低溫連續(xù)相變萃取廣佛手精油及其組成分析

楊　　慧，周愛梅，*，夏　　旭，郭寶顏，劉　　欣，陳樹喜

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642；2.廣東展翠食品股份有限公司，廣東潮州515634）

低溫連續(xù)相變萃取廣佛手精油及其組成分析

楊慧1，周愛梅1，*，夏旭1，郭寶顏1，劉欣1，陳樹喜2

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642；2.廣東展翠食品股份有限公司，廣東潮州515634）

采用低溫連續(xù)相變萃取技術(shù)提取廣佛手精油，以精油得率為主要指標(biāo)，研究了萃取溫度、壓力、時間等因素對廣佛手精油得率的影響，并通過正交實驗確定最佳提取工藝條件，同時對精油的質(zhì)量及化學(xué)組成進行分析。研究表明，低溫連續(xù)相變提取廣佛手精油的最佳工藝為：原料堆密度0.4 kg/L，萃取溫度60℃，萃取壓力0.6 MPa，萃取時間75 min，顆粒度30目，此時精油得率為9.25‰。所得廣佛手精油為黃色至深棕色半固體膏狀物，具有佛手揮發(fā)油特有的濃郁香味，無異味，其主要化學(xué)組成為酸類、烯烴類、酯類，分別達到了廣佛手精油相對百分含量的44.3%、26.67%、7.89%。

廣佛手，水蒸汽蒸餾法，精油，化學(xué)組成

佛手（Citrus medical var.sarcodactylis）為蕓香科柑橘屬植物佛手的果實，又名佛手柑、密羅柑、福壽橘等［1］，按產(chǎn)地主要分為廣佛手、川佛手、金佛手和建佛手。佛手精油香味清香淡雅，是重要的高檔香料。研究表明，佛手精油主要成分是萜烯類、倍半萜烯類以及高級醇類、醛類、酮類、酯類等多種生理活性物質(zhì)［2-3］，具有祛痰、止咳、平喘、抗焦慮、抗菌消炎等較高的藥用價值［4-8］。

目前，國內(nèi)極少有廠家能對佛手精油進行規(guī)?；纳a(chǎn)，國際市場上佛手精油也處于極度缺乏的狀態(tài)，且需求量在逐年增加，因此，對其進行規(guī)?；纳a(chǎn)具有廣闊的市場前景。目前，精油的提取技術(shù)主要有壓榨法［9］、水蒸汽蒸餾法［10-11］、溶劑提取法［12］和超臨界流體萃取法［13-14］等。壓榨法工藝操作簡單，是目前國內(nèi)植物油脂提取的主要方法，但存在出油率低，勞動強度大，生產(chǎn)效率低等缺點。水蒸汽蒸餾法是最傳統(tǒng)的方法，由于提取溫度較高、時間較長，造成熱敏性成分遭破壞、低沸點成分易流失、高沸點成分不易蒸出、香氣完整性受影響等問題。超臨界提取工藝所得精油品質(zhì)較高，但是生產(chǎn)成本高。鑒于以上，本文將利用課題組自助研發(fā)的先進技術(shù)——低溫連續(xù)相變萃取技術(shù)［15］來解決目前傳統(tǒng)提取工藝所遇到的瓶頸問題。目前該技術(shù)已成功用于陳皮油、蓖麻子油、茶油等植物油脂的萃取，取得較好的效果，但此技術(shù)用于提取佛手精油的研究未見報道。本研究探討了低溫連續(xù)相變萃取廣佛手精油的最佳工藝，同時對所得精油組成進行分析，旨在為高品質(zhì)佛手精油生產(chǎn)應(yīng)用提供理論支持和依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

廣佛手干片廣東展翠食品有限公司提供；正丁烷（99.99%） 深圳深燃石油氣公司；正己烷（色譜純） 美國J.T.Baker公司；其余試劑均為分析純。

低溫連續(xù)相變萃取裝置珠海共同機械有限公司；7890A-5975C安捷倫氣質(zhì)聯(lián)用儀日本島津公司；Tiger電子天平梅特勒-托利多（上海）有限公司；119型中草藥萬能粉碎機浙江溫嶺市藥材機械廠；WG9220BE型電熱鼓風(fēng)干燥箱上海喬躍電子有限公司；LSC智能水分測定儀沈陽龍騰電子有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1單因素實驗

1.2.1.1萃取溫度對廣佛手精油得率的影響利用低溫連續(xù)相變萃取技術(shù)（萃取溶劑為正丁烷），將1.5 kg烘干（水分含量小于13%）粉碎后的廣佛手在萃取時間75 min，萃取壓力0.5 MPa，原料顆粒度10目，萃取溫度分別為45、50、55、60、65℃下萃取，考察萃取溫度對佛手精油得率的影響。

1.2.1.2萃取壓力對廣佛手精油得率的影響利用低溫連續(xù)相變萃取技術(shù)（萃取溶劑為正丁烷），將1.5 kg烘干（水分含量小于13%）粉碎后的廣佛手在萃取時間75 min，原料顆粒度10目，萃取溫度為55℃，萃取壓力分別為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 MPa的條件下，考察萃取溫度對佛手精油得率的影響。

1.2.1.3萃取時間對廣佛手精油得率的影響利用低溫連續(xù)相變萃取技術(shù)（萃取溶劑為正丁烷），將1.5 kg烘干（水分含量小于13%）粉碎后的廣佛手在顆粒度為10目，萃取壓力為0.5 MPa，萃取溫度為55℃，分別萃取45、60、75、90、105 min的條件下，考察萃取時間對佛手精油得率的影響。

1.2.1.4原料顆粒度對廣佛手精油得率的影響利用低溫連續(xù)相變萃取技術(shù)（萃取溶劑為正丁烷），將1.5 kg烘干（水分含量小于13%）粉碎后的廣佛手在萃取時間為75 min，萃取壓力為0.5 MPa，萃取溫度為55℃，顆粒度分別為10、20、30、40、50目的條件下（由不銹鋼分樣篩篩選得到），考察原料顆粒度對佛手精油得率的影響。

1.2.1.5原料堆密度對廣佛手精油得率的影響利用低溫連續(xù)相變萃取技術(shù)（萃取溶劑為正丁烷），將烘干（水分含量小于13%）粉碎后的廣佛手在顆粒度為10目，萃取壓力為0.5 MPa，萃取溫度為55℃，在堆密度分別為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 kg/L的條件下，萃取時間為75 min，考察原料堆密度對佛手精油得率的影響。

1.2.2低溫連續(xù)相變萃取廣佛手精油的工藝優(yōu)化設(shè)計根據(jù)單因素實驗結(jié)果，以萃取壓力、時間、溫度、原料堆密度4個因素3個水平設(shè)計L9（34）正交實驗，實驗設(shè)計因素水平表見表1。

表1　正交實驗因素水平表Table 1　Primary variables and levels used in the orthogonal

1.3精油檢測指標(biāo)

參照周海國等方法［16］，按公式（1）計算佛手精油得率：

1.4佛手精油成分GC-MS分析

精油分析前處理：將精油用色譜純的正己烷稀釋至10 mg/mL，過0.22 μm的有機濾膜，氣相及氣質(zhì)備用。色譜分析條件：色譜柱為HP-INNO-WAX毛細(xì)管柱（30 m×0.32 mm×0.5 μm）；載氣為氦氣，柱流量為1.0 mL/min，進樣量1.0 μL。程序升溫條件：50℃保持2 min，然后10℃/min升溫至270℃并保持10 min。質(zhì)譜條件為：電離源為EI；電離能量：70 eV；四極桿150℃，進樣口250℃，離子源溫度280℃；掃描范圍：50～550 m/z。質(zhì)譜檢索庫為NIST08.L。

1.5數(shù)據(jù)分析方法

單因素實驗使用Origin 8.5軟件進行分析；正交實驗使用The SAS System for Windows 9.0（簡體中文）統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2　結(jié)果與討論

2.1單因素實驗

2.1.1萃取溫度對佛手精油得率的影響萃取溫度的大小影響流體的密度、分子擴散的能力，進而影響其對油脂的溶解能力。由圖1可以看出，萃取溫度對精油得率有顯著影響（p＜0.05），并在55℃時獲得最大得率，為6.42‰，當(dāng)萃取溫度繼續(xù)增大時，精油得率顯著減少（p＜0.05）。在較低溫度時，溫度的上升能使促進油脂的溶解，得率上升；但溫度上升到較高值后，丁烷在萃取釜中容易發(fā)生氣化，萃取過程中傳質(zhì)推動力減小，油脂得率反而降低。

2.1.2萃取壓力對佛手精油得率的影響萃取壓力是改變低溫連續(xù)相變流體對精油溶解能力的重要參數(shù)。由圖2可知，萃取壓力從0.3～0.6 MPa時，精油得率隨萃取壓力的增大出現(xiàn)顯著增大（p＜0.05），并于0.6 MPa時達到最大值，為6.42‰；當(dāng)超過0.6 MPa后，隨著壓力不斷增大，得油率顯著性下降（p＜0.05）。這是因為在一定壓力范圍內(nèi)，壓力增大有利于提高萃取溶劑與物料的接觸頻次，有利于揮發(fā)油的充分溶出。但壓力過大時增大了萃取釜中物料堆密度，抑制萃取溶劑流速，同時高壓狀態(tài)下會加重設(shè)備運轉(zhuǎn)的負(fù)荷。

圖1　萃取溫度對佛手精油得率的影響Fig.1　Effect of temperature on extraction rate of volatile oil from bergamot

圖2　萃取壓力對佛手精油的率的影響Fig.2　Effect of pressure on extraction rate of volatile oil from bergamot

圖3　萃取時間對佛手精油得率的影響Fig.3　Effect of time on extraction rate of volatile oil from bergamot

2.1.3萃取時間對佛手精油得率的影響精油在低溫連續(xù)相變流體中達到溶解平衡需要一定的時間，但到達平衡后油脂得率再變化的幅度已經(jīng)很小，延長萃取時間只會增加能耗。從圖3可以知，隨著萃取時間延長，佛手精油得率顯著性增加（p＜0.05），但萃取60 min后提取率增幅趨緩，考慮到萃取時間過長會增加能耗和生產(chǎn)成本，最佳提取時間選取60 min。

2.1.4原料顆粒度對佛手精油得率的影響原料顆粒度的大小，決定萃取過程中原料與萃取溶劑的接觸面積。由圖4可知，當(dāng)原料顆粒度從10～30目時，精油得率緩慢上升并于30目達到最大值6.74‰，超過30目時，其得率呈下降趨勢。隨著目數(shù)增大，原料顆粒度變小，使得萃取溶劑與原料的接觸面積不斷增大，有利于精油的充分萃取。但粉碎目數(shù)過大時使得原料粒度過小，堵塞萃取釜濾網(wǎng)而影響萃取。所以原料顆粒度選取30目。

圖4　原料顆粒度對佛手精油的率的影響Fig.4　Effect of granularity on extraction rate of volatile oil from bergamot

2.1.5原料堆密度對佛手精油得率的影響堆密度的大小不僅影響著生產(chǎn)效率的大小，還影響著萃取過程中壓差的形成，是低溫連續(xù)相變流體對精油溶解能力的重要參數(shù)。由圖5可知，堆密度從0.3～0.5 kg/L時，精油得率出現(xiàn)顯著增大（p＜0.05），并于0.5 kg/L時達到最大值9.63‰，當(dāng)超過0.5 kg/L后，得油率緩慢下降?？赡茉蚴嵌衙芏仍叫?，流體不能很好的與原料接觸；堆密度過大，流體傳質(zhì)阻力越大，精油不能充分溶解到流體中。

圖5　原料堆密度對佛手精油得率的影響Fig.5　Effect of bulk density on extraction rate of volatile oil from bergamot

2.2低溫連續(xù)相變萃取佛手精油的工藝優(yōu)化

正交實驗結(jié)果以及方差分析見表2、表3。根據(jù)表2中極差R分析可得出：各因素對佛手揮發(fā)油提取率的影響程度依次是D（原料堆密度）＞C（萃取溫度）＞B（萃取時間）＞A（萃取壓力），即原料堆密度的影響最大，萃取溫度和萃取時間次之，萃取壓力的影響最小。表3方差分析的結(jié)果表明，原料堆密度、萃取溫度及萃取時間對佛手精油的得率有顯著性影響（p＜0.05），萃取壓力對精油得率無顯著影響（p＞0.05）。按照各因素的最好水平得到最佳組合D2C3B3A2，即佛手精油低溫連續(xù)相變萃取最佳工藝為原料堆密度0.4 kg/L，萃取溫度60℃，萃取時間75 min，萃取壓力0.6 MPa，顆粒度30目，驗證實驗表明精油得率可達9.25‰；所得到佛手精油為黃色至深棕色半固體膏狀物，具有濃郁佛手香味，形態(tài)呈油狀但較濃稠，透明度較好。

2.3廣佛手精油揮發(fā)性成分的GC-MS分析

采用GC-MS分析檢測廣佛手果中精油成分，得樣品總離子流色譜圖，結(jié)果見圖6。從廣佛手精油中共檢測出45個峰，由化學(xué)工作站NIST08.L標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖庫進行檢索，對未知物進行定性分析，鑒定了其中的25個峰（結(jié)果見圖6）。采用峰面積歸一化法進行相對定量的計算，求得各個化合物在佛手精油中的相對百分含量，結(jié)果見表4所示。

圖6　廣佛手精油GC-MS總離子流色譜圖Fig.6　Total ion chromatogram of volatile oil from beigamot

表2　正交實驗結(jié)果分析表Table 2　Results obtained under the experimental conditions using the L9（34）orthogonal design

表3　正交實驗方差分析表Table 3　The orthogonal experiment anova

表4　佛手揮發(fā)性化學(xué)成分及相對百分含量Table 4　The chemical constituents of volatile oil from bergamot analyzed by GC-MS

續(xù)表

由圖6可知，用氣質(zhì)聯(lián)用對低溫連續(xù)相變萃取的干佛手精油成分分離，共分離出45種組分。由表4可知，通過譜庫檢索與RI值，結(jié)合有關(guān)文獻，鑒定出25種成分，總相對百分含量為86.83%。其中有8個烯烴類化合物，總相對百分含量為26.67%，為低溫連續(xù)相變萃取的干佛手精油的主要成分；4個醇類化合物，總相對百分含量為3.28%；1個酚類化合物，總相對百分含量為0.67%；4個酯類化合物，總相對百分含量為7.89%；1個酮類化合物，總相對含量為2.12%；4個酸類化合物，總相對百分含量為44.3%；1種香豆素，總相對百分含量為0.40%；1種烷烴，總相對百分含量為0.88%；香氣成分中相對百分含量較高的是D-檸檬烯，總相對百分含量為12.97%。低溫連續(xù)相變萃取的佛手精油的成分主要由6大類組成，分別是酸類化合物、烯烴類化合物、醇類化合物、酚類化合物、酮類化合物，酯類化合物。其中酸類、烯烴類、酯類占主要部分，分別達到了廣佛手精油相對百分含量的44.3%、26.67%、7.89%。

3　結(jié)論

低溫連續(xù)相變萃取佛手精油的最佳工藝條件為：原料堆密度0.4 kg/L，萃取溫度60℃，萃取壓力0.6 MPa，萃取時間75 min，顆粒度30目。萃取所得的佛手精油得率較高，高達9.25‰；在室溫下為黃色至深棕色半固體膏狀物，具有佛手特有的濃郁香味，無異味；與目前報道的精油提取技術(shù)［17］相比，低溫連續(xù)相變萃取技術(shù)突出優(yōu)勢在于：降低了萃取溫度、壓力和時間，更為高效安全，工藝操作更簡單；該技術(shù)為含有熱敏性成分的植物精油萃取提供了極好的條件，更有利于揮發(fā)性組分物質(zhì)較全面保留，呈味組分較多，能更好地保存原料的風(fēng)味。

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Study on the extract technology and component analysis of bergamot essential oil by low-temperature continuous phase transition

YANG Hui1，ZHOU Ai-mei1，*，XIA Xu1，GUO Bao-yan1，LIU Xin1，CHEN Shu-xi2
（1.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；2.Guangdong Zhancui Food Co.，Ltd.，Chaozhou 515634，China）

Low-temperature continuous phase transition extraction technology was applied to extracted bergamot essential oil，orthogonal test was used to study the effects of granularity，extraction time，extraction temperature，extraction pressure and bulk density on the yield of essential oil of bergamot.At the same time，the quality of essential oil and chemical composition were analysed.The optimum parameters was determined by using yield as the main evaluation index，and the quality of essential oil was made out of evaluation.The results showed that the optimum extraction process of bergamot essential oil extracted by low-temperature continuous phase transition was obtained as follows：bulk density 0.4 kg/L，extraction temperature 60℃，extraction pressure 0.6 MPa，extraction time 75 min，and granularity 30 mesh，the extraction rate was 9.25‰ and the bergamot essential oil was yellow to dark brown semisolid paste，with pure bergamot flavor.Its main chemical compositions were acid，olefins and esters，which the relative percentage were 44.3%，26.67%，7.89%.

bergamot；low temperature continuous phase transition extraction；bergamot volatile essential oil；GC-MS

TS224.4

B

1002-0306（2015）16-0289-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.16.050

2014－11－13

楊慧（1989-），女，碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)，農(nóng)產(chǎn)品加工，E-mail：yangh19890407@163.com。

周愛梅（1971-），女，副教授，研究方向：食品化學(xué)與營養(yǎng)，功能食品，水產(chǎn)品和農(nóng)產(chǎn)品加工與綜合利用，E-mail：zhouam@scau. edu.cn。

廣東省省部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合重點項目（2012B091000003）。