黃誠 尹紅

摘要 采用超聲波輔助復合溶劑提取柑橘皮油，通過單因素及二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計試驗探究復合溶劑配比、料液比、超聲波處理溫度、超聲波處理時間對提油率的影響，確定了超聲波輔助復合溶劑提取柑橘皮油的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明，對提油率的影響依次為料液比>復合溶劑配比>超聲波處理時間>超聲波處理溫度，最優(yōu)工藝參數(shù)為復合溶劑配比2∶3、料液比1∶10、超聲波處理溫度40 ℃、超聲波處理時間50 min，該條件下出油率達3.52%。

關(guān)鍵詞 柑橘皮油；超聲波輔助；復合溶劑；工藝條件；優(yōu)化試驗

中圖分類號 TS209 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）12-0262-03

柑橘屬蕓香科柑橘亞科植物。據(jù)統(tǒng)計，目前我國柑橘栽培面積已居世界之首，占世界總栽培面積的18%，年產(chǎn)量達1 014萬t，占世界總產(chǎn)的11.79%，僅次于巴西、美國位列第三。而柑橘生產(chǎn)加工有30%～50%的皮渣副產(chǎn)物，皮渣中除了水分、纖維素、木質(zhì)素外，還含有果膠、色素、膳食纖維和類黃酮等生物活性物質(zhì)。長期以來，我國柑橘加工業(yè)加工產(chǎn)生的大量皮渣被作為廢棄物處理，不僅資源得不到充分利用，對環(huán)境也造成了污染[1-5]。

本研究采用超聲波輔助復合溶劑浸提柑橘皮中精油，通過單因素及二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，從復合溶劑配比、料液比、超聲溫度、超聲時間4個因素方面研究了橘皮精油最佳提取工藝條件，以出油率為評價指標，為柑橘皮副產(chǎn)品加工利用提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與設(shè)備

KQ-250E型醫(yī)用超聲波清洗器；GZX-9146MBE型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海博訊實業(yè)有限公司）；高速萬能粉碎機；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮有限公司）；HH-Z數(shù)顯恒溫水浴鍋（富華有限公司）；FA2003電子天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）。

1.2 試驗材料

柑橘皮（吉首市售）；環(huán)己烷、丙酮、無水乙醚均為分析純（國藥集團化學有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 柑橘皮油提取工藝流程。干柑橘皮→挑選、清洗→干燥→粉碎、過篩→加定量復合溶劑→超聲波輔助提取→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、溶劑回收→干燥→柑橘皮油。

1.3.2 橘皮預處理。將成熟的柑橘皮挑選、洗凈后，放置于設(shè)定溫度為50 ℃左右的電熱恒溫干燥箱中烘干至恒重，用高速萬能粉碎機粉碎后用60目過目篩過篩，將過篩后的柑橘皮粉末收集在燒杯中備用。

1.3.3 柑橘皮油提取率的計算。公式如下：

1.4 提取工藝優(yōu)化

1.4.1 工藝單因素試驗。

（1）復合溶劑配比單因素試驗。稱取柑橘皮粉末10.0 g，確定超聲功率為220 W，設(shè)定料液比為1∶10，超聲時間為50 min，超聲處理溫度為55 ℃，在上述條件下進行提取試驗。復合溶劑按丙酮∶環(huán)己烷配比分別為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1，考察復合溶劑（丙酮∶環(huán)己烷）對油脂提取率的影響。

（2）料液比單因素試驗。稱取柑橘皮粉末10.0 g，設(shè)定超聲功率為220 W，復合溶劑配比（丙酮∶環(huán)己烷）為7∶3，超聲波提取溫度為50 ℃，超聲波提取時間為50 min，料液比分別為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9、1∶10，在上述條件下進行提取，考察料液比對油脂提取率的影響。

（3）超聲時間單因素試驗。取樣品10.0 g，設(shè)定超聲功率為220 W，料液比為1∶10，復合溶劑配比（丙酮∶環(huán)己烷）為4∶6，超聲波提取溫度為50 ℃，超聲時間依次為10、20、30、40、50、60、70 min，在上述條件下進行提取，考察不同超聲時間對油脂提取率的影響。

（4）超聲溫度單因素試驗。稱取樣品10.0 g，設(shè)定超聲功率為220 W，料液比為1∶10，復合溶劑配比（丙酮∶環(huán)己烷）為4∶6，設(shè)定超聲時間為50 min，提取溫度分別為25、30、35、40、45、50、55、60 ℃，在上述條件下進行提取，考察不同超聲溫度對油脂提取率的影響。

1.4.2 正交試驗。因素包括復合溶劑配比、料液比、超聲波處理溫度及處理時間，評價指標為柑橘皮油提取率，采用L9（34）進行正交優(yōu)化試驗。

1.4.3 二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計優(yōu)化試驗。以單因素試驗結(jié)果為依據(jù)，確定編碼水平范圍，運用二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，采用DPS7.05進行數(shù)據(jù)分析，得出超聲波輔助提取柑橘皮油的優(yōu)化工藝條件[6-9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 復合溶劑配比對柑橘皮油提取率的影響。按上述單因素試驗條件試驗，探究復合溶劑配比（丙酮∶環(huán)己烷）對油脂提取率的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，復合溶劑（丙酮∶環(huán)己烷）配比不同，柑橘皮油的提取率不同。隨著丙酮比例增加，柑橘皮油提取率呈平緩上升趨勢，在丙酮與環(huán)己烷配比為7∶3時，柑橘皮油提取率最高。故本工藝選擇復合溶劑配比（丙酮∶環(huán)己烷）為7∶3。

2.1.2 料液比對柑橘皮油提取率的影響。按上述單因素試驗條件試驗，探究料液比對油脂提取率的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，隨著料液比增加，柑橘皮油提取率呈上升趨勢，料液比大于1∶5時，呈平緩上升趨勢，料液比越高，在濃縮過程消耗的能量越多，故本工藝從節(jié)能考慮，選擇料液比為1∶5。

2.1.3 超聲時間對柑橘皮油提取率的影響。按上述單因素試驗條件試驗，探究超聲時間對油脂提取率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，柑橘皮油提取率隨著時間延長而提升，達到60 min時柑橘皮油提取率最高。故本工藝選擇提取時間為60 min。

2.1.4 超聲溫度對柑橘皮油提取率的影響。按上述單因素試驗條件試驗，探究溫度對油脂提取率的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，柑橘皮油提取率隨溫度上升有顯著波動，超聲處理溫度在40～55 ℃范圍內(nèi)較好。故本工藝選擇提取溫度為40～55 ℃。

2.2 優(yōu)化試驗

2.2.1 正交試驗設(shè)計。為進一步優(yōu)化工藝，在超聲波功率恒定情況下，選取復合溶劑配比（丙酮∶環(huán)己烷）（4∶6、7∶3、9∶1）、料液比（1∶5、1∶8、1∶10）、超聲處理時間（40、60、70 min）、超聲處理溫度（40、45、55 ℃）4個因素，進行4因素3水平L9（34）的正交優(yōu)化試驗，以得油率為評價指標，優(yōu)選出超聲波輔助復合溶劑浸提柑橘皮油的最佳條件（表1、2）?？梢钥闯?，影響柑橘皮油的提取因素次序為料液比>復合溶劑配比>超聲處理時間>超聲波溫度。

2.2.2 二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計優(yōu)化試驗設(shè)計方案及試驗結(jié)果。根據(jù)正交試驗結(jié)果，選擇復合溶劑配比（丙酮∶環(huán)己烷）、料液比及超聲處理時間3因素3水平進行二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計優(yōu)化試驗，因素水平見表3。

由DPS（7.50專業(yè)版）統(tǒng)計分析軟件的試驗設(shè)計功能可知，3因子二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計包括23個試驗方案，具體試驗方案及試驗結(jié)果如表4所示。

2.2.3 模型建立及顯著性分析。采用DPS7.50軟件分析試驗結(jié)果，建立柑橘皮得油率與復合溶劑配比（丙酮∶環(huán)己烷）、料液比、超聲處理時間各因素之間的數(shù)學回歸模型如下：

Y=2.906 51-0.334 2X1+0.444 13X2+0.081 51X3-0.211 51X12 -0.195 60X22-0.229 18X32-0.191 25X1X2-0.128 75X1X3+0.071 25X2X3，試驗結(jié)果方差分析見表5。

由方差分析可知，回歸方程失擬性檢驗F1=0.000 67R0.01（9，13）=4.19，差異極顯著，說明模型預測值與實際值非常吻合，模型成立。經(jīng)回歸系數(shù)顯著性檢驗，在α=0.10顯著水平下剔除不顯著項，簡化回歸方程如下：

Y=2.906 51-0.334 20X1+0.444 13X2-0.211 51X12-0.195 60X22-0.229 18X32-0.191 25X1X2

2.2.4 各因素影響程度分析。F值反映各因素對試驗指標的影響大小，F(xiàn)值越大，表明因素對試驗指標的影響越大。從表5方差分析結(jié)果可知，各因素影響大小順序為料液比>復合溶劑配比>超聲處理時間。

2.2.5 最優(yōu)提取工藝參數(shù)及驗證性試驗。采用頻率分析法探究最優(yōu)提取工藝參數(shù)，結(jié)果見表6。由表6可以看出，在95%置信區(qū)間內(nèi)提取工藝優(yōu)化條件：X1水平95%的分布區(qū)間為-1.213～-0.779，X2水平95%的分布區(qū)間為0.779～1.213，X3水平95%的分布區(qū)間為-0.357～0.357。利用編碼公式 Xi=（Xi-X0）/Δj將上述編碼值轉(zhuǎn)換為實際參數(shù)，復合溶劑配比為11∶14～9∶16，料液比為1∶9～10，超聲時間為45～55 min。結(jié)合優(yōu)化條件平均值和實際操作需要，得出超聲波提取柑橘皮油優(yōu)化工藝條件為復合溶劑配比2∶3、料液比1∶10、超聲時間50 min。按照此優(yōu)化工藝條件開展 3組驗證性試驗，得到柑橘皮油出油率平均值為3.52%，與理論值3.60%接近。

3 結(jié)論

通過正交試驗方差結(jié)果分析得知各因素對柑橘皮油提取率影響的大小順序為：料液比>復合溶劑配比>超聲波處理時間>超聲波處理溫度。

超聲波輔助提取柑橘皮油的優(yōu)化數(shù)學回歸模型為Y=2.906 51-0.334 20X1+0.444 13X2-0.211 51X12-0.195 60X22 -0.229 18X32-0.191 25X1X2。采用此模型在本試驗范圍內(nèi)能較準確地預測柑橘皮油出油率。

超聲波輔助提取柑橘皮油最佳工藝條件為超聲波功率為220 W、復合溶劑配比（丙酮∶環(huán)己烷）為2∶3、料液比為1∶10、超聲波提取時間為50 min、超聲波處理溫度為40 ℃。通過數(shù)學回歸模型預測的提取率為3.60%，在該工藝條件下實際提取率為3.52%，出油率達97.78%。

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