两种不同方法提取鲜橙皮中挥发油的比较研究

张静芬，邹小兵，季金苟，柳林，徐溢

（重庆大学化学化工学院，重庆 400030）

橙皮为芸香科植物橘（Citrus reticulate Blanco）及其栽培变种的成熟果皮。芸香科植物甜橙在我国长江以南各地均有栽培，品种众多。鲜橙皮中含有挥发油、色素、果胶、黄酮类等多种化合物，综合利用价值较高。其中，橙皮挥发油具有理气健脾、燥湿化痰及消炎等药理活性，其主要组分D-柠檬烯具有抗癌活性[1]。另外，橙皮中挥发油作为一种天然香精，可以增加胃液分泌，促进胃肠蠕动，健胃祛风，还可作为天然香料、食品添加剂和保健品、药品、化妆品等的原料。橙皮作为一种可再生利用的资源，从中提取挥发油，既可避免因果皮堆积而污染环境，又使废弃的天然资源得到合理利用，可提高橙类产品的附加值和技术含量，提高经济效益[2]。

微波辅助提取是Ganzler等于1986年首先提出的，是近年来发展较快的一种新型提取技术，在此之前挥发油提取常见的是水蒸气蒸馏（HD）法[3]，HD法设备简单、容易操作、成本低，但是这种方法提取时间较长，能耗大。微波辅助水蒸气蒸馏（MAHD）法[4]是微波辅助加热与HD法相结合的提取技术，其原理是利用微波辐射导致细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能量而产生大量的热量，使细胞内温度迅速上升，液态水气化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破，形成微小的孔洞。再进一步加热，细胞内部和细胞壁水分减少，细胞收缩，表面出现裂纹。孔洞和裂纹的存在使细胞外溶剂容易进入细胞内，溶解并释放细胞内的物质。微波具有很强的穿透力，可以在反应物内外部分同时均匀、迅速的加热，故提取时间短、效率较高。但由于MAHD法存在过热现象，对所有成分的提取是否MAHD法都具有优势，还有待进一步研究。

本文用MAHD法和HD法分别提取了新鲜橙皮的挥发组分，用气质联用仪（GC-MS）对各成分的含量进行了比较分析。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜橙皮（重庆奉节脐橙）含水量约90%，剪切为约0.5 cm2的块状备用；无水Na2SO4为分析纯。

1.2 仪器

可调功率微波化学反应器LWMC-205：南京陵江科技开发有限责任公司；挥发油提取器、TRACE GC GLTRA-DSQⅡ气质联用仪：美国Thermo公司。

1.3 GC-MS测定条件

用微量进样器取1 μL橙皮挥发油，加入1 mL甲醇（色谱纯）稀释，混合均匀以备用。将HD法和MAHD法所得的挥发油用气质联用方法进行成分分析。

色谱条件：挥发油成分采用TRACE GC GLTRADSQⅡ气质联用仪（GC-MS）进行鉴定。分离柱采用非极性AB-5MS毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。载气为He，流速为0.5 mL/min，不分流；注射进样，注射体积为0.2 μL；进样温度220℃；程序升温过程为60℃保持5 min，以5℃/min的速度升温到130℃，再以10℃/min的速度升温到220℃，最后以15℃/min的速度升到250℃。离子源温度：230℃；70ev电子轰击。

通过GC-MS计算机检索，人工解析谱图与标准质谱对照的方法[5-8]，分析鉴定两种方法所得成分的组成。并根据化合物峰面积计算出相对百分含量。

1.4 挥发油的提取

1.4.1 HD法

称取新鲜橙皮50 g置于250 mL三颈瓶中，加入100 g水开始水蒸气蒸馏，用挥发油提取器连续提取2 h至挥发油不再增加时停止实验。挥发油用无水硫酸钠干燥，4℃储存。

1.4.2 MAHD法

称取50g新鲜橙皮于250mL三颈瓶中，加入100g水，连接挥发油测定器和回流冷凝装置，微波化学反应器功率设定为200 W开始提取，提取时间17 min，挥发油提取器中的挥发油不再增加。挥发油用无水硫酸钠干燥，4℃储存。

2 结果与讨论

2.1 两种提取方法所得挥发油的比较

两种提取方法提取鲜橙皮挥发油的结果比较如表1所示。

表1 2种提取方法所得挥发油的比较Table 1 Comparing of the volatile oil from orange peel in the two methods

由表1可知：采用MAHD法提取挥发油在提取时间上与HD法相比有明显的优势，大大节省生产成本。这主要是因为：MAHD法提取挥发油是溶剂为水，水有着较为突出的微波吸收性能，使得新鲜样品处在自身、溶剂水吸收微波加热的双重作用，获得较快的升温速度，加速橙皮细胞的破裂，橙皮中的挥发油被快速提取出来。总的提取率MAHD法也略好于HD法，在相同50 g新鲜橙皮中提取至挥发油不再增加，HD法约2 h，而MAHD法只需17 min，且MAHD法的提取率比HD法高0.02%。

2.2 挥发油的成分分析及比较

所得挥发油性状均为具有橙皮清香味的澄清透明油状液体。用GC-MS分别对HD法和MAHD法提取的物质进行成分分析。MAHD法橙皮挥发油的总离子流图见图1，橙皮挥发油的主峰只有一个，而且相对面积较大，据鉴定后为柠檬烯，含量为95%左右。MAHD法与HD法所得挥发油总离子流图基本上一致，因此只列出其中MAHD法成分总离子图。

图1 水蒸气蒸馏法提取橙皮挥发油总离子图Fig.1 Total ion currency profile of orange peel essential oil(HD)

按上述条件对橙皮挥发油迸行分离鉴定，获取的质谱数据用美国NIST05谱库检索，从各峰的质谱裂片图、基峰和相对丰度等几个方面进行分析鉴定并结合文献[5-8]进行人工谱图解析，确认2种方法提取橙皮挥发油中的各个化学成分；定量分析按照峰面积归一化法确定各组成在挥发油中的相对百分含量。通过GC-MS鉴定，HD法所得挥发油的已鉴定峰中有23种成分，已鉴定组分的面积占总面积的比例分别为98.93%，MAHD法提取的挥发油中鉴定了22种成分，已鉴定组分的面积占总面积的比例分别为99.08%。详情见表2。

表2 橙皮挥发油的组分比较Table 2 The comparision of composition of essential oil

由表2可知：两种方法得到的鲜橙皮挥发油成分组成基本一致，由D-柠檬烯和醇类、醛类、酮类、酯类等含氧化合物组成。该挥发油的其主要成分为D-柠檬烯，其次是沉香醇，月桂烯，软脂酸甲酯，柠檬醛，p-薄荷-1-烯-8-醇，辛醛等。D-柠檬烯在MAHD和HD油中的含量分别为94.22%和95.17%，沉香醇分别为1.82%和1.53%，月桂烯分别为0.58%和0.58%，软脂酸甲酯分别为0.40%和0.59%，柠檬醛分别为0.19%和0.21%，p-薄荷-1-烯-8-醇分别为0.19%和0.25%，辛醛分别为0.19%和0.13%。

2种不同方法的提取物的主要化学成分组成显示一定的质与量的差异。从表2似乎可以看出，柠檬醛、β-月桂烯和D-柠檬烯等，HD法的提取率比MAHD法的提取率更高或者接近，尤其是柠檬醛，与HD法相比，其提取率减少近10%。对于MAHD法提取，由于微波射线有很强的穿透力，能穿透介质，到达物料内部维管束和腺细胞系统，同时，微波作用使细胞内部温度迅速上升，压力增大，导致细胞破裂，能有效提取物料内部成分；而对于HD法提取，加温是由外及内，细胞内成分要经过液泡膜和细胞器的膜透过，再扩散和细胞壁的透过才能被提取出来，因此从提取机理来看，HD法的提取率似乎应小于MAHD法，但由于微波辅助存在过热效应[9]，局部提取温度比HD法高近10℃，而这几种物质在高温下可能较易氧化，导致其提取率偏低。对于辛醛、正癸醛、二叔丁对甲酚等，通常亦为还原性物质，但MAHD法的提取率高于HD法，这可能是因为尽管MAHD法存在过热效应，但由于HD法的提取时间远长于MAHD法，过长的氧化时间导致这几种物质被氧化的程度加深，进行使其提取率偏低。对于软脂酸甲酯和沉香醇等，比较稳定，MAHD法提取率大于HD法的提取率，这和微波辅助能快速加热，并能深入内部维管束和腺细胞系统，使其中的物质能快速提取出来的机理是相一致。

3 结论

MAHD法可以大缩短提取时间，总的提取率MAHD法也略优于HD法。

采用MAHD法和HD法提取鲜橙皮中的挥发性组分时，所得到的挥发油成分基本一致，但相对含量不同。对于高温较易氧化的成分，选择HD法可能要优于MAHD法；对于那些对氧化时间敏感或高温比较稳定的成分，选择MAHD法可能更好。

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