植物中天然香料的提取及香料成分分析預(yù)習(xí)報告

1、廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院本科學(xué)生綜合性、設(shè)計性實驗預(yù)習(xí)報告實驗課程 化工專業(yè)實驗實驗項目 植物中天然香料的提取及香料成分分析專業(yè)化學(xué)工程與工藝 班級學(xué)號 姓名指導(dǎo)教師及職稱梁紅（教授）、陳姚（教授）開課學(xué)期2015 至2016學(xué)年第一學(xué)期時間 2015 年 12 月 17 日植物中天然香料的提取及香料成分分析預(yù)習(xí)報告摘要 植物中蘊含大量天然香料，本文就天然香料的基本知識與分類的進行簡單介紹，分析了蒸餾法、壓榨法、浸提法和吸收法等多種取方法的適用條件，優(yōu)缺點以及分離方法。為更好 的對香料成分進行分析，報告介紹了關(guān)于香料產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)指標和檢測方法。關(guān)鍵詞 天然香料肉桂油水蒸氣蒸餾成分分析目錄 TOC

2、 o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 一、 香料的基本知識3香料的定義3香料的分類3天然香料3合成香料3 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 提取天然香料的一般方法3水蒸氣蒸餾法3浸提法（萃取法）.4壓榨法5吸收法5超臨界萃取.6分子蒸餾6微波法提取6 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 二、肉桂油.7來源及用途7 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 主要成分的物理性質(zhì)7 HYPERL

3、INK l bookmark63 o Current Document 肉桂油特點7 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 三、香料產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)指標的檢測方法8標準樣品、溶劑和辨香紙8標準樣品8溶劑8辨香紙8 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 香氣評定的方法和步驟8 HYPERLINK l bookmark83 o Current Document 各種指標的檢測方法8 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 附錄（實驗方案）9 HYPERLINK l

4、bookmark120 o Current Document 參考文獻10一、香料的基本知識香料的定義香料，英文一般用spice，指稱范圍不同，是一種能被嗅覺嗅出香氣或味覺嘗出香味的物 質(zhì)，是配制香精的原料。具有令人愉快的芳香氣味，能用于調(diào)配香精的化合物或混合物。按其 來源有天然香料和人造香料按其用途有日用化學(xué)品用香料、食用香料和煙草香料之分。在化學(xué) 工業(yè)中，全合成香料是作為精細化學(xué)品組織生產(chǎn)的。香料的分類以原料的來源可劃分為天然香料和合成香料。天然香料指以動植物的芳香部位為原料，經(jīng)過簡單加工制成的原態(tài)香材，其形態(tài)大多保留了植物固 有的一些外觀特征，如香木塊、香木片等；或者是利用物理方法從天然

5、原料中分離出來的芳香 物質(zhì)，其形態(tài)常為精油、浸膏、凈油、香膏、酊劑等。自然界中現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的香料植物有3600 余種，得到有效利用的約400余種。植物的根、十、莖、枝、皮、葉、花、果實或樹脂等皆可 成香。動物香料多為動物體內(nèi)的的分泌物或排泄物。約有十幾種，常用的有麝香、靈貓香、海 貍香和龍涎香4種。合成香料合成香料是以煤化工產(chǎn)品、石油化工產(chǎn)品等為原料，通過化學(xué)合成方法制取的有香味的化 合物。目前世界上合成香料已達5000多種，常用的產(chǎn)品有400多種。合成香料分類方法主要有兩種：一種是按官能團分類，例如可分為酮類香料，醇類香料， 酯、內(nèi)酯類香料，醛類香料、烴類香料、醚類香料、氤類香料以及其它香料；另

6、一種是按碳原 子骨架分類，可分為萜烯類、芳香類、脂肪族類、含氮、含硫、雜環(huán)和稠環(huán)類以及合成麝香類。 合成香料工業(yè)已成為現(xiàn)代精細化工的重要組成部分。提取天然香料的一般方法水蒸氣蒸餾法；萃取法；壓榨法；吸收法；酶法提??；超臨界流體萃?。⊿FE）；分子蒸 餾；微波法提取。水蒸氣蒸餾法水蒸氣蒸餾法是指將含揮發(fā)性成分藥材的粗粉或碎片，浸泡濕潤后，直火加熱蒸餾或通入 水蒸汽蒸餾，也可在多能式中藥提取罐中對藥材邊煎煮邊蒸餾，藥材中的揮發(fā)性成分隨水蒸氣 蒸餾而帶出，經(jīng)冷凝后收集餾出液，一般需再蒸餾1次，以提高餾出液的純度和濃度，最后收 集一定體積的蒸餾液；但蒸餾次數(shù)不宜過多，以免揮發(fā)油中某些成分氧化或分解。本

7、法的基本 原理是根據(jù)道爾頓定律，相互不溶也不起化學(xué)作用的液體混合物的蒸汽總壓，等于該溫度下各 組分飽和蒸氣壓（即分壓）之和。因此盡管各組分本身的沸點高于混合液的沸點，但當分壓總 和等于大氣壓時，液體混合物即開始沸騰并被蒸餾出來。水蒸氣蒸餾法只適用于具有揮發(fā)性的，能隨水蒸氣蒸餾而不被破壞，與水不發(fā)生反應(yīng)，且 難溶或不溶于水的成分的提取。此類成分的沸點多在100 C以上，與水不相混溶或僅微溶，并在100C左右有一定的蒸氣壓。當與水在一起加熱時，其蒸氣壓和水的蒸氣壓總和為一個大氣 壓時，液體就開始沸騰，水蒸氣將揮發(fā)性物質(zhì)一并帶出。水蒸氣蒸餾法需要將原料加熱，不適用于化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定組分的提取。分離方法

8、：油水混合物經(jīng)冷凝回流，從冷凝管回流下來的冷凝水和精油落下被收集的滴液 漏斗中，油水分層，油在上層，排空水層，重復(fù)操作幾次，降溫，將水盡量分離出來，剩下產(chǎn) 品可以入回收瓶中保存。金屬制的琳藻汽熨生器水中；Kitt水上蕤tW水*1母胡浸提法（萃取法）適用于芳香成分易受熱破壞或易溶于萃取溶劑的香料，目前主要用在鮮花上。通常是將鮮 花至于密封容器中，用有機溶劑冷浸一段時間，然后將溶劑在適當減壓下蒸餾回收，得到鮮花 浸膏。其特點是可以不加熱，在低溫下進行，除了揮發(fā)性組分外還可以提取其中重要的、不揮 發(fā)生性成分。這樣得到的香料香氣一般比較齊全，留香持久。但也含色素和蠟質(zhì)，并且水溶性 較差。必要時，萃取可

9、在適當加熱的條件下進行。工業(yè)上主要有四種浸提方式：固定浸提、攪拌浸提、轉(zhuǎn)動浸提和逆流浸提。固定浸提原料 靜止不動，保持了鮮花組織不受損失，有利于提高產(chǎn)品的香氣質(zhì)量，不足之處是生產(chǎn)效率較低。 轉(zhuǎn)動浸提是我國目前普遍使用的浸提方式，但其僅使用于花瓣較厚的進口原料。逆流浸提生產(chǎn) 效率高，但是設(shè)備復(fù)雜，投資較大，維修也有較大難度。影響浸提效果的因素有：浸提劑的種 類、浸提溫度、浸提時間、浸提次數(shù)等。不同香料有不同的最佳浸提條件，選擇正確的浸提 劑尤為重要，不僅要考慮芳香原料成分和產(chǎn)品質(zhì)量要求，并按“相似相溶”原則選擇最適宜的 溶劑，還要考慮所選溶劑必須無高沸點殘留物。分離方法：先對浸出液進行減壓分餾，

10、趕走大部分溶劑，后置于恒溫水浴中加熱繼續(xù)蒸發(fā) 溶劑，直至完全蒸除。冷卻后可得油狀或軟膏狀產(chǎn)品。c.壓榨法用壓榨法可以從例如檸檬、柑橙等果實中提取香精油。此類果實的香味成分包藏在果皮油 囊中，用壓榨機械將其壓迫就可把芳香油擠出。經(jīng)分離和澄清可得壓榨油。壓榨加工通常在常 溫下進行，香料油中的成分很少被破壞，因而可保持天然香味，但制得的油常帶顏色，而且含 有蠟質(zhì)?；驹硎遣捎谜淠シê凸赫シ▽⒑枷阌洼^多的果皮中的芳香油分壓榨出來， 并噴水使油和水混合流出，再經(jīng)高速離心機將精油分離出來。此法生產(chǎn)過程在常溫下進行，確 保了芳香油中萜烯類化合物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使精油質(zhì)量提高、香氣逼真。該法傳

11、統(tǒng)上主要采用整果壓榨法和果皮海綿吸收法，近代生產(chǎn)方法采用整果冷磨法和果皮 壓榨法。榨磨過程主要包括循環(huán)噴淋水、過濾與沉降、離心分離、榨磨后果皮處理幾個工藝 過程。壓榨法一般用于柑橘類植物精油提取，其最大特點是生產(chǎn)過程可以在室溫下進行，確保 產(chǎn)品質(zhì)量，使其香氣逼真。通過水蒸氣蒸餾和壓榨法比較實驗提取柑橘香精油的結(jié)果表明，利 用壓榨法生產(chǎn)的香精油，出油率較低為1.0%1.6%，但氣味佳，其香氣更接近于天然鮮橘果 香，色澤為淡黃色液體，壓榨后的殘渣仍可用水蒸氣蒸餾法提取得到部分橘油。如若使用低成 本、低能耗、一般效率的工藝路線來提取柑橘香精油，建議采用壓榨法生產(chǎn)。但是壓榨法操 作復(fù)雜，出油率低，不適

12、于工業(yè)推廣。分離方法：榨出物用布氏漏斗抽濾，得油水混合物，放入離心機分離，將上層油層分離出 來。后在58C低溫靜置一星期。待雜質(zhì)下沉后將上層清油吸出即可得質(zhì)量較好的油品。住結(jié)出古方、吐J整果挫榨法 傳統(tǒng)生產(chǎn)方法1果皮海綿吸收法壓榨法分類d.吸收法1、芹沖出* 士什丁整果冷磨法 近代生產(chǎn)方法果皮壓榨法吸收法生產(chǎn)天然香料原理與浸提法相似，只是吸收法采用非揮發(fā)性溶劑或固體吸附劑。吸 收法加工溫度低，芳香成分不易破壞，產(chǎn)品香氣質(zhì)量最佳。因此，在天然香料的生產(chǎn)中，對 于一些芳香成分容易釋放，香氣強的茉莉花、蘭花、橙花等名貴花朵，可以采用吸收法加工， 生產(chǎn)一些受歡迎的高檔香料。吸收法生產(chǎn)天然香料主要有兩種

13、形式，非揮發(fā)性溶劑吸收和固體吸附吸收法。吸收法的不 足之處在于吸附劑吸附容易小，當處理量大時需耗用大量吸附劑，吸附劑需要再生也給生產(chǎn)過 程連續(xù)化、自動化操作帶來一定困難。超臨界萃取利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的 影響而進行的。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性 大小、沸點高低和分子量大小的成分依次萃取出來。當然，對應(yīng)各壓力范圍所得到的萃取物不 可能是單一的，但可以控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨 界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則完全或基本析出，從而達到分離提純的目的。超流體的特點：（

14、1）具有氣體的特點，黏度小，傳質(zhì)快。（2）具有液體的特點，密度接近液體，萃取容量大。分子蒸餾分子蒸餡是一種特殊的液-液分離技術(shù)，它不同于傳統(tǒng)蒸餡依靠沸點差分離原理，而是靠 不同物質(zhì)分子運動平均自由程的差別實現(xiàn)分離。當液體混合物沿加熱板流動并被加熱，輕、重分子會逸出液面而進入氣相，由于輕、重分 子的自由程不同，因此，不同物質(zhì)的分子從液面逸出后移動距離不同，若能恰當?shù)卦O(shè)置一塊冷 凝板，則輕分子達到冷凝板被冷凝排出，而重分子達不到冷凝板沿混合液排出。這樣，達到物 質(zhì)分離的目的。在沸騰的薄膜和冷凝面之間的壓差是蒸汽流向的驅(qū)動力，對于微小的壓力降就會引起蒸汽 的流動。在lmbar下運行要求在沸騰面和冷凝

15、面之間非常短的距離，基于這個原理制作的蒸 餡器稱為短程蒸餡器。短程蒸餡器（分子蒸餡）有一個內(nèi)置冷凝器在加熱面的對面，并使操作 壓力降到0.001mbar。短程蒸餡器是一個工作在10.001mbar壓力下熱分離技術(shù)過程，它較低的沸騰溫度，非常 適合熱敏性、高沸點物。其基本構(gòu)成：帶有加熱夾套的圓柱型筒體，轉(zhuǎn)子和內(nèi)置冷凝器；在轉(zhuǎn) 子的固定架上精確裝有刮膜器和防飛濺裝置。內(nèi)置冷凝器位于蒸發(fā)器的中心，轉(zhuǎn)子在圓柱型筒 體和冷凝器之間旋轉(zhuǎn)。短程蒸餡器由外加熱的垂直圓筒體、位于它的中心冷凝器及在蒸餡器和冷凝器之間旋轉(zhuǎn)的 刮膜器組成。蒸餡過程是：物料從蒸發(fā)器的頂部加入，經(jīng)轉(zhuǎn)子上的料液分布器將其連續(xù)均勻地分布在加

16、 熱面上，隨即刮膜器將料液刮成一層極薄、呈湍流狀的液膜，并以螺旋狀向下推進。在此過程 中，從加熱面上逸出的輕分子，經(jīng)過短的路線和幾乎未經(jīng)碰撞就到內(nèi)置冷凝器上冷凝成液，并 沿冷凝器管流下，通過位于蒸發(fā)器底部的出料管排出；殘液即重分子在加熱區(qū)下的圓形通道中 收集，再通過側(cè)面的出料管中流出。微波法提取微波萃取的機理可從以下3個方面來分析：微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)到達物料內(nèi)部的微管束和腺胞系統(tǒng)的過程。由 于吸收了微波能，細胞內(nèi)部的溫度將迅速上升，從而使細胞內(nèi)部的壓力超過細胞壁膨脹所能承 受的能力，結(jié)果細胞破裂，其內(nèi)的有效成分自由流出，并在較低的溫度下溶解于萃取介質(zhì)中。 通過進一步的過濾和分

17、離，即可獲得所需的萃取物。微波所產(chǎn)生的電磁場可加速被萃取組分的分子由固體內(nèi)部向固液界面擴散的速率。例 如，以水作溶劑時，在微波場的作用下，水分子由高速轉(zhuǎn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，這是一種高能 量的不穩(wěn)定狀態(tài)。此時水分子或者汽化以加強萃取組分的驅(qū)動力，或者釋放出自身多余的能量 回到基態(tài)，所釋放出的能量將傳遞給其他物質(zhì)的分子，以加速其熱運動，從而縮短萃取組分的 分子由固體內(nèi)部擴散至固液界面的時間，結(jié)果使萃取速率提高數(shù)倍，并能降低萃取溫度，最大 限度地保證萃取物的質(zhì)量。由于微波的頻率與分子轉(zhuǎn)動的頻率相關(guān)連，因此微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動 而引起分子運動的非離子化輻射能，當它作用于分子時，可促進分子

18、的轉(zhuǎn)動運動，若分子具有 一定的極性，即可在微波場的作用下產(chǎn)生瞬時極化，并以24. 5億次/s的速度作極性變換運動， 從而產(chǎn)生鍵的振動、撕裂和粒子間的摩擦和碰撞，并迅速生成大量的熱能，促使細胞破裂，使 細胞液溢出并擴散至溶劑中。在微波萃取中，吸收微波能力的差異可使基體物質(zhì)的某些區(qū)域或 萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中分離，進入到具有較 小介電常數(shù)、微波吸收能力相對較差的萃取溶劑中。二、肉桂油來源及用途肉桂為樟科植物肉桂的樹皮，性大熱，味甘辛，具補陽、溫腎、祛寒、通脈、止痛功效， 臨床上常用于補火助陽、散寒止痛、活血通經(jīng)等，肉桂含1%左右的揮發(fā)油，其中桂皮中的油 含

19、量最高，主要成分為肉桂醛，具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、解熱、抗驚厥、增強胃腸蠕動、利膽、抗腫 瘤等作用。他們大量用于視頻、飲料、果糖、化妝品和香料工業(yè)，是一種很重要的芳香油。主要成分的物理性質(zhì)肉桂油中的主要成分是肉桂醛（70%95% ）及少量的丁香酚、乙酸肉桂酯、水楊醛、香蘭 素、苯、甲醛、肉桂酸、水楊酸等。肉桂醛，分子式：C9H8O。結(jié)構(gòu)簡式：C6H5CHCHCHO。密 度：1.046-1.052 熔點（C）：-7.5C。折光率（20C）： 1.619-1.623 比重（25/25 C）： 1.046-1.050 酸 值：1.0%沸點（C）： 253 （常壓）。外觀：無色或淡黃色液體。肉桂油特點香氣：有

20、強烈的桂皮油和肉桂油的香氣，溫和的辛香氣息，不應(yīng)有辣味，香氣強烈持久。 桂醛較桂醇香氣清強。沸點：肉桂醛沸點較高，但蒸汽壓也較高、易揮發(fā)。溶解性：難溶于 水、甘油和石油醚，易溶于醇、醚中。能隨水蒸氣揮發(fā)。穩(wěn)定性：在強酸性或者強堿性介質(zhì) 中不穩(wěn)定，易導(dǎo)致變色，在空氣中易氧化。三、香料產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)指標的檢測方法香氣是香料的重要性能指標，通過香氣的評定可以辨別其香氣的龍丹、強弱、雜氣、摻雜 和變質(zhì)的情況。香氣的評定，是由評香師在評香室內(nèi)利用嗅覺對樣品和標準樣品的香氣進行比 較，從而評定樣品與標準樣品的香氣是否相符。標準樣品、溶劑和辨香紙標準樣品標準樣品是由國家主管部門授權(quán)審發(fā)。經(jīng)過選擇的最能代表當

21、前生產(chǎn)質(zhì)量水平的各種香料 產(chǎn)品。并根據(jù)不同產(chǎn)品的特性定期審換，一般為一年。不同品種，不同工藝方法和不同地區(qū)的 香料，用不同原料制成的單離香料，或不同的工藝路線制成的合成香料，以及不同規(guī)格的香料， 均應(yīng)分別確定標準樣品。標準樣品要妥善保管，防止香氣污染。溶劑按不同的香料品種選用乙醇、芐醇、苯甲酸芐酯、鄰苯二甲酸二乙酯、十四酸異丙酯、水 等作溶劑。辨香紙用質(zhì)量好的厚度約為0.5mm的無臭吸水紙，切成寬（0.51.0）cm，長（1015）cm。香氣評定的方法和步驟在空氣清新無雜氣的評香室內(nèi)，先將等量的試樣和標準樣品分別放在相同而接近無臭的容 器中，進行評香，包括瓶口香氣的不同香料分別進行評定。各種指

22、標的檢測方法測定相對密度。用比重計測定，指標1.0521.070O測定折光率（20C）。指標1.6001.6140，用阿貝折射儀測定。測定乙醇溶混度。1mL試樣溶于3mL70% （v/v）的乙醇水溶液。重金屬（以PH計，指標0.001%），鉛標注溶液配制：準確稱取純度為99.99%的金屬 鉛0.1000g，加入20mL硝酸（1+1），加熱使其溶解，轉(zhuǎn)移到1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻 度。此標準溶液1mL相當于0.1000mg鉛。紅外光譜測定。用紅外光譜儀測定所得油的紅外光譜。并解釋圖譜中主要的峰的意義。附錄（實驗方案）一、實驗?zāi)康耐ㄟ^學(xué)習(xí)香料的基本知識和提取天然香料一般方法，掌握采用水蒸

23、氣蒸餾提取天然植物香 料及其分離的方法；了解香料產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)指標的檢測方法，掌握紅外光譜儀的原理及在香 料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用。二、實驗步驟肉桂油提取1、將肉桂皮粉碎后，稱取60g于500 mL燒瓶中，加入120mL蒸餾水，再加入12g的氯化鈉作為 助劑，加熱使體系保持沸騰狀態(tài)，水蒸餾2h；2、將蒸出的肉桂油-水乳化液移入離心機中，4000 r/min離心分離。排去上層的水，直接從 離心管上讀取初提的肉桂油體積數(shù)；3、破乳劑處理：將5 mL粗肉桂油與50 mL水置于攪拌器中，加入1.0mg/ml氯化鈉作為破乳 劑，反應(yīng)溫度60C，攪拌時間5 min，使肉桂油均勻分散在水中；4、移該液于250ml分液漏斗中，用40ml二氯甲烷分兩次萃取，待分層后，棄去水層，從漏斗 中倒出有機層，置于已稱重的50ml蒸餾燒瓶中；5、裝上蒸餾裝置，用電熱套加熱，蒸去二氯甲烷；6、以原料肉桂皮為基準，計算精油的收率。肉