应用”,促进了八角莽草酸提取技术的工程化和产业化应用。

2.1.5八角油树脂 八角油树脂是由芳香油、脂肪油及树脂物质组成的混合体,含有八角的芳香成分、辛香味成分、脂肪油等有效成分[21]。就食品调味而言,与提取的八角精油相比,八角油树脂具有香气和口味比较平衡、口感比较丰满和完整等诸多优点[22]。因而八角油树脂广泛应用于肉类制品、调味品、软饮料、冷饮、糖果以及面包、蛋糕等食品加工业,国内外市场消费量逐年增加。由于八角油树脂是一种黏稠状液体,为了便于消费者分散使用和具备耐储存特性,人们把微胶囊技术应用到八角油树脂产品的制备当中,生产出八角油树脂的粉末状微胶囊颗粒[22-23]。经过多年发展,八角油树脂提取技术工艺已较为成熟,一般以溶剂萃取法生产,常用的溶剂有乙醇、丙酮、石油醚、超临界CO2等,许多研究表明超临界CO2是提取八角油树脂最理想的新型溶剂[24-25]。

2.2 产品质量控制及其分析检测方法

1987年我国发布实施八角干果国家标准,之后于2006年、2016年先后对标准进行了两次修订,现行标准GB/T 7652—2016《八角》规定了八角干果产品的质量要求和分级,其中大红八角分一、二、三级,角花八角分一、二级,干枝八角为统货不分级,从颜色、气味、果形特征三个方面规定感官指标,从果体大小、碎口率、杂质含量、水分含量、总灰分和挥发油含量六个方面规定理化指标,还规定了产品的试验方法和检验规则[26]。广西也制定了相应的八角产品质量地方标准DB45/226—2017《地理标志产品 广西八角》[27]和DB45/T 1350—2016《地理标志产品 上林八角》[28]。这些技术标准对国内八角干果产品质量起到了良好的规范作用,分析检测方法也比较科学和便捷,但许多八角加工厂家普遍不严格按照标准执行,八角产品质量参差不齐,还普遍存在含硫超标、发霉变质等问题。在现行市场大宗流通中普遍将八角干果称为“无硫果”、“硫磺果”、“水烫果”等类型,其中经硫磺熏蒸的八角果占了相当比重,主要是此类果品更有利于储存与流通,卖相也较好。对于八角二氧化硫残留量,在2006年版八角国家标准中曾规定应小于0.03 g/kg,而现行2016版国家标准则没提及硫化物限制性指标,2019年国家卫生健康委员会在《关于弯曲乳杆菌等24种“三新食品”的公告》(2019年第2号)[29]中,将GB 2760—2017《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》[30]适用范围扩大到香辛料及粉(仅限八角，食品分类号12.09.01),明确了八角的二氧化硫残留量不超过0.15 g/kg,此举为规范八角产业健康发展提供了良好的支撑。

茴油是中国传统的大宗出口产品,是国际市场的紧俏商品,主要销往法国、美国、新加坡等56个国家和地区,其中法国和美国是茴油的最大消费国。为了规范茴油质量和提高产品市场竞争力,促进国际贸易,我国制定了有关八角茴油的质量标准,目前主要有国际标准ISO 11016—1999《中国八角茴香油》[31]、食品安全国家标准GB 1886.140—2015《食品添加剂 八角茴香油》[32]和国家标准GB/T 15068—2008《八角茴香(精)油》[33],对茴油产品的色状、香气、相对密度、折光指数、旋光度、溶混度、冻点、特征组分含量等指标进行了具体规定。近年来,随着八角精深加工业的发展,八角产品越来越丰富,我国也逐渐扩大八角新产品的技术标准覆盖面,制定了食品安全国家标准GB 28354—2012《食品添加剂 大茴香醛》[34]和GB 1886.284—2016《食品添加剂 覆盆子酮》[35],以及有关八角内含成分产品的企业标准QB/T 4644—2014《草蒿脑》[36]和广西地方标准DB45/T 771—2011《莽草酸》[37]。

2.3 技术瓶颈

经过几十年发展,我国八角加工业已得到蓬勃发展,各种产品的生产规模不断扩大,但是在生产过程中也面临诸多技术瓶颈。

八角干果加工主要依靠分散农户、小作坊采用的烫水晒干方法进行加工,民间把通过此方法加工获得的八角干果称为水烫果,外观棕红或褐红,气味芳香,品质纯正,成为业内公认的大红八角标准。许多经销商为了降低加工成本,提高八角色泽美观度,减少霉变,还使用硫磺熏蒸八角,造成含硫超标,带来了食品安全问题。为了解决八角干果加工生产分散、规模小、品质不匀和含硫超标等问题,业内人士意识到推广应用机械化、规模化加工八角很有必要,并兴起研发八角干燥机械设备的热潮。目前一些设备已在实际生产中得到试用,但发现加工出来的八角果色泽、气味等达不到传统水烫果的品质,市场上传统消费者的认可度稍低。因此,如何控制机械设备的技术参数,确保八角产品各项质量指标达到大红八角的标准,是一个亟待解决的技术瓶颈。

茴油提取和精深加工方面也存在一些迫切需要解决的技术瓶颈。由于八角林主要分布在交通不便的山区,为了降低生产成本,就近林地加工茴油很有必要,而目前还缺少这方面的机械设备,迫切需要研制出适用于山地就近加工、便捷而高效的茴油蒸馏设备。目前许多茴油精深加工产品的技术工艺已容易实现,面临的主要问题是许多工艺和生产线伴随产生和排放许多废弃物,带来不可忽视的环境问题,而许多加工企业缺乏这方面的环保工艺技术及相关意识。例如茴脑合成制取茴香醛过程中,传统工艺上常使用二氧化锰、硫酸等物质作为催化剂,环保压力较大。

近十年来八角莽草酸加工产业发展迅速,一些企业已建立年产100 t以上的莽草酸生产线,莽草酸提取分离技术得到较大发展,但是生产工艺仍然较繁琐,人工操作频度高,自动化水平低,生产成本居高不下。为了提高生产效率,提高莽草酸生产线的自动化水平显得非常迫切。

3 产业发展趋势

3.1 产业现状

八角资源的加工利用产业主要包括干果加工、茴油提取、精深加工和其它高价值有效成分提取等方面。我国八角资源大约95%用于食品、日化用品等行业,5%用于医药行业。国内外市场需求的扩大和现代资源加工技术的进步,八角加工产业蓬勃发展,加工企业数量和规模逐渐扩大。近年来我国八角干果产量约14～18万吨/年，产值约70～90亿元,主产地为广西,在资源利用上以八角干果原料利用为主,精深加工利用比例小。据《中国经济林发展报告(2013年)》数据[38],2012年用于精深加工的八角干果4 800 t左右，主要加工产品为茴香油、茴香脑、茴香醛、莽草酸等。据广西林业部门统计,2010～2017年广西用于精深加工的八角干果仅占八角干果总量的5.5%左右,其余均以原材料利用为主,以国内消费为主,出口较少,年出口量仅3 000～6 000 t。随着“一带一路”倡议的推进,八角作为香料资源参与国际贸易的机会增大,出口量有望增加。

我国南方生产的八角干果,除了部分用于出口,国内主要消费市场在北方。八角鲜果首先在广西产地得到干燥加工,之后通过经销商集中到南宁、玉林、梧州等主要批发中心,再大批量运输到安徽、河南、山东等北方集散中心,经销商再进行分散包装或者零散销售,作为香调料深入千家万户。2017年以来,受产量和市场存量影响,国内八角价格持续显著上涨,鲜果收购价达到12～16元/kg,干果批发价22～33元/kg。

近年来,我国每年生产八角茴油不超过1万t,出口量约为3 500 t/年,其中广西产的茴油占95%以上。茴油出口主要销往法国、美国、英国、日本、加拿大、澳大利亚等发达国家。相比八角干果,茴油资源的出口比例较大,国内销售和利用仅占20%左右。茴油提取加工以农户分散小作坊为主,生产效率低,茴油质量参差不齐。广西有少数规模化的大型企业从事八角茴油提取生产,生产设备较先进,茴油产品质量较高。

国内从事八角精深加工的企业虽然不少,但以中小企业为主,2019年广西生产的茴香脑约600 t、茴香醛约500 t、莽草酸约100 t以及其他产品约100 t,产品缺乏多样化,新产品和新技术研发滞后。发达国家通过从我国进口八角原料或深加工产品进行精深加工和利用,加工技术和终端产品开发能力较高,他们依靠先进的加工利用技术,占据八角终端产品市场高地,从中获得高额利润。比较著名的是瑞士罗氏公司以八角提取的莽草酸为关键原料,合成抗流感病毒特效药物磷酸奥司他韦,即“达菲”,在全球医药市场取得巨大收益。为了更方便地从中国获取优质八角资源,一些外国公司已加大投资进入中国市场,为我国八角行业的发展注入新活力,同时也加剧了市场竞争。

3.2 未来发展趋势

随着技术的不断进步,八角资源的加工方法和应用领域将不断升级和扩展,八角应用更加广泛。为缩小与国外的差距,我国八角精深加工技术和生产规模需要加强和提升,在巩固八角干果香料用途的基础上,挖掘更丰富的深加工香料用途和跨行业用途,实现干果加工产品安全化、深加工产品精细化、用途广泛化和加工设备智能化,从而推动八角资源加工利用产业向深加工和高端产品开发利用发展。

3.3 存在的问题

经过几十年的努力,我国八角资源加工利用产业已得到全面发展,但也存在一些亟待解决的产业性问题。主要表现为：1) 八角产品类型不够丰富,资源以干果整果或者粉碎利用为主,深加工利用很少,深加工产品以茴脑、茴香醛、莽草酸等一些常见产品为主,其它高价值成分的开发利用规模很小。2) 只制定了八角干果和茴油初级产品的质量标准,而茴脑、茴香醛、莽草酸等其它深加工产品缺乏有关质量标准。3) 市场上缺乏龙头企业引领,产业发展资金投入不足,精深加工技术和新产品开发人才紧缺。

4 建议与对策

八角是我国独具优势的自然资源,做大做强八角加工利用产业符合我国多方面的战略需求,发展前景广阔而且具有战略意义。建议未来应着力解决八角加工利用的技术瓶颈,以提高精深加工利用水平和扩大新产品开发为重点任务,提高八角资源的综合利用度,促进八角行业与其它行业的深度融合,丰富八角产品类型,打造世界知名品牌,提高八角产品的市场竞争力。采取建立八角产业转型升级发展协调机制,加大产业发展资金投入,制定产业发展激励政策、营造产业发展有利市场环境以及加强国际间技术合作等对策,促进我国八角加工产业转型升级发展。