超臨界CO2萃取橙花精油及GC/MS分析

巫建國，李廷榮，萬 佳

（重慶市日用化學(xué)工業(yè)研究所，重慶 401123）

超臨界CO2萃取橙花精油及GC/MS分析

巫建國，李廷榮，萬 佳

（重慶市日用化學(xué)工業(yè)研究所，重慶 401123）

用超臨界CO2萃取技術(shù)結(jié)合分子蒸餾純化制取橙花精油。通過正交實(shí)驗(yàn)確定了超臨界CO2萃取最佳工藝條件,即萃取時(shí)間240min,萃取溫度40℃、萃取壓力20MPa、萃取流速20L·h-1。用氣相色譜/質(zhì)譜（GC/MS）聯(lián)用儀對(duì)橙花精油成分進(jìn)行了分析，共檢測(cè)出54種化合物。用超臨界CO2萃取結(jié)合分子蒸餾制取橙花精油的方法具有工藝操作溫度低、基本上不破壞熱敏性物質(zhì)、精油香氣更接近天然、無溶劑殘留等優(yōu)點(diǎn)。

橙花精油；超臨界CO2萃??；分子蒸餾；氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用分析

橙花（Orange blossom）是蕓香科（Rutaceae）柑橘屬 (Citrus aurantium)植物的花朵, 產(chǎn)于中國華南地區(qū)、印度東北部及中亞地區(qū)。目前我國種植地區(qū)有重慶忠縣、長(zhǎng)壽、四川江安、湖北宜昌、福建莆田、建陽、廣西荔蒲、廣東韶關(guān)、江西尋烏、于都、貴州羅甸、冊(cè)亨等。橙花精油具有淡雅的花香及果香，廣泛應(yīng)用于日用化工、食用香料、食品加工和醫(yī)藥產(chǎn)品等領(lǐng)域[1]。在香精生產(chǎn)中，橙花精油作為頭香劑可應(yīng)用于花香型、古龍型、東方型的香水、花露水、香皂、化妝品的香精中[2]。在新興的芳香療法保健業(yè)中，橙花精油作為功效性成分被廣泛應(yīng)用，具有鎮(zhèn)定、抗沮喪、消除神經(jīng)緊張、增進(jìn)細(xì)胞活力、美白嫩膚、淡斑等功效[3~4]。

國內(nèi)目前橙花精油的提取工藝主要是蒸餾法和溶劑萃取法。蒸餾法的弊端是加熱過程使天然橙花中某些熱敏性香氣成分遭到破壞，改變了天然橙花精油的獨(dú)特香韻和品質(zhì)。溶劑萃取法采用己烷、石油醚等有機(jī)溶劑，對(duì)揮發(fā)油的活性成分缺乏有效的選擇性，提取效率低，雜質(zhì)成分較多；溶劑殘留影響橙花精油的香氣，其有害性還會(huì)影響橙花精油在化妝品、食品等領(lǐng)域中的應(yīng)用。超臨界CO2萃取技術(shù)是一種先進(jìn)的分離技術(shù)，尤其適用于含低沸點(diǎn)物質(zhì)的天然產(chǎn)物的分離提取[5]。本實(shí)驗(yàn)采用超臨界CO2萃取結(jié)合分子蒸餾提純對(duì)橙花精油的制取工藝進(jìn)行了新探索。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

鮮橙花（重慶三峽果業(yè)有限公司提供），食品級(jí)CO2。

HA-221-50-06-C型超臨界萃取裝置,分子蒸餾器，LGJ-18B冷凍干燥機(jī)，HX500A型高速中藥粉碎機(jī)，GCMS-QP2010氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。

1.2 方法

1.2.1 鮮花的預(yù)處理

將采收后的鮮橙花，采用低溫真空干燥機(jī)在-60℃，真空干燥約48h，脫去絕大部分水分（水分控制在10%以下），然后用高速粉碎機(jī)粉碎，過0.83mm篩備用。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)

稱取900g粉碎的橙花粉，裝入5L超臨界萃取罐，在不同萃取壓力、萃取時(shí)間、CO2流量、萃取溫度條件下進(jìn)行萃取。收集橙花浸膏，稱重。以萃取率為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，選擇萃取條件。得到的橙花浸膏經(jīng)分子蒸餾進(jìn)行分離提純，即得到橙花精油。

1.2.3 橙花精油制備工藝流程

橙花精油制備工藝流程見圖1。

圖1 橙花精油制備工藝流程

1.2.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

影響超臨界CO2萃取橙花浸膏的因素較多，通過初步單因素實(shí)驗(yàn)，選取萃取時(shí)間、CO2流量、萃取溫度、萃取壓力為因素，每個(gè)因素3個(gè)水平，按L9(43)正交表設(shè)計(jì)，以橙花浸膏得率為指標(biāo)進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，因素水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.5 正交試驗(yàn)橙花浸膏得率的計(jì)算

1.3 分子蒸餾提純

將橙花浸膏加熱，直到有流動(dòng)性后，倒入分子蒸餾設(shè)備中保溫，在一定條件下進(jìn)行分離提純，得到精油。

1.4 GC/MS分析條件

1.4.1 GC條件

色譜柱：Rtx-lms 30m×0.25mm×0.25μm，進(jìn)樣口溫度230℃，初始溫度60℃，以9℃·min-1程序升溫至250℃，保持15min。載氣為高純氦氣，流速：1.0mL·min-1，自動(dòng)進(jìn)樣,分流比1∶100，進(jìn)樣量0.12μL 。

1.4.2 MS條件

接口溫度250℃；EI離子源，離子源溫度200℃，電離電壓70eV，柱前壓47kPa，電子倍增器1.2kV，掃描范圍40~500m/z，全掃描方式。

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取因素對(duì)橙花浸膏得率的影響

2.1.1 萃取時(shí)間對(duì)橙花浸膏萃取率的影響

由圖2可以看出，萃取時(shí)間對(duì)超臨界萃取的影響比較明顯。橙花浸膏在超臨界CO2中有很好的溶解性。在前180~210min內(nèi)，隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，得率上升較快；但萃取時(shí)間超過210min以后，隨著時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，得率增幅減緩。這表明，當(dāng)萃取得率達(dá)到一定數(shù)值，再延長(zhǎng)時(shí)間收效不大，增加的得率與消耗相比意義不大。

圖2 萃取時(shí)間對(duì)萃取率的影響

2.1.2 萃取溫度對(duì)橙花浸膏萃取率的影響

萃取溫度對(duì)超臨界萃取的影響是比較復(fù)雜的。溫度升高可明顯提高溶質(zhì)的蒸氣壓和擴(kuò)散系數(shù)，使流體溶解能力大大提高；但溫度過高可使流體密度急劇降低，溶解能力下降程度遠(yuǎn)大于升溫使溶質(zhì)的蒸氣壓和擴(kuò)散系數(shù)的提高幅度，從而使浸膏得率下降。由圖3可以看出，當(dāng)溫度為40℃時(shí)，浸膏得率處于高點(diǎn)；當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，得率則呈下降趨勢(shì)。

圖3 萃取溫度對(duì)萃取率的影響

2.1.3 CO2流量對(duì)橙花浸膏萃取率的影響

由圖4可看出，隨著流量的增大，浸膏得率也逐漸升高，當(dāng)流量由15L·h-1上升到20L·h-1時(shí)浸膏得率逐漸升高，但當(dāng)流量超過20L·h-1后，浸膏得率逐漸下降。因?yàn)檫m當(dāng)增加流量，可增大溶劑與物料量比，使浸膏溶出速度快；但溶劑流速過快，超過浸膏從物料內(nèi)向溶劑中擴(kuò)散的速度，萃取得率不但會(huì)下降，并且會(huì)增加CO2的消耗量。

圖4 CO2流量對(duì)萃取率的影響

2.1.4 萃取壓力對(duì)橙花浸膏萃取率的影響

萃取壓力的變化直接影響著萃取效率。圖5表明，萃取壓力增加，可提高流體密度，提高CO2對(duì)浸膏的溶解度，增加溶出能力，壓力達(dá)到20MPa時(shí)，浸膏得率有一定程度的提高。但并不是壓力高，得率就高，超過一定壓力后，流體的選擇性也受到影響，因而得率有所降低。

圖5 萃取壓力對(duì)萃取率的影響

2.1.5 正交試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各因素對(duì)橙花浸膏得率影響的主次關(guān)系為：時(shí)間＞ CO2壓力＞溫度＞ CO2流量。超臨界CO2萃取橙花浸膏的最佳工藝條件為：萃取時(shí)間240min,萃取溫度40℃，萃取壓力20MPa，萃取流速20L·h-1。

2.2 分子蒸餾條件對(duì)橙花精油得率的影響:

用超臨界CO2提取出來的橙花浸膏含有大量的雜質(zhì)成分，如脂類、蠟質(zhì)、糖苷類等。為了除去這些雜質(zhì)，采用分子蒸餾方法對(duì)橙花浸膏進(jìn)行分離提純。將橙花浸膏加熱，直到有流動(dòng)性后，倒入分子蒸餾設(shè)備中保溫，待蒸發(fā)器蒸餾溫度達(dá)到70℃，夾套溫度50℃，內(nèi)冷凝溫度20℃和真空達(dá)到200Pa后，開始進(jìn)行分離；分離過程中，適當(dāng)調(diào)節(jié)真空度、溫度、進(jìn)料速度和刮膜速度。實(shí)驗(yàn)表明，調(diào)節(jié)真空度、溫度、進(jìn)料速度和刮膜速度，對(duì)得率影響不大。3次分離提純平均得率12.73%。3次提純實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 3次分子蒸餾提純結(jié)果

2.3 GC/MS的分析鑒定

采用GC/MS聯(lián)用儀對(duì)橙花精油進(jìn)行分析，得到橙花精油的GC/MS色譜圖（圖5），鑒定出54種化學(xué)成分（見表3），占精油總量的98.24%，主要是4(10)-崖柏烯、芳樟醇、橙花叔醇、4- 松油醇、檸檬烯、β- 順式羅勒烯、β- 月桂烯、鄰傘花烴、β-蒎烯、合歡醇異構(gòu)體、α- 蒎烯、3- 蒈烯、γ- 松油烯、十三醛、9- 十六烯醛等。特征性香氣成分主要是芳樟醇、橙花醇、橙花叔醇、檸檬烯、檜烯、金合歡醇、松油醇、苯乙腈、茉莉酮、鄰氨基苯甲酸甲酯、β- 甜橙醛、α- 甜橙醛、β- 蒎烯、α- 蒎烯等。

圖6 橙花精油GC/MS色譜圖

表3 橙花精油成分鑒定及含量表

序號(hào) 成分名稱 保留時(shí)間含量/%31 4-芐氧基苯乙酮4'-（Benzyloxy） acetophenone 8.831 0.17 32茉莉酮Jasmone9.274 0.15 33石竹烯Caryophyllene10.107 0.15 34香葉基丙酮6，10-dimethyl-5，9-Undecadien-2-one10.229 0.22 35（Z）- β-金合歡烯 （Z）- β-Farnesene10.503 0.30 36 α-葎草烯. α-Caryophyllene10.628 0.13 37金合歡烯Farnesene11.283 0.10 382-甲?；被郊姿峒柞ethyl 2-formylamino benzonate11.661 0.08 39橙花叔醇. Nerolidol12.143 10.19 40石竹素Caryophyllene oxide12.523 0.18 41桃醛Tetradecylaldehyde12.775 0.15 42斯巴醇Spathulenol13.202 0.09 43 β-甜橙醛 β-Sinensal14.000 1.36 44金合歡醇Farnesol 14.225 0.10 45十三醛Tridecanal14.281 0.83 46金合歡醇異構(gòu)體Farnesol isomer 14.391 2.81 47反式-金合歡醛trans-Farnesal14.591 0.30 48 α-甜橙醛 α-Sinensal14.745 0.39 49乙酸金合歡酯Farnesyl acetate15.005 0.10 50反式乙酸金合歡酯 tran-Farnesyl acetate15.969 0.14 51植酮6，10，14-trimethyl-2-Pentadecanone， 16.140 0.11 52（9Z）-9，17-十八二烯醛 （Z）-9，17-octadecadienal16.610 0.32 53 9-十六烯醛cis-9-Hexadecenal16.728 0.61 54 9-十六烯醛cis-9-Hexadecenal18.037 0.19

3 結(jié)論

正交試驗(yàn)表明，影響超臨界CO2萃取橙花浸膏的主要因素是時(shí)間、CO2壓力、溫度、CO2流量，主次關(guān)系為：時(shí)間＞ CO2壓力＞ 溫度＞ CO2流量。最佳工藝條件為：萃取時(shí)間240min,萃取溫度40℃，萃取壓力20MPa，萃取流速20L·h-1。用分子蒸餾法從橙花浸膏中分離提取橙花精油，精油得率達(dá)到12.73%。

用GC/MS對(duì)橙花精油進(jìn)行分析，鑒定出54種化學(xué)成分，占精油總量的98.24%。用超臨界CO2萃取結(jié)合分子蒸餾制取橙花精油的方法具有工藝操作溫度低，基本上不破壞熱敏性物質(zhì)，精油香氣更接近天然，無溶劑殘留等優(yōu)點(diǎn)，利于產(chǎn)品的應(yīng)用。

[1] 張承曾，汪清如.日用調(diào)香術(shù)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1993.

[2] 余來普.譯.調(diào)香中的橙花油[J].精細(xì)與專用化學(xué)品，1986，（1）：9-11.

[3] 李宏.保健和美容芳香療法產(chǎn)品配方[J].香料香精化妝品，2003，（3）：27-33.

[4] 趙勛國.芳香療法-精油的保健和治療作用[J].日用化學(xué)品科學(xué)，2005，28（6）：44-48.

[5] 曹文軍，吳定新.植物精油的超臨界流體萃取的研究與發(fā)展[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998， 20（1）：67-73.

Supercritical CO2Extraction of Neroli Oil and its GC/MS Analysis

WU Jian-guo, LI Ting-rong, WAN Jia
（Chongqing Research Institute of Daily-use Chemical Industry，Chongqing 401123， China）

Neroli oil was prepared by supercritical CO2extraction combined with molecular distillation. Best process conditions of supercritical CO2extraction were determined by orthogonal experiments:extraction time 240min， extraction pressure 20MPa，extraction temperature 40℃， CO2-f l ow 20L/h. The compositions of neroli oil were analyzed by gas chromatography/mass spectrometry（GC/MS） apparatus， and the 54 kinds of components were detected. The supercritical CO2extraction method combined with molecular distillation basically did not destroy the heat-sensitive materials at low operation temperature， the aroma of essential oil was close to the original aroma， the prepared neroli oil did not contain solvent residual.

neroli oil; supercritical CO2extraction; molecular distillation; gas chromatography/mass spectrometry analysis

TQ 655

A

1671-9905(2012)07-0011-04

巫建國，任職于重慶市日用化學(xué)工業(yè)研究所，高級(jí)工程師，主要從事香料、日化產(chǎn)品研發(fā)工作，電話：023-67300061，Email:yanfabu1@163.com

2012-04-27