CN102787017A

CN102787017A - 文旦皮香精油提取工艺、成分分析及所用响应面法优化法

Info

Publication number: CN102787017A
Application number: CN2012101504904A
Authority: CN
Inventors: 陈绍瑗; 吕贞儿
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2012-11-21

Abstract

本发明公开了一种文旦皮香精油提取工艺：文旦皮与石油醚按照25~26ml石油醚/g文旦皮的液料比混合，于48.5~49℃的温度下提取1.8~1.9小时；得文旦皮香精油提取液。回收文旦皮香精油提取液中的石油醚后，得到文旦皮香精油。本发明还同时公开了一种响应面法优化文旦皮香精油提取工艺的方法，设置以下3个变量：文旦皮与石油醚的液料比、提取温度和提取时间；利用design expert软件根据Box-Behnken设计原则进行优化。所得的文旦皮香精油，利用气相色谱一质谱进行分析；主要成分为：α-蒎烯15.67%，D-柠檬烯19.69%，软木三酮萜13.39%，十八醛8.35%，上述%为质量%。

Description

文旦皮香精油提取工艺、成分分析及所用响应面法优化法

技术领域

本发明涉及一种文旦皮香精油提取条件的优化方法及香精油成分分析，特别是涉及利用响应曲面法优化文旦皮香精油提取条件的方法。

背景技术

文旦是芸香科植物柚的一种，主要产于我国浙江玉环地区。文旦清香、酸甜、凉润，营养丰富，药用价值很高，也是医学界公认的具食疗效益的水果。香精油，又称挥发油，是柚子表皮油胞中含有的一类具有芳香气味，在常温下能挥发的油状液体物质的总称。它由萜烯类、醇类、醛类和酯类组成，主要成分有柠烯、香叶烯、石竹烯、松油醇、柠檬醛、芳樟醇、月桂烯等。柚皮香精油具有令人喜爱的独特芳香风味，是饮料、啤酒、糖果的矫味剂、赋香剂。玉环文旦栽培面积约2千公顷，年产量1700多吨。文旦皮一般不被利用，造成浪费，污染环境。我国对柚子皮的利用主要停留在饲料化和纤维粗加工的利用研究上，以文旦皮作为原料提取香精油，分析文旦皮香精油成分组成并未有报道。

柚子皮香精油的提取方法一般为水蒸汽蒸馏提取，蒸馏时间长，温度高，液料比大，提取率不高，不利于工业化生产。

目前现有的柚子皮香精油的提取方法为：柚子皮与水的液料比为：50-70ml/g；提取温度为100℃，提取时间为4-6小时，水蒸气提取，流出液用乙醚提取，回收乙醚得到提取液。

以石油醚作为溶剂提取柚子皮香精油还没有报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种运用响应曲面法优化方法所获得的文旦皮香精油提取工艺，本发明对浸提时间、浸提温度以及料液比这些文旦皮香精油提取率的因素进行优化，从而提高文旦皮香精油的得率，减少了溶剂资源的消耗，还减少了生产过程中污染物的产生与排放。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种文旦皮香精油提取工艺，文旦皮与石油醚按照25~26 ml石油醚 / g文旦皮的液料比混合，于48.5~49℃的温度下提取1.8~1.9小时；得文旦皮香精油提取液。

作为本发明的文旦皮香精油提取工艺的改进：文旦皮与石油醚按照25.6 ml石油醚 / g文旦皮的液料比混合，于48.9℃的温度下提取1.85小时。

作为本发明的文旦皮香精油提取工艺的进一步改进：回收文旦皮香精油提取液中的石油醚后，得到文旦皮香精油（简称香精油）。测得文旦皮中香精油的含量达2.23%。

本发明还同时提供了一种响应面法优化文旦皮香精油提取工艺的方法，设置以下3个变量：文旦皮与石油醚的液料比、提取温度和提取时间；利用design expert软件根据Box—Behnken设计原则进行优化。

本发明还同时提供了所得的文旦皮香精油的成分分析，利用气相色谱一质谱进行分析；主要成分为：α-蒎烯15.67%，D-柠檬烯19.69%，软木三酮萜13.39%，十八醛8.35%，上述%为质量%。

说明：上述文旦皮是指：干燥至含水率≤8%（重量含量），粉碎，过60目筛的玉环文旦皮。

本发明提供的提取文旦皮香精油的优化方法，对浸提时间、浸提温度以及料液比对文旦皮香精油提取率的影响因素进行优化，得到的最佳优化条件为温度为48.9°C，提取时间为1.85小时，液料比为25.6时，文旦皮香精油的产率可以达到2.23%。

本发明的具体技术方案如下：

本发明是应用响应面分析法优化文旦皮香精油提取工艺的一种方法。只通过15组实验可对文旦皮的香精油提取条件进行提取时间、提取温度以及液料比这些影响香精油产率的因素进行优化，获得最佳的提取优化条件，获得最佳产率，提高了提取效率，降低了能耗，减少了污染物的排放，具有工业化生产的实际意义。

本发明只通过少量的实验，就可有效地优化文旦皮香精油的提取工艺，简便可行。

本发明可适用于工业化生产文旦皮香精油中工艺的优化的问题，具有很高的使用价值。

本发明具有如下优点和效率：

以石油醚作为溶剂，浸润提取文旦皮香精油的方法步骤简单，提取率高。

应用响应面分析法优化文旦皮香精油提取工艺，只通过15组实验就可以对铁皮石斛的多糖提取工艺进行优化。

当提取条件为温度为48.9°C，提取时间为1.85小时，液料比为25.6时，文旦皮香精油的产率可以达到2.23%。本发明降低了提取温度，节约了能源；缩短了提取时间，提高了生产效率；降低了液料比，减少了石油醚的消耗，减少了生产过程中污染物的产生与排放。

综上所述，本发明采用的Box—Behnken（BBD）中心组合设计模型是响应面分析法，用三个变化因子，只用三个水平，与正交法相比，用少量的实验组就可得出结果，并且所得到的最佳条件不是设定的值而是在设定条件的范围之内。通过采取响应面法分析文旦皮香精油提取的最优条件，通过对浸提时间、浸提温度以及料液比对文旦皮香精油提取率的影响因素进行优化，得到最佳的优化条件。即，本发明采用了石油醚作为溶剂，浸润提取的方法，该方法步骤简单提取率高。响应面分析法（RSM）是依据几个变量和一个或多个应变量之间的回归关系，通过回归分析得到提取条件和提取结果的回归关系，从而求得最佳提取工艺的一种数学方法。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是提取因素对文旦皮香精油提取率影响的响应面三维、二维图；

（a）中：

上图为提取时间与液料比对文旦皮香精油提取率影响的响应面三维图，

下图为提取时间与液料比对文旦皮香精油提取率影响的响应面二维图；

（b）中：

上图为料液比与提取温度对文旦皮香精油提取率影响的响应面三维图，

下图为液料比与提取温度对文旦皮香精油提取率影响的响应面二维图；

（c）中：

上图为提取温度与提取时间对文旦皮香精油提取率影响的响应面三维图，

下图为提取温度与提取时间对文旦皮香精油提取率影响的响应面二维图；

图2是提取时间变化对文旦皮香精油产率的影响图；

图3是提取温度变化对文旦皮香精油产率的影响图；

图4是提取液料比变化对文旦皮香精油产率的影响图；

图5是文旦皮香精油气相色谱一质谱分析图：

横坐标表示保留时间，纵坐标表示归一法后的相对含量（含量最大的设为100%），右上角数值表示仪器分析的样品编号。

具体实施方式

实施例1、响应面法优化文旦皮香精油提取工艺的方法：

一、样品准备

1、样品准备

将文旦皮干燥至含水率≤8%（重量含量），粉碎，过60目筛，作为样品。

用天平称取样品1.00g，按物料比加入去石油醚，在不同温度下按一定的时间进行提取，提取后的溶液进行过滤，回收滤液，用旋转蒸发仪回收滤液中的石油醚，得到香精油。

二、实验设计与统计分析

1、单因素实验

改变提取温度、提取时间、物料比进行单因素实验，测定文旦皮香精油的含量。每次处理三次重复。

2、响应面法优化设计

根据单因素试验结果，选取文旦皮香精油提取效果影响较显著的提取时间、提取温度、物料比这三个因素，利用Design Dxpert软件根据Box—Behnken设计原则设计实验，选取提取温度，提取时间和物料比进行实验因素与水平的设定，设定结果见表1。

表1 实验因素与水平设定

以液料比（X₁）、提取时间（X₂）和提取温度（X₃）为自变量，以香精油的产率为响应值(y)，试验方案及结果见表2。试验点1—12为析因点，13—15是零点。数据见表2。

表2 Box—Behnken试验设计与结果

实验编号	X₁	X₂	X₃	产率(%)
					1	1	0	1	2.13
2	0	1	-1	1.80
					3	0	0	0	2.14
4	-1	1	0	1.66
					5	-1	-1	0	1.42
6	1	-1	0	1.82
					7	0	-1	1	2.18
8	0	0	0	2.13
					9	1	1	0	2.03
10	-1	0	1	1.50
					11	1	0	-1	1.86
12	0	0	0	2.17
					13	0	-1	-1	1.34
14	-1	0	-1	1.39
					15	0	1	1	2.06

[0054] 3、模型的建立和统计分析

根据所得数据进行多元回归分析，得到响应变量（提取温度、提取时间和液料比）与响应值（香精油的含量）之间的多元二次回归方程。

产率 = 2.09+0.23*X₁+0.099*X₂+0.19*X₃-7.500E-003*X₁* X₂+0.040*X₁*X₃-0.15*X₂* X₃-0.24*X₁ ²-0.12*X₂ ²-0.13*X₃ ²

各因子与响应值之间线性关系显著性，由F值检验来判定，P值越小，则说明变量的显著性越高。由方差分析表（表3）可知，其因变量和全体自变量之间的线性关系显著(R²=0.9214)，模型的显著水平为0.0049小于0.05，所以该回归方差模型是极显著的。

表3 实验数据的方差分析结果

4、试验结果分析与优化

利用Design Expert软件根据回归方程进行绘图分析，得到回归方程的响应面及其等高线图，如图1所示。

根据模型分析得知，文旦皮香精油的提取优化工艺参数为：提取温度48.9 C，提取时间1.85h、液料比25.6。在此条件下，文旦皮香精油的提取含量预测值为2.23±0.431%(n=3)。

实验1、一种文旦皮香精油提取方法，包括如下步骤：

将文旦皮干燥至含水率≤8%（重量含量），粉碎，过60目筛；将上述粉末状的文旦皮1g与25.6 ml石油醚混合（即，液料比25.6），于48.9℃的温度下提取1.85小时；得文旦皮香精油提取液（简称：提取液）。

回收提取液中的石油醚，具体如下：将提取液置于烧瓶中，在35℃，100rpm的工艺条件下旋转蒸发直至无石油醚蒸出为止；得到0.0223g的文旦皮香精油（以下简称香精油）。即，文旦皮中香精油的回收量达2.23%。

提取得到的文旦皮香精油的成分组成进行如下分析：

1、气相色谱一质谱测试条件

色谱柱：TR-5MS型(30m×0.25mm×0.25um)弹性石英毛细管柱；载气为氦气，载气流量为1.0mL/min：进样口温度200℃；分流比10：1；进样量1.0uL；程序升温50℃(5℃/min)升到120℃(10℃/min)，升到270℃。

质谱条件：离子源为EI源；离子源温200℃；扫描范围35-550质荷比；扫描频率0.2s。

2、结果与分析

按气相色谱一质谱测试条件，香精油直接进样共检测出50种组分，经过质谱计算机数据系统检索鉴定了其中的20种组分，占挥发油组分总量的76.18%。并以面积归一化法计算得到所提取的化学成分中各组分的相对百分含量，见表4。

表4 文旦皮香精油的化学成分分析结果

即，经气相色谱一质谱分析，香精油中的主要成分为：α-蒎烯15.67%，D-柠檬烯19.69%，软木三酮萜13.39%，十八醛8.35%。

实验2、提取时间变化对文旦皮香精油得率的影响：

在提取温度为40℃、液料比20:1的条件下，将提取时间设定为1-5小时5个变化值；其余同实验1。结果如图2所示。

当提取时间为2小时，文旦皮香精油的产率为2.09%，随着时间的增加，文旦皮香精油的产率维持在一个较稳定的状态。

实验3、提取温度变化对文旦皮香精油得率的影响：

在提取时间设定为2小时、液料比20:1条件下，将提取温度设定为20-60℃的五个变化值；其余同实验1。结果如图3所示。

当提取温度为40℃时，文旦皮香精油的产率为2.09%，随着温度的增加，文旦皮香精油的产率维持在一个较稳定的状态。

实验4、提取液料比变化对香精油得率的影响：

在提取时间设定为2小时、提取温度设定40℃，将液料比设定为10-50:1条件下的五个变化值；其余同实验1。结果如图4所示。

当提取液料比为20时，香精油的产率为2.09%，随着液料比的增加，文旦皮香精油的产率维持在一个较稳定的状态。

对比例1、将文旦皮与石油醚的液料比改成50，提取温度改为50℃，提取时间改为5小时，其余同实验1。香精油得率为2.22%。

经气相色谱一质谱分析，香精油中的主要成分基本同实验1。

对比例2-1、将文旦皮与石油醚的液料比改成30，其余同实验1。香精油得率为2.19%。

经气相色谱一质谱分析，香精油中的主要成分基本同实验1。

对比例2-2、将文旦皮与石油醚的液料比改成22，其余同实验1。香精油得率为2.18%。

经气相色谱一质谱分析，香精油中的主要成分基本同实验1。

对比例3-1、将提取温度改成55℃，其余同实验1。香精油得率为2.20%。

经气相色谱一质谱分析，香精油中的主要成分基本同实验1。

对比例3-2、将提取温度改成45℃，其余同实验1。香精油得率为2.18%。

经气相色谱一质谱分析，香精油中的主要成分基本同实验1。

对比例4-1、将提取时间改成2.5小时，其余同实验1。香精油得率为2.21%。

经气相色谱一质谱分析，香精油中的主要成分基本同实验1。

对比例4-2、将提取时间改成1.5小时，其余同实验1。香精油得率为2.20%。

经气相色谱一质谱分析，香精油中的主要成分基本同实验1。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.文旦皮香精油提取工艺，其特征是：文旦皮与石油醚按照25~26 ml石油醚 / g文旦皮的液料比混合，于48.5~49℃的温度下提取1.8~1.9小时；得文旦皮香精油提取液。

2.根据权利要求1所述的文旦皮香精油提取工艺，其特征是：所述文旦皮与石油醚按照25.6 ml石油醚 / g文旦皮的液料比混合，于48.9℃的温度下提取1.85小时。

3.根据权利要求1或2所述的文旦皮香精油提取工艺，其特征是：回收文旦皮香精油提取液中的石油醚后，得到文旦皮香精油。

4.一种响应面法优化文旦皮香精油提取工艺的方法，其特征是：设置以下3个变量：文旦皮与石油醚的液料比、提取温度和提取时间；利用design expert软件根据Box—Behnken设计原则进行优化。

5.如权利要求3所得的文旦皮香精油的成分分析，其特征是：利用气相色谱一质谱进行分析；主要成分为：α-蒎烯15.67%，D-柠檬烯19.69%，软木三酮萜13.39%，十八醛8.35%，上述%为质量%。