有机溶剂法提取化州橘叶精油工艺研究

摘要:以化州橘叶为原料，探讨有机溶剂法提取化州橘叶精油的最佳工艺。在单因素基础上选取试验因素与水平，根据中心组合 Box-Behnken 试验设计原理，采用了 3 因素 3 水平的响应面分析方法，以化橘叶精油得率为响应值，依据回归分析确定各个工艺条件的最佳水平。结果表明:化州橘叶精油提取的最佳工艺参数为:溶剂为石油醚;料液比为 1∶60;提取时间为 2.25h。结果:在最佳条件下，化橘叶精油提取率可达 3.05%。此试验得到的化橘叶精油在常温下为橙黄色油状液体，色泽清亮透明，具有独特橘子香味。
“化橘红”为芸香科柑橘属，为理气化痰、健脾消食之常用中药。化州柚产于广东省化州市，果实较小，果瓤酸苦。化橘红品种有正毛、副毛、光青之分，以正毛品质最佳。化橘红外果皮主要含挥发油、黄酮类及多糖等成分。挥发油以单萜类及其衍生物为主;黄酮类成分主要为柚皮苷、少量的野漆树苷、新橙皮苷、枳属苷等;化橘红多糖类物质主要有果胶、D-木糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、D-甘露糖等;此外，还有香豆素类化合物异欧前胡素和佛手内酯。
有机溶剂浸提法是利用低沸点的有机溶剂与材料在连续提取器中加热提取，提取液低温蒸去溶剂，则残留精油。溶剂的种类是影响浸提结果的最主要因素，它需要对有效成分有良好的选择性，有较低的黏度。这种方法的缺点:容易生成难分离的水－溶剂乳浊液，所得精油含有树脂、油脂、蜡等，生产效率低，同时存在着溶剂残问题;在生产中还要增加蒸馏装置来除去有机剂得到精油，因此成本较高。
目前橘叶也被应用到食品中，有关橘叶的食品有橘叶茶、橘叶饮料等，橘叶在保健食品方面具有一定的开发价值。但目前对于化州橘叶挥发油的研究还没出现。本文采用有机溶剂提取法在常温条件下提取化州橘叶中香精油，旨在为化州橘叶的进一步开发利用提供技术支持和为化橘叶精油的提取工艺提供参考。

1 试验材料与仪器
1.1 材料和试剂
化州橘红叶来自广东省化州市，室外晒干，粉碎。乙醚、无水乙醇、石油醚(沸程 60 ～90℃)、正己烷、乙酸乙酯、异丙醇均为分析纯。
1.2 主要仪器
ＲE-52AA 型旋转蒸发器( 上海雅荣生化仪器设备有限公司);SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵(西安超杰生物科技有限公司);JY2512 型电子分析天平(上海精密科学仪器有限公司);9FZ-15 型齿爪式粉碎机(广东省阳山县北江机械制造有限公司)。

2 试验方法
2.1 化州橘叶粉的制作
化州橘红叶在室外晒干，经粉碎机粉碎、30目筛网过筛得到化橘红叶粉。
2.2 化州橘叶精油得率的计算
橘叶精油得率 = VD/M ×100%
式中 V———精油的体积/mL
D———化州橘叶的精油比重(0.85 g / mL)
M———化州橘叶的原料重量 / g
2.3 精油提取工艺
将从化州采摘的化州橘叶放在室外晒干，用粉碎机粉碎，30 目筛网过筛，称取 50.00 g 的化橘红叶粉装入 500mL 的锥形瓶中，按照料液比加入一定量的有机溶剂按不同时间进行提取。过滤得提取液，置于旋转蒸发器中，以水泵减压回收溶剂，浓缩得到化州橘叶精油。
2.4 提取条件的研究
2.4.1 提取溶剂的选择
准确称取化州橘叶粉 50.00g，称取 7 组。分别以石油醚，无水乙醚，正己烷，乙酸乙酯，异丙醇，无水乙醇，超净水为提取剂，按料液比 1∶7(g/mL，下同)将化州橘红叶粉与有机溶剂混合提取2h，减压过滤、浓缩、测定精油得率，确定最佳提取剂。
2.4.2 料液比的选择
准确称取化州橘叶粉 50.00g，称取 5 组。分别按料液比 l∶4、l∶5、l∶6、l∶7、l∶8 加入上一试验确定的溶剂，提取 2h，减压过滤、浓缩、测定精油得率，确定最佳料液比。2.4.3 提取时间的选择准确称取化州橘叶粉 50.00g，称取 5 组。按上一试验确定提取的料液比和有机溶剂，分别提取 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5h，减压过滤、浓缩、测定精油得率，确定最佳提取时间。
2.5 响应面试验设计
综合单因素试验的结果，以提取溶剂，料液比，提取时间为试验因素，运用 SAS 7.0 软件程序根据 Box-Behnken 中心组合试验设计原理，采用3因素 3 水平的响应面分析法(简称ＲSM)，以化州橘叶精油得率为响应值作响应面和等高线图，对提取条件进行优化。

3 试验结果与分析
3.1 提取溶剂的确定
石油醚和正己烷均是较好的提取剂，但从价格和产率两方面考虑，试验中选择石油醚为提取剂。异丙醇、无水乙醇等等溶剂提取得到的精油无论颜色还是香气都不理想，不适宜作为化州橘叶精油的提取剂。因此，石油醚为最佳提取溶剂。
3.2 料液比的确定
当料液比在 1∶6 时最适宜。随着料液比的增大，精油得率也随着提高;但料液比超过 1∶6 后，精油得率下降，可能是由于料液比增大，精油在溶剂中的溶解度下降，从而导致最终算出的提取率下降。因此，料液比选 1∶ 6 为最佳。
3.3 提取时间的确定和响应面试验结果
提取时间是 1.5h时，精油得率达到最高，随后迅速降低，所以确定1.5h 的提取时间最佳。
3.4 回归方程的方差分析
ＲSM 试验采用二次旋转设计得到 15 个组合试验点，经ＲSM 回归拟合后，得到对 X1、X2、X3的回归方程:
Y = 2.81 － 0.51X1－ 0.042X2+ 0.21X3－0.085X1X2－ 0.17X1X3+ 0.000X2X3－ 1.19X1X1－0.060X2X2－ 0.089X3X3，回归模型决定系数:Ｒ2=0.9888，校正决定系数:Ｒ2Adj= 0.9763。
用 Design Expert 软件对该多元回归方程进行方差分析在回归方程中，回归模型、一次项系数 X1、X3以及二次项系数。X1X1、X2X2都达到了极显著水平(P ＜ 0.01)，二次项系数 X1X3呈显著水平(P ＜ 0.05)，因此各试验因子对响应值的影响不是简单的线性关系。二次响应面回归方程回归 P ＜ 0.01 (F = 74.12 ＞ F0.01(9，7) =6.71)，极显著，P失拟＞ 0.05 ( F = 4.72 ＜ F0.05(3，4)= 6.59)，不显著; 同时相关系数Ｒ2=0.9888%，说明响应值 ( 提取率) 的变化有0.9888% 来源于所选变量，即溶剂、料液比、提取时间。所以得到的回归方程精度较高，该回归方程对试验拟合情况较好，可以较好地描述各因素与响应值之间的真实关系。
3.5 精油得率响应面优化
为了观察某两个因素同时对精油得率的影响进行降维分析，观察在其他因素条件固定不变的情况下，某两因素对精油得率的影响，经 Design Expert 分析。响应曲面图是响应值在各试验因子交互作用下得到的，构成一个三维空间曲面。3 个因素的交互作用对响应值的影响情况，等高线图越陡峭表示因素的效应越大，能揭示出各因素精油提取率影响的显著性。同时，可以看出各交互因素的最佳作用点基本都落在试验范围之内，经 Design Expert 软件优化后的各因素最佳试验组合为:溶剂为石油醚，料液比 1∶60，提取时间 2.25h，此时的响应值达到 3.05%。

4 讨论
采用石油醚和正己烷对化州橘叶精油提取，其得率最高，精油品质好，具有独特橘子香味。石油醚和正己烷的回收率相对都很高，分别是70.5% 和 71.4% ，在化州橘叶精油的残留少。据参考文献，柑橘类精油成分主要是 D-柠檬烯，α-法呢烯，植物醇等，都是不易溶于水，易溶于低沸点石油醚和正己烷。陈纯馨等分别用正己烷、石油醚和异丙醇进行了比较试验，结果证明，选用不同的溶剂对精油的提取效果(如脱色效果、外观、香味、色素等)是不一样的，以正己烷的提取效果较好，石油醚次之，异丙醇最差。

来源：惠合胶体磨研磨设备厂

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