柑橘皮精油提取工艺研究

王文丽 林 峰 吴 倩

(1. 山东省特种设备检验研究院聊城分院，山东 聊城 252000；2. 聊城大学，化学化工学院，山东 聊城 252000)

0 引言

中国橘子产量最高，橘皮精油的提取技术，对我国香料香精行业的不断发展进步具有深远的现实意义。如今橘皮精油的提取方法有水蒸气蒸馏法、溶剂浸提法、压榨法、吸收法、超临界流体萃取法、微胶囊双水相萃取法等等。其中水蒸气蒸馏法是通过蒸汽带出精油[1-4]。这种方法容易便捷，提取率大多在1.5%～3.5%附近。但因实验温度较高，会引起精油中部分成分水解，使精油香气损失，提取率降低。但由于水蒸气蒸馏不会在精油中引入其他成分，至今仍是广泛使用的提取方法[5,6]。通过尽可能克服长时间高温状态、改进工艺，可使之优化。对柑橘皮中精油提取工艺进行研究，以精油提取率作为权衡提取工艺最佳的标准。首先分别从料液比、提取次数、加酶用量、超声处理、提取时间等几个方面摸索条件，获得各自最佳条件后，再进行正交试验得到精油提取的最佳方案，最终根据理论条件进行试验验证。

1 实验部分

1.1 材料、试剂

柑橘皮(新鲜橘皮)、纤维素酶(飞净phygene，400 u/mg)、无水乙醇(分析纯，天津市鼎盛鑫化工有限公司)

1.2 实验方法

1.2.1 提取方法

首先将新鲜、干净的橘皮放在干燥机中进行干燥，然后取出放入粉碎机中进行粉粹、之后在研钵中进行研磨至粉末状。用分析天平准确称量30 g橘皮粉末，用药匙移至圆底烧瓶中，用量筒准确量取一定量体积的蒸馏水并加入圆底烧瓶中，依次安装好蒸馏装置，控制温度加热，让温度缓缓上升到100摄氏度，水蒸气蒸馏法提取一定时间，将提取液用锥形瓶收集，看到提取液明显分层，用分液漏斗分液，下层液(水相)从下面倒出，上层液(精油相)从上面倒入比色管中，即为提取的精油，用吸量管量取精油的体积，然后准确记录体积。

1.2.2 单因素试验

以精油提取率为衡量标准，分别探索不同料液比、不同提取次数、不同加酶用量、不同超声功率、不同提取时间等因素的影响。

1.2.2.1 料液比对提取率的影响

称取橘皮粉末4份，各30 g，分别按料液比1∶5(30 g∶150 mL)、1∶6(30 g∶180 mL)、1∶7(30 g∶210 mL)、1∶8(30 g∶240 mL)充分混合均匀后，进行水蒸气蒸馏提取90 min，控制温度，使温度缓缓上升到100 ℃左右，用锥形瓶收集提取液，将提取液移入分液漏斗中进行分液，分液后即可得到精油。以精油提取率为衡量标准，进行评价。

1.2.2.2 提取次数对提取率的影响

用分析天平称量橘皮粉末4次，每次称量克数为30 g， 以料液比(30 g∶180 mL)为例，进行水蒸气蒸馏提取90 min，控制温度，使温度缓缓上升到100 ℃左右，分别提取4次，用锥形瓶收集提取液，分液后得到提取的精油，以精油提取率为指标，评价不同次数对橘皮精油提取率的影响。

1.2.2.3 加酶用量对提取率的影响

用分析天平首先准确称取橘皮粉末3份，各30 g，然后准确称取纤维素酶3份，分别为3 g、6 g、9 g，以料液比(30 g∶180 mL)为例，以10∶1(30 g∶3 g)、10∶2(30 g∶6 g)、10∶3(30 g∶9 g)的料酶比进行水蒸气蒸馏提取90 min，控制温度，使温度缓缓上升到100 ℃左右，用锥形瓶收集提取液，分液后得到提取的精油，以精油提取率为衡量标准，得到不同的酶用量对提取率的影响。

1.2.2.4 超声功率对提取率的影响

用分析天平首先准确称取橘皮粉末3份，每一份都为30 g， 以料液比(30 g∶180 mL)为例，充分混合均匀后，固定温度是50 ℃，时间是30 min，在高功率数控超声波清洗器中以不同的超声功率进行超声处理，在200 W、300 W、400 W下进行实验，之后进行水蒸气蒸馏提取90 min，控制温度，使温度缓缓上升到100 ℃左右，用锥形瓶收集提取液，分液后得到产品，以提取率为指标衡量。

1.2.2.5 提取时间对提取率的影响

称橘皮粉末3份，每一份为30 g，以料液比(30 g∶180 mL)为例，充分混合均匀后，分别进行水蒸气蒸馏提取60 min、90 min、120 min，控制温度，使温度缓缓上升到100 ℃左右，用锥形瓶收集提取液，分液后得到提取的精油，以精油的提取率为衡量标准，测提取率。

1.2.3 精油提取率的测定

精油提取率(mL·g-1)=精油提取量(mL)/柑橘皮质量(g)

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 料液比对橘皮精油提取的影响

料液比对橘皮精油提取的影响见表1。从表1中可以看出，料液比增加，精油的提取率随之上升，在1∶6时，精油的提取率最大，继续增大料液比，提取率反而下降。出现上述结果的原因可能是蒸馏水的使用量越多，那么溶解在柑橘皮中的有效成分就越多，所以提取率上升，通常意义上来说，溶质的分散作用与溶剂的量有关，料液比越大，分散越充分。然而实验中随着料液比加大，溶剂挥发所需的加热时间相对增加，精油被分解消耗的量也随之增加，进而导致精油的提取率随之降低。所以以1∶6为比例的料液进行试验最佳。

表1 料液比的影响Table 1 Effect of solid-liquid ratio

以料30 g，液180 mL为例进行剩余的单因素试验。

2.1.2 提取次数对橘皮精油提取的影响

提取次数对橘皮精油提取的影响见表2。随着提取次数的不断增加，精油提取率不断降低，但是累积提取率在增加。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。当提取一次时，精油提取率最大，而此时加液再进行多次提取，提取率下降。

表2 提取次数的影响Table 2 Influence of extraction times

2.1.3 加酶用量对橘皮精油提取的影响

加酶用量对橘皮精油提取的影响见表3。随着料酶比的不断增加，精油提取率逐渐上升，原因可能是酶的加入，有助于植物细胞壁分解，使细胞内的成分溶解于水中，进而大大提高提取率。当料酶比达到10∶3时，精油提取率最大。

表3 加酶用量的影响Table 3 Influence of the dosage of adding enzyme

2.1.4 超声处理对橘皮精油提取的影响

超声时间为30 min，温度为50摄氏度，超声处理对橘皮精油提取的影响见表4。超声声波产生强烈的空化效应和搅拌作用，破坏柑橘皮的细胞，缩短提取时间，提高提取率。随着超声功率的不断增加，精油提取率逐渐上升，原因可能是超声的功率越大，则圆底烧瓶中的料液越混合得充分。当超声功率为400 W时，精油提取率最大。

表4 超声处理的影响Table 4 Influence of ultrasonic treatment

2.1.5 提取时间对橘皮精油提取的影响

提取时间对橘皮精油提取的影响见表5。从表5可以看出，90 min的时候提取率最佳，之后随着提取时间的延长，橘皮精油的提取率逐渐下降，原因可能是由于提取时间越长，越有助于柑橘皮中有效成分的溶出，故提取率增大；但太长的提取时间可能会导致柑橘皮中的一些热不稳定性成分受到破坏或部分挥发，从而致使提取率下降。

表5 提取时间的影响Table 5 Influence of extraction time

2.2 正交试验

以柑橘皮精油提取率为评价指标，选定料液比、加酶用量、超声功率三个因素，三个因素中较好的水平进行正交试验，因素水平见表6。正交实验结果见表7。以产率为指标的方差分析见表8。

表6 正交试验因素与水平设计Table 6 Orthogonal experimental factors and horizontal design

表7 柑橘皮提取精油正交试验与结果Table 7 Orthogonal test and result of extracting essential oil from citrus

表8 以产率为指标的方差分析Table 8 Analysis of variance with yield as index

2.3 优化后结果

根据正交试验结果表数据的极差分析表明，料液比对橘皮精油提取率的影响最大，超声功率影响次之，加酶用量则最小。实验表明最佳工艺为料液比为1∶6，加酶用量为9 g，超声功率为400 W。在此试验条件下，再经验证试验，得出橘皮精油的提取率为0.133 3 mL·g-1。

3 结论

本实验通过探究料液比、提取次数、加酶用量、超声处理、提取时间对橘皮精油提取率的影响，得出利用水蒸气蒸馏法提取橘皮精油的最佳料液比为1∶6。之后再以料液比1∶6为例，做剩余的单因素试验，再在单因素试验的基础上，采用正交试验的方法总结出了水蒸气蒸馏法提取橘皮精油的最佳工艺组合条件为料液比1∶6，加酶用量9 g，超声功率400 W。在此试验条件下，再经验证试验， 得出橘皮精油的提取率为0.133 3 mL·g-1。