天然表面活性剂柠檬烯的提取及高效安全去农残果蔬洗洁精的研制

柳滢春 黄勇 曾能 熊文明 童宇 邹东秋

摘      要： 对“水蒸气蒸馏法”从废弃物柑橘皮中提取柠檬烯的提取工艺条件进行了优化改进，获得最优提取工艺条件为：提取温度为92 ℃，提取时间为150 min。并通过在提取过程中加入适量（质量为柑橘皮质量的3%）的氯化钠，进一步提高了提取率。将柠檬烯提纯获得天然的表面活性剂柠檬烯，并通过微乳化制备柠檬烯微乳体系。再将微乳柠檬烯体系、助剂、天然微纳米贝壳粉等制备三相微乳化的新型高效安全果蔬洗洁精。通过农药残留检测实验可知，该果蔬洗洁精对水果、蔬菜表面的农药去除效果及重金属去除效果比市面上的果蔬洗洁精效果更好，且经过测试，该产品的理化性能、稳定性能等各项指标均达到洗洁精类产品的国标要求。

关  键  词：檸檬烯;去除农药残留;微纳米贝壳粉;果蔬洗洁精

中图分类号：TQ 917       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）11-2393-05

Extraction of Natural Surfactant Limonene and Development of Fruit and Vegetable Detergent for Efficient and Safe Pesticide Removal

LIU Ying-chun1， HUANG Yong1， ZENG Neng2， XIONG Wen-ming1， TONG Yu1， ZHOU Dong-qiu3

（1. Department of Biomedicine， Zhongshan Torch Polytechnic， Zhongshan 528436， China;

2. Zhongshan Kailei Nursing Products Co.， Ltd.， Zhongshan 528451， China;

3. Zhongshan Boyan Shangpin Biological Technology Co.， Ltd.， Zhongshan 528451， China）

Abstract： The "steam distillation method" for extracting limonene from waste citrus peels was optimized and improved. The optimal extraction conditions were as follows： the extraction temperature 92 ℃ and the extraction time 150 min. And by adding an appropriate amount of sodium chloride （the quality was 3% of the quality of the citrus peel） during the extraction process， the extraction rate was further improved. The limonene was purified to obtain the natural surfactant limonene， and the limonene microemulsion system was prepared by microemulsification. Then the microemulsion limonene system， additives， natural micro-nano shell powder were used to prepare a three-phase microemulsified high-efficiency and safe fruit and vegetable detergent. Through the pesticide residue detection experiment， it was known that the fruit and vegetable detergent had a more significant effect on the removal of pesticides and heavy metals on the surface of fruits and vegetables than the fruit and vegetable detergents on the market. The testing results showed that the products physical and chemical properties and stability met the national standard requirements of detergent products.

Key words： Limonene; Pesticide residue removal; Micro-nano shell powder; Fruit and vegetable detergent

随着社会的进步和人们对健康关注程度的增加，蔬果类在人们的饮食结构中已经占据越来越重要的地位，而蔬果上的农药残留及重金属超标问题引起了越来越多消费者的担忧。人们食用含有农药或重金属离子超标的果蔬后，有毒物质在人体内长时间累积继而引发多种慢性疾病，更为麻烦的是有些农药残留还有遗传毒性[1-5]。为了解决这个问题，市场上出现各类果蔬清洗类产品，果蔬洗洁精是其中主流产品，但由于很多产品技术含量较低，如只将几种人工合成表面活性剂加助剂简单复配而成，选用石油化工原料不够安全，使用后不仅对农药脱除效果不具明显作用，还存在二次污染等严重问题，存在安全隐患[6-7]。研发采用天然原料制备高效安全的果蔬洗洁精已经成为亟待解决的民生问题。

柠檬烯，别名苧烯、苎烯，单萜类化合物，为无色油状液体，有类似柠檬的香味，广泛存在于天然的植物果皮中，一般在废弃的柑橘皮中提取得到。柠檬烯在食品、药品、日化等领域都有应用。柠檬烯在食品添加剂中可作为抗氧化剂和防腐剂使用，药品方面主要用作于镇静中枢神经和抗过敏。在日化领域，柠檬烯是天然的优秀表面活性剂，具有良好的溶脂去污能力。柠檬烯还有良好的抗菌活性，具有成为天然防腐剂的潜力，且有良好的生物降解性，对环境不造成任何污染[8-12]。微纳米贝壳粉是通过微纳米粉碎贝壳获得粉末，其95%的成分是碳酸钙，还有少量氨基酸和多糖物质。微纳米贝壳粉本身又为多孔纤维状双螺旋体结构，所以具有吸附、分解的功效。另外，贝壳粉还对大肠杆菌有极强的抗菌和杀菌作用，还具有防腐功能[13]。

本试验通过“水蒸气蒸馏法”从废弃物柑橘皮中提取柠檬烯，这种提取方法操作简单，溶剂安全易得。本试验对提取工艺条件进行了优化改进，并在提取过程中加入适量的氯化钠，使得提取率有较大提高，而且提取溶剂还能够回收循环利用，降低生产成本。提取得到柠檬烯后，制备三相微乳柠檬烯体系，再研究出一款新型的果蔬洗洁精配方，将柠檬烯体系应用到配方中，再通过与配方中具有强吸附性作用的天然微纳米贝壳粉相结合，制备出一种绿色高效果蔬洗洁精。该绿色高效果蔬洗洁精对农药残留具备物理吸附去除与化学溶解去除双重作用，有望解决市面上果蔬洗洁精原料不安全、使用后不仅对果蔬表面污物及农药残留去除率不高、且造成二次污染的严重问题。本次实验所用原料是天然的，不使用任何人工色素、香精。主要原料柠檬烯在废弃的柑橘皮中提取得到，微纳米贝壳粉通过贝壳煅烧得到，做到废物利用。而且柠檬烯、微纳米贝壳粉都具有良好的生物降解性，不会对环境造成二次污染。

1  材料与方法

1.1  试验材料及仪器

1.1.1  试剂

新鲜的柑橘皮（将新鲜的柑橘剥皮，将柑橘皮用粉碎机粉碎）;微纳米贝壳粉，研制;椰子油衍生物，广州邹阳化工有限公司;烷基葡糖苷，郑州诚奥化工产品有限公司;柠檬烯，西安万方生物科技有限公司;蔗糖脂肪酸酯，山东沃睿生物工程有限公司;柠檬酸，潍坊英轩实业有限公司;氯化钠，浙江中星化工试剂有限公司。

1.1.2  仪器设备

分析天平，精确至0.000 1 g，上海友声衡器有限公司;农药残留测试仪，ZYD-NP6，北京智云达科技有限公司;农残测试卡，北京智云达科技有限公司;电热恒温水浴锅，上海尚道仪器制造有限公司;高效液相色谱，日本岛津LC-20A;原子吸收分光光谱仪，TAS-990F，北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2  试验方法

1.2.1柠檬烯提取物提取方法及柠檬烯提取物产率计算方法。

称取50 g柑橘皮颗粒，放入500 mL的圆底烧瓶中，再放入250 mL的去离子水。组装水蒸气蒸馏装置，水浴加热回流，控制水温在80 ℃左右，连续蒸馏提取1.5～2 h，分液。

柠檬烯提取物产率计算方法：

柠檬烯提取物产率 =  柠檬烯提取质量/橙皮质量×100% 。

1.2.2  果蔬洗洁精制备与产品检测方法

1.2.2.1  制备工艺

通过多次实验得出最优配方和最优配方工艺：筛选出柠檬烯、烷基葡糖苷、椰子油衍生物、蔗糖脂肪酸酯等主要成分以后，通过转相乳化法将上述成分以及助剂、水在适当的比例下制成透明、各向同性的三相微乳热力学稳定体系。再在一定条件下将微纳米贝壳粉均匀地分散于体系，加入pH调节剂（调节到产品标准pH），多次试验至配方最优。

1.2.2.2  果蔬洗洁精产品检测评价

1）理化指标。 对产品的理化性质、使用效果、感官效果进行检测评价，参照GB/T24691—2009标准;pH值用pH计检测。

2）外观指标。观察产品是否分层，有无悬浮物或沉淀。

3）稳定性。于-5±2 ℃的冰箱中放置24 h，取出恢复至室温时观察，观察产品有无沉淀、变色现象及浑浊现象;40±1 ℃的保温箱中放置24 h，取出恢复室温，观察产品有无异味、分层、变色及浑浊现象。

4）发泡力的测定。用罗氏泡沫仪进行发泡力检测。测量方法：使溶液不断地流下，直到水平面降至150 mL刻度线处，记录流出时间。流出时间与观测的流出时间算术平均值之差大于5%的所有測量应予忽略，异常的长时间表明在计量管或旋塞中有空气泡存在。在液流停止后的0.5、3、5 min测量泡沫体积（仅泡沫）。如果泡沫的上面中心处有低洼，按中心与边缘之间的算术平均值记录读数。进行重复测量时，每次均须按式样溶液配制要求重新配制新鲜溶液，取得至少3次误差在允许范围的结果。

1.2.3  去除农药残留效果实验及计算

1.2.3.1  去除农药残留效果实验

选取大小类同、无明显断裂、斑痕、冲孔、边角无开口、无损伤的荷兰豆角为实验的蔬菜样本，制备含代表性农药（氯氰菊酯、残杀威）的蔬菜样本，用一定质量浓度的果蔬清洗剂溶液模拟实际洗涤方式进行清洗，采用萃取、浓缩的方法获得残留农药，用高效液相色谱测定果蔬表面经清洗前后农药残留量，计算出残留在蔬菜上农药去除率，比较试样与清水各自洗涤后的农药去除率，以两者比值P评价试样对农药的清洗效果。

1.2.3.2  结果计算

残留农药去除率计算：

M=（M0-M1）/M0 ×100% 。

式中：M—残留农药去除率，%;

M0—试样清洗前农药残留量，mg·kg-1;

M1—试样清洗后农药残留量，mg·kg-1。

残留农药去除率比值P： 0.2%果蔬清洗剂溶液对残留农药的洗除率与水对残留农药的洗除率之比，按下式计算。

P=Ms/Mx 。

式中：P—残留农药去除率的比值;

Ms—果蔬洗洁精试样溶液对残留农药的去除率，%;

Mx—水对残留农药的去除率，%。

2  结果与分析

2.1  柠檬烯提取工艺优化实验结果

影响蒸馏法提取柠檬烯提取物的主要因素有：提取时间、溶剂使用、提取温度等，本研究采用的是水蒸气蒸馏法，溶剂为蒸馏水，故考察提取时间、提取温度。实验对提取时间、提取温度及氯化钠的加入这一提取工艺条件改进进行了反复实验。

通过图1和图2可知，随着时间与温度数值的上升，提取率明显上升，但当时间为150 min、温度为92 ℃后，提取率上升变化趋势很小，故获得最佳提取工艺为：提取温度为92 ℃，提取时间为  150 min ，且通过上面的图都可以说明在加入氯化钠之后柠檬烯的提取率有较大的提高。

2.2  果蔬洗洁精产品各项检测评价结果

通过离心测试，从外观上可知液体产品不分层，无悬浮物或沉淀。在气味上，无异味，符合规定香型。在稳定性上，于-5±2 ℃的冰箱中放置24 h，取出至室温时观察无沉淀和变色现象，透明产品不混浊。于40±1 ℃的保温箱中放置24 h，取出恢复至室温室观察无异味，无分层和变色现象，透明产品不浑浊（见表1）。另外，研制的果蔬洗洁精在总活性物质量分数、pH值（25 ℃，1∶10水溶液）、甲醇质量分数、甲醛质量分数、砷质量分数（1%溶液中以砷计）、重金属质量分数（1%溶液中以铅计）、荧光增白剂、菌落总数、大肠杆菌等方面的测试结果均符合对应的国标要求（见表2）。

2.3  发泡性能的测定

在罗氏泡沫仪中，采用3∶1 000的比例稀释500 mL两种市售果蔬洗洁精及研制果蔬洗洁精产品，从450 mm高度流到相同溶液的液体表面之后，测量得到的泡沫体积。试验步骤按国家标准GB/T7462—94进行，在液流停止后30 s、3 min和   5 min测得结果如表4所示。

由表4可知，研制的果蔬洗洁精的发泡力与市售的果蔬洗洁精样品相当，具有较好的发泡能力。

2.4  果蔬洗洁精产品去除农药残留效果

2.4.1  果蔬洗潔精产品去除农药残留效果测试卡试验

用农残测试卡对果蔬洗洁精去除农药残留效果进行粗测实验，结果如表5所示。由粗测结果可知，研制的果蔬洗洁精对农残去除效果与市售两种果蔬清洗剂去除效果均处于C的结果，即有较好的去除效果。

2.4.2  果蔬洗洁精去除农药残留精密测试实验

参考GB/T24691—2009 果蔬清洗剂中农药去除率测试方法，试验农药选用具有典型代表性的氯氰菊酯及残杀威，每组试验3次，取平均值。果蔬洗洁精的测试结果如表6所示。

由表6可知，研制的果蔬洗洁精对果蔬上的两种典型农药的洗涤去除试验结果为：氯氰菊酯去除率达到95.4%，残杀威去除率达到99.5%，研制果蔬洗洁精对氯氢菊酯的残留去除率与水对氯氢菊酯的残留去除率比值P达到4.6，研制果蔬洗洁精对残杀威的残留去除率与水对残杀威的残留去除率比值P达到4.9。试验结果表明，研制的果蔬洗洁精对果蔬上的两种典型农药的洗涤去除效果明显。为了对研制的果蔬洗洁精与市售的果蔬洗洁精对果蔬上的两种典型农药的洗涤去除进行比较，优选了   1种国内及1种国外市场上销售的果蔬清洗剂（洗洁精）进行了比较试验。由试验结果可知，研制果蔬洗洁精对氯氢菊酯的残留去除率与国内某市售果蔬清洗剂对氯氢菊酯的残留去除率比值为1.3，研制果蔬洗洁精对残杀威的残留去除率与国内某市售果蔬清洗剂对残杀威的残留去除率比值为1.25;研制果蔬洗洁精对氯氢菊酯的残留去除率与国外某市售果蔬清洗剂对氯氢菊酯的残留去除率比值为1.05，研制果蔬洗洁精对残杀威的残留去除率与国外某市售果蔬清洗剂对残杀威的残留去除率比值为0.94。试验结果表明，研制的果蔬洗洁精对果蔬上残留农药的去除效果比国内市场上优选出的果蔬清洗剂效果更为明显，与国际市场上较出名的果蔬清洗剂效果相当。这是因为，相比普通果蔬清洗剂，该果蔬洗洁精的三相微乳体系增强了其对农药残留的溶解去除功能，同时，研制果蔬洗洁精对农药残留具备物理吸附去除与化学溶解去除双重作用，是一种天然绿色高效果蔬洗洁精。

2.5  果蔬洗洁精去除重金属残留精密测试实验

参考GB/5009.12—2003、GB/5009.15—2003标准中重金属去除率测试方法，试验重金属选用具有典型代表性的铅、镉，每组试验3次，取平均值。果蔬洗洁精的测试结果如表7所示。

由表7可知，研制的果蔬洗洁精对果蔬上的两种典型重金属铅、镉的去除试验结果为：铅去除率达到93.9%，镉去除率92.5%。试验结果表明，研制的果蔬洗洁精对果蔬上的两种典型重金属的去除效果明显。为了对研制的果蔬洗洁精与市售的果蔬洗洁精对果蔬上的两种典型重金属的去除效果进行比较，优选了1种国内及1种国外市场上销售的果蔬清洗剂（洗洁精）进行了比较试验。由试验结果可知，研制果蔬洗洁精对铅的去除率与国内某市售果蔬清洗剂对铅的去除率比值为1.19，研制果蔬洗洁精对镉的去除率与国内某市售果蔬清洗剂对镉的去除率比值为1.12;研制果蔬洗洁精对铅的去除率与国外某市售果蔬清洗剂对铅的残留去除率比值为1.15，研制果蔬洗洁精对镉的残留去除率与国外某市售果蔬清洗剂对镉的残留去除率比值为1.13。试验结果表明，研制的果蔬洗洁精对果蔬上残留重金属的去除效果比国内、外市场上优选出的果蔬清洗剂效果更为明显。这是因为，相比优选的国内、外果蔬清洗剂，该果蔬洗洁精中的微纳米贝壳粉对重金属具备较强的吸附去除功能，即研制的果蔬洗洁精对农药残留具备物理吸附去除与化学溶解去除双重作用，故去除效果更明显。

3  结 论

1）通过反复实验对“水蒸气蒸馏法”从废弃物柑橘皮中提取柠檬烯的提取工艺条件进行了优化改进，获得最优提取工艺条件为：提取温度为92 ℃，提取时间为150 min。通过在提取过程中加入适量（质量为柑橘皮质量的3%）的氯化钠，进一步提高了提取率。

2）通过农药残留检测实验可知，该果蔬洗洁精对果蔬表面的农药去除效果、重金属去除效果明显，且比国内市面上的果蔬洗洁精效果更为显著，果蔬上的最高农药去除率达99.5%，重金属去除率可达93.9%，且经过测试，该产品的理化性能、稳定性能等各项指标均达到洗洁精类产品的国标要求。

3）研制出新型果蔬洗洁精，将柠檬烯与具有强吸附性作用的天然微纳米贝壳粉相结合，采用三相微乳技术制备出一种绿色、高效的果蔬洗洁精，其有望解决市面上果蔬洗洁精原料不安全、使用后不仅对果蔬表面污物及农药残留去除率不高，且造成二次污染的严重问题。

本实验研制的果蔬洗洁精产品对果蔬表面的污物、农药残留具有化学溶解去除和物理吸附去除双重作用，还具备杀菌抑菌功效，且原料天然易得，废物利用，产品对人体安全无毒、对环境无污染，产品制备工艺容易扩大化生产。该实验研究在高效安全解决果蔬农产品农药残留的民生问题上有一定意义。

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