微波辐射法提取柚皮、橙皮挥发油的研究
陈纯馨 陈忻 袁毅桦 梁少华
| 目录 |
| 1 前言 |
| 2 原材料，试剂与主要仪器 |
| 3 实验方法 |
| 4 结果与讨论 |
| 5 结论 |
摘要： 采用微波辐射法提取柚皮、橙皮挥发油。结果表明最佳的萃取条件为 100g 果皮在 360w 下，用 300ml 正乙烷萃取 50s ，柚皮油得率为 1.73% ，橙皮油得率为 0.65% 。
关键词： 柚皮，橙皮，微波辐射法，香精油
1 前言：
橙和柚子同属芸香料柑橘属木本植物，广泛地分布在我国长江以南的地区，包括广东，广西，福建，台湾，浙江，四川，江西等省，其性味辛、干、苦、温且有抗炎，解痉，抗高血压，抗菌等多种活性 [1] 。
柚子皮重约占柚重的 40% [2] ，橙皮重所占比例稍低，如果对其不作任何处理便弃掉或只作抵效处理，未免造成极大的浪费，甚至会堆积而造成环境的污染。因此，很多国家已经对柚皮、橙皮作出了综合的研究，充分利用其提取物。
香油精是柚皮、橙皮提取物的主要成分之一（甜橙油是最常用的三种果香香料之一），广泛应用于食品，日常化工等行业。香精油是一种混合物，主要为单萜烯，倍半萜烯和双烯或这些物质的氧化还原衍生物 [3] 。甜橙油和柚皮油的主要成分大致相同，包括了 d— 柠烯（为主要成分，是香味成分的主要“发香体”和“载香体”），α - 蒎烯，柠檬醛，芳樟醛，癸醛，辛醛，辛醇，壬醇，α - 萜品醇，邻氨基苯甲酸甲酯等几十种成分。甜橙油是淡黄色至橙黄色的挥发性精油，呈清甜的橙子香气和柔和的芳香滋味；柚皮油是黄色至黄绿色液体，具有柚子的果香 [4--7] 。
从橙皮，柚皮中提取香油精，传统的方法一般有水蒸气蒸馏法，压榨法，溶剂浸提法以及近年发展较快的超临界二氧化碳萃取法等 [8] 。这些提取工艺的优点比较如下 [6 ， 7 ， 9 ， 10] ：
蒸馏法：是应用最广泛的一种方法，该法设备简单，容易操作，成本低；但是该法的提取时间较长，精油得率低（柚皮油得率为 0.9% ，橙皮油得率为 0.5% ）。
压榨法：该法应用面不如蒸馏法广，主要应用于柑橘香精油的生产。由于其生产过程在室温下进行，所以能保持精油原来的香气和品位，但其提取时间更长，精油得率较蒸馏法低（柚皮油得率为 0.3% ，橙皮油得率为 0.3%--0.5% ）。
浸提法：该法是利用具有挥发性而能较好的溶解植物芳香油的有机溶剂从芳香原料中提取精油。提取时间较压榨法短。
超临界二氧化碳萃取法：是 20 世纪 80 年代发展起来的新提取法。该法的操作压力和温度对提取结果的影响至关重要。香精油得率较高，但由于设备要求很高，所以应用比不上传统法。
微波辐射法（即微波辅照诱导萃取法）是近年发展的从天然物中提取香料的一种新技术。它是利用一种波长极短，频率很高的辐射能来加热物料。物料组织内部的的水是级性分子，能吸收微波透过介质的能量，使物料内部温度突然升高。由于微波辐照产生的热仅限于天然物料如香料物的维管束组织的内部，所以在天然物料的维管束和腺胞系统中升温更快，并且能保持此温度直至其内部压力超过细胞壁膨胀的能力，致使细胞破裂，位于细胞内的香料物质就从细胞壁流出，传递，转移至周围的萃取介质，进而在较低的温度下被萃取介质捕获并溶解其中，过滤分离残渣后即得萃取物 [11] 。微波辐射法最大的特点是萃取时间短，产物得率高。由于微波射线穿透性极好。可施加与任何天然物如银莲花属植物，锐叶木兰，海藻，地衣以及动物组织如肝，肾，蛋黄等，进而提取有用物质。国内外已实现用微波辐射法提取天然香料的包括天竺葵香叶油，薄荷精油，芹菜脑，香柏油与大蒜油等 [11 ， 12] 。在本文中，就尝试用这一新技术来提取柚皮油作为代表。来研究橙皮，柚皮挥发油的得率及各因素对得油率的影响。
2 原材料，试剂与主要仪器
2.1原材料
干，鲜柚皮，橙皮（干柚皮，橙皮晒大约 7天，鲜柚皮，橙皮即买即用），剪碎成1cm左右的小块，特用；
2.2试剂
正乙烷，异丙醇，石油醚，无水乙醇均为分析纯
2.3主要仪器
家用微波炉： Galanz，WD900,输出：微波900w，2450MHz，电热恒温水浴锅，2XZ—0.5型旋片真空泵，550型傅立叶红外光谱仪。
3 实验方法
3.1 称取 100g干果皮，粗碎至1cm大小；
3.2 选用对微波透明或半透明的萃取介质，在没有特殊说明的情况下，萃取介质选用的都是正乙烷，因为起介电常数比较低，只有 1.89，对微波高度透明，微波很容易通过介质作用于植物物料；
3.3 果皮与萃取介质混合，装入 800ml玻璃烧杯中，充分浸润，然后置于家用微波炉中接受微波辐照；
3.4 通过抽滤从萃取箱中分离出残渣；
3.5 减压蒸馏，分离提取物与萃取介质，并挥回收利用萃取介质；
3.6 离心干燥：去除树脂等杂质，得出香精油；
3.7 称重：计算得油率 =（精油质量/果皮质量）×100%；
3.8 香精油的纯化：加 5ml无水乙醇，于冰箱中放置24小时，进一步纯化香精油。
4 结果与讨论
在微波辐射法中萃取剂的用量可在较广范围内变动，以能充分有效的提取所希望的物质为度。萃取剂与物料之比（ L/kg）可在1：1至20：1范围内选择。在本设计中所有实验的萃取剂与物料之比均为3：1。
4.1萃取时间与微波功率对柚皮油得率的影响
在微波辐射法萃取设备系统中所需微波辐照时间视植物种类而异，一般在 10—100s之间，辐照时间的长短也与含水量有关，较干的物料需要较长的辐照时间。在微波功率为360w时，正乙烷于60s出现沸腾现象，因此在本实验中分别将萃取时间缩短和延长10s来进行比较，而施加于欲萃取的物料的微波能或微波剂量的确定，则以最有效地萃取出所需的物料而定，且在微波波段内的任何一种波长的射束都可被物料中的成分不同程度的吸收。依据本设计所用的微波炉的功率范围，选取了360w，594w，765w三个功率，频率均为2450MHz。
根据以上所选的萃取时间与微波功率作正交实验。结果如表 1所示。
由表 1分析所得，极差R越大，即为主要因素，极差R越小，即为次要因素，所以在用微波辐射法提取香精油的技术中，影响香精油得率的主要因素为时间因素，微波功率为次要因素，综上所述，可得出最优的提取工艺条件为：在功率360w时，微波辐射50s。
表 1萃取时间与微波功率对柚皮油得率的影响
序号 |
功率 /w |
时间 /s |
得油率 /% |
1 |
360 |
50 |
1.73 |
2 |
360 |
60 |
0.93 |
3 |
360 |
70 |
0.56 |
4 |
594 |
50 |
1.21 |
5 |
594 |
60 |
0.50 |
6 |
594 |
70 |
0.46 |
7 |
765 |
50 |
0.73 |
8 |
765 |
60 |
1.10 |
9 |
765 |
70 |
0.76 |
K1 |
1.73+0.93+0.56=3.22 |
1.73+1.21+0.73=3.67 |
|
K2 |
1.21+0.50+0.46=2.17 |
0.93+0.50+1.10=2.53 |
|
K3 |
0.73+1.10+0.76=2.59 |
0.56+0.46+0.76=1.78 |
|
k1 |
3.22/3=1.07 |
3.67/3=1.22 |
|
k2 |
2.17/3=0.72 |
2.53/3=0.84 |
|
k3 |
2.59/3=0.86 |
1.78/3=0.59 |
|
极差 R |
1.07-0.72=0.35 |
1.22-0.59=0.63 |
4.2 不同萃取剂对柚皮油得率的影响
在微波辐射法的技术要点中，当欲提取物料中不稳定或挥发性成分时，应选用对微波射线透明的介质是一种介电数小的溶剂。表 2为不同溶剂在最优提取工艺条件下，柚皮油的产率及性状。
表 2不同萃取剂对柚皮油得率的影响
溶剂 |
得油率 /% |
性 状 |
正乙烷 |
1.73 |
澄清，黄绿色，有清新柚子果香 |
异丙醇 |
0.52 |
浑浊，深黄色，果香中有一点刺激味 |
石油醚 |
0.31 |
澄清，淡黄绿色，香味一般 |
由表 2可以看出，正乙烷的得油率最高。产品的性状也最好，这是因为三种萃取剂的介质常数不同而导致的结果。正乙烷的介质常数最少，为1.89，是一种对微波射线完全透明的介质；而异丙醇和石油醚的介质常数较大，对微波射线是部分透明的，这种萃取剂能吸收一部分微波能转化为热能，使到物料吸收过多的热量，温度太高，使刚萃取出来的香料分子吸热过多被挥发驱除或分解掉，致使柚皮油的产率降低。所以在微波辐射法中，如果不需要提取一些挥发性或不稳定的成分时，就可以选用对微波部分透明的萃取剂。
4.3 不同果皮品种对香精油得率的影响
表 3为干，鲜柚皮，橙皮在360w的功率下辐照50s所得的实验结果，香精油得率及性状记录如表3：
表 3 不同果皮品种对香精油得率的影响
果皮品种 |
得油率 /% |
性 状 |
子柚皮 |
1.73 |
澄清，黄绿色，有清新柚子果香 |
鲜柚皮 |
1.04 |
澄清，淡至无色，有果香 |
干橙皮 |
0.65 |
澄清，淡黄色，有橙的香气 |
鲜橙皮 |
0.53 |
澄清，橙黄色，具有清甜的橙子香气 |
由上表可以看出，橙皮的含油量比不上柚皮，在同种果皮当中，新鲜的果皮的得油率也比不上干果皮，这是因为物料中的含水量影响了微波能的吸收。
4.4 香精油的红外光谱图
现分别把实验所得的柚皮油与橙皮油作红外光谱分析（结果见图 1）。虽然香精油为混合物，但其主要成分大致相同，所以光谱图的吸收峰大致相同。
5 结论
5.1 通过对干柚皮作正交实验，得出了最优的提取工艺条件；将 100g果皮在360w的功率下，用300ml正乙烷萃取50s，柚皮油得油率为1.73%。橙皮油得率为0.65%。
5.2 用正乙烷作萃取时的得油率及性状要比异丙醇和石油醚作萃取剂时的得油率高。
5.3 柚皮的含油量比橙皮高，干皮的得油率比鲜皮高。
与传统提取方法及超临界二氧化碳萃取法相比，微波辐射法在萃取时间上短得多，并且可提高物料中易挥发成分的萃取得率，精油质量好，操作成本低，减少原料的预处理费，并于环境无害。
由于微波萃取技术是在接近环境温度下萃取所需要的活性物，所以对于热敏成分的萃取极为有效。但是在微波辐射萃取技术中无论用哪一种萃取剂，都只能获得主要成分。但由于该法的提取实验有良好的再现性，相信这一技术将会有更广阔的应用前景和发展前途，并很快进入工业化阶段。
参考文献
• 冯宝民，裴月湖，柚皮中的香豆素化学成分的研究 [J] 沈阳药科大学学报，2000，17（4）：253
• 张晨，刘志伟，梁世中等，柚皮提取果胶水解条件的研究 [J] 现代化工，1999，19（10）
• 山田常雄，生物学词典 [M]，北京，科学出版社，1997，981
• 涂思龙，食品医药有机化工分析测试大全 [M]，北京，中国社会科学出版社，2000，617—618
• 陈士能，中国化工产品大全（下） [M]北京，化学工业出版社，2000，605，1173
• 凌关庭，食品添加剂手册 [M] 北京，化学工业出版社1999，276
• 唐松云，香料生产技术与应用 [M]。广州。广东科技出版社，2000，145—146
• 周荣琪，天然香料分离技术的研究 [J] 化工进展 1995，（6）：21—24
• 陈纯馨，赖兴华，袁毅桦，从柑橘中提取香精油的技术研究 [J]，佛山大学学报，1997，15（2）：68—72
• 汪秋安，柑橘属水果皮渣的综合利用 [J] 上海轻工业。1996（3）：17—19
• 缪宏良，微波辐照诱导萃取天然香料 [J] 上海轻工业，1994，（1）；29—32
石若夫，王关林，微波辐照诱导萃取香叶天竺葵挥发油 [J]，大连理工大学学报，2001，41（5）：542--544
