天然表面活性劑檸檬烯的提取及高效安全去農殘果蔬洗潔精的研制

柳瀅春 黃勇 曾能 熊文明 童宇 鄒東秋

摘? ? ? 要： 對“水蒸氣蒸餾法”從廢棄物柑橘皮中提取檸檬烯的提取工藝條件進行了優化改進，獲得最優提取工藝條件為：提取溫度為92 ℃，提取時間為150 min。并通過在提取過程中加入適量（質量為柑橘皮質量的3%）的氯化鈉，進一步提高了提取率。將檸檬烯提純獲得天然的表面活性劑檸檬烯，并通過微乳化制備檸檬烯微乳體系。再將微乳檸檬烯體系、助劑、天然微納米貝殼粉等制備三相微乳化的新型高效安全果蔬洗潔精。通過農藥殘留檢測實驗可知，該果蔬洗潔精對水果、蔬菜表面的農藥去除效果及重金屬去除效果比市面上的果蔬洗潔精效果更好，且經過測試，該產品的理化性能、穩定性能等各項指標均達到洗潔精類產品的國標要求。

關? 鍵? 詞：檸檬烯;去除農藥殘留;微納米貝殼粉;果蔬洗潔精

中圖分類號：TQ 917? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）11-2393-05

Extraction of Natural Surfactant Limonene and Development of Fruit and Vegetable Detergent for Efficient and Safe Pesticide Removal

LIU Ying-chun1， HUANG Yong1， ZENG Neng2， XIONG Wen-ming1， TONG Yu1， ZHOU Dong-qiu3

（1. Department of Biomedicine， Zhongshan Torch Polytechnic， Zhongshan 528436， China;

2. Zhongshan Kailei Nursing Products Co.， Ltd.， Zhongshan 528451， China;

3. Zhongshan Boyan Shangpin Biological Technology Co.， Ltd.， Zhongshan 528451， China）

Abstract： The "steam distillation method" for extracting limonene from waste citrus peels was optimized and improved. The optimal extraction conditions were as follows： the extraction temperature 92 ℃ and the extraction time 150 min. And by adding an appropriate amount of sodium chloride （the quality was 3% of the quality of the citrus peel） during the extraction process， the extraction rate was further improved. The limonene was purified to obtain the natural surfactant limonene， and the limonene microemulsion system was prepared by microemulsification. Then the microemulsion limonene system， additives， natural micro-nano shell powder were used to prepare a three-phase microemulsified high-efficiency and safe fruit and vegetable detergent. Through the pesticide residue detection experiment， it was known that the fruit and vegetable detergent had a more significant effect on the removal of pesticides and heavy metals on the surface of fruits and vegetables than the fruit and vegetable detergents on the market. The testing results showed that the products physical and chemical properties and stability met the national standard requirements of detergent products.

Key words： Limonene; Pesticide residue removal; Micro-nano shell powder; Fruit and vegetable detergent

隨著社會的進步和人們對健康關注程度的增加，蔬果類在人們的飲食結構中已經占據越來越重要的地位，而蔬果上的農藥殘留及重金屬超標問題引起了越來越多消費者的擔憂。人們食用含有農藥或重金屬離子超標的果蔬后，有毒物質在人體內長時間累積繼而引發多種慢性疾病，更為麻煩的是有些農藥殘留還有遺傳毒性[1-5]。為了解決這個問題，市場上出現各類果蔬清洗類產品，果蔬洗潔精是其中主流產品，但由于很多產品技術含量較低，如只將幾種人工合成表面活性劑加助劑簡單復配而成，選用石油化工原料不夠安全，使用后不僅對農藥脫除效果不具明顯作用，還存在二次污染等嚴重問題，存在安全隱患[6-7]。研發采用天然原料制備高效安全的果蔬洗潔精已經成為亟待解決的民生問題。

檸檬烯，別名苧烯、苧烯，單萜類化合物，為無色油狀液體，有類似檸檬的香味，廣泛存在于天然的植物果皮中，一般在廢棄的柑橘皮中提取得到。檸檬烯在食品、藥品、日化等領域都有應用。檸檬烯在食品添加劑中可作為抗氧化劑和防腐劑使用，藥品方面主要用作于鎮靜中樞神經和抗過敏。在日化領域，檸檬烯是天然的優秀表面活性劑，具有良好的溶脂去污能力。檸檬烯還有良好的抗菌活性，具有成為天然防腐劑的潛力，且有良好的生物降解性，對環境不造成任何污染[8-12]。微納米貝殼粉是通過微納米粉碎貝殼獲得粉末，其95%的成分是碳酸鈣，還有少量氨基酸和多糖物質。微納米貝殼粉本身又為多孔纖維狀雙螺旋體結構，所以具有吸附、分解的功效。另外，貝殼粉還對大腸桿菌有極強的抗菌和殺菌作用，還具有防腐功能[13]。

本試驗通過“水蒸氣蒸餾法”從廢棄物柑橘皮中提取檸檬烯，這種提取方法操作簡單，溶劑安全易得。本試驗對提取工藝條件進行了優化改進，并在提取過程中加入適量的氯化鈉，使得提取率有較大提高，而且提取溶劑還能夠回收循環利用，降低生產成本。提取得到檸檬烯后，制備三相微乳檸檬烯體系，再研究出一款新型的果蔬洗潔精配方，將檸檬烯體系應用到配方中，再通過與配方中具有強吸附性作用的天然微納米貝殼粉相結合，制備出一種綠色高效果蔬洗潔精。該綠色高效果蔬洗潔精對農藥殘留具備物理吸附去除與化學溶解去除雙重作用，有望解決市面上果蔬洗潔精原料不安全、使用后不僅對果蔬表面污物及農藥殘留去除率不高、且造成二次污染的嚴重問題。本次實驗所用原料是天然的，不使用任何人工色素、香精。主要原料檸檬烯在廢棄的柑橘皮中提取得到，微納米貝殼粉通過貝殼煅燒得到，做到廢物利用。而且檸檬烯、微納米貝殼粉都具有良好的生物降解性，不會對環境造成二次污染。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料及儀器

1.1.1? 試劑

新鮮的柑橘皮（將新鮮的柑橘剝皮，將柑橘皮用粉碎機粉碎）;微納米貝殼粉，研制;椰子油衍生物，廣州鄒陽化工有限公司;烷基葡糖苷，鄭州誠奧化工產品有限公司;檸檬烯，西安萬方生物科技有限公司;蔗糖脂肪酸酯，山東沃睿生物工程有限公司;檸檬酸，濰坊英軒實業有限公司;氯化鈉，浙江中星化工試劑有限公司。

1.1.2? 儀器設備

分析天平，精確至0.000 1 g，上海友聲衡器有限公司;農藥殘留測試儀，ZYD-NP6，北京智云達科技有限公司;農殘測試卡，北京智云達科技有限公司;電熱恒溫水浴鍋，上海尚道儀器制造有限公司;高效液相色譜，日本島津LC-20A;原子吸收分光光譜儀，TAS-990F，北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2? 試驗方法

1.2.1檸檬烯提取物提取方法及檸檬烯提取物產率計算方法。

稱取50 g柑橘皮顆粒，放入500 mL的圓底燒瓶中，再放入250 mL的去離子水。組裝水蒸氣蒸餾裝置，水浴加熱回流，控制水溫在80 ℃左右，連續蒸餾提取1.5～2 h，分液。

檸檬烯提取物產率計算方法：

檸檬烯提取物產率 =? 檸檬烯提取質量/橙皮質量×100% 。

1.2.2? 果蔬洗潔精制備與產品檢測方法

1.2.2.1? 制備工藝

通過多次實驗得出最優配方和最優配方工藝：篩選出檸檬烯、烷基葡糖苷、椰子油衍生物、蔗糖脂肪酸酯等主要成分以后，通過轉相乳化法將上述成分以及助劑、水在適當的比例下制成透明、各向同性的三相微乳熱力學穩定體系。再在一定條件下將微納米貝殼粉均勻地分散于體系，加入pH調節劑（調節到產品標準pH），多次試驗至配方最優。

1.2.2.2? 果蔬洗潔精產品檢測評價

1）理化指標。 對產品的理化性質、使用效果、感官效果進行檢測評價，參照GB/T24691—2009標準;pH值用pH計檢測。

2）外觀指標。觀察產品是否分層，有無懸浮物或沉淀。

3）穩定性。于-5±2 ℃的冰箱中放置24 h，取出恢復至室溫時觀察，觀察產品有無沉淀、變色現象及渾濁現象;40±1 ℃的保溫箱中放置24 h，取出恢復室溫，觀察產品有無異味、分層、變色及渾濁現象。

4）發泡力的測定。用羅氏泡沫儀進行發泡力檢測。測量方法：使溶液不斷地流下，直到水平面降至150 mL刻度線處，記錄流出時間。流出時間與觀測的流出時間算術平均值之差大于5%的所有測量應予忽略，異常的長時間表明在計量管或旋塞中有空氣泡存在。在液流停止后的0.5、3、5 min測量泡沫體積（僅泡沫）。如果泡沫的上面中心處有低洼，按中心與邊緣之間的算術平均值記錄讀數。進行重復測量時，每次均須按式樣溶液配制要求重新配制新鮮溶液，取得至少3次誤差在允許范圍的結果。

1.2.3? 去除農藥殘留效果實驗及計算

1.2.3.1? 去除農藥殘留效果實驗

選取大小類同、無明顯斷裂、斑痕、沖孔、邊角無開口、無損傷的荷蘭豆角為實驗的蔬菜樣本，制備含代表性農藥（氯氰菊酯、殘殺威）的蔬菜樣本，用一定質量濃度的果蔬清洗劑溶液模擬實際洗滌方式進行清洗，采用萃取、濃縮的方法獲得殘留農藥，用高效液相色譜測定果蔬表面經清洗前后農藥殘留量，計算出殘留在蔬菜上農藥去除率，比較試樣與清水各自洗滌后的農藥去除率，以兩者比值P評價試樣對農藥的清洗效果。

1.2.3.2? 結果計算

殘留農藥去除率計算：

M=（M0-M1）/M0 ×100% 。

式中：M—殘留農藥去除率，%;

M0—試樣清洗前農藥殘留量，mg·kg-1;

M1—試樣清洗后農藥殘留量，mg·kg-1。

殘留農藥去除率比值P： 0.2%果蔬清洗劑溶液對殘留農藥的洗除率與水對殘留農藥的洗除率之比，按下式計算。

P=Ms/Mx 。

式中：P—殘留農藥去除率的比值;

Ms—果蔬洗潔精試樣溶液對殘留農藥的去除率，%;

Mx—水對殘留農藥的去除率，%。

2? 結果與分析

2.1? 檸檬烯提取工藝優化實驗結果

影響蒸餾法提取檸檬烯提取物的主要因素有：提取時間、溶劑使用、提取溫度等，本研究采用的是水蒸氣蒸餾法，溶劑為蒸餾水，故考察提取時間、提取溫度。實驗對提取時間、提取溫度及氯化鈉的加入這一提取工藝條件改進進行了反復實驗。

通過圖1和圖2可知，隨著時間與溫度數值的上升，提取率明顯上升，但當時間為150 min、溫度為92 ℃后，提取率上升變化趨勢很小，故獲得最佳提取工藝為：提取溫度為92 ℃，提取時間為? 150 min ，且通過上面的圖都可以說明在加入氯化鈉之后檸檬烯的提取率有較大的提高。

2.2? 果蔬洗潔精產品各項檢測評價結果

通過離心測試，從外觀上可知液體產品不分層，無懸浮物或沉淀。在氣味上，無異味，符合規定香型。在穩定性上，于-5±2 ℃的冰箱中放置24 h，取出至室溫時觀察無沉淀和變色現象，透明產品不混濁。于40±1 ℃的保溫箱中放置24 h，取出恢復至室溫室觀察無異味，無分層和變色現象，透明產品不渾濁（見表1）。另外，研制的果蔬洗潔精在總活性物質量分數、pH值（25 ℃，1∶10水溶液）、甲醇質量分數、甲醛質量分數、砷質量分數（1%溶液中以砷計）、重金屬質量分數（1%溶液中以鉛計）、熒光增白劑、菌落總數、大腸桿菌等方面的測試結果均符合對應的國標要求（見表2）。

2.3? 發泡性能的測定

在羅氏泡沫儀中，采用3∶1 000的比例稀釋500 mL兩種市售果蔬洗潔精及研制果蔬洗潔精產品，從450 mm高度流到相同溶液的液體表面之后，測量得到的泡沫體積。試驗步驟按國家標準GB/T7462—94進行，在液流停止后30 s、3 min和? ?5 min測得結果如表4所示。

由表4可知，研制的果蔬洗潔精的發泡力與市售的果蔬洗潔精樣品相當，具有較好的發泡能力。

2.4? 果蔬洗潔精產品去除農藥殘留效果

2.4.1? 果蔬洗潔精產品去除農藥殘留效果測試卡試驗

用農殘測試卡對果蔬洗潔精去除農藥殘留效果進行粗測實驗，結果如表5所示。由粗測結果可知，研制的果蔬洗潔精對農殘去除效果與市售兩種果蔬清洗劑去除效果均處于C的結果，即有較好的去除效果。

2.4.2? 果蔬洗潔精去除農藥殘留精密測試實驗

參考GB/T24691—2009 果蔬清洗劑中農藥去除率測試方法，試驗農藥選用具有典型代表性的氯氰菊酯及殘殺威，每組試驗3次，取平均值。果蔬洗潔精的測試結果如表6所示。

由表6可知，研制的果蔬洗潔精對果蔬上的兩種典型農藥的洗滌去除試驗結果為：氯氰菊酯去除率達到95.4%，殘殺威去除率達到99.5%，研制果蔬洗潔精對氯氫菊酯的殘留去除率與水對氯氫菊酯的殘留去除率比值P達到4.6，研制果蔬洗潔精對殘殺威的殘留去除率與水對殘殺威的殘留去除率比值P達到4.9。試驗結果表明，研制的果蔬洗潔精對果蔬上的兩種典型農藥的洗滌去除效果明顯。為了對研制的果蔬洗潔精與市售的果蔬洗潔精對果蔬上的兩種典型農藥的洗滌去除進行比較，優選了? ?1種國內及1種國外市場上銷售的果蔬清洗劑（洗潔精）進行了比較試驗。由試驗結果可知，研制果蔬洗潔精對氯氫菊酯的殘留去除率與國內某市售果蔬清洗劑對氯氫菊酯的殘留去除率比值為1.3，研制果蔬洗潔精對殘殺威的殘留去除率與國內某市售果蔬清洗劑對殘殺威的殘留去除率比值為1.25;研制果蔬洗潔精對氯氫菊酯的殘留去除率與國外某市售果蔬清洗劑對氯氫菊酯的殘留去除率比值為1.05，研制果蔬洗潔精對殘殺威的殘留去除率與國外某市售果蔬清洗劑對殘殺威的殘留去除率比值為0.94。試驗結果表明，研制的果蔬洗潔精對果蔬上殘留農藥的去除效果比國內市場上優選出的果蔬清洗劑效果更為明顯，與國際市場上較出名的果蔬清洗劑效果相當。這是因為，相比普通果蔬清洗劑，該果蔬洗潔精的三相微乳體系增強了其對農藥殘留的溶解去除功能，同時，研制果蔬洗潔精對農藥殘留具備物理吸附去除與化學溶解去除雙重作用，是一種天然綠色高效果蔬洗潔精。

2.5? 果蔬洗潔精去除重金屬殘留精密測試實驗

參考GB/5009.12—2003、GB/5009.15—2003標準中重金屬去除率測試方法，試驗重金屬選用具有典型代表性的鉛、鎘，每組試驗3次，取平均值。果蔬洗潔精的測試結果如表7所示。

由表7可知，研制的果蔬洗潔精對果蔬上的兩種典型重金屬鉛、鎘的去除試驗結果為：鉛去除率達到93.9%，鎘去除率92.5%。試驗結果表明，研制的果蔬洗潔精對果蔬上的兩種典型重金屬的去除效果明顯。為了對研制的果蔬洗潔精與市售的果蔬洗潔精對果蔬上的兩種典型重金屬的去除效果進行比較，優選了1種國內及1種國外市場上銷售的果蔬清洗劑（洗潔精）進行了比較試驗。由試驗結果可知，研制果蔬洗潔精對鉛的去除率與國內某市售果蔬清洗劑對鉛的去除率比值為1.19，研制果蔬洗潔精對鎘的去除率與國內某市售果蔬清洗劑對鎘的去除率比值為1.12;研制果蔬洗潔精對鉛的去除率與國外某市售果蔬清洗劑對鉛的殘留去除率比值為1.15，研制果蔬洗潔精對鎘的殘留去除率與國外某市售果蔬清洗劑對鎘的殘留去除率比值為1.13。試驗結果表明，研制的果蔬洗潔精對果蔬上殘留重金屬的去除效果比國內、外市場上優選出的果蔬清洗劑效果更為明顯。這是因為，相比優選的國內、外果蔬清洗劑，該果蔬洗潔精中的微納米貝殼粉對重金屬具備較強的吸附去除功能，即研制的果蔬洗潔精對農藥殘留具備物理吸附去除與化學溶解去除雙重作用，故去除效果更明顯。

3? 結 論

1）通過反復實驗對“水蒸氣蒸餾法”從廢棄物柑橘皮中提取檸檬烯的提取工藝條件進行了優化改進，獲得最優提取工藝條件為：提取溫度為92 ℃，提取時間為150 min。通過在提取過程中加入適量（質量為柑橘皮質量的3%）的氯化鈉，進一步提高了提取率。

2）通過農藥殘留檢測實驗可知，該果蔬洗潔精對果蔬表面的農藥去除效果、重金屬去除效果明顯，且比國內市面上的果蔬洗潔精效果更為顯著，果蔬上的最高農藥去除率達99.5%，重金屬去除率可達93.9%，且經過測試，該產品的理化性能、穩定性能等各項指標均達到洗潔精類產品的國標要求。

3）研制出新型果蔬洗潔精，將檸檬烯與具有強吸附性作用的天然微納米貝殼粉相結合，采用三相微乳技術制備出一種綠色、高效的果蔬洗潔精，其有望解決市面上果蔬洗潔精原料不安全、使用后不僅對果蔬表面污物及農藥殘留去除率不高，且造成二次污染的嚴重問題。

本實驗研制的果蔬洗潔精產品對果蔬表面的污物、農藥殘留具有化學溶解去除和物理吸附去除雙重作用，還具備殺菌抑菌功效，且原料天然易得，廢物利用，產品對人體安全無毒、對環境無污染，產品制備工藝容易擴大化生產。該實驗研究在高效安全解決果蔬農產品農藥殘留的民生問題上有一定意義。

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