柑橘精油提取工艺的对比研究

姜 敏

(陕西理工学院化学与环境科学学院，汉中 723000)

柑橘是热带、亚热带常绿果树，属芸香科柑橘亚科。汉中是陕西最大的柑桔生产基地。汉中柑橘虽经近年引种后品质有所改善，但外皮较厚依然是地产柑橘的一个特点。虽说外果皮厚对柑橘优选不利，但同时也催生了柑橘附属产品的加工业。

柑橘果皮加工的重要途径之一便是精油的提取［1－3］，若将柑橘皮渣或质次的柑橘整果经过适当的物理、化学处理，可得到具有很高使用价值的柑橘香精油。由于柑橘精油具有独特优雅的芳香，会使人产生一种新鲜、愉悦的爽快感，可以起到植物芳香疗法的作用，同时亦被广泛用于饮料、果酱、糕点等加工食品及浴用剂、化妆品工业中。

柑橘皮中香精油位于外果皮表层的油囊中，周围由退化的细胞堆积包围而成。据文献［4－9］报道植物精油传统的提取方法有:压榨法(鲜果皮)，溶剂提取法，超临界萃取法等。本研究基于水蒸气蒸馏法，使用改进后的水蒸气蒸馏装置，以汉中地产柑橘为原料，对橘皮精油进行提取。试验中着重探讨了采用水提法和加盐水蒸气蒸馏法对汉中地产柑橘果皮中精油提取工艺的对比研究，以期为当地橘皮深加工工艺研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

柑橘果皮:选取汉中地产柑橘，取皮洗净，烘干备用。

NaCl:成都市科龙化工试剂厂;Na2CO3:上海化学试剂总厂;CaCl2:天津市耀华化学试剂有限公司;Na2SO4:广东汕头市西陇化工厂;CaCO3:西安三浦化学试剂有限公司。

1.2 试验方法

本试验主要采用水提法和加盐水蒸气蒸馏法提取橘皮精油，改进后的水提试验装置如图1所示。

图1 改进后的水蒸气蒸馏装置图

选择恒压滴液漏斗作为收集器，提取中水相位于馏出液的下层，蒸馏时水相可多次经旋塞回到烧瓶中，通过反复蒸馏来提高橘皮精油提取率。考虑环境污染及生产实际等因素多方面因素对试验造成的影响，选择水作为提取溶剂。

最后，将馏出液用有机溶剂萃取后分离有机相，并将有机相中的溶剂在水浴中蒸发，得到橘皮挥发油。经过溶剂比对试验，选取乙醚作为萃取溶剂提取率较高。

精油提取率按照下式计算:

精油提取率/mg/kg=得油量/称取干橘皮量

1.2.1 水提法提取精油

将整理好的柑橘果皮洗净后烘干并粉碎，备用。称取备用的柑橘果皮10 g放置于500 mL双颈烧瓶中，加入蒸馏水作为提取剂，利用水蒸气蒸馏装置收集馏出液。

1.2.1.1 料液比对提取效果的影响

称取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL双颈烧瓶中，设定提取时间为2 h，分别以料液比1∶12、1∶14、1∶16、1∶18 进行精油的提取，研究料液比对柑橘果皮中提取精油的影响，确定最佳料液比。

1.2.1.2 提取时间对提取效果的影响

称取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL双颈烧瓶中，加入蒸馏水作为提取剂，料液比为160 mL，分别以1、1.5、2、2.5 h 进行精油的提取，研究提取时间对柑橘果皮中提取精油的影响，确定最佳提取时间。

1.2.2 加盐水蒸气蒸馏装置提取精油

将准备好的柑橘果皮洗净后烘干并粉碎，备用。称取备用的柑橘果皮10 g放置于500 mL双颈烧瓶中，加入蒸馏水作为提取剂，并加入NaCl等盐作为提取助剂，利用改进后的水蒸气蒸馏装置收集馏出液。

1.2.2.1 不同助剂对橘皮精油提取效果的影响

为了考察添加不同助剂对橘皮精油提取率的影响，于提取剂中添加的不同的盐作为提取助剂(选取常用的 5 种盐 NaCl，Na2CO3，CaCl2，Na2SO4和CaCO3，盐浓度约为3 mg/mL)，研究不同盐的加入对提取精油收率的影响，确定助提效果最佳的盐为NaCl。

1.2.2.2 加入助剂NaCl时盐的料液比对提取效果的影响

称取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL双颈烧瓶中，在提取时间为2 h和NaCl质量为0.2 g时，分别以料液比1∶12、1∶14、1∶16、1∶18 进行精油的提取，研究料液比对柑橘果皮中提取精油的影响，确定最佳料液比。

1.2.2.3 加入助剂NaCl的含量对提取效果的影响

称取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL双颈烧瓶中，在料液比为160 mL和提取时间为2 h时，分别以 NaCl含量为 0.1、0.2、0.3、0.4 g 进行精油的提取，研究NaCl含量对柑橘果皮中提取精油的影响，确定最佳NaCl盐的含量。

1.2.2.4 加入助剂NaCl的提取时间对提取效果的影响

称取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL双颈烧瓶中，在料液比为160 mL和NaCl含量为0.2 g时，分别以 1、1.5、2、2.5 h 的提取时间进行精油的提取，研究提取时间对柑橘果皮中提取精油的影响，确定最佳提取时间。

1.3 正交试验

在单因素试验结果基础上，选取NaCl为提取助剂，以精油的提取量为考察指标，选择料液比、提取时间和NaCl用量3个因素，设计三因素三水平试验，并利用分析极差的方法观察各个因素影响的程度并确定最佳提取工艺条件。正交试验如表1所示。

表1 正交试验因素水平设计表

2 结果与讨论

2.1 水提法单因素试验

2.1.1 水提法最佳料液比的确定

由图2可知，当料液比在1∶12～1∶16时，精油的提取量随着料液比的增大而增加，但当料液比大于1∶16时精油的提取量明显降低。这可能是由于当料液比过小时，精油不能被充分提取;料液比过大，精油在水中的溶解度也随之变大，势必会降低出油率。同时耗能也会随之增加，造成资源的浪费，故而料液比1∶16为最佳提取条件。

图2 料液比对提取效果的影响

2.1.2 水提法最佳提取时间的确定

由图3可知，提取时间在1～2 h时，精油的提取量随着提取时间的增加而增大，当提取时间大于2 h时精油的提取量开始下降。原因可能是因为提取时间过短，精油不能被充分提取;而提取时间太长，又可能造成能源的浪费，精油损失。故而提取时间2 h为最佳提取条件。

图3 提取时间对提取效果的影响

综上，精油水提法的最佳工艺条件为:提取时间2 h、料液比1∶16(g/mL)、提取率最高达 1.969%，收率整体偏低。

2.2 加入助剂后提取研究

2.2.1 加入不同助剂时最佳用盐的确定

选取5种常见的盐做助溶剂，在上述水提最佳工艺条件下进行试验。

由图4可以看出:随着这5种添加物助剂的加入，除了CaCO3外，其他盐助剂均可以使得橘皮精油提取率增大，其中以加入NaCl后增大幅度为最高，而CaCO3添加后较同组其他试验值反而略有降低。盐助剂加入后橘皮精油提取率增大可能是因为蒸馏体系中加入NaCl等盐后，盐析起到主要作用，使得更多的橘皮表皮细胞被破坏，组织中的精油更易被水蒸气带出而增大了提取率，然而CaCO3的粉体对精油有一定的吸附作用而使得提取产率略有下降。

图4 不同盐助剂对提取效果的影响

2.2.2 加入助剂NaCl时盐的最佳料液比的确定

由图5可知，当料液比在1∶12～1∶16时，精油提取量随着料液比的增大而增加，当料液比大于1∶16时精油的提取量明显减少。当料液比过小时，精油不能被充分提取;料液比过大，精油在NaCl盐中的溶解量随之增大，降低了提取量。综合节约资源和提取量的2方面考量，料液比1∶16为最佳条件。

图5 料液比对提取效果的影响

2.2.3 加入助剂NaCl含量的确定

由图6 可知，NaCl含量在0.1 ～0.3 g时，精油的提取量随着NaCl含量的增加而增大，当NaCl含量为大于0.3 g时精油的提取量明显降低。原因可能是加入NaCl浓度过高时减小了精油在水中的溶解度。基于节约资源和成本投入考虑，选取NaCl含量为0.3 g为最佳条件。

图6 NaCl用量对提取效果的影响

2.2.4 加入助剂NaCl最佳提取时间的确定

由图7可知，提取时间在1～2.5 h时，精油的提取量随着提取时间的增加而增大。当提取时间大于2.5 h时精油的提取量明显减少。原因可能是提取时间过短，精油不能被充分提取;而提取时间过大，又可能造成资源的浪费，精油损失，故2 h为最佳提取时间。

图7 提取时间对提取效果的影响

2.3 正交试验结果

根据以上对柑橘果皮中精油的单因素试验结果分析，以精油的提取量为考察对象，选择料液比、提取时间和NaCl含量3个因素，设计三因素四水平试验，取4 个考察水平，分别以料液比 1∶14、1∶16、1∶18和提取时间 1.5、2、2.5 h 以及 NaCl含量 0.2、0.3、0.4 g和空白对比试验。根据表2设计试验，每次试验选取柑橘果皮为10 g，选用L9(43)来确定最佳提取工艺。

表2 正交试验结果及极差分析

通过表2可以判断出各因素对试验结果的影响的主次关系并确定最佳工艺提取条件。3个因素的极差顺序为RA＞RC＞RB，说明料液比对精油提取率的影响最大，提取时间次之，NaCl含量对其影响最小。根据均值的比较，料液比k2＞k3＞k1，NaCl含量k2＞k1＞k3，提取时间 k3＞k2＞k1，得到加盐法提取柑橘果皮中的精油的最佳工艺条件为A2B2C3，即料液比 1∶16、NaCl含量0.3 g、提取时间2.5 h 时，精油提取率最高3.838%。

3 结论

3.1 水提法通过单因素试验的研究确定柑橘果皮中精油提取的最佳条件:提取时间2.0 h、料液比1∶16(g/mL)，提取率最高达1.969%。加盐水蒸气蒸馏法在单因素试验的基础上，通过正交试验法对柑橘果皮中精油的提取进行了研究。结果表明，加入助剂后最佳工艺条件为:NaCl含量0.3 g，提取时间2.5 h，料液比 1∶16(g/mL)，提取率最高可达3.838%。故建议工业上用加盐水蒸气蒸馏法提取柑橘果皮中的精油。

3.2 对水蒸气提取装置进行了改进，选用常压分液漏斗作为产品收集器，并采用溶剂萃取法处理提取物从而提高了精油的产量。

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