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(shè)備檢驗研究院聊城分院，山東 聊城 252000；2. 聊城大學(xué)，化學(xué)化工學(xué)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(shù)，對我國香料香精行業(yè)的不斷發(fā)展進步具有深遠(yuǎn)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(quán)衡提取工藝最佳的標(biāo)準(zhǔn)。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(zhǔn)確稱量30 g橘皮粉末，用藥匙移至圓底燒瓶中，用量筒準(zhǔn)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(zhǔn)確記錄體積。

1.2.2 單因素試驗

以精油提取率為衡量標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)，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(zhǔn)確稱取橘皮粉末3份，各30 g，然后準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，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(zhǔn)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，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(jié)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(jié)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(guān)，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(dǎo)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(dāng)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(xì)胞壁分解，使細(xì)胞內(nèi)的成分溶解于水中，進而大大提高提取率。當(dāng)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(yīng)和攪拌作用，破壞柑橘皮的細(xì)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(dāng)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(dǎo)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(biāo)，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(jié)果見表7。以產(chǎn)率為指標(biāo)的方差分析見表8。

表6 正交試驗因素與水平設(shè)計Table 6 Orthogonal experimental factors and horizontal design

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

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

2.3 優(yōu)化后結(jié)果

根據(jù)正交試驗結(jié)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(jié)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(chǔ)上，采用正交試驗的方法總結(jié)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。