超声辅助溶剂法提取橘皮精油的研究

孙增博，张飞飞，祝子坪

（台州学院 生命科学学院，浙江 台州 318000）

超声辅助溶剂法提取橘皮精油的研究

孙增博，张飞飞，祝子坪＊

（台州学院 生命科学学院，浙江 台州 318000）

为了提高橘皮精油的提取效率，对超声辅助溶剂法提取橘皮精油的工艺进行了优化。以橘皮精油得率为指标，通过单因素试验选择适合的水平，通过正交试验优化提取工艺。优化的提取工艺条件为：浸泡时间40 min、超声功率110W，超声时间60min，料液比（g/mL）1：8，在此条件下橘皮精油平均得率可达到2.23%。

橘皮精油；超声；辅助提取

浙江台州是柑橘生产及加工的主要地区。橘皮作为柑橘罐头和果汁加工的副产品，每年都有大量产生。当前，大部分橘皮未经任何处理就被丢弃，造成了资源的浪费和环境的污染。这些原为废料橘皮如能有效开发利用，将会给企业带来较大的经济效益和生态效益。橘皮中含有的香精油具有诱人的橘香味，可作为食品的矫味剂和赋香剂，在食品加工业上有广泛的应用价值［1］。因此，橘皮精油的提取引起了研究者的重视。

橘皮精油提取方法主要有超临界CO2萃取法、压榨法、水蒸汽蒸馏法和有机溶剂提取法［2-5］。超临界CO2萃取法设备昂贵、生产成本较高；压榨法所得精油油质较差、得率较低，因此二者在橘皮精油提取时并不常用。现在生产中采用的提取方法主要是水蒸气蒸馏法和有机溶剂提取法。由于水蒸气蒸馏时的高温破坏了精油中的热敏化合物，使精油品质降低；而有机溶剂属低温浸提，精油得率高、品质好，因而有较好的应用前景，但是由于有机溶剂可能会有残留，萃取时间较长，效率低，使应用受到限制。因此，降低有机溶剂残留、提高提取效率是橘皮精油提取急需解决的问题。超声辅助提取是一种比较先进的提取方法，它是利用超声波产生的空化、热和机械作用来破坏植物的细胞壁，促使有效成分溶解。与传统提取方法相比，提取效率较高，提取温度较低，可避免热敏成分的损失［6］，因此在很多生物有效成分提取上有较好的效果［7-9］。本实验用超声辅助低沸点的石油醚来提取橘皮精油，力求为橘皮精油工业生产找到的一条经济有效的方法。

1 材料与方法

1.1 材料

成熟、新鲜的柑橘购自台州黄岩西乡果蔬科技专业合作社，为早熟宫川品种，属宽皮柑橘类。石油醚（30～60℃沸程）为分析纯，购自上海国药集团公司。

1.2 仪器与设备

BS224S电子天平、BS2202S电子天平，赛多利斯仪器系统有限公司；VCX500超声波破碎仪，美国

SONICS＆MATERIALS公司；RE-52AAA旋转蒸发仪，上海嘉鹏科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 橘皮的预处理

选成熟度好，大小均匀一致的柑橘取果皮，阴干、粉碎后过40目筛，备用。

1.3.2 橘皮精油的提取

称取15g橘皮粉与一定量石油醚置于烧杯中，混合、浸泡一定时间后用一定功率的超声进行提取。提取液进行抽滤，将滤液及抽滤瓶洗液（冲洗3次，每次20mL）合并后进行旋转蒸发浓缩。旋转蒸发器转速为50r/min，温度为28℃，待瓶中石油醚挥干后即得橘皮精油。取下烧瓶，称重，计算得率（%）

橘皮精油得率（%）=橘皮精油的质量/橘皮的质量×100%

1.3.3 单因素试验

浸泡时间：称取15g橘皮粉与60mL石油醚，混合于250mL的烧杯中，浸泡时间分别设为10min、20min、30min、40min、50min，浸泡后超声提取（功率70W，时间30min），计算橘皮精油得率。

超声功率：15g橘皮粉与60mL石油醚，混合于250mL的烧杯中，浸泡20min后超声提取30min，超声功率分别设为50W、70W、90W、110W、130W，计算橘皮精油得率。

超声时间：称取15g橘皮粉与60mL石油醚，混合于250mL的烧杯中，浸泡20min后分别超声提取20min、30min、40min、50min、60min，超声功率70W，计算橘皮精油得率。

料液比：称取15g橘皮粉分别与30mL、60mL、90mL、120mL、150mL石油醚混合于250mL的烧杯中（料液比分别为1：2、1：4、1：6、1：8、1：10），浸泡20min后超声提取30min，超声功率70W，计算橘皮精油得率。

1.3.4 正交交互试验

由单因素实验确定超声辅助溶剂法提取橘皮精油的因素和水平。为了进一步优化提取工艺条件，考虑浸泡时间、超声功率、超声时间、料液比4因素及其交互作用，设计L9（43）正交试验。

1.3.5 验证性实验

在正交实验的最佳提取工艺下进行提取，验证实验结果。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 浸泡时间对橘皮精油得率的影响

在室温20℃条件下，考察浸泡时间对橘皮精油提取效果的影响，结果如图1。从图1可知，前期随着浸泡时间的延长，橘皮精油的得率增高。浸泡时间为30min时，得率最高，再增加浸泡时间得率没有明显增加，这可能是因为30min时原料已得到充分的浸泡。为了优化提取时间，选择浸泡时间20min、30min、40min 3个水平做正交试验。

图1 浸泡时间对橘皮精油得率的影响Fig.1 The influence of marinating time on yield

2.1.2 超声功率对橘皮精油得率的影响

在室温20℃条件下，考察超声功率对橘皮精油提取效果的影响，结果如图2。由图2可知，超声功率小于110W时，橘皮精油的得率随功率的增加而增长。110W时精油得率最高，这可能是因为此时精油已充分溶出。功率超过110W时，精油得率随超声功率的增加而略微降低，可能是由于功率较大使溶剂温度升高明显，从而使得精油的挥发量增大。为得到较好的提取效果，选择功率90W、110W、130W 3个水平做正交试验。

图2 超声功率对橘皮精油得率的影响Fig.2 The influence of ultrasonic power on yield

2.1.3 超声时间对橘皮精油得率的影响

在室温20℃条件下，考察超声时间对橘皮精油提取效果的影响，结果如图3。由图3可知，前期橘皮精油的得率随着超声时间的增加而增长。当超声时间为50min时，得率最高。这可能是因为此时精油得到充分溶出。超过50min时，精油得率随时间延长而略微降低，可能是由于长时间超声使溶剂温度升高明显，从而使得精油的挥发量增大。为得到较好的提取效果，选择超声时间40min、50min、60min 3个水平做正交试验。

图3 超声时间对橘皮精油得率的影响Fig.3 The influence of ultrasonic time on yield

2.1.4料液比对橘皮精油得率的影响

图4 料液比对橘皮精油得率的影响Fig.4 The influence of material to solvent ratio on yield

在室温20℃条件下，考察超声功率对橘皮精油提取效果的影响，结果如图4。由图4可知，开始橘皮精油的得率随着料液比的增加呈增长趋势。当料液比为1∶6时，得率达到峰值，再增加料液比得率没有明显增加，这可能是因为料液比为1∶6时溶剂对提取的限制因素已解除。为了节省溶剂，选择料液比为1∶4、1∶6、1∶83个水平做正交试验。

2.2 正交试验结果

根据单因素实验确定的因素和水平，为了优化提取工艺条件，考虑浸泡时间、超声功率、超声时间、料液比4因素之间的交互作用，设计L9（43）正交交互试验，因素水平见表1。

表1 正交试验因素水平表Table.1 Factors and levels of orthogonal experiments design

由表2直观分析可看出极差RB＞RC＞RD＞RA。超声功率对橘皮精油得率影响最显著，其次是超声时间、料液比和浸泡时间。根据k值进行分析，橘皮精油粗提物最佳超声辅助溶剂法提取工艺条件为A3B2C3D3，即浸泡时间40min，超声功率110W，超声时间60min，料液比1：8，按此最佳工艺条件进行试验，5次测得橘皮精油平均得率为（2.23±0.05）%。

表2 正交试验结果与分析Table.2 Results and analysis of orthogonal experiments

表3 方差分析表Table.3 Variance analysis of the test

3 讨论

GONG等采用微波辅助提取柚皮中精油，认为石油醚是微波辅助提取柚皮精油的最佳溶剂［10］；龚盛昭等采用石油醚回流提取沙田柚皮香精油，也取得了产率为1.96%的较好提取效果［11］。可见石油醚和橘皮精油的极性相近，是橘皮精油提取的合适溶剂。本试验采用低沸点的石油醚提取橘皮精油，由于石油醚的沸点较低，挥干的较彻底，残留量极少，提取的精油无石油醚味道，颜色微黄，有浓郁的橘香味。

橘皮精油存在于柑橘外果皮的油胞中，由亲水性的胞壁物质包裹且含量较低，故不易提取。陈玲娟等采用超临界CO2萃取技术提取雪峰蜜橘橘皮中精油和色素，在最佳提取工艺条件下提取物（色素＋精油）提取率为4.56%［2］。虽然提取率相对较高，但提取物为混合物，其中色素含量较高，使应用收到一定限制，而且昂贵的设备和较高的生产成本，使其在生产中不易应用。赵仁亮等以精油成分的GC-MS图谱和得率为指标对橘皮香精油提取的压榨法、蒸馏法和溶剂萃取法进行了比较，综合3种提取方法的可行性、有效性、方便、快速等特点，认为溶剂萃取法较好［5］。石油醚为有机溶剂，对植物亲水性组织的渗透力较弱，不易渗进橘皮外果皮上的油胞，因此提取时间较长，提取率较低。超声的空化效应、机械效应和热效应可有效破坏橘皮细胞结构，使石油醚易于渗透到橘皮细胞中，从而促使橘皮精油溶出，提高了提取率，故本实验取得了提取率为2.23%的较好提取效果。

［1］汪秋安，单杨．柑桔香精油的提取与食用柑桔香精的调制［J］．食品工业科技，2002，23（6）：41-43．

［2］陈玲娟，赵良忠，林亲录，等．超临界CO2萃取雪峰蜜橘橘皮精油的中试条件研究［J］．食品科学，2011，32（2）：120-123．

［3］方修贵，叶兴乾，赵凯，等．宽皮橘果皮精油与果胶联产技术研究［J］．中国食品学报，2013，13（5）：85-91．

［4］张芳，部迎秋，位会棉，等．水蒸气蒸馏法提取橘皮精油的工艺研究［J］．石家庄学院学报，2011，13（3）：5-7.

［5］赵仁亮，朱旗，李银花，等．橘皮香精油不同提取方法的比较［J］．湖南农业科学，2011，（21）：79-81．

［6］王雅，王玉丽，赵萍，等.超声波辅助提取葫芦巴香精油工艺优化及其抑菌性能研究［J］.食品与发酵工业，2010，36（5）：170-173.

［7］熊建华，吴琴，林丽萍，等.响应面分析法优化超声提取樟树籽油的工艺［J］．中国粮油学报，2013，28（3）：65-69．

［8］何焕肖，马挺军，徐艺青．超声波法提取苦荞甾醇工艺研究［J］．中国食品学报，2013，13（5）：32-38．

［9］曲文娟，马海乐，王 婷，等.交替双频逆流超声辅助提取条斑紫菜蛋白和多糖［J］．农业工程学报，2013，29（1）：285-292．

［10］GONG S Z,CHENG J,YANG Z R.Microwave-Assisted extraction of essential oil from citrus grandis peel ［J］.Chemistry and Industry of Forest Products,2005,25（4）：67-70.

［11］龚盛昭，陈秋基，杨卓如.从沙田柚皮中提取精油的工艺研究［J］．日用化学工业，2003，3（6）：400-402.

Research of Citrus Essential Oils by Ultrasonic-Assisted Method

SUN Zeng-bo，ZHANG Fei-fei，ZHU Zi-ping＊

（School of Life Science,Taizhou University,Taizhou,318000,China）

In order to improve the extraction efficiency of citrus essential oils, we investigated the optimum extraction condition assisted by ultrasonic.By analyzing citrus essential oils yield, we designed each experimental factors by single experiment，and orthogonal experiments conducted a comprehensive inquiry.The results of the optimization conditions were confirmed as follows：marinating time 40 min,ultrasonic power 110 W,ultrasonic time 60 min,material to solvent ratio 1：8.Under the optimization condition,the average extraction efficiency can reach 2.23%.

Citrus essential oils;Ultrasonic;Assisted extraction

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2014.03.007

2014-04-25；

2014-05-20

简介：祝子坪（1973- ），男，山东成武人，讲师，博士，主要从事食品科学研究。