傅維擎等

摘 要 對(duì)超臨界CO2流體萃取金柑果皮精油的工藝進(jìn)行優(yōu)化，并研究其理化性質(zhì)。結(jié)果表明，金柑果皮精油超臨界CO2流體最佳萃取工藝條件為：萃取壓力14 MPa，萃取溫度31℃，萃取時(shí)間120 min，CO2流量26 L/h，在此優(yōu)化條件下，金柑果皮精油得率為（5.08±0.03）%。金柑果皮精油理化性質(zhì)研究表明，在20℃條件下，金柑果皮精油酸值為0.466 8、酯值為4.245 6、密度為0.838 g/mL、折光度為1.470 7、旋光度為1.366 8，精油與95%乙醇的互溶比例為1∶6.1。金柑果皮精油功能團(tuán)鑒定結(jié)果表明，金柑果皮精油含有醇類、醛酮類、不飽和脂肪酸，不含酚類、羧酸衍生物。

關(guān)鍵詞 金柑 ；果皮精油 ；超臨界CO2流體萃取 ；理化性質(zhì) ；功能團(tuán)

分類號(hào) TQ644.14 ；S666.2

Abstract The supercritical CO2 fluid extraction technology of essential oil from Kumquat peel was optimized and its physicochemical properties were studied. The result showed the optimum conditions were as follows： extraction pressure 14MPa， extraction temperature 31℃， extraction time 120 min and CO2 flow 26L/h. Under these conditions， the yield of essential oil could be up to （5.08±0.03）%. According to the physicochemical properties of essential oil from Kumquat peel， the acid value was 0.4668， the ester value was 4.245 6， the density was 0.838 0 g/mL， the index of refraction was 1.470 7， the optical rotation was 1.366 8 and the ratio of mutual solubility of essential oil versus 95% alcohol was 1∶6.1 at 20℃. Moreover， the identification result of functional group showed the essential oil from Kumquat peel contained the alcohols， aldoketones and unsaturated fatty acid without the phenols and carboxylic acid derivatives.

Keywords essential oil ； kumquat peel ； supercritical-CO2 fluid ； physicochemical properties ； functional group

金柑（Fortunella margarita）又稱之為金橘、夏橘，是一種產(chǎn)自于中國(guó)的蕓香科常綠小喬木或灌木。其產(chǎn)地主要為浙江、廣西、江西、福建、湖南和廣東等?。▍^(qū)）[1-2]。福建省尤溪縣是“中國(guó)金柑之鄉(xiāng)”，如今種植的金柑面積約為2 700 hm2。其不斷提升的科學(xué)種果方式，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)的推廣使用，使得所產(chǎn)金柑色鮮味美，酸甜可口[3]。

金柑成熟后，果皮占全果約22%～28%，在外果皮的近表皮組織中會(huì)產(chǎn)生大量油胞，油胞內(nèi)含有大量的金黃色素和芳香油等，其油質(zhì)溫和，質(zhì)量為柑橘類精油之最[3]。在食品工業(yè)上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是重要的且受歡迎的天然化工原料和食用香精，亦可用于某些高級(jí)日化香精的調(diào)劑。日本高知大學(xué)農(nóng)學(xué)部次村正義教授的科研小組確認(rèn)，柑橘類水果中含有的香精油類活性物質(zhì)對(duì)致癌性物質(zhì)N-硝基二甲胺（NDMA） 的生成具有抑制效果，最高達(dá)85%[4-6]。

超臨界CO2萃取技術(shù)是利用CO2在臨界點(diǎn)附近的超臨界區(qū)域內(nèi)與待分離的混合區(qū)中的溶質(zhì)具有異常相平衡行為和傳遞性能，以及對(duì)溶質(zhì)的溶解能力能隨壓力和溫度細(xì)微的變化卻產(chǎn)生劇烈變化的特性，達(dá)到溶質(zhì)分離的一項(xiàng)技術(shù)[7-8]。超臨界CO2萃取技術(shù)與傳統(tǒng)提取柑橘果皮精油的方法相比，具有良好的“傳質(zhì)特性”、 溶解溶質(zhì)速率快、溶解和攜帶能力大等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[9]，特別適合于揮發(fā)性成分的提取。故近來(lái)超臨界CO2流體萃取技術(shù)在萃取領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

劉文玉等[10]通過(guò)單因素和響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究了超臨界CO2萃取葡萄籽原花青素的工藝。結(jié)果表明，最佳條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)69.22%，CO2流量5 L/h，提取時(shí)間62.82 min，液料比1∶1.13 g/mL，提取溫度55℃，提取壓力35 Mpa。在此條件下葡萄籽中原花青素產(chǎn)率理論值為164.916 mg/kg，實(shí)測(cè)值為（163.60±0.93）mg/kg。黃慧芳[11]等采用超臨界CO2萃取姜黃素，優(yōu)化分析后得出萃取姜黃素的工藝條件為：萃取釜壓力25 MPa，溫度45℃；夾帶劑食用酒精用量為6倍，CO2流量350 L/h；分離釜I分離壓力6.0 MPa，分離溫度40℃；分離釜II分離壓力5 MPa，分離溫度35℃，在設(shè)定的萃取溫度、壓力條件下靜態(tài)萃取30 min，再循環(huán)萃取4 h，姜黃素提取率達(dá)90%以上。李雙石等[12]用超臨界CO2萃取技術(shù)提取雞腿菇中的揮發(fā)性風(fēng)味成分，采用正交試驗(yàn)后得出，最佳提取工藝條件為萃取溫度55℃、萃取壓力 20 MPa、分離溫度 25℃、分離壓力 8 MPa。

本實(shí)驗(yàn)采用超臨界CO2萃取技術(shù)提取金柑果皮精油，同時(shí)對(duì)金柑果皮精油的理化指標(biāo)、功能團(tuán)的進(jìn)行初步鑒定，為柑橘類精油的品質(zhì)評(píng)價(jià)研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

三明尤溪金柑，九成熟，由尤溪縣農(nóng)業(yè)局提供；CO2（99.5%）購(gòu)自江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；硝酸鈰銨、醋酸、三氯化鐵、苯酚、2，4-二硝基苯肼、乙醇、四氯化碳、羥胺鹽酸鹽、氫氧化鈉、鹽酸等均為國(guó)產(chǎn)分析純；本實(shí)驗(yàn)用水均為雙蒸水。

主要儀器：DJG-9053A型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司）；HA120-50-01超臨界萃取裝置（江蘇南通華安超臨界萃取有限公司）；DJG-9053A型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司）；DS-200電動(dòng)高速組織搗碎機(jī)（江蘇省江陰市科研器械廠）；MRO1023-4型反滲透凈水機(jī)（佛山市美的清湖凈水設(shè)備制造有限公司）；PL602-L電子分析天平（梅特勒-托利多儀器上海有限公司）；GC-MS聯(lián)用儀（Agilent7890A/5973i美國(guó)安捷倫科技有限公司）；WZZ-2S數(shù)字自動(dòng)旋光儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；J257全自動(dòng)折光儀（RUDOLPH公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理

新鮮金柑→篩選→清洗→去果肉→清洗果皮→冷凍干燥→金柑果皮。

1.2.2 萃取工藝流程

金柑果皮→粉碎→過(guò)篩→超臨界CO2萃取→金柑果皮精油

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

以精油得率為考察指標(biāo)，以萃取時(shí)間、萃取壓力、萃取溫度、CO2流量為因素，得到金柑果皮精油萃取的最佳工藝條件。

1.2.3.1 萃取壓力對(duì)金柑果皮精油得率的影響

在萃取溫度為34℃、萃取時(shí)間為60 min，CO2流量為26 L/h的工藝條件下，在萃取壓力分別為10、14、18、22、26 MPa的條件下萃取，以精油得率為考察指標(biāo)，研究萃取壓力對(duì)得率的影響。

1.2.3.2 萃取溫度對(duì)金柑果皮精油得率的影響

在萃取壓力14 MPa，萃取時(shí)間60 min、CO2流量26 L/h的工藝條件下，萃取溫度分別為25、28、31、34和37℃的條件下萃取，以精油得率為考察指標(biāo)，研究萃取溫度對(duì)得率的影響。

1.2.3.3 萃取時(shí)間對(duì)金柑果皮精油得率的影響

在萃取壓力14 MPa，萃取溫度34℃、CO2流量26 L/h的工藝條件下，萃取時(shí)間分別為30、60、90、120、150 min的條件下萃取，以精油得率為考察指標(biāo)，研究萃取時(shí)間對(duì)得率的影響。

1.2.3.4 CO2流量對(duì)金柑果皮精油得率的影響

在萃取壓力14 MPa，萃取時(shí)間60 min，萃取溫度34℃的工藝條件下，CO2流量分別為14、18、22、26、30 L/h的條件下萃取，以精油得率為考察指標(biāo)，研究CO2流量對(duì)得率的影響。

1.2.4 正交試驗(yàn)

以精油得率為考察指標(biāo)，以萃取時(shí)間、萃取壓力、萃取溫度、CO2流量為因素，設(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn)，得到金柑果皮精油萃取的最佳工藝條件。

1.2.5 項(xiàng)目測(cè)定

1.2.5.1 金柑精油的得率

精油得率（%）=×100

1.2.5.2 金柑果皮精油理化指標(biāo)測(cè)定

酸值、酯值、密度、折光度、旋光度等物理化學(xué)指標(biāo)參照國(guó)標(biāo)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5.3 金柑果皮精油功能團(tuán)的鑒定

（1）醇類：硝酸鈰銨測(cè)定法。

將1 mL醋酸和0.5 mL硝酸鈰銨溶液加入一個(gè)潔凈的試管中（如果有沉淀生成，加3～4滴水使之溶解），再加5滴樣品，振搖試管使溶解，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。

（2）酚類：三氯化鐵測(cè)定法。

在A試管中加2 mL水和幾滴金柑精油溶液，在B試管中加2 mL水，然后將1～2滴1%的三氯化鐵溶液分別加入到兩支試管中，比較這兩支試管中溶液的顏色的不同。

（3）醛酮類： 2，4-二硝基苯肼檢驗(yàn)醛和酮。

于A、B兩個(gè)試管中各加入10滴2，4-二硝基苯肼試劑和10滴95%乙醇，在A和B試管中各加入2滴樣品，振蕩，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（4）不飽和脂肪酸的測(cè)定：溴的四氯化碳測(cè)定法。

準(zhǔn)備A、B、C三根潔凈的試管，向三支試管中各加入1 mL四氯化碳。將2～3滴樣品加入到試管A和B中，然后分別在A、B兩個(gè)試管中滴加入5%的溴的四氯化碳溶液，邊滴加邊搖動(dòng)，觀察褪色情況。

（5）羧酸衍生物：羥肟酸鐵測(cè)定法。

將1滴液體樣品和1 mL羥胺鹽酸鹽乙醇溶液加入一支干凈試管中，混合均勻后，加0.2 mL 6 mol/L氫氧化鈉溶液，將溶液煮沸，稍冷后將2 mL 1 mol/L鹽酸溶液加入，如果溶液變渾，再加2 mL 95%乙醇，然后加1滴5%三氯化鐵溶液，觀察紫色是否出現(xiàn)，當(dāng)紫色出現(xiàn)后很快消失，繼續(xù)滴加5%三氯化鐵溶液，直到溶液顏色穩(wěn)定為止。紫紅色表示正反應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 萃取壓力對(duì)金柑果皮精油得率的影響

由圖1可知，在CO2流量26 L/h、萃取時(shí)間60 min、萃取溫度34℃的條件下進(jìn)行超臨界CO2流體萃取金柑果皮精油。當(dāng)萃取壓力小于14 MPa時(shí)，精油得率隨著萃取壓力的增加而增加；當(dāng)萃取壓力大于14 MPa時(shí)，精油得率隨著萃取壓力的增加而降低。這可能是因?yàn)楫?dāng)固定溫度為34℃時(shí)，升高壓力，超臨界CO2的密度增大，CO2分子間的距離隨之減小，溶質(zhì)與溶劑間的相互作用增強(qiáng)，使得溶質(zhì)在超臨界CO2的溶解度增大，提高了精油得率。但壓力過(guò)高（>14 MPa），傳質(zhì)阻力增大，不利于溶質(zhì)的萃出，因此后續(xù)試驗(yàn)采用14 MPa的萃取壓力。

2.1.2 萃取溫度對(duì)金柑果皮精油得率的影響

在恒定萃取時(shí)間60 min、CO2流量26 L/h、萃取壓力14 MPa的條件下，進(jìn)行CO2流體萃取，研究不同萃取溫度對(duì)金柑果皮精油得率的影響。由圖2可知，當(dāng)萃取溫度小于34℃時(shí)，得率隨萃取溫度的升高而提高，但當(dāng)提取溫度達(dá)到34℃后，得率會(huì)隨著溫度的升高逐漸下降。一定量的氣體在恒壓的條件下，隨著溫度的升高，氣體的體積增大，使氣體的密度減小，但是隨著溫度的增大，氣體分子平均動(dòng)能增大使蒸汽壓提高，因而萃取壓力恒定時(shí)，溫度變化使得溶劑的密度和溶質(zhì)的蒸汽壓變化共同影響精油的得率。因此萃取溫度應(yīng)為34℃。

2.1.3 萃取時(shí)間對(duì)金柑果皮精油得率的影響

由圖3可知，在CO2流量26 L/h、萃取壓力14 MPa、萃取溫度34℃條件下進(jìn)行CO2流體萃取金柑果皮精油，當(dāng)萃取時(shí)間小于60 min時(shí)，萃取時(shí)間對(duì)精油的得率影響很大，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)得率提高，當(dāng)萃取時(shí)間超過(guò)60 min后，時(shí)間對(duì)精油的得率影響不大，可能是因?yàn)樵?0 min內(nèi)大部分油脂都被萃取出來(lái)，接近萃取終點(diǎn)，綜合考慮得率與人耗﹑能耗，故選擇萃取時(shí)間為60 min。

2.1.4 CO2流量對(duì)金柑果皮精油得率的影響

在萃取壓力14 MPa、萃取溫度34℃、萃取時(shí)間60 min的條件下，分別在不同CO2流量下進(jìn)行金柑果皮精油的萃取。由圖4可知，CO2流量小于26 L/h時(shí)，CO2流量對(duì)得率的影響比較明顯，幾乎成線性關(guān)系。由于當(dāng)CO2流量增大時(shí)， CO2與金柑果皮粉的接觸面積增大，從而萃取速度提高。但是當(dāng)CO2流量大于26 L/h時(shí)，得率曲線趨向平緩。這可能是由于CO2流量小于26 L/h時(shí)，加大其流量，傳質(zhì)推動(dòng)力加大，傳質(zhì)速率加快，有利于萃取。但當(dāng)CO2流量過(guò)大（>26 L/h），CO2與被萃取物接觸時(shí)間減少，降低了得率，故選擇萃取的CO2流量為26 L/h。

2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步確定各因素對(duì)金柑果皮精油得率的影響，選取萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間和CO2流量4個(gè)因素，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，考察各因素對(duì)金柑果皮精油得率的綜合影響，確定金柑果皮精油超臨界CO2萃取的最佳工藝條件。結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1進(jìn)行分析可知，上述4個(gè)因素對(duì)金柑果皮精油的得率的影響程度依次為：D>A>B>C，即CO2流量>萃取壓力>萃取溫度>萃取時(shí)間。最優(yōu)工藝組合為A1B2C3D3，即萃取壓力14 MPa，萃取溫度31℃，萃取時(shí)間120 min，CO2流量26 L/h。

用最佳組合工藝進(jìn)行了5次試驗(yàn)，得率分別為5.05%、5.06%、5.10%、5.12%、5.06%，平均得率為（5.08±0.03）%，最大誤差為0.07%。由此可知，結(jié)果比較理想，驗(yàn)證了最佳組合的正確性。

2.3 部分理化性質(zhì)

金柑果皮精油理化指標(biāo)測(cè)定，酸值：A.V.=0.466 8；酯值：EV=4.245 6；密度：1/d 20℃5 mL=0.838 0 g/mL；折光度：1.470 7；旋光度：1.366 8。

1 mL精油與95%乙醇混溶度：當(dāng)加入0.1 mL乙醇時(shí)開(kāi)始混濁，當(dāng)加入2.1 mL乙醇時(shí)渾濁度最高，當(dāng)加入2.6 mL乙醇時(shí)開(kāi)始變澄清，當(dāng)加入6.1 mL乙醇時(shí)完全澄清。結(jié)果：精油與95%乙醇的互溶比例為1∶6.1。

2.4 部分功能團(tuán)鑒定

通過(guò)金柑果皮精油功能團(tuán)鑒定，醇類：通過(guò)硝酸鈰銨試驗(yàn)呈紅色；酚類：通過(guò)三氯化鐵試驗(yàn)無(wú)顏色反應(yīng)；醛酮類：通過(guò)2，4-二硝基苯肼檢驗(yàn)醛和酮呈紅色；不飽和脂肪酸：有輕微退色現(xiàn)象；羧酸衍生物：通過(guò)羥肟酸鐵試驗(yàn)呈黃色乳濁液。

結(jié)果表明，金柑果皮精油含有醇類，不含有酚類，含有醛酮類，有不飽和脂肪酸，不含有羧酸衍生物。

3 小結(jié)

各因素對(duì)金柑果皮精油得率的影響程度順序?yàn)椋篊O2流量>萃取壓力>萃取溫度>萃取時(shí)間，金柑果皮精油超臨界CO2流體萃取的最佳工藝條件為：萃取壓力14 MPa、萃取溫度31℃、萃取時(shí)間120 min、CO2流量26 L/h。在此最優(yōu)條件下，金柑果皮精油得率為（5.08±0.03）%。

金柑果皮精油理化性質(zhì)研究結(jié)果表明，在20℃條件下，酸值為0.466 8、酯值為4.245 6、密度為0.838 0 g/mL、折光度為1.470 7、旋光度為1.366 8，精油與95%乙醇的互溶比例為1：6.1。金柑果皮精油功能團(tuán)鑒定結(jié)果表明，金柑果皮精油含有醇類、醛酮類、不飽和脂肪酸，不含酚類、羧酸衍生物。

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