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植物中天然香料的提取
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香料分為天然香料和合成香料兩種,而關于天然香料則分為動物性天然香料和植物性天然香料。天然香料是指取自自然界的、保持原有動植物香氣特征的香料。




通常利用自然界存在的芳香植物的含香器官和泌香動物的腺體分泌物為原料,采用粉碎、發酵、蒸餾、壓榨、冷磨、萃取以及吸附等物理和生物化學方法進行加工提制而成。分為動物性和植物性香料兩大類。關于植物性天然香料,與動物性香料來源動物腺囊所不同的是,植物性香料是從芳香植物的花、草、葉、枝、干、根、莖、皮、果實或樹脂中提取出來的有機物的混合物。大多數呈油狀或膏狀,少數城樹脂或半固態。在生活和工業生產中,我們可以利用植物性香料制造精油、浸膏、酊劑等。




植物性天然香料也稱植物性精油。與動物性香料相比,植物性香料不僅來源更加廣泛,且更加經濟實用。




舉例來說,在生活中,以香料來源來分,可以用來提取香料的植物有如下類型:




花:玫瑰、茉莉、薰衣草、蘭花、刺柏、蠟菊、合歡等;




葉:馬鞭草、桉葉、香茅、月桂、橙葉、冬青、廣藿香、鹽薔薇、楓矛等; 木材:檀香木、玫瑰木等;




樹皮樹脂:桂皮、安息香、吐魯番香脂等;




果皮:柑橘皮、檸檬皮;




種子:黑香豆、茴香、黃葵籽、香子蘭等。




而由于植物性天然香料的主要成分是揮發油和芳香氣味的油狀物,所以也統稱為精油。它們在植物中的含量隨著土壤成分、氣候條件、生長年齡、收割時間等外在因素的而影響均會造成一定的差異。




迄今為止,從植物性天然香料中分離出來的有機化合物已有5000多種。




我國是天然香料植物資源大國,從南到北都有香料植物的分布,但主要香料產地集中在長江以南地區,以廣西、貴州、海南、云南、湖南、廣東、福建、四川、湖北等產量。




據不完全統計,目前我國已發現有開發利用價值的香料植物種類有60多科400多種,其中進行批量生產的天然香料品種已達100多種。傳統的出口商品八角茴香(八角茴香油產量占世界總產量的80%)和中國桂皮(中國肉桂油產量占世界總產量的90%)主要分布于華南各省及福建南部,尤以廣東、廣西多;聞名世界的中國薄荷腦及薄荷素油主要產于江蘇、安徽、江西、河南等省;山蒼子油主要產于湖南、湖北、廣西、江西等省;名貴的桂花資源主要分布于貴州、湖南、四川、浙江等省;柏木油主要產于貴州、四川、浙江等省;四川、湖北主要盛產柑桔、甜橙、香橙、柚、檸檬等;一些純熱帶香料植物如香莢蘭、丁香、肉豆蔻、胡椒等主要栽培于海南和西雙版納地區。我國盛產的香料油品種還有雜樟油及樟腦、香茅油、姜油、桉葉油、留蘭香油等。此外,我國每年大量出口的香辛料植物資源如生姜、洋蔥、大蒜、辣椒、芫荽、小茴香等在我國南北各地均有栽培。







天然香料有以下幾種提取方法:




1.水蒸汽蒸餾法




采用水蒸氣蒸餾法生產天然香料主要有水中蒸餾、水上蒸餾和水汽蒸餾3種形式。精油、菜籽油和橄欖油等各種植物油雖然不同,但都有易于揮發的性質,因此也叫做揮發油。又兼各種精油大部分不溶或較少溶解于水,所以天然香料工作者根據精油這一特性采用水蒸氣蒸餾法,從植物原料的各種組織細胞和分泌物中提制出來。與水蒸氣接觸變化較少的一些芳香成分,使用這一方法為簡便。因此水蒸氣蒸餾是常用的一種技術,其特點是設備簡單,容易操作,成本低、產量大,但是水蒸氣蒸餾法不適合用于在沸水中主香成分容易溶解、水解或分解的植物原料。




水蒸氣蒸餾優缺點:研究表明在各種蒸餾方式中以水蒸氣蒸餾操作為簡單,不但可降低香料成分餾出溫度,而且可防止分解或變質。但是,水蒸氣蒸餾也存在一定的缺點,由水蒸氣蒸餾與超臨界二氧化碳提取的對比實驗,結果表明:水蒸氣蒸餾法提取過程時間長、溫度高、系統開放,其過程易造成熱不穩定及易氧化成分的破壞及揮發損失,對部分組分有破壞作用。




2.溶劑浸提法




溶劑浸提法是用揮發性的有機溶劑將植物原料中的芳香成分浸取出來,使之溶解到有機溶劑中,然后蒸去溶劑。其特點是可以不加熱,在低溫下進行,除了揮發性組分外,還可以提取其中重要的成分和不揮發性成分,但在去除溶劑時,有機溶劑萃取法會造成產品品質下降或有機溶劑殘留因此限制了一些天然香料的應用范圍。




工業上主要有四種浸提方式:固定浸提、攪拌浸提、轉動浸提和逆流浸提。固定浸提原料靜止不動,保持了鮮花組織不受損失,有利于提高產品的香氣質量,不足之處是生產效率較低。轉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。逆流浸提生產效率高,但是設備復雜,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、浸提次數等。




3.壓榨法




壓榨法也是從植物芳香原料提取精油的方法之一,不過采用這種方法的品種不多,應用范圍不及水蒸氣蒸餾法廣泛。主要用于制造柑桔類的精油,如檸檬、甜橙、香檸檬以及白檸檬等的果皮均采用此法。壓榨法在加工過程中,并不受熱因此又稱為冷榨法。在國外所采用的冷榨法實際上都是整果的冷磨法,國內食品廠主要采用磨果機進行冷磨提取柑桔油,或散皮采用螺旋壓榨法。




4.吸附法




吸收法生產天然香料的原理與浸提法相似,不同的是該法采用非揮發性溶劑或固體吸附劑。吸附法加工所需溫度較低,芳香成分不易被破壞,產品香氣質量。因此,在天然香




料的生產中,特別適用于對一些名貴花朵香氣成分的提取。吸附法的不足之處在于吸附劑的吸附容積小,當處理量大時,需耗用大量吸附劑,而且吸附劑需要再生,這也給生產過程的連續化和自動化操作帶來一定的困難。




5.揮發性溶劑萃取法




采用蒸餾法從植物中提取糟油,因溫度高對有些鮮花芳香成分的提取是不適宜的,這是因為很多不穩定的芳香物質,在水蒸氣比較高的溫度較長時間作用下,有的受到損傷,有的變質、分解,有的香成分又因揮發性較差或難以揮發,因此蒸餾法就無法從植物中比較完全地提取出來。蒸餾法的這種欠缺,揮發性溶劑萃取法恰好可以彌補。芳香植物原料用揮發性溶劑浸提,可以分為三大類:新鮮植物原料,如茉莉花、薰衣草花絮等經溶劑浸提后制成浸膏。




經過干燥的植物原料,如樹脂、香膠、樹膠以及動物的分泌物經溶劑浸提制成香樹臘或酊。




6.超臨界流體萃取法




超臨界萃取是20世紀80年代以來出現的一種新的分離技術,是由萃取和分離兩部分組合而成的,具有在較低的溫度下操作、效率高、溶劑易分離等特點,常采用CO2作為超臨界流體的提取劑。CO2萃取的香料特征是成品無殘留溶劑,無異味,保持頭香原貌,有更多尾香成分,香料的收率更高。用超臨界CO2萃取的產品因未受熱和溶劑殘留的影響,香氣往往特別新鮮、濃郁,具有天然逼真的特征香,其有效成分和收率也大大高于常規蒸餾法、萃取法、壓榨法。但是超臨界流體萃取的原料并不適合于含水量過大的水果類天然香精的制備,且設備投資大,技術要求高。




超臨界流體的特點:




(1)具有氣體的特點,粘度小,傳質快




(2)具有液體的特點,密度接近液體,萃取容量大。




7.微波輻照誘導萃取法




與常規蒸餾法和萃取法相比,微波輻照誘導萃取法得到的產品品質,色澤淺,而且還體現出生產的高效率和高選擇性,以及不會破壞天然熱敏物質的結構等優點,其不足之處是只能獲得部分主要組分。




8.分子蒸餾技術




分子蒸餾技術是一種新型的液-液分離或精細分離的高新技術。分子蒸餾是在低氧惰性條件下進行的,具有蒸餾溫度低,物料受熱時間短,操作壓力低(真空度高),分離程度及產率高,產品品質好,天然物質的成分在蒸餾前后不會有太大變化,分離后的產品可避免有機溶劑污染等優點;特別適應于對高沸點、熱敏性以及易氧化物料的分離純化。該技術已經廣泛應用于石油化工和食品香料等領域,特別適應于天然物質的提取與分離。




9.旋轉錐體柱蒸餾方法




旋轉錐體柱蒸餾方法是天然香料提取中使用較為前沿的技術。旋轉錐體柱分離裝置的核心是SCC分離柱,人們將其認為是蒸餾或反萃取柱,它屬于填充柱、板式柱和泡罩柱等傳質裝置的一種。其主體部分是1個中心帶轉軸的直立不銹鋼柱體,內部由交替的旋轉錐和固定錐堆疊而成,旋轉錐與軸相聯,固定錐安裝在圓柱的內壁上。工作時,物料沿錐體表面層層落下,蒸汽在真空下把來自液體或漿類物質的香氣和可溶性物質萃取分離出來。SCC的特點是,由于錐形碟片旋轉,離心作用可將產品攤鋪成薄膜,這樣蒸汽可將產品中需要提取的揮發性物質完整地提取出來。同時,由于蒸汽同產品薄膜的充分接觸,相互進行了充分的傳熱和傳質,也能將需要萃取出的可溶性物質完全萃取出來,溶于溶劑中。這樣既可分離出揮發性物質,也可萃取出可溶性物質。




SCC優點主要有:提取出的揮發性物質完整;回收的量多;萃取出可溶性物質的時間短,且含量;適用產品黏度非常大,黏度高達20,000cps的產品也可適用;能耗低。目前,SCC在20多個被使用,應用領域廣泛。世界著名的香精香料公司均采用與此法相應的設備生產果味天然香精香料。




以上天然香料的提取方法各有其優缺點,并且分別適合不同的對象,為獲得天然逼真、具有獨特香韻的高品質香料提供了有力。

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