柑橘皮精油提取工藝研究

王文麗 林 峰 吳 倩

(1. 山東省特種設備檢驗研究院聊城分院，山東 聊城 252000；2. 聊城大學，化學化工學院，山東 聊城 252000)

0 引言

中國橘子產(chǎn)量最高，橘皮精油的提取技術，對我國香料香精行業(yè)的不斷發(fā)展進步具有深遠的現(xiàn)實意義。如今橘皮精油的提取方法有水蒸氣蒸餾法、溶劑浸提法、壓榨法、吸收法、超臨界流體萃取法、微膠囊雙水相萃取法等等。其中水蒸氣蒸餾法是通過蒸汽帶出精油[1-4]。這種方法容易便捷，提取率大多在1.5%～3.5%附近。但因?qū)嶒灉囟容^高，會引起精油中部分成分水解，使精油香氣損失，提取率降低。但由于水蒸氣蒸餾不會在精油中引入其他成分，至今仍是廣泛使用的提取方法[5,6]。通過盡可能克服長時間高溫狀態(tài)、改進工藝，可使之優(yōu)化。對柑橘皮中精油提取工藝進行研究，以精油提取率作為權衡提取工藝最佳的標準。首先分別從料液比、提取次數(shù)、加酶用量、超聲處理、提取時間等幾個方面摸索條件，獲得各自最佳條件后，再進行正交試驗得到精油提取的最佳方案，最終根據(jù)理論條件進行試驗驗證。

1 實驗部分

1.1 材料、試劑

柑橘皮(新鮮橘皮)、纖維素酶(飛凈phygene，400 u/mg)、無水乙醇(分析純，天津市鼎盛鑫化工有限公司)

1.2 實驗方法

1.2.1 提取方法

首先將新鮮、干凈的橘皮放在干燥機中進行干燥，然后取出放入粉碎機中進行粉粹、之后在研缽中進行研磨至粉末狀。用分析天平準確稱量30 g橘皮粉末，用藥匙移至圓底燒瓶中，用量筒準確量取一定量體積的蒸餾水并加入圓底燒瓶中，依次安裝好蒸餾裝置，控制溫度加熱，讓溫度緩緩上升到100攝氏度，水蒸氣蒸餾法提取一定時間，將提取液用錐形瓶收集，看到提取液明顯分層，用分液漏斗分液，下層液(水相)從下面倒出，上層液(精油相)從上面倒入比色管中，即為提取的精油，用吸量管量取精油的體積，然后準確記錄體積。

1.2.2 單因素試驗

以精油提取率為衡量標準，分別探索不同料液比、不同提取次數(shù)、不同加酶用量、不同超聲功率、不同提取時間等因素的影響。

1.2.2.1 料液比對提取率的影響

稱取橘皮粉末4份，各30 g，分別按料液比1∶5(30 g∶150 mL)、1∶6(30 g∶180 mL)、1∶7(30 g∶210 mL)、1∶8(30 g∶240 mL)充分混合均勻后，進行水蒸氣蒸餾提取90 min，控制溫度，使溫度緩緩上升到100 ℃左右，用錐形瓶收集提取液，將提取液移入分液漏斗中進行分液，分液后即可得到精油。以精油提取率為衡量標準，進行評價。

1.2.2.2 提取次數(shù)對提取率的影響

用分析天平稱量橘皮粉末4次，每次稱量克數(shù)為30 g， 以料液比(30 g∶180 mL)為例，進行水蒸氣蒸餾提取90 min，控制溫度，使溫度緩緩上升到100 ℃左右，分別提取4次，用錐形瓶收集提取液，分液后得到提取的精油，以精油提取率為指標，評價不同次數(shù)對橘皮精油提取率的影響。

1.2.2.3 加酶用量對提取率的影響

用分析天平首先準確稱取橘皮粉末3份，各30 g，然后準確稱取纖維素酶3份，分別為3 g、6 g、9 g，以料液比(30 g∶180 mL)為例，以10∶1(30 g∶3 g)、10∶2(30 g∶6 g)、10∶3(30 g∶9 g)的料酶比進行水蒸氣蒸餾提取90 min，控制溫度，使溫度緩緩上升到100 ℃左右，用錐形瓶收集提取液，分液后得到提取的精油，以精油提取率為衡量標準，得到不同的酶用量對提取率的影響。

1.2.2.4 超聲功率對提取率的影響

用分析天平首先準確稱取橘皮粉末3份，每一份都為30 g， 以料液比(30 g∶180 mL)為例，充分混合均勻后，固定溫度是50 ℃，時間是30 min，在高功率數(shù)控超聲波清洗器中以不同的超聲功率進行超聲處理，在200 W、300 W、400 W下進行實驗，之后進行水蒸氣蒸餾提取90 min，控制溫度，使溫度緩緩上升到100 ℃左右，用錐形瓶收集提取液，分液后得到產(chǎn)品，以提取率為指標衡量。

1.2.2.5 提取時間對提取率的影響

稱橘皮粉末3份，每一份為30 g，以料液比(30 g∶180 mL)為例，充分混合均勻后，分別進行水蒸氣蒸餾提取60 min、90 min、120 min，控制溫度，使溫度緩緩上升到100 ℃左右，用錐形瓶收集提取液，分液后得到提取的精油，以精油的提取率為衡量標準，測提取率。

1.2.3 精油提取率的測定

精油提取率(mL·g-1)=精油提取量(mL)/柑橘皮質(zhì)量(g)

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 料液比對橘皮精油提取的影響

料液比對橘皮精油提取的影響見表1。從表1中可以看出，料液比增加，精油的提取率隨之上升，在1∶6時，精油的提取率最大，繼續(xù)增大料液比，提取率反而下降。出現(xiàn)上述結果的原因可能是蒸餾水的使用量越多，那么溶解在柑橘皮中的有效成分就越多，所以提取率上升，通常意義上來說，溶質(zhì)的分散作用與溶劑的量有關，料液比越大，分散越充分。然而實驗中隨著料液比加大，溶劑揮發(fā)所需的加熱時間相對增加，精油被分解消耗的量也隨之增加，進而導致精油的提取率隨之降低。所以以1∶6為比例的料液進行試驗最佳。

表1 料液比的影響Table 1 Effect of solid-liquid ratio

以料30 g，液180 mL為例進行剩余的單因素試驗。

2.1.2 提取次數(shù)對橘皮精油提取的影響

提取次數(shù)對橘皮精油提取的影響見表2。隨著提取次數(shù)的不斷增加，精油提取率不斷降低，但是累積提取率在增加。原因可能是提取多次之后，柑橘皮中的有效成分溶解得就越少，所以提取率降低。當提取一次時，精油提取率最大，而此時加液再進行多次提取，提取率下降。

表2 提取次數(shù)的影響Table 2 Influence of extraction times

2.1.3 加酶用量對橘皮精油提取的影響

加酶用量對橘皮精油提取的影響見表3。隨著料酶比的不斷增加，精油提取率逐漸上升，原因可能是酶的加入，有助于植物細胞壁分解，使細胞內(nèi)的成分溶解于水中，進而大大提高提取率。當料酶比達到10∶3時，精油提取率最大。

表3 加酶用量的影響Table 3 Influence of the dosage of adding enzyme

2.1.4 超聲處理對橘皮精油提取的影響

超聲時間為30 min，溫度為50攝氏度，超聲處理對橘皮精油提取的影響見表4。超聲聲波產(chǎn)生強烈的空化效應和攪拌作用，破壞柑橘皮的細胞，縮短提取時間，提高提取率。隨著超聲功率的不斷增加，精油提取率逐漸上升，原因可能是超聲的功率越大，則圓底燒瓶中的料液越混合得充分。當超聲功率為400 W時，精油提取率最大。

表4 超聲處理的影響Table 4 Influence of ultrasonic treatment

2.1.5 提取時間對橘皮精油提取的影響

提取時間對橘皮精油提取的影響見表5。從表5可以看出，90 min的時候提取率最佳，之后隨著提取時間的延長，橘皮精油的提取率逐漸下降，原因可能是由于提取時間越長，越有助于柑橘皮中有效成分的溶出，故提取率增大；但太長的提取時間可能會導致柑橘皮中的一些熱不穩(wěn)定性成分受到破壞或部分揮發(fā)，從而致使提取率下降。

表5 提取時間的影響Table 5 Influence of extraction time

2.2 正交試驗

以柑橘皮精油提取率為評價指標，選定料液比、加酶用量、超聲功率三個因素，三個因素中較好的水平進行正交試驗，因素水平見表6。正交實驗結果見表7。以產(chǎn)率為指標的方差分析見表8。

表6 正交試驗因素與水平設計Table 6 Orthogonal experimental factors and horizontal design

表7 柑橘皮提取精油正交試驗與結果Table 7 Orthogonal test and result of extracting essential oil from citrus

表8 以產(chǎn)率為指標的方差分析Table 8 Analysis of variance with yield as index

2.3 優(yōu)化后結果

根據(jù)正交試驗結果表數(shù)據(jù)的極差分析表明，料液比對橘皮精油提取率的影響最大，超聲功率影響次之，加酶用量則最小。實驗表明最佳工藝為料液比為1∶6，加酶用量為9 g，超聲功率為400 W。在此試驗條件下，再經(jīng)驗證試驗，得出橘皮精油的提取率為0.133 3 mL·g-1。

3 結論

本實驗通過探究料液比、提取次數(shù)、加酶用量、超聲處理、提取時間對橘皮精油提取率的影響，得出利用水蒸氣蒸餾法提取橘皮精油的最佳料液比為1∶6。之后再以料液比1∶6為例，做剩余的單因素試驗，再在單因素試驗的基礎上，采用正交試驗的方法總結出了水蒸氣蒸餾法提取橘皮精油的最佳工藝組合條件為料液比1∶6，加酶用量9 g，超聲功率400 W。在此試驗條件下，再經(jīng)驗證試驗， 得出橘皮精油的提取率為0.133 3 mL·g-1。