低温连续相变萃取广佛手精油及其组成分析

杨　　慧，周爱梅，*，夏　　旭，郭宝颜，刘　　欣，陈树喜

（1.华南农业大学食品学院，广东广州510642；2.广东展翠食品股份有限公司，广东潮州515634）

低温连续相变萃取广佛手精油及其组成分析

杨慧1，周爱梅1，*，夏旭1，郭宝颜1，刘欣1，陈树喜2

（1.华南农业大学食品学院，广东广州510642；2.广东展翠食品股份有限公司，广东潮州515634）

采用低温连续相变萃取技术提取广佛手精油，以精油得率为主要指标，研究了萃取温度、压力、时间等因素对广佛手精油得率的影响，并通过正交实验确定最佳提取工艺条件，同时对精油的质量及化学组成进行分析。研究表明，低温连续相变提取广佛手精油的最佳工艺为：原料堆密度0.4 kg/L，萃取温度60℃，萃取压力0.6 MPa，萃取时间75 min，颗粒度30目，此时精油得率为9.25‰。所得广佛手精油为黄色至深棕色半固体膏状物，具有佛手挥发油特有的浓郁香味，无异味，其主要化学组成为酸类、烯烃类、酯类，分别达到了广佛手精油相对百分含量的44.3%、26.67%、7.89%。

广佛手，水蒸汽蒸馏法，精油，化学组成

佛手（Citrus medical var.sarcodactylis）为芸香科柑橘属植物佛手的果实，又名佛手柑、密罗柑、福寿橘等［1］，按产地主要分为广佛手、川佛手、金佛手和建佛手。佛手精油香味清香淡雅，是重要的高档香料。研究表明，佛手精油主要成分是萜烯类、倍半萜烯类以及高级醇类、醛类、酮类、酯类等多种生理活性物质［2-3］，具有祛痰、止咳、平喘、抗焦虑、抗菌消炎等较高的药用价值［4-8］。

目前，国内极少有厂家能对佛手精油进行规模化的生产，国际市场上佛手精油也处于极度缺乏的状态，且需求量在逐年增加，因此，对其进行规模化的生产具有广阔的市场前景。目前，精油的提取技术主要有压榨法［9］、水蒸汽蒸馏法［10-11］、溶剂提取法［12］和超临界流体萃取法［13-14］等。压榨法工艺操作简单，是目前国内植物油脂提取的主要方法，但存在出油率低，劳动强度大，生产效率低等缺点。水蒸汽蒸馏法是最传统的方法，由于提取温度较高、时间较长，造成热敏性成分遭破坏、低沸点成分易流失、高沸点成分不易蒸出、香气完整性受影响等问题。超临界提取工艺所得精油品质较高，但是生产成本高。鉴于以上，本文将利用课题组自助研发的先进技术——低温连续相变萃取技术［15］来解决目前传统提取工艺所遇到的瓶颈问题。目前该技术已成功用于陈皮油、蓖麻子油、茶油等植物油脂的萃取，取得较好的效果，但此技术用于提取佛手精油的研究未见报道。本研究探讨了低温连续相变萃取广佛手精油的最佳工艺，同时对所得精油组成进行分析，旨在为高品质佛手精油生产应用提供理论支持和依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

广佛手干片广东展翠食品有限公司提供；正丁烷（99.99%） 深圳深燃石油气公司；正己烷（色谱纯） 美国J.T.Baker公司；其余试剂均为分析纯。

低温连续相变萃取装置珠海共同机械有限公司；7890A-5975C安捷伦气质联用仪日本岛津公司；Tiger电子天平梅特勒-托利多（上海）有限公司；119型中草药万能粉碎机浙江温岭市药材机械厂；WG9220BE型电热鼓风干燥箱上海乔跃电子有限公司；LSC智能水分测定仪沈阳龙腾电子有限公司。

1.2实验方法

1.2.1单因素实验

1.2.1.1萃取温度对广佛手精油得率的影响利用低温连续相变萃取技术（萃取溶剂为正丁烷），将1.5 kg烘干（水分含量小于13%）粉碎后的广佛手在萃取时间75 min，萃取压力0.5 MPa，原料颗粒度10目，萃取温度分别为45、50、55、60、65℃下萃取，考察萃取温度对佛手精油得率的影响。

1.2.1.2萃取压力对广佛手精油得率的影响利用低温连续相变萃取技术（萃取溶剂为正丁烷），将1.5 kg烘干（水分含量小于13%）粉碎后的广佛手在萃取时间75 min，原料颗粒度10目，萃取温度为55℃，萃取压力分别为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 MPa的条件下，考察萃取温度对佛手精油得率的影响。

1.2.1.3萃取时间对广佛手精油得率的影响利用低温连续相变萃取技术（萃取溶剂为正丁烷），将1.5 kg烘干（水分含量小于13%）粉碎后的广佛手在颗粒度为10目，萃取压力为0.5 MPa，萃取温度为55℃，分别萃取45、60、75、90、105 min的条件下，考察萃取时间对佛手精油得率的影响。

1.2.1.4原料颗粒度对广佛手精油得率的影响利用低温连续相变萃取技术（萃取溶剂为正丁烷），将1.5 kg烘干（水分含量小于13%）粉碎后的广佛手在萃取时间为75 min，萃取压力为0.5 MPa，萃取温度为55℃，颗粒度分别为10、20、30、40、50目的条件下（由不锈钢分样筛筛选得到），考察原料颗粒度对佛手精油得率的影响。

1.2.1.5原料堆密度对广佛手精油得率的影响利用低温连续相变萃取技术（萃取溶剂为正丁烷），将烘干（水分含量小于13%）粉碎后的广佛手在颗粒度为10目，萃取压力为0.5 MPa，萃取温度为55℃，在堆密度分别为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 kg/L的条件下，萃取时间为75 min，考察原料堆密度对佛手精油得率的影响。

1.2.2低温连续相变萃取广佛手精油的工艺优化设计根据单因素实验结果，以萃取压力、时间、温度、原料堆密度4个因素3个水平设计L9（34）正交实验，实验设计因素水平表见表1。

表1　正交实验因素水平表Table 1　Primary variables and levels used in the orthogonal

1.3精油检测指标

参照周海国等方法［16］，按公式（1）计算佛手精油得率：

1.4佛手精油成分GC-MS分析

精油分析前处理：将精油用色谱纯的正己烷稀释至10 mg/mL，过0.22 μm的有机滤膜，气相及气质备用。色谱分析条件：色谱柱为HP-INNO-WAX毛细管柱（30 m×0.32 mm×0.5 μm）；载气为氦气，柱流量为1.0 mL/min，进样量1.0 μL。程序升温条件：50℃保持2 min，然后10℃/min升温至270℃并保持10 min。质谱条件为：电离源为EI；电离能量：70 eV；四极杆150℃，进样口250℃，离子源温度280℃；扫描范围：50～550 m/z。质谱检索库为NIST08.L。

1.5数据分析方法

单因素实验使用Origin 8.5软件进行分析；正交实验使用The SAS System for Windows 9.0（简体中文）统计软件进行数据处理。

2　结果与讨论

2.1单因素实验

2.1.1萃取温度对佛手精油得率的影响萃取温度的大小影响流体的密度、分子扩散的能力，进而影响其对油脂的溶解能力。由图1可以看出，萃取温度对精油得率有显著影响（p＜0.05），并在55℃时获得最大得率，为6.42‰，当萃取温度继续增大时，精油得率显著减少（p＜0.05）。在较低温度时，温度的上升能使促进油脂的溶解，得率上升；但温度上升到较高值后，丁烷在萃取釜中容易发生气化，萃取过程中传质推动力减小，油脂得率反而降低。

2.1.2萃取压力对佛手精油得率的影响萃取压力是改变低温连续相变流体对精油溶解能力的重要参数。由图2可知，萃取压力从0.3～0.6 MPa时，精油得率随萃取压力的增大出现显著增大（p＜0.05），并于0.6 MPa时达到最大值，为6.42‰；当超过0.6 MPa后，随着压力不断增大，得油率显著性下降（p＜0.05）。这是因为在一定压力范围内，压力增大有利于提高萃取溶剂与物料的接触频次，有利于挥发油的充分溶出。但压力过大时增大了萃取釜中物料堆密度，抑制萃取溶剂流速，同时高压状态下会加重设备运转的负荷。

图1　萃取温度对佛手精油得率的影响Fig.1　Effect of temperature on extraction rate of volatile oil from bergamot

图2　萃取压力对佛手精油的率的影响Fig.2　Effect of pressure on extraction rate of volatile oil from bergamot

图3　萃取时间对佛手精油得率的影响Fig.3　Effect of time on extraction rate of volatile oil from bergamot

2.1.3萃取时间对佛手精油得率的影响精油在低温连续相变流体中达到溶解平衡需要一定的时间，但到达平衡后油脂得率再变化的幅度已经很小，延长萃取时间只会增加能耗。从图3可以知，随着萃取时间延长，佛手精油得率显著性增加（p＜0.05），但萃取60 min后提取率增幅趋缓，考虑到萃取时间过长会增加能耗和生产成本，最佳提取时间选取60 min。

2.1.4原料颗粒度对佛手精油得率的影响原料颗粒度的大小，决定萃取过程中原料与萃取溶剂的接触面积。由图4可知，当原料颗粒度从10～30目时，精油得率缓慢上升并于30目达到最大值6.74‰，超过30目时，其得率呈下降趋势。随着目数增大，原料颗粒度变小，使得萃取溶剂与原料的接触面积不断增大，有利于精油的充分萃取。但粉碎目数过大时使得原料粒度过小，堵塞萃取釜滤网而影响萃取。所以原料颗粒度选取30目。

图4　原料颗粒度对佛手精油的率的影响Fig.4　Effect of granularity on extraction rate of volatile oil from bergamot

2.1.5原料堆密度对佛手精油得率的影响堆密度的大小不仅影响着生产效率的大小，还影响着萃取过程中压差的形成，是低温连续相变流体对精油溶解能力的重要参数。由图5可知，堆密度从0.3～0.5 kg/L时，精油得率出现显著增大（p＜0.05），并于0.5 kg/L时达到最大值9.63‰，当超过0.5 kg/L后，得油率缓慢下降。可能原因是堆密度越小，流体不能很好的与原料接触；堆密度过大，流体传质阻力越大，精油不能充分溶解到流体中。

图5　原料堆密度对佛手精油得率的影响Fig.5　Effect of bulk density on extraction rate of volatile oil from bergamot

2.2低温连续相变萃取佛手精油的工艺优化

正交实验结果以及方差分析见表2、表3。根据表2中极差R分析可得出：各因素对佛手挥发油提取率的影响程度依次是D（原料堆密度）＞C（萃取温度）＞B（萃取时间）＞A（萃取压力），即原料堆密度的影响最大，萃取温度和萃取时间次之，萃取压力的影响最小。表3方差分析的结果表明，原料堆密度、萃取温度及萃取时间对佛手精油的得率有显著性影响（p＜0.05），萃取压力对精油得率无显著影响（p＞0.05）。按照各因素的最好水平得到最佳组合D2C3B3A2，即佛手精油低温连续相变萃取最佳工艺为原料堆密度0.4 kg/L，萃取温度60℃，萃取时间75 min，萃取压力0.6 MPa，颗粒度30目，验证实验表明精油得率可达9.25‰；所得到佛手精油为黄色至深棕色半固体膏状物，具有浓郁佛手香味，形态呈油状但较浓稠，透明度较好。

2.3广佛手精油挥发性成分的GC-MS分析

采用GC-MS分析检测广佛手果中精油成分，得样品总离子流色谱图，结果见图6。从广佛手精油中共检测出45个峰，由化学工作站NIST08.L标准质谱图库进行检索，对未知物进行定性分析，鉴定了其中的25个峰（结果见图6）。采用峰面积归一化法进行相对定量的计算，求得各个化合物在佛手精油中的相对百分含量，结果见表4所示。

图6　广佛手精油GC-MS总离子流色谱图Fig.6　Total ion chromatogram of volatile oil from beigamot

表2　正交实验结果分析表Table 2　Results obtained under the experimental conditions using the L9（34）orthogonal design

表3　正交实验方差分析表Table 3　The orthogonal experiment anova

表4　佛手挥发性化学成分及相对百分含量Table 4　The chemical constituents of volatile oil from bergamot analyzed by GC-MS

续表

由图6可知，用气质联用对低温连续相变萃取的干佛手精油成分分离，共分离出45种组分。由表4可知，通过谱库检索与RI值，结合有关文献，鉴定出25种成分，总相对百分含量为86.83%。其中有8个烯烃类化合物，总相对百分含量为26.67%，为低温连续相变萃取的干佛手精油的主要成分；4个醇类化合物，总相对百分含量为3.28%；1个酚类化合物，总相对百分含量为0.67%；4个酯类化合物，总相对百分含量为7.89%；1个酮类化合物，总相对含量为2.12%；4个酸类化合物，总相对百分含量为44.3%；1种香豆素，总相对百分含量为0.40%；1种烷烃，总相对百分含量为0.88%；香气成分中相对百分含量较高的是D-柠檬烯，总相对百分含量为12.97%。低温连续相变萃取的佛手精油的成分主要由6大类组成，分别是酸类化合物、烯烃类化合物、醇类化合物、酚类化合物、酮类化合物，酯类化合物。其中酸类、烯烃类、酯类占主要部分，分别达到了广佛手精油相对百分含量的44.3%、26.67%、7.89%。

3　结论

低温连续相变萃取佛手精油的最佳工艺条件为：原料堆密度0.4 kg/L，萃取温度60℃，萃取压力0.6 MPa，萃取时间75 min，颗粒度30目。萃取所得的佛手精油得率较高，高达9.25‰；在室温下为黄色至深棕色半固体膏状物，具有佛手特有的浓郁香味，无异味；与目前报道的精油提取技术［17］相比，低温连续相变萃取技术突出优势在于：降低了萃取温度、压力和时间，更为高效安全，工艺操作更简单；该技术为含有热敏性成分的植物精油萃取提供了极好的条件，更有利于挥发性组分物质较全面保留，呈味组分较多，能更好地保存原料的风味。

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Study on the extract technology and component analysis of bergamot essential oil by low-temperature continuous phase transition

YANG Hui1，ZHOU Ai-mei1，*，XIA Xu1，GUO Bao-yan1，LIU Xin1，CHEN Shu-xi2
（1.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；2.Guangdong Zhancui Food Co.，Ltd.，Chaozhou 515634，China）

Low-temperature continuous phase transition extraction technology was applied to extracted bergamot essential oil，orthogonal test was used to study the effects of granularity，extraction time，extraction temperature，extraction pressure and bulk density on the yield of essential oil of bergamot.At the same time，the quality of essential oil and chemical composition were analysed.The optimum parameters was determined by using yield as the main evaluation index，and the quality of essential oil was made out of evaluation.The results showed that the optimum extraction process of bergamot essential oil extracted by low-temperature continuous phase transition was obtained as follows：bulk density 0.4 kg/L，extraction temperature 60℃，extraction pressure 0.6 MPa，extraction time 75 min，and granularity 30 mesh，the extraction rate was 9.25‰ and the bergamot essential oil was yellow to dark brown semisolid paste，with pure bergamot flavor.Its main chemical compositions were acid，olefins and esters，which the relative percentage were 44.3%，26.67%，7.89%.

bergamot；low temperature continuous phase transition extraction；bergamot volatile essential oil；GC-MS

TS224.4

B

1002-0306（2015）16-0289-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.16.050

2014－11－13

杨慧（1989-），女，硕士研究生，研究方向：食品科学，农产品加工，E-mail：yangh19890407@163.com。

周爱梅（1971-），女，副教授，研究方向：食品化学与营养，功能食品，水产品和农产品加工与综合利用，E-mail：zhouam@scau. edu.cn。

广东省省部产学研结合重点项目（2012B091000003）。