劉文龍，全小梅，雷英杰，劉達(dá)玉，曾曉丹*，張崟

1. 成都大學(xué)肉類加工四川省重點實驗室（成都 610106）；2. 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所（成都 610066）

檸檬精油具有氧化抗癌、抗過敏、抗病毒、消炎殺菌、降血壓、血脂等功效，可用于洗面薰身、保健護(hù)膚、抗菌防腐、促成新陳代謝等方面[1-6]。目前，能夠獲得檸檬精油的方法已有酶提取法[7]、壓榨法[8]、微波輔助提取法[9,11]、超聲輔助提取法[10-11]、吸收法、溶劑萃取、熱磨和冷磨水蒸氣蒸餾[13]、真空蒸餾等報道。但是壓榨法提取率較低；超聲波、微波提取只是一種輔助手段，需與其他提取方法聯(lián)用才能獲得理想的提取效果；酶提取法價格成本較高，難以大規(guī)模地用于工業(yè)生產(chǎn)中；吸收法工序復(fù)雜，耗時長，吸附劑再生困難；溶劑萃取易造成有機(jī)溶劑殘留；吸收法加工溫度低，產(chǎn)品獲得率低；水蒸氣蒸餾法提取溫度高、時間長、產(chǎn)品獲得率低。因此，為了提高檸檬精油的純度并降低生產(chǎn)成本，開發(fā)一種新型的分離提取方法十分必要。

分子蒸餾具有蒸餾溫度低、分離效率高、物料受熱時間短、高真空度下不易氧化等優(yōu)點[14]，所收集產(chǎn)品的質(zhì)量和回收率高于真空蒸餾，很好地克服了傳統(tǒng)分離提純方法的缺點。試驗采用分子蒸餾技術(shù)對企業(yè)壓榨法所得檸檬粗油進(jìn)行濃縮精制，通過單因素試驗和正交試驗研究檸檬精油最佳分子蒸餾工藝條件，以期在檸檬精油最佳分子蒸餾工藝條件下得到高品質(zhì)檸檬精油產(chǎn)品，以便為檸檬精油的綜合開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器

電子天平（CP214，上海奧豪斯儀器有限公司）；刮膜式分子蒸餾儀（2INCHWFS，美國Pope公司）；氣相色譜儀（GC2010，日本島津公司）。

1.2 材料與試劑

檸檬粗油（檸檬醛質(zhì)量濃度為1.41 mg/mL，采用壓榨法所得），四川安岳縣某廠生產(chǎn)；檸檬醛（分析純，規(guī)格98.0%），成都艾科達(dá)化學(xué)試劑有限公司；正己烷（分析純，規(guī)格97.0%），成都科龍化工試劑廠。

1.3 方法

1.3.1 精油分子蒸餾的單因素試驗

1.3.1.1 分子蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

準(zhǔn)確量取100 mL檸檬粗油，在壓力為60 Pa，刮膜轉(zhuǎn)速為240 r/min，進(jìn)料速度為1 mL/min，溫度分別為30，35，40，45和50 ℃的條件下，得到餾出物，以餾出物重組分中檸檬醛濃度為評價指標(biāo)，考察不同蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響。

1.3.1.2 刮膜轉(zhuǎn)速對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

準(zhǔn)確量取100 mL檸檬粗油，在溫度為45 ℃，壓力為60 Pa，進(jìn)料速度為1 mL/min，刮膜轉(zhuǎn)速分別為120，180，240，300和360 r/min的條件下，得到餾出物，以餾出物重組分中檸檬醛濃度為評價指標(biāo)，考察不同刮膜轉(zhuǎn)速對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響。

1.3.1.3 蒸餾壓力對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

準(zhǔn)確量取100 mL檸檬粗油，在刮膜轉(zhuǎn)速為240 r/min，進(jìn)料速度為1 mL/min，蒸餾溫度為45 ℃，壓力分別為20，40，60，80和100 Pa的條件下，得到餾出物以餾出物重組分中檸檬醛濃度為評價指標(biāo)，考察不同蒸餾壓力對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響。

1.3.2 精油分子蒸餾的正交試驗設(shè)計

在以上蒸餾溫度、刮膜轉(zhuǎn)速和蒸餾壓力3個單因素試驗對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響的基礎(chǔ)上，分別以蒸餾溫度、刮膜轉(zhuǎn)速和蒸餾壓力為試驗因素，以餾出物重組分中檸檬醛濃度為評價指標(biāo)，設(shè)計L9(33)正交試驗表，見表1。

表1 正交試驗因素水平表

1.3.3 精油的GC分析

GC條件：石英毛細(xì)管柱（OV-1），（50 m×0.25 mm×0.5 μm）；載氣為氮氣（純度≥99.999%）柱前壓60 kPa，流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度230 ℃；FID檢測器（FID，全稱為flame ionization detector，翻譯為火焰離子化檢測儀），檢測器溫度250 ℃，內(nèi)標(biāo)物萘，進(jìn)樣量1.0 μL；程序升溫：50 ℃（保持2 min）→5℃/min 70 ℃（保持5 min）→3 ℃/min 100 ℃（保持5 min）→3 ℃/min 160 ℃（保持5 min）→20 ℃/min 230℃（保持8 min）；分流進(jìn)樣，分流比10∶1。

1.3.4 檸檬醛標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

配制不同濃度的檸檬醛標(biāo)準(zhǔn)溶液（利用98%檸檬醛分析純標(biāo)準(zhǔn)溶液），進(jìn)行氣相色譜分析。以檸檬醛濃度為縱坐標(biāo)作標(biāo)準(zhǔn)曲線，以氣相色譜法得出的檸檬醛面積與內(nèi)標(biāo)萘面積的比值為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)回歸方程為：y=0.320 9x+0.001 2，R2=0.999 9，如圖1所示。

1.3.5 濃縮倍數(shù)計算

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Origin 8.0軟件進(jìn)行作圖，用SPSS 18.0軟件進(jìn)行正交試驗設(shè)計和差異顯著性分析。

圖1 檸檬醛濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸餾溫度

在蒸餾壓力為40 Pa，刮膜轉(zhuǎn)速為240 r/min，進(jìn)料速度為1 mL/min條件下，改變蒸餾溫度進(jìn)行試驗，探究不同蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響。由圖2可知，當(dāng)蒸餾溫度低于45 ℃時，餾出物重組分中檸檬醛濃度與蒸餾溫度呈正相關(guān)，在蒸餾溫度為45 ℃時，餾出物重組分中檸檬醛濃度最大，為11.12 mg/mL。當(dāng)蒸餾溫度大于45 ℃時，餾出物重組分中檸檬醛濃度隨著蒸餾溫度的升高反而降低。這可能是由于在一定溫度范圍內(nèi)，精油中有效成分是隨著溫度的升高而分離得更好，但超過某一溫度時，精油內(nèi)的有效成分在真空的腔體內(nèi)擴(kuò)散較快，未能冷凝就被真空泵抽走而損失掉。因此，確定分子蒸餾溫度為35～45 ℃為最適溫度進(jìn)行后續(xù)正交試驗。

圖2 蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

2.2 刮膜轉(zhuǎn)速

在蒸餾溫度為45 ℃，蒸餾壓力為40 Pa，進(jìn)料速度為1 mL/min條件下，改變刮膜轉(zhuǎn)速進(jìn)行試驗。從圖3可以看出，當(dāng)刮膜轉(zhuǎn)速低于240 r/min時，餾出物重組分中檸檬醛濃度隨著刮膜轉(zhuǎn)速的升高而增加，在刮膜轉(zhuǎn)速240 r/min時，餾出物重組分中檸檬醛質(zhì)量濃度最大，為4.82 mg/mL。當(dāng)刮膜轉(zhuǎn)速大于240 r/min 時，餾出物重組分中檸檬醛濃度隨著蒸餾溫度的升高而緩慢降低。因此，確定采用刮膜轉(zhuǎn)速為180～300 r/min的范圍進(jìn)行后續(xù)正交試驗。

圖3 蒸餾壓力對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

2.3 蒸餾壓力

在刮膜轉(zhuǎn)速為240 r/min，溫度為45 ℃，進(jìn)料速度為1 mL/min條件下，改變蒸餾壓力進(jìn)行試驗。由圖4可知，檸檬醛濃度隨著蒸餾壓力的升高呈先增加后降低趨勢。當(dāng)蒸餾壓力為40 Pa時，餾出物重組分中檸檬醛質(zhì)量濃度最大，為7.08 mg/mL。因為當(dāng)蒸餾壓力小于40 Pa時，分子平均自由程較大，使得其他餾余物同檸檬醛一并蒸發(fā)。而操作壓力在40 Pa時，檸檬醛被蒸發(fā)并冷凝下來，故濃度有一定提高。當(dāng)蒸餾壓力繼續(xù)變大，分子平均自由程變小，使得化合物不能充分蒸發(fā)，因此檸檬醛含量進(jìn)一步下降。確定分子蒸餾壓力為30～50 Pa，以此開展后續(xù)正交試驗。

圖4 蒸餾壓力對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響

2.4 正交試驗結(jié)果與分析

由表2的極差分析可知，在進(jìn)料速度為1 mL/min條件下，各因素對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響大小為：蒸餾溫度（A）＞蒸餾壓力（C）＞刮膜轉(zhuǎn)速（B）。由k值可得，分子蒸餾檸檬粗油最佳工藝參數(shù)為A2B2C2，即蒸餾溫度為45 ℃，刮膜轉(zhuǎn)速為240 r/min，蒸餾壓力為40 Pa。對優(yōu)選工藝進(jìn)行驗證試驗，重復(fù)3次，在此條件下餾出物重組分中檸檬醛質(zhì)量濃度為11.17 mg/mL，濃縮倍數(shù)達(dá)7.9。

由表3方差分析結(jié)果可見，蒸餾溫度（A）和蒸餾壓力（C）對餾出物重組分中檸檬醛濃度的影響顯著（p＜0.05），刮膜轉(zhuǎn)速（B）影響不顯著，在試驗選擇的水平范圍內(nèi)，溫度的影響最大，壓力的影響次之。

表2 正交試驗結(jié)果

表3 正交試驗方差分析

2.5 檸檬粗油及濃縮后精油的外觀及香氣特征

由表4可知，檸檬粗油呈淺棕色液體，半透明，具有清爽、略刺鼻的氣味。經(jīng)過分子蒸餾處理后，輕組分精油呈現(xiàn)無色透明液體狀態(tài)，質(zhì)地清亮，有較刺鼻的淡香味；重組精油分呈現(xiàn)深棕色液體狀態(tài)，質(zhì)地濃稠且不透明，氣味上濃郁、醇厚。

表4 檸檬粗油及濃縮后精油的外觀及香氣特征

3 結(jié)論與展望

試驗中采用2INCHWFS刮膜式分子蒸餾儀濃縮精制檸檬粗油，蒸餾溫度條件要求低，容易控制，且濃縮效率高，易工業(yè)化生產(chǎn)。對檸檬粗油進(jìn)行分子蒸餾過程中發(fā)現(xiàn)，蒸餾的溫度、刮膜轉(zhuǎn)速和蒸餾壓力3個因素都對餾出物重組分中檸檬醛濃度有一定程度的影響。而在采用正交優(yōu)化試驗后發(fā)現(xiàn)：蒸餾溫度對餾出物重組分中檸檬醛濃度也就是對檸檬精油的提純影響最大，蒸餾壓力影響次之，刮膜轉(zhuǎn)速影響最小。該試驗相對以前的生產(chǎn)工藝有更好的改進(jìn)，為進(jìn)一步提高檸檬精油的純度做出貢獻(xiàn)。在一些高端產(chǎn)品中要求檸檬精油的純度達(dá)到一定限度才能應(yīng)用，本試驗也為未來的檸檬精油提取屆提供了一定的參考。

未來一定還會有更加好的工藝條件來純化檸檬精油，在接下來的研究中可以找尋更佳的純化方法。檸檬加工過程中副產(chǎn)物也較多，如檸檬渣等，可以進(jìn)一步研究下副產(chǎn)物的利用前景，以增加產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟(jì)效益。該方法提純中除去的對香味貢獻(xiàn)不大的萜烯類物質(zhì)可以進(jìn)行研究如何更好的方法收集，以及有什么作用可以利用起來