姜 敏

(陜西理工學院化學與環(huán)境科學學院，漢中 723000)

柑橘是熱帶、亞熱帶常綠果樹，屬蕓香科柑橘亞科。漢中是陜西最大的柑桔生產(chǎn)基地。漢中柑橘雖經(jīng)近年引種后品質(zhì)有所改善，但外皮較厚依然是地產(chǎn)柑橘的一個特點。雖說外果皮厚對柑橘優(yōu)選不利，但同時也催生了柑橘附屬產(chǎn)品的加工業(yè)。

柑橘果皮加工的重要途徑之一便是精油的提取［1－3］，若將柑橘皮渣或質(zhì)次的柑橘整果經(jīng)過適當?shù)奈锢?、化學處理，可得到具有很高使用價值的柑橘香精油。由于柑橘精油具有獨特優(yōu)雅的芳香，會使人產(chǎn)生一種新鮮、愉悅的爽快感，可以起到植物芳香療法的作用，同時亦被廣泛用于飲料、果醬、糕點等加工食品及浴用劑、化妝品工業(yè)中。

柑橘皮中香精油位于外果皮表層的油囊中，周圍由退化的細胞堆積包圍而成。據(jù)文獻［4－9］報道植物精油傳統(tǒng)的提取方法有:壓榨法(鮮果皮)，溶劑提取法，超臨界萃取法等。本研究基于水蒸氣蒸餾法，使用改進后的水蒸氣蒸餾裝置，以漢中地產(chǎn)柑橘為原料，對橘皮精油進行提取。試驗中著重探討了采用水提法和加鹽水蒸氣蒸餾法對漢中地產(chǎn)柑橘果皮中精油提取工藝的對比研究，以期為當?shù)亻倨ど罴庸すに囇芯刻峁﹨⒖肌?/p>

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

柑橘果皮:選取漢中地產(chǎn)柑橘，取皮洗凈，烘干備用。

NaCl:成都市科龍化工試劑廠;Na2CO3:上?；瘜W試劑總廠;CaCl2:天津市耀華化學試劑有限公司;Na2SO4:廣東汕頭市西隴化工廠;CaCO3:西安三浦化學試劑有限公司。

1.2 試驗方法

本試驗主要采用水提法和加鹽水蒸氣蒸餾法提取橘皮精油，改進后的水提試驗裝置如圖1所示。

圖1 改進后的水蒸氣蒸餾裝置圖

選擇恒壓滴液漏斗作為收集器，提取中水相位于餾出液的下層，蒸餾時水相可多次經(jīng)旋塞回到燒瓶中，通過反復蒸餾來提高橘皮精油提取率?？紤]環(huán)境污染及生產(chǎn)實際等因素多方面因素對試驗造成的影響，選擇水作為提取溶劑。

最后，將餾出液用有機溶劑萃取后分離有機相，并將有機相中的溶劑在水浴中蒸發(fā)，得到橘皮揮發(fā)油。經(jīng)過溶劑比對試驗，選取乙醚作為萃取溶劑提取率較高。

精油提取率按照下式計算:

精油提取率/mg/kg=得油量/稱取干橘皮量

1.2.1 水提法提取精油

將整理好的柑橘果皮洗凈后烘干并粉碎，備用。稱取備用的柑橘果皮10 g放置于500 mL雙頸燒瓶中，加入蒸餾水作為提取劑，利用水蒸氣蒸餾裝置收集餾出液。

1.2.1.1 料液比對提取效果的影響

稱取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL雙頸燒瓶中，設定提取時間為2 h，分別以料液比1∶12、1∶14、1∶16、1∶18 進行精油的提取，研究料液比對柑橘果皮中提取精油的影響，確定最佳料液比。

1.2.1.2 提取時間對提取效果的影響

稱取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL雙頸燒瓶中，加入蒸餾水作為提取劑，料液比為160 mL，分別以1、1.5、2、2.5 h 進行精油的提取，研究提取時間對柑橘果皮中提取精油的影響，確定最佳提取時間。

1.2.2 加鹽水蒸氣蒸餾裝置提取精油

將準備好的柑橘果皮洗凈后烘干并粉碎，備用。稱取備用的柑橘果皮10 g放置于500 mL雙頸燒瓶中，加入蒸餾水作為提取劑，并加入NaCl等鹽作為提取助劑，利用改進后的水蒸氣蒸餾裝置收集餾出液。

1.2.2.1 不同助劑對橘皮精油提取效果的影響

為了考察添加不同助劑對橘皮精油提取率的影響，于提取劑中添加的不同的鹽作為提取助劑(選取常用的 5 種鹽 NaCl，Na2CO3，CaCl2，Na2SO4和CaCO3，鹽濃度約為3 mg/mL)，研究不同鹽的加入對提取精油收率的影響，確定助提效果最佳的鹽為NaCl。

1.2.2.2 加入助劑NaCl時鹽的料液比對提取效果的影響

稱取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL雙頸燒瓶中，在提取時間為2 h和NaCl質(zhì)量為0.2 g時，分別以料液比1∶12、1∶14、1∶16、1∶18 進行精油的提取，研究料液比對柑橘果皮中提取精油的影響，確定最佳料液比。

1.2.2.3 加入助劑NaCl的含量對提取效果的影響

稱取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL雙頸燒瓶中，在料液比為160 mL和提取時間為2 h時，分別以 NaCl含量為 0.1、0.2、0.3、0.4 g 進行精油的提取，研究NaCl含量對柑橘果皮中提取精油的影響，確定最佳NaCl鹽的含量。

1.2.2.4 加入助劑NaCl的提取時間對提取效果的影響

稱取粉碎的柑橘果皮10 g置于500 mL雙頸燒瓶中，在料液比為160 mL和NaCl含量為0.2 g時，分別以 1、1.5、2、2.5 h 的提取時間進行精油的提取，研究提取時間對柑橘果皮中提取精油的影響，確定最佳提取時間。

1.3 正交試驗

在單因素試驗結果基礎上，選取NaCl為提取助劑，以精油的提取量為考察指標，選擇料液比、提取時間和NaCl用量3個因素，設計三因素三水平試驗，并利用分析極差的方法觀察各個因素影響的程度并確定最佳提取工藝條件。正交試驗如表1所示。

表1 正交試驗因素水平設計表

2 結果與討論

2.1 水提法單因素試驗

2.1.1 水提法最佳料液比的確定

由圖2可知，當料液比在1∶12～1∶16時，精油的提取量隨著料液比的增大而增加，但當料液比大于1∶16時精油的提取量明顯降低。這可能是由于當料液比過小時，精油不能被充分提取;料液比過大，精油在水中的溶解度也隨之變大，勢必會降低出油率。同時耗能也會隨之增加，造成資源的浪費，故而料液比1∶16為最佳提取條件。

圖2 料液比對提取效果的影響

2.1.2 水提法最佳提取時間的確定

由圖3可知，提取時間在1～2 h時，精油的提取量隨著提取時間的增加而增大，當提取時間大于2 h時精油的提取量開始下降。原因可能是因為提取時間過短，精油不能被充分提取;而提取時間太長，又可能造成能源的浪費，精油損失。故而提取時間2 h為最佳提取條件。

圖3 提取時間對提取效果的影響

綜上，精油水提法的最佳工藝條件為:提取時間2 h、料液比1∶16(g/mL)、提取率最高達 1.969%，收率整體偏低。

2.2 加入助劑后提取研究

2.2.1 加入不同助劑時最佳用鹽的確定

選取5種常見的鹽做助溶劑，在上述水提最佳工藝條件下進行試驗。

由圖4可以看出:隨著這5種添加物助劑的加入，除了CaCO3外，其他鹽助劑均可以使得橘皮精油提取率增大，其中以加入NaCl后增大幅度為最高，而CaCO3添加后較同組其他試驗值反而略有降低。鹽助劑加入后橘皮精油提取率增大可能是因為蒸餾體系中加入NaCl等鹽后，鹽析起到主要作用，使得更多的橘皮表皮細胞被破壞，組織中的精油更易被水蒸氣帶出而增大了提取率，然而CaCO3的粉體對精油有一定的吸附作用而使得提取產(chǎn)率略有下降。

圖4 不同鹽助劑對提取效果的影響

2.2.2 加入助劑NaCl時鹽的最佳料液比的確定

由圖5可知，當料液比在1∶12～1∶16時，精油提取量隨著料液比的增大而增加，當料液比大于1∶16時精油的提取量明顯減少。當料液比過小時，精油不能被充分提取;料液比過大，精油在NaCl鹽中的溶解量隨之增大，降低了提取量。綜合節(jié)約資源和提取量的2方面考量，料液比1∶16為最佳條件。

圖5 料液比對提取效果的影響

2.2.3 加入助劑NaCl含量的確定

由圖6 可知，NaCl含量在0.1 ～0.3 g時，精油的提取量隨著NaCl含量的增加而增大，當NaCl含量為大于0.3 g時精油的提取量明顯降低。原因可能是加入NaCl濃度過高時減小了精油在水中的溶解度?；诠?jié)約資源和成本投入考慮，選取NaCl含量為0.3 g為最佳條件。

圖6 NaCl用量對提取效果的影響

2.2.4 加入助劑NaCl最佳提取時間的確定

由圖7可知，提取時間在1～2.5 h時，精油的提取量隨著提取時間的增加而增大。當提取時間大于2.5 h時精油的提取量明顯減少。原因可能是提取時間過短，精油不能被充分提取;而提取時間過大，又可能造成資源的浪費，精油損失，故2 h為最佳提取時間。

圖7 提取時間對提取效果的影響

2.3 正交試驗結果

根據(jù)以上對柑橘果皮中精油的單因素試驗結果分析，以精油的提取量為考察對象，選擇料液比、提取時間和NaCl含量3個因素，設計三因素四水平試驗，取4 個考察水平，分別以料液比 1∶14、1∶16、1∶18和提取時間 1.5、2、2.5 h 以及 NaCl含量 0.2、0.3、0.4 g和空白對比試驗。根據(jù)表2設計試驗，每次試驗選取柑橘果皮為10 g，選用L9(43)來確定最佳提取工藝。

表2 正交試驗結果及極差分析

通過表2可以判斷出各因素對試驗結果的影響的主次關系并確定最佳工藝提取條件。3個因素的極差順序為RA＞RC＞RB，說明料液比對精油提取率的影響最大，提取時間次之，NaCl含量對其影響最小。根據(jù)均值的比較，料液比k2＞k3＞k1，NaCl含量k2＞k1＞k3，提取時間 k3＞k2＞k1，得到加鹽法提取柑橘果皮中的精油的最佳工藝條件為A2B2C3，即料液比 1∶16、NaCl含量0.3 g、提取時間2.5 h 時，精油提取率最高3.838%。

3 結論

3.1 水提法通過單因素試驗的研究確定柑橘果皮中精油提取的最佳條件:提取時間2.0 h、料液比1∶16(g/mL)，提取率最高達1.969%。加鹽水蒸氣蒸餾法在單因素試驗的基礎上，通過正交試驗法對柑橘果皮中精油的提取進行了研究。結果表明，加入助劑后最佳工藝條件為:NaCl含量0.3 g，提取時間2.5 h，料液比 1∶16(g/mL)，提取率最高可達3.838%。故建議工業(yè)上用加鹽水蒸氣蒸餾法提取柑橘果皮中的精油。

3.2 對水蒸氣提取裝置進行了改進，選用常壓分液漏斗作為產(chǎn)品收集器，并采用溶劑萃取法處理提取物從而提高了精油的產(chǎn)量。

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