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植物性香料提取技术的研究进展(上)

时间:2008-09-01 08:01:59  浏览:        

香料是一种能被嗅感嗅出气味和被味感品出香味的物质,是用以调制香精的原料。植物性天然香料也称植物性精油(essential oil),是由植物的花、叶、茎、根和果实,或者树木的叶、木质、树皮和树根中提取的易挥发芳香组分的混合物。
    近年来,美国、El本、韩国等发达国家对天然香料提取技术研究已经相当成熟,对应用研究也很活跃;而目前我国还大多集中在对天然香料提取方面的研究,并且缺乏对深加工技术与高附加值产品方案的研究。因此,全面了解植物性天然香料的提取技术,对我国香料香精行业的发展具有深远的现实意义。
    1 发展历史
    香料的发展历史悠久,从黄帝神农氏时代人们采集树皮、草根作为医药用品来驱疫避秽开始,现已有5000多年的历史。起初人们把这些有香味的物质作为敬神拜福,清净身心之用,也用于祭祀和丧葬方面,后逐渐用于饮食、装饰和美容。大约在8~l0世纪,人们已经知道用蒸馏法分离香料。1370年第一种用乙醇提取的香水一匈牙利水(Eaudela Reimed Hongafie)出现了,开始只是从迷迭香中蒸馏制得,其后才逐渐从薰衣草等植物中制得。自1420年,在蒸馏中采用蛇形
冷凝器后,精油发展迅速,法国格拉斯(Grasse)因生产花油和香水,而成为世界著名的天然香料(特别是香花)的生产基地。此后各地逐步采用蒸馏提取精油,同时从柑桔树的花、果实及叶中提取精油,这样就从香料植物固体转变成液体,
提取了植物中的精油,这是划时代的进展。l8世纪后,由于有机化学的发展,人们在对天然香料的提取、成份分析等方面都取得了很大进步。随着天然香料应用范围不断扩大,香料工业急剧发展,天然香料提取技术也得到不断改进ll J。
     2 提取技术
     2.1 榨磨法
    该方法主要用于提取柑桔类果实精油,如柠檬油、甜橙油、香柠檬油、红橘油等 。基本原理是采用冷磨或机械冷榨的方法将含芳香油较多的果皮中的芳香油分压榨出来,并喷水使油和水混合流出,再经高速离心机将精油分离出来。此法生产过程在常温下进行,确保了芳香油中萜烯类化合物不发生化学反应,从而使精油质量提高、香气逼真。该法传统上主要采用整果压榨法和果皮海绵吸收法,近代生产方法采用整果冷磨法和果皮压榨法 J。榨磨过程主要包括循环喷淋水、过滤与沉降、离心分离、榨磨后果皮处理几个工艺过程。
    2.2 蒸馏技术
    2.2.1 水蒸气蒸馏
   水蒸气蒸馏是使水蒸气连续地流过容器中样品混合物来进行蒸馏的方法。该法避免了精油长时间在高温下发生破坏分解、水解或聚合,使精油的质量和提取率都得到了一定程度的提高。水蒸气蒸馏法生产精油主要有水上蒸馏、水中蒸馏、直接蒸汽蒸馏(水气蒸馏)三种方式。李玉媛 等分别采用水上蒸馏和水中蒸馏法多次提取云南拟单性木兰鲜叶精油,取精油平均得率进行比较,研究表明,水上蒸馏较好,不仅精油得率高,香成分也较水中蒸馏法保留的好。罗曼 等采用隔层蒸馏代替水蒸气蒸馏法提取山苍籽油,不仅能够提高精油的提取率,并且所获香料油为无色透明,而靠蒸汽直接蒸馏的香料油茶褐色,即使经精馏,其精油仍呈深黄色。周荣琪 对果皮、枝叶、花等各类芳香植物的提取进行了实验,研究表明,蒸馏方式、加热方式、蒸汽速度、操作压力、操作温度等因素对出油率均有影响。Boutekedjiret等 采用蒸馏的方法对迷迭香精油进行提取,研究表明在各种蒸馏方式中以水蒸气蒸馏操作最为简单,不但可降低香料成分馏出温度,而且可防止分解或变质,薄荷油、桉叶油、迷迭香油等均可采用此法提取。该法设备简单,操作方便,但采用此法处理得到的香精只含有挥发成分,而味觉成分未被提取出,因此在植物类香精油的提取中使用较多。但蒸馏技术存在着操作温度较高、时间较长、低沸点和水溶性组分缺失较大的缺点。
    2.2.2 水扩散法
    水扩散法提取芳香精油这一新型的提取技术产生于2O世纪9O年代中期,与常规蒸馏相比,其进汽方式截然不同,水蒸气是在低压下自上而下的通过植物层,水扩散表示其中的一个过程(即渗透过程,指提取油从植物油腺中向外扩散的过程),在重力作用下,水蒸气将油带入冷凝器,蒸汽由上往下作快速补充。水扩散装置具有易搬运、操作简单、节约蒸气、劳动强度低、精油产量高、质量好等优点。
    目前国内外对此技术的研究及其应用报道甚少,周荣琪[ 曾用公丁香对这项技术与水蒸馏做了对比实验,得到一些有参考价值的数据,对比结果表明,水扩散技术不仅具有得油率高、蒸馏时间短、能耗低、设备简单等优点,而且油质也较好。这是因为水扩散强化了蒸馏中的扩散作用,抑制了蒸馏中的不利因素水解和热解作用。
    2.3 溶剂浸提法
    溶剂浸提法是用水、酒精、石油醚以及其他有机溶剂对芳香原料(包括含精油的植物各部分、树脂树胶以及动物的泌香物质等)作选择性的萃取,排除那些不重要的成分,有选择地提取香味物质。
   溶剂萃取法的优点是操作简单,且可通过选择不同的萃取溶剂而有选择地提取致香成分。如在苹果香精的萃取中,异戊烷对低级醇类的回收率就高于其它萃取溶剂 ]。但从萃取液中有效地除去溶剂且尽量降低致香成分的损失是溶剂萃取法面临的重要问题。蒸馏一萃取装置(SDE法)使萃取溶剂的用量大幅度减少,较好地解决了在去除溶剂的过程中失去致香成分的问题。朱旗等¨叫用SDE法提取的茶叶香精油中的香气总量、数量及回收率均优于普通溶剂萃取法,特别是醇类和酯类,香气成分尤为突出。与其他提取方法相比,浸提法不仅生产周期长,而且溶剂用量大,设备较复杂,密封程度要求较高,溶剂损耗也增加了产品的成本,因此浸提生产多用于较贵的品种(如茉莉、藏红花等)。
    2.4 超临界CO:萃取
    超临界CO:萃取技术与一般传统分离方法相比较,具有其独特的优点。CO:临界温度31.4℃ ,临界压力7.28MPa。这样的性质使得超临界CO:萃取特别适用于天然植物中脂溶性挥发油、浸膏、树脂和热敏性产品的萃取。由于其近常温的操作温度,可几乎保留全部天然香气本香成分物质,故产品香气天然感好、香气纯正、色泽浅、无溶剂残留,产品质量高。另外提取过程简单,故分离过程中损失少,收率高,该法在天然植物有效成分的提取中具有越来越广泛的应用前景。
    符史良等⋯ 用超临界cO:萃取香草兰香料,研究了压力、温度、时间等因素对香料萃取率的影响,确定了从香草兰豆荚萃取香料的最佳工艺条件,并用高效液相色谱(HPLC)测定香料中香兰素的含量。
   Luiz等¨ 以SCF—CO,为溶剂,在23~50℃、8.5~12MPa的条件下对柠檬香草精油的超临界萃取进行了研究,综合考虑萃取率、萃取速率和产品的质量,找到了最佳的操作条件:P= 12MPa,t=40oC。所提取的产品充分保留了柠檬香草中的活性成分和其特有的香味。周江等 以超临界c0:为溶剂,采用SFE对香草兰中香兰素的提取进行了研究,得到的最佳萃取条件为55oC,39MPa,产品的提取率可达97.2%,所提取的香兰素充分保留了香草兰的营养成分和活性成分,并具有香草兰独特的香气。Reis—Vasco等¨ 采用一萃两分的工艺流程,对薄荷精油的超临界CO:萃取进行了研究,其选用的最佳工艺条件为:萃取P=10MPa、t=50~C;一级分离P =8MPa,温度t =一16℃ ,除去其中的腊质成分;二级分离P:=1.8MPa,温度t:=0~C,所得到的精油品质纯正,香气浓郁。研究者还尝试将超临界技术与其他分离技术相耦合。如Chang等‘1 在提取分离绿茶精油时,将SFE技术与吸附分离技术相耦合,收到了提高分离效率之功效。
  
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