分子蒸餾技術精制檸檬精油工藝

劉文龍，全小梅，雷英杰，劉達玉，曾曉丹*，張崟

1. 成都大學肉類加工四川省重點實驗室（成都 610106）；2. 四川省農業科學院農產品加工研究所（成都 610066）

檸檬精油具有氧化抗癌、抗過敏、抗病毒、消炎殺菌、降血壓、血脂等功效，可用于洗面薰身、保健護膚、抗菌防腐、促成新陳代謝等方面[1-6]。目前，能夠獲得檸檬精油的方法已有酶提取法[7]、壓榨法[8]、微波輔助提取法[9,11]、超聲輔助提取法[10-11]、吸收法、溶劑萃取、熱磨和冷磨水蒸氣蒸餾[13]、真空蒸餾等報道。但是壓榨法提取率較低；超聲波、微波提取只是一種輔助手段，需與其他提取方法聯用才能獲得理想的提取效果；酶提取法價格成本較高，難以大規模地用于工業生產中；吸收法工序復雜，耗時長，吸附劑再生困難；溶劑萃取易造成有機溶劑殘留；吸收法加工溫度低，產品獲得率低；水蒸氣蒸餾法提取溫度高、時間長、產品獲得率低。因此，為了提高檸檬精油的純度并降低生產成本，開發一種新型的分離提取方法十分必要。

分子蒸餾具有蒸餾溫度低、分離效率高、物料受熱時間短、高真空度下不易氧化等優點[14]，所收集產品的質量和回收率高于真空蒸餾，很好地克服了傳統分離提純方法的缺點。試驗采用分子蒸餾技術對企業壓榨法所得檸檬粗油進行濃縮精制，通過單因素試驗和正交試驗研究檸檬精油最佳分子蒸餾工藝條件，以期在檸檬精油最佳分子蒸餾工藝條件下得到高品質檸檬精油產品，以便為檸檬精油的綜合開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器

電子天平（CP214，上海奧豪斯儀器有限公司）；刮膜式分子蒸餾儀（2INCHWFS，美國Pope公司）；氣相色譜儀（GC2010，日本島津公司）。

1.2 材料與試劑

檸檬粗油（檸檬醛質量濃度為1.41 mg/mL，采用壓榨法所得），四川安岳縣某廠生產；檸檬醛（分析純，規格98.0%），成都艾科達化學試劑有限公司；正己烷（分析純，規格97.0%），成都科龍化工試劑廠。

1.3 方法

1.3.1 精油分子蒸餾的單因素試驗

1.3.1.1 分子蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

準確量取100 mL檸檬粗油，在壓力為60 Pa，刮膜轉速為240 r/min，進料速度為1 mL/min，溫度分別為30，35，40，45和50 ℃的條件下，得到餾出物，以餾出物重組分中檸檬醛濃度為評價指標，考察不同蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響。

1.3.1.2 刮膜轉速對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

準確量取100 mL檸檬粗油，在溫度為45 ℃，壓力為60 Pa，進料速度為1 mL/min，刮膜轉速分別為120，180，240，300和360 r/min的條件下，得到餾出物，以餾出物重組分中檸檬醛濃度為評價指標，考察不同刮膜轉速對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響。

1.3.1.3 蒸餾壓力對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

準確量取100 mL檸檬粗油，在刮膜轉速為240 r/min，進料速度為1 mL/min，蒸餾溫度為45 ℃，壓力分別為20，40，60，80和100 Pa的條件下，得到餾出物以餾出物重組分中檸檬醛濃度為評價指標，考察不同蒸餾壓力對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響。

1.3.2 精油分子蒸餾的正交試驗設計

在以上蒸餾溫度、刮膜轉速和蒸餾壓力3個單因素試驗對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響的基礎上，分別以蒸餾溫度、刮膜轉速和蒸餾壓力為試驗因素，以餾出物重組分中檸檬醛濃度為評價指標，設計L9(33)正交試驗表，見表1。

表1 正交試驗因素水平表

1.3.3 精油的GC分析

GC條件：石英毛細管柱（OV-1），（50 m×0.25 mm×0.5 μm）；載氣為氮氣（純度≥99.999%）柱前壓60 kPa，流速1.0 mL/min；進樣口溫度230 ℃；FID檢測器（FID，全稱為flame ionization detector，翻譯為火焰離子化檢測儀），檢測器溫度250 ℃，內標物萘，進樣量1.0 μL；程序升溫：50 ℃（保持2 min）→5℃/min 70 ℃（保持5 min）→3 ℃/min 100 ℃（保持5 min）→3 ℃/min 160 ℃（保持5 min）→20 ℃/min 230℃（保持8 min）；分流進樣，分流比10∶1。

1.3.4 檸檬醛標準曲線制作

配制不同濃度的檸檬醛標準溶液（利用98%檸檬醛分析純標準溶液），進行氣相色譜分析。以檸檬醛濃度為縱坐標作標準曲線，以氣相色譜法得出的檸檬醛面積與內標萘面積的比值為橫坐標，標準回歸方程為：y=0.320 9x+0.001 2，R2=0.999 9，如圖1所示。

1.3.5 濃縮倍數計算

1.4 數據分析

數據用Origin 8.0軟件進行作圖，用SPSS 18.0軟件進行正交試驗設計和差異顯著性分析。

圖1 檸檬醛濃度標準曲線

2 結果與分析

2.1 蒸餾溫度

在蒸餾壓力為40 Pa，刮膜轉速為240 r/min，進料速度為1 mL/min條件下，改變蒸餾溫度進行試驗，探究不同蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響。由圖2可知，當蒸餾溫度低于45 ℃時，餾出物重組分中檸檬醛濃度與蒸餾溫度呈正相關，在蒸餾溫度為45 ℃時，餾出物重組分中檸檬醛濃度最大，為11.12 mg/mL。當蒸餾溫度大于45 ℃時，餾出物重組分中檸檬醛濃度隨著蒸餾溫度的升高反而降低。這可能是由于在一定溫度范圍內，精油中有效成分是隨著溫度的升高而分離得更好，但超過某一溫度時，精油內的有效成分在真空的腔體內擴散較快，未能冷凝就被真空泵抽走而損失掉。因此，確定分子蒸餾溫度為35～45 ℃為最適溫度進行后續正交試驗。

圖2 蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

2.2 刮膜轉速

在蒸餾溫度為45 ℃，蒸餾壓力為40 Pa，進料速度為1 mL/min條件下，改變刮膜轉速進行試驗。從圖3可以看出，當刮膜轉速低于240 r/min時，餾出物重組分中檸檬醛濃度隨著刮膜轉速的升高而增加，在刮膜轉速240 r/min時，餾出物重組分中檸檬醛質量濃度最大，為4.82 mg/mL。當刮膜轉速大于240 r/min 時，餾出物重組分中檸檬醛濃度隨著蒸餾溫度的升高而緩慢降低。因此，確定采用刮膜轉速為180～300 r/min的范圍進行后續正交試驗。

圖3 蒸餾壓力對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

2.3 蒸餾壓力

在刮膜轉速為240 r/min，溫度為45 ℃，進料速度為1 mL/min條件下，改變蒸餾壓力進行試驗。由圖4可知，檸檬醛濃度隨著蒸餾壓力的升高呈先增加后降低趨勢。當蒸餾壓力為40 Pa時，餾出物重組分中檸檬醛質量濃度最大，為7.08 mg/mL。因為當蒸餾壓力小于40 Pa時，分子平均自由程較大，使得其他餾余物同檸檬醛一并蒸發。而操作壓力在40 Pa時，檸檬醛被蒸發并冷凝下來，故濃度有一定提高。當蒸餾壓力繼續變大，分子平均自由程變小，使得化合物不能充分蒸發，因此檸檬醛含量進一步下降。確定分子蒸餾壓力為30～50 Pa，以此開展后續正交試驗。

圖4 蒸餾壓力對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

2.4 正交試驗結果與分析

由表2的極差分析可知，在進料速度為1 mL/min條件下，各因素對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響大小為：蒸餾溫度（A）＞蒸餾壓力（C）＞刮膜轉速（B）。由k值可得，分子蒸餾檸檬粗油最佳工藝參數為A2B2C2，即蒸餾溫度為45 ℃，刮膜轉速為240 r/min，蒸餾壓力為40 Pa。對優選工藝進行驗證試驗，重復3次，在此條件下餾出物重組分中檸檬醛質量濃度為11.17 mg/mL，濃縮倍數達7.9。

由表3方差分析結果可見，蒸餾溫度（A）和蒸餾壓力（C）對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響顯著（p＜0.05），刮膜轉速（B）影響不顯著，在試驗選擇的水平范圍內，溫度的影響最大，壓力的影響次之。

表2 正交試驗結果

表3 正交試驗方差分析

2.5 檸檬粗油及濃縮后精油的外觀及香氣特征

由表4可知，檸檬粗油呈淺棕色液體，半透明，具有清爽、略刺鼻的氣味。經過分子蒸餾處理后，輕組分精油呈現無色透明液體狀態，質地清亮，有較刺鼻的淡香味；重組精油分呈現深棕色液體狀態，質地濃稠且不透明，氣味上濃郁、醇厚。

表4 檸檬粗油及濃縮后精油的外觀及香氣特征

3 結論與展望

試驗中采用2INCHWFS刮膜式分子蒸餾儀濃縮精制檸檬粗油，蒸餾溫度條件要求低，容易控制，且濃縮效率高，易工業化生產。對檸檬粗油進行分子蒸餾過程中發現，蒸餾的溫度、刮膜轉速和蒸餾壓力3個因素都對餾出物重組分中檸檬醛濃度有一定程度的影響。而在采用正交優化試驗后發現：蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度也就是對檸檬精油的提純影響最大，蒸餾壓力影響次之，刮膜轉速影響最小。該試驗相對以前的生產工藝有更好的改進，為進一步提高檸檬精油的純度做出貢獻。在一些高端產品中要求檸檬精油的純度達到一定限度才能應用，本試驗也為未來的檸檬精油提取屆提供了一定的參考。

未來一定還會有更加好的工藝條件來純化檸檬精油，在接下來的研究中可以找尋更佳的純化方法。檸檬加工過程中副產物也較多，如檸檬渣等，可以進一步研究下副產物的利用前景，以增加產業鏈的經濟效益。該方法提純中除去的對香味貢獻不大的萜烯類物質可以進行研究如何更好的方法收集，以及有什么作用可以利用起來