超临界CO2萃取橙花精油及GC/MS分析

巫建国，李廷荣，万 佳

（重庆市日用化学工业研究所，重庆 401123）

超临界CO2萃取橙花精油及GC/MS分析

巫建国，李廷荣，万 佳

（重庆市日用化学工业研究所，重庆 401123）

用超临界CO2萃取技术结合分子蒸馏纯化制取橙花精油。通过正交实验确定了超临界CO2萃取最佳工艺条件,即萃取时间240min,萃取温度40℃、萃取压力20MPa、萃取流速20L·h-1。用气相色谱/质谱（GC/MS）联用仪对橙花精油成分进行了分析，共检测出54种化合物。用超临界CO2萃取结合分子蒸馏制取橙花精油的方法具有工艺操作温度低、基本上不破坏热敏性物质、精油香气更接近天然、无溶剂残留等优点。

橙花精油；超临界CO2萃取；分子蒸馏；气相色谱/质谱联用分析

橙花（Orange blossom）是芸香科（Rutaceae）柑橘属 (Citrus aurantium)植物的花朵, 产于中国华南地区、印度东北部及中亚地区。目前我国种植地区有重庆忠县、长寿、四川江安、湖北宜昌、福建莆田、建阳、广西荔蒲、广东韶关、江西寻乌、于都、贵州罗甸、册亨等。橙花精油具有淡雅的花香及果香，广泛应用于日用化工、食用香料、食品加工和医药产品等领域[1]。在香精生产中，橙花精油作为头香剂可应用于花香型、古龙型、东方型的香水、花露水、香皂、化妆品的香精中[2]。在新兴的芳香疗法保健业中，橙花精油作为功效性成分被广泛应用，具有镇定、抗沮丧、消除神经紧张、增进细胞活力、美白嫩肤、淡斑等功效[3~4]。

国内目前橙花精油的提取工艺主要是蒸馏法和溶剂萃取法。蒸馏法的弊端是加热过程使天然橙花中某些热敏性香气成分遭到破坏，改变了天然橙花精油的独特香韵和品质。溶剂萃取法采用己烷、石油醚等有机溶剂，对挥发油的活性成分缺乏有效的选择性，提取效率低，杂质成分较多；溶剂残留影响橙花精油的香气，其有害性还会影响橙花精油在化妆品、食品等领域中的应用。超临界CO2萃取技术是一种先进的分离技术，尤其适用于含低沸点物质的天然产物的分离提取[5]。本实验采用超临界CO2萃取结合分子蒸馏提纯对橙花精油的制取工艺进行了新探索。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

鲜橙花（重庆三峡果业有限公司提供），食品级CO2。

HA-221-50-06-C型超临界萃取装置,分子蒸馏器，LGJ-18B冷冻干燥机，HX500A型高速中药粉碎机，GCMS-QP2010气相色谱质谱联用仪。

1.2 方法

1.2.1 鲜花的预处理

将采收后的鲜橙花，采用低温真空干燥机在-60℃，真空干燥约48h，脱去绝大部分水分（水分控制在10%以下），然后用高速粉碎机粉碎，过0.83mm筛备用。

1.2.2 实验

称取900g粉碎的橙花粉，装入5L超临界萃取罐，在不同萃取压力、萃取时间、CO2流量、萃取温度条件下进行萃取。收集橙花浸膏，称重。以萃取率为评定标准，选择萃取条件。得到的橙花浸膏经分子蒸馏进行分离提纯，即得到橙花精油。

1.2.3 橙花精油制备工艺流程

橙花精油制备工艺流程见图1。

图1 橙花精油制备工艺流程

1.2.4 正交试验设计

影响超临界CO2萃取橙花浸膏的因素较多，通过初步单因素实验，选取萃取时间、CO2流量、萃取温度、萃取压力为因素，每个因素3个水平，按L9(43)正交表设计，以橙花浸膏得率为指标进行萃取实验，因素水平见表1。

表1 正交试验因素水平表

1.2.5 正交试验橙花浸膏得率的计算

1.3 分子蒸馏提纯

将橙花浸膏加热，直到有流动性后，倒入分子蒸馏设备中保温，在一定条件下进行分离提纯，得到精油。

1.4 GC/MS分析条件

1.4.1 GC条件

色谱柱：Rtx-lms 30m×0.25mm×0.25μm，进样口温度230℃，初始温度60℃，以9℃·min-1程序升温至250℃，保持15min。载气为高纯氦气，流速：1.0mL·min-1，自动进样,分流比1∶100，进样量0.12μL 。

1.4.2 MS条件

接口温度250℃；EI离子源，离子源温度200℃，电离电压70eV，柱前压47kPa，电子倍增器1.2kV，扫描范围40~500m/z，全扫描方式。

2 结果与分析

2.1 萃取因素对橙花浸膏得率的影响

2.1.1 萃取时间对橙花浸膏萃取率的影响

由图2可以看出，萃取时间对超临界萃取的影响比较明显。橙花浸膏在超临界CO2中有很好的溶解性。在前180~210min内，随着萃取时间的延长，得率上升较快；但萃取时间超过210min以后，随着时间进一步延长，得率增幅减缓。这表明，当萃取得率达到一定数值，再延长时间收效不大，增加的得率与消耗相比意义不大。

图2 萃取时间对萃取率的影响

2.1.2 萃取温度对橙花浸膏萃取率的影响

萃取温度对超临界萃取的影响是比较复杂的。温度升高可明显提高溶质的蒸气压和扩散系数，使流体溶解能力大大提高；但温度过高可使流体密度急剧降低，溶解能力下降程度远大于升温使溶质的蒸气压和扩散系数的提高幅度，从而使浸膏得率下降。由图3可以看出，当温度为40℃时，浸膏得率处于高点；当温度进一步升高，得率则呈下降趋势。

图3 萃取温度对萃取率的影响

2.1.3 CO2流量对橙花浸膏萃取率的影响

由图4可看出，随着流量的增大，浸膏得率也逐渐升高，当流量由15L·h-1上升到20L·h-1时浸膏得率逐渐升高，但当流量超过20L·h-1后，浸膏得率逐渐下降。因为适当增加流量，可增大溶剂与物料量比，使浸膏溶出速度快；但溶剂流速过快，超过浸膏从物料内向溶剂中扩散的速度，萃取得率不但会下降，并且会增加CO2的消耗量。

图4 CO2流量对萃取率的影响

2.1.4 萃取压力对橙花浸膏萃取率的影响

萃取压力的变化直接影响着萃取效率。图5表明，萃取压力增加，可提高流体密度，提高CO2对浸膏的溶解度，增加溶出能力，压力达到20MPa时，浸膏得率有一定程度的提高。但并不是压力高，得率就高，超过一定压力后，流体的选择性也受到影响，因而得率有所降低。

图5 萃取压力对萃取率的影响

2.1.5 正交试验结果

实验结果表明，各因素对橙花浸膏得率影响的主次关系为：时间＞ CO2压力＞温度＞ CO2流量。超临界CO2萃取橙花浸膏的最佳工艺条件为：萃取时间240min,萃取温度40℃，萃取压力20MPa，萃取流速20L·h-1。

2.2 分子蒸馏条件对橙花精油得率的影响:

用超临界CO2提取出来的橙花浸膏含有大量的杂质成分，如脂类、蜡质、糖苷类等。为了除去这些杂质，采用分子蒸馏方法对橙花浸膏进行分离提纯。将橙花浸膏加热，直到有流动性后，倒入分子蒸馏设备中保温，待蒸发器蒸馏温度达到70℃，夹套温度50℃，内冷凝温度20℃和真空达到200Pa后，开始进行分离；分离过程中，适当调节真空度、温度、进料速度和刮膜速度。实验表明，调节真空度、温度、进料速度和刮膜速度，对得率影响不大。3次分离提纯平均得率12.73%。3次提纯实验结果见表2。

表2 3次分子蒸馏提纯结果

2.3 GC/MS的分析鉴定

采用GC/MS联用仪对橙花精油进行分析，得到橙花精油的GC/MS色谱图（图5），鉴定出54种化学成分（见表3），占精油总量的98.24%，主要是4(10)-崖柏烯、芳樟醇、橙花叔醇、4- 松油醇、柠檬烯、β- 顺式罗勒烯、β- 月桂烯、邻伞花烃、β-蒎烯、合欢醇异构体、α- 蒎烯、3- 蒈烯、γ- 松油烯、十三醛、9- 十六烯醛等。特征性香气成分主要是芳樟醇、橙花醇、橙花叔醇、柠檬烯、桧烯、金合欢醇、松油醇、苯乙腈、茉莉酮、邻氨基苯甲酸甲酯、β- 甜橙醛、α- 甜橙醛、β- 蒎烯、α- 蒎烯等。

图6 橙花精油GC/MS色谱图

表3 橙花精油成分鉴定及含量表

序号 成分名称 保留时间含量/%31 4-苄氧基苯乙酮4'-（Benzyloxy） acetophenone 8.831 0.17 32茉莉酮Jasmone9.274 0.15 33石竹烯Caryophyllene10.107 0.15 34香叶基丙酮6，10-dimethyl-5，9-Undecadien-2-one10.229 0.22 35（Z）- β-金合欢烯 （Z）- β-Farnesene10.503 0.30 36 α-葎草烯. α-Caryophyllene10.628 0.13 37金合欢烯Farnesene11.283 0.10 382-甲酰基氨基苯甲酸甲酯Methyl 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金合欢醇Farnesol 14.225 0.10 45十三醛Tridecanal14.281 0.83 46金合欢醇异构体Farnesol isomer 14.391 2.81 47反式-金合欢醛trans-Farnesal14.591 0.30 48 α-甜橙醛 α-Sinensal14.745 0.39 49乙酸金合欢酯Farnesyl acetate15.005 0.10 50反式乙酸金合欢酯 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 结论

正交试验表明，影响超临界CO2萃取橙花浸膏的主要因素是时间、CO2压力、温度、CO2流量，主次关系为：时间＞ CO2压力＞ 温度＞ CO2流量。最佳工艺条件为：萃取时间240min,萃取温度40℃，萃取压力20MPa，萃取流速20L·h-1。用分子蒸馏法从橙花浸膏中分离提取橙花精油，精油得率达到12.73%。

用GC/MS对橙花精油进行分析，鉴定出54种化学成分，占精油总量的98.24%。用超临界CO2萃取结合分子蒸馏制取橙花精油的方法具有工艺操作温度低，基本上不破坏热敏性物质，精油香气更接近天然，无溶剂残留等优点，利于产品的应用。

[1] 张承曾，汪清如.日用调香术[M].北京：中国轻工业出版社，1993.

[2] 余来普.译.调香中的橙花油[J].精细与专用化学品，1986，（1）：9-11.

[3] 李宏.保健和美容芳香疗法产品配方[J].香料香精化妆品，2003，（3）：27-33.

[4] 赵勋国.芳香疗法-精油的保健和治疗作用[J].日用化学品科学，2005，28（6）：44-48.

[5] 曹文军，吴定新.植物精油的超临界流体萃取的研究与发展[J].北京林业大学学报，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

巫建国，任职于重庆市日用化学工业研究所，高级工程师，主要从事香料、日化产品研发工作，电话：023-67300061，Email:yanfabu1@163.com

2012-04-27