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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 (佛山科学技术学院理学院,佛山528000) 摘 要:采用微波辐射法提取橙皮、 柚皮的挥发油。结果表明最佳的萃取条件为:100g果皮在360w下,用 300ml正己烷萃取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 Study on Essence OiIs from Citrus Grandis Peel and Orange Peel Extracted by Microwave Method Chen Chunxin , Chen Xin , Yuan Yihua , Liang Shaohua (Science Academy , Foshan University , Guangdong Foshan , 528000) Abstract : The essence oil of Citrus Grandis Peel and Orange Peel were extracted by the microwave method in this arti2 cle. The results show that the best condition of extracting was when 100g Peel was extracted at 360w with n-hexane for 50s , the obtained rate of pomelo oil is 1. 73 % and orange oi1 is 0. 65 %. Key words : Citrus grandis peel , Orange peel , Microwave method , Perfume essential oil 橙和柚子同属芸香科 Rutaceac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、 甘、 苦、 温,且有抗炎、 解痉、 抗高血压、 抗菌等多 种活性1。 柚子皮重约占柚果重的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低 效处理,未免造成极大的浪费,甚至会因堆积而造 成环境的污染。因此,很多国家已经对橙皮、 柚皮 作出了综合的研究,充分利用其提取物。 香精油是橙皮、 柚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、 日用化工等行业。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 - 烯(为主要成分,是香味成分的 主要 “发香体” 和 “载香体”)、-蒎烯、 柠檬醛、 芳樟 醛、 癸醛、 辛醛、 辛醇、 壬醇、-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、 柚皮中提取香精油,传统的方法一般 有水蒸汽蒸馏法、 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 工艺的优缺点比较如下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 于柑橘类香精油的生产。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很好地溶 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。 72 中国食品添加剂 China Food Additives 2003 No16 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 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。香精油的得率较高,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,物料组织内部的水是极性分子,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。国内外己实现 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 211 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,待 用; 212 试剂 正己烷、 异丙醇、 石油醚、 无水乙醇均为分析纯 213 主要仪器 家用 微 波 炉: Galanz , WD900 ,输 出:微 波 900w ,2450MHz、 电热恒温水浴锅、2XZ015型旋 片真空泵、550型傅立叶红外光谱仪。 3 实验方法 311 称取100g干果皮,粗碎至1cm大小; 312 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己 烷,因为其介电常数比较低,只有1189 ,对微波高 度透明,微波很容易通过介质作用于植物物料; 313 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; 314 通过抽滤从萃取相中分离出残渣; 315 减压蒸馏,分离提取物与萃取介质,并且回收 利用萃取介质; 316 离心干燥:去除树脂等杂质,得出香精油; 317 称重:计算得油率 = ( 精油质量/果皮质量) 100 %; 318 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,以能充分有效地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。 411 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10100s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,正己烷于 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 萃取出所需的物质而定,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。 82 中国食品添加剂 China Food Additives 2003 No16 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表1 萃取时间与微波功率对柚皮油得率的影响 Tab1 Effect of extraction time and microwave power on obtained rates of pomelo oil 序号功率/ W时间/ S得油率/ % 1360501173 2360600193 3360700. 56 4594501121 5594600150 6594700146 7765500173 8765601110 9765700176 K11173 + 0193 + 0156 = 31221173 + 1121 + 0173 = 3167 K21121 + 0150 + 0146 = 21170193 + 0150 + 1110 = 2153 K30173 + 1110 + 0176 = 21590156 + 0146 + 0176 = 1178 kl3122/ 3 = 11073167/ 3 = 1122 k22117/ 3 = 01722153/ 3 = 0184 k32159/ 3 = 01861178/ 3 = 0159 极差R1107 - 0172 = 01351122 - 0159 = 0163 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。 412 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,应选用对微波射线高度透 明的溶剂作为萃取剂介质,而对微波射线透明的介 质是一种介电常数小的溶剂。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 Tab 2 Effect of different extraction solvents on obtained rates of pomelo oil 溶剂得油率/ %性状 正己烷1173 澄清,黄绿色,有 清新柚子果香 异丙醇0152 浑浊,深黄色,果香 中有一点刺激味 石油醚0131澄清,淡黄绿色,香味一般 由表2可以看出,正己烷的得油率最高,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。正己烷的介质常数最少,为 1189 ,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。 413 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的功率下辅照 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的影响 Tab 3 Effect of different peels on obtained rates of essence oil 果皮品种得油率/ %性状 子柚皮1173 澄清,黄绿色,具 有清新柚子果香 鲜柚皮1104 澄清,淡至无色, 有果香 干橙皮0165澄清,淡黄色,有橙的香气 鲜橙皮0153 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 92 中国食品添加剂 China Food Additives 2003 No16 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 皮,这是因为物料中的含水量影响了微波能的吸收。 414 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。 图1 香精油的红外光谱图 1柚皮油 2橙皮油 5 结论 511 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功率下,用 300ml正己烷萃取50s ,柚皮油得油率为1173 % , 橙皮油得率为0165 %。 512 用正己烷作萃取剂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。 513 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,都只能获得部分主要成分。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 11 冯宝民,裴月湖.柚皮中的香豆素化学成分的研究J 1 沈 阳药科大学学报,2000 ,17(4) :253 21张晨,刘志伟,梁世中等 1 柚皮提取果胶水解条件的研究