超聲輔助溶劑法提取橘皮精油的研究

孫增博，張飛飛，祝子坪

（臺(tái)州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000）

超聲輔助溶劑法提取橘皮精油的研究

孫增博，張飛飛，祝子坪＊

（臺(tái)州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000）

為了提高橘皮精油的提取效率，對(duì)超聲輔助溶劑法提取橘皮精油的工藝進(jìn)行了優(yōu)化。以橘皮精油得率為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)選擇適合的水平，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝。優(yōu)化的提取工藝條件為：浸泡時(shí)間40 min、超聲功率110W，超聲時(shí)間60min，料液比（g/mL）1：8，在此條件下橘皮精油平均得率可達(dá)到2.23%。

橘皮精油；超聲；輔助提取

浙江臺(tái)州是柑橘生產(chǎn)及加工的主要地區(qū)。橘皮作為柑橘罐頭和果汁加工的副產(chǎn)品，每年都有大量產(chǎn)生。當(dāng)前，大部分橘皮未經(jīng)任何處理就被丟棄，造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。這些原為廢料橘皮如能有效開發(fā)利用，將會(huì)給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。橘皮中含有的香精油具有誘人的橘香味，可作為食品的矯味劑和賦香劑，在食品加工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用價(jià)值［1］。因此，橘皮精油的提取引起了研究者的重視。

橘皮精油提取方法主要有超臨界CO2萃取法、壓榨法、水蒸汽蒸餾法和有機(jī)溶劑提取法［2-5］。超臨界CO2萃取法設(shè)備昂貴、生產(chǎn)成本較高；壓榨法所得精油油質(zhì)較差、得率較低，因此二者在橘皮精油提取時(shí)并不常用?，F(xiàn)在生產(chǎn)中采用的提取方法主要是水蒸氣蒸餾法和有機(jī)溶劑提取法。由于水蒸氣蒸餾時(shí)的高溫破壞了精油中的熱敏化合物，使精油品質(zhì)降低；而有機(jī)溶劑屬低溫浸提，精油得率高、品質(zhì)好，因而有較好的應(yīng)用前景，但是由于有機(jī)溶劑可能會(huì)有殘留，萃取時(shí)間較長，效率低，使應(yīng)用受到限制。因此，降低有機(jī)溶劑殘留、提高提取效率是橘皮精油提取急需解決的問題。超聲輔助提取是一種比較先進(jìn)的提取方法，它是利用超聲波產(chǎn)生的空化、熱和機(jī)械作用來破壞植物的細(xì)胞壁，促使有效成分溶解。與傳統(tǒng)提取方法相比，提取效率較高，提取溫度較低，可避免熱敏成分的損失［6］，因此在很多生物有效成分提取上有較好的效果［7-9］。本實(shí)驗(yàn)用超聲輔助低沸點(diǎn)的石油醚來提取橘皮精油，力求為橘皮精油工業(yè)生產(chǎn)找到的一條經(jīng)濟(jì)有效的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

成熟、新鮮的柑橘購自臺(tái)州黃巖西鄉(xiāng)果蔬科技專業(yè)合作社，為早熟宮川品種，屬寬皮柑橘類。石油醚（30～60℃沸程）為分析純，購自上海國藥集團(tuán)公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BS224S電子天平、BS2202S電子天平，賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；VCX500超聲波破碎儀，美國

SONICS＆MATERIALS公司；RE-52AAA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海嘉鵬科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 橘皮的預(yù)處理

選成熟度好，大小均勻一致的柑橘取果皮，陰干、粉碎后過40目篩，備用。

1.3.2 橘皮精油的提取

稱取15g橘皮粉與一定量石油醚置于燒杯中，混合、浸泡一定時(shí)間后用一定功率的超聲進(jìn)行提取。提取液進(jìn)行抽濾，將濾液及抽濾瓶洗液（沖洗3次，每次20mL）合并后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器轉(zhuǎn)速為50r/min，溫度為28℃，待瓶中石油醚揮干后即得橘皮精油。取下燒瓶，稱重，計(jì)算得率（%）

橘皮精油得率（%）=橘皮精油的質(zhì)量/橘皮的質(zhì)量×100%

1.3.3 單因素試驗(yàn)

浸泡時(shí)間：稱取15g橘皮粉與60mL石油醚，混合于250mL的燒杯中，浸泡時(shí)間分別設(shè)為10min、20min、30min、40min、50min，浸泡后超聲提?。üβ?0W，時(shí)間30min），計(jì)算橘皮精油得率。

超聲功率：15g橘皮粉與60mL石油醚，混合于250mL的燒杯中，浸泡20min后超聲提取30min，超聲功率分別設(shè)為50W、70W、90W、110W、130W，計(jì)算橘皮精油得率。

超聲時(shí)間：稱取15g橘皮粉與60mL石油醚，混合于250mL的燒杯中，浸泡20min后分別超聲提取20min、30min、40min、50min、60min，超聲功率70W，計(jì)算橘皮精油得率。

料液比：稱取15g橘皮粉分別與30mL、60mL、90mL、120mL、150mL石油醚混合于250mL的燒杯中（料液比分別為1：2、1：4、1：6、1：8、1：10），浸泡20min后超聲提取30min，超聲功率70W，計(jì)算橘皮精油得率。

1.3.4 正交交互試驗(yàn)

由單因素實(shí)驗(yàn)確定超聲輔助溶劑法提取橘皮精油的因素和水平。為了進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝條件，考慮浸泡時(shí)間、超聲功率、超聲時(shí)間、料液比4因素及其交互作用，設(shè)計(jì)L9（43）正交試驗(yàn)。

1.3.5 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

在正交實(shí)驗(yàn)的最佳提取工藝下進(jìn)行提取，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 浸泡時(shí)間對(duì)橘皮精油得率的影響

在室溫20℃條件下，考察浸泡時(shí)間對(duì)橘皮精油提取效果的影響，結(jié)果如圖1。從圖1可知，前期隨著浸泡時(shí)間的延長，橘皮精油的得率增高。浸泡時(shí)間為30min時(shí)，得率最高，再增加浸泡時(shí)間得率沒有明顯增加，這可能是因?yàn)?0min時(shí)原料已得到充分的浸泡。為了優(yōu)化提取時(shí)間，選擇浸泡時(shí)間20min、30min、40min 3個(gè)水平做正交試驗(yàn)。

圖1 浸泡時(shí)間對(duì)橘皮精油得率的影響Fig.1 The influence of marinating time on yield

2.1.2 超聲功率對(duì)橘皮精油得率的影響

在室溫20℃條件下，考察超聲功率對(duì)橘皮精油提取效果的影響，結(jié)果如圖2。由圖2可知，超聲功率小于110W時(shí)，橘皮精油的得率隨功率的增加而增長。110W時(shí)精油得率最高，這可能是因?yàn)榇藭r(shí)精油已充分溶出。功率超過110W時(shí)，精油得率隨超聲功率的增加而略微降低，可能是由于功率較大使溶劑溫度升高明顯，從而使得精油的揮發(fā)量增大。為得到較好的提取效果，選擇功率90W、110W、130W 3個(gè)水平做正交試驗(yàn)。

圖2 超聲功率對(duì)橘皮精油得率的影響Fig.2 The influence of ultrasonic power on yield

2.1.3 超聲時(shí)間對(duì)橘皮精油得率的影響

在室溫20℃條件下，考察超聲時(shí)間對(duì)橘皮精油提取效果的影響，結(jié)果如圖3。由圖3可知，前期橘皮精油的得率隨著超聲時(shí)間的增加而增長。當(dāng)超聲時(shí)間為50min時(shí)，得率最高。這可能是因?yàn)榇藭r(shí)精油得到充分溶出。超過50min時(shí)，精油得率隨時(shí)間延長而略微降低，可能是由于長時(shí)間超聲使溶劑溫度升高明顯，從而使得精油的揮發(fā)量增大。為得到較好的提取效果，選擇超聲時(shí)間40min、50min、60min 3個(gè)水平做正交試驗(yàn)。

圖3 超聲時(shí)間對(duì)橘皮精油得率的影響Fig.3 The influence of ultrasonic time on yield

2.1.4料液比對(duì)橘皮精油得率的影響

圖4 料液比對(duì)橘皮精油得率的影響Fig.4 The influence of material to solvent ratio on yield

在室溫20℃條件下，考察超聲功率對(duì)橘皮精油提取效果的影響，結(jié)果如圖4。由圖4可知，開始橘皮精油的得率隨著料液比的增加呈增長趨勢。當(dāng)料液比為1∶6時(shí)，得率達(dá)到峰值，再增加料液比得率沒有明顯增加，這可能是因?yàn)榱弦罕葹?∶6時(shí)溶劑對(duì)提取的限制因素已解除。為了節(jié)省溶劑，選擇料液比為1∶4、1∶6、1∶83個(gè)水平做正交試驗(yàn)。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)確定的因素和水平，為了優(yōu)化提取工藝條件，考慮浸泡時(shí)間、超聲功率、超聲時(shí)間、料液比4因素之間的交互作用，設(shè)計(jì)L9（43）正交交互試驗(yàn)，因素水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table.1 Factors and levels of orthogonal experiments design

由表2直觀分析可看出極差RB＞RC＞RD＞RA。超聲功率對(duì)橘皮精油得率影響最顯著，其次是超聲時(shí)間、料液比和浸泡時(shí)間。根據(jù)k值進(jìn)行分析，橘皮精油粗提物最佳超聲輔助溶劑法提取工藝條件為A3B2C3D3，即浸泡時(shí)間40min，超聲功率110W，超聲時(shí)間60min，料液比1：8，按此最佳工藝條件進(jìn)行試驗(yàn)，5次測得橘皮精油平均得率為（2.23±0.05）%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table.2 Results and analysis of orthogonal experiments

表3 方差分析表Table.3 Variance analysis of the test

3 討論

GONG等采用微波輔助提取柚皮中精油，認(rèn)為石油醚是微波輔助提取柚皮精油的最佳溶劑［10］；龔盛昭等采用石油醚回流提取沙田柚皮香精油，也取得了產(chǎn)率為1.96%的較好提取效果［11］?？梢娛兔押烷倨ぞ偷臉O性相近，是橘皮精油提取的合適溶劑。本試驗(yàn)采用低沸點(diǎn)的石油醚提取橘皮精油，由于石油醚的沸點(diǎn)較低，揮干的較徹底，殘留量極少，提取的精油無石油醚味道，顏色微黃，有濃郁的橘香味。

橘皮精油存在于柑橘外果皮的油胞中，由親水性的胞壁物質(zhì)包裹且含量較低，故不易提取。陳玲娟等采用超臨界CO2萃取技術(shù)提取雪峰蜜橘橘皮中精油和色素，在最佳提取工藝條件下提取物（色素＋精油）提取率為4.56%［2］。雖然提取率相對(duì)較高，但提取物為混合物，其中色素含量較高，使應(yīng)用收到一定限制，而且昂貴的設(shè)備和較高的生產(chǎn)成本，使其在生產(chǎn)中不易應(yīng)用。趙仁亮等以精油成分的GC-MS圖譜和得率為指標(biāo)對(duì)橘皮香精油提取的壓榨法、蒸餾法和溶劑萃取法進(jìn)行了比較，綜合3種提取方法的可行性、有效性、方便、快速等特點(diǎn)，認(rèn)為溶劑萃取法較好［5］。石油醚為有機(jī)溶劑，對(duì)植物親水性組織的滲透力較弱，不易滲進(jìn)橘皮外果皮上的油胞，因此提取時(shí)間較長，提取率較低。超聲的空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)可有效破壞橘皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使石油醚易于滲透到橘皮細(xì)胞中，從而促使橘皮精油溶出，提高了提取率，故本實(shí)驗(yàn)取得了提取率為2.23%的較好提取效果。

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Research of Citrus Essential Oils by Ultrasonic-Assisted Method

SUN Zeng-bo，ZHANG Fei-fei，ZHU Zi-ping＊

（School of Life Science,Taizhou University,Taizhou,318000,China）

In order to improve the extraction efficiency of citrus essential oils, we investigated the optimum extraction condition assisted by ultrasonic.By analyzing citrus essential oils yield, we designed each experimental factors by single experiment，and orthogonal experiments conducted a comprehensive inquiry.The results of the optimization conditions were confirmed as follows：marinating time 40 min,ultrasonic power 110 W,ultrasonic time 60 min,material to solvent ratio 1：8.Under the optimization condition,the average extraction efficiency can reach 2.23%.

Citrus essential oils;Ultrasonic;Assisted extraction

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2014.03.007

2014-04-25；

2014-05-20

簡介：祝子坪（1973- ），男，山東成武人，講師，博士，主要從事食品科學(xué)研究。