香料是一種能被嗅感嗅出氣味和被味感品出香味的物質(zhì)，是用以調(diào)制香精的原料。植物性天然香料也稱植物性精油(essential oil)，是由植物的花、葉、莖、根和果實(shí)，或者樹(shù)木的葉、木質(zhì)、樹(shù)皮和樹(shù)根中提取的易揮發(fā)芳香組分的混合物。

1．發(fā)展歷史

香料的發(fā)展歷史悠久，從黃帝神農(nóng)氏時(shí)代人們采集樹(shù)皮、草根作為醫(yī)藥用品來(lái)驅(qū)疫避穢開(kāi)始，現(xiàn)已有5000多年的歷史。起初人們把這些有香味的物質(zhì)作為敬神拜福，清凈身心之用，也用于祭祀和喪葬方面，后逐漸用于飲食、裝飾和美容。大約在8-10世紀(jì)，人們已經(jīng)知道用蒸餾法分離香料。1370年*種用乙醇提取的香水—匈牙利水(Eaudela Reimed Hongarie)出現(xiàn)了，開(kāi)始只是從迷迭香中蒸餾制得，其后才逐漸從薰衣草等植物中制得。自1420年，在蒸餾中采用蛇形冷凝器后，精油發(fā)展迅速，法國(guó)格拉斯(Grasse)因生產(chǎn)花油和香水，而成為世界的天然香料(特別是香花)的生產(chǎn)基地。此后各地逐步采用蒸餾提取精油，同時(shí)從柑桔樹(shù)的花、果實(shí)及葉中提取精油，這樣就從香料植物固體轉(zhuǎn)變成液體，提取了植物中的精油，這是劃時(shí)代的進(jìn)展。18世紀(jì)后，由于有機(jī)化學(xué)的發(fā)展，人們?cè)趯?duì)天然香料的提取、成份分析等方面都取得了很大進(jìn)步。隨著天然香料應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，香料工業(yè)急劇發(fā)展，天然香料提取技術(shù)也得到不斷改進(jìn)。

2．植物精油提取技術(shù)

2．1　榨磨法

該方法主要用于提取柑桔類(lèi)果實(shí)精油，如檸檬油、甜橙油、香檸檬油、紅橘油等?；驹硎遣捎美淠セ驒C(jī)械冷榨的方法將含芳香油較多的果皮中的芳香油分壓榨出來(lái)，并噴水使油和水混合流出，再經(jīng)高速離心機(jī)將精油分離出來(lái)。此法生產(chǎn)過(guò)程在常溫下進(jìn)行，確保了芳香油中萜烯類(lèi)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(guò)程主要包括循環(huán)噴淋水、過(guò)濾與沉降、離心分離、榨磨后果皮處理幾個(gè)工藝過(guò)程。

2．2　蒸餾法

2．2．1　水蒸氣蒸餾

水蒸氣蒸餾是使水蒸氣連續(xù)地流過(guò)容器中樣品混合物來(lái)進(jìn)行蒸餾的方法。該法避免了精油長(zhǎng)時(shí)間在高溫下發(fā)生破壞分解、水解或聚合，使精油的質(zhì)量和提取率都得到了一定程度的提高。水蒸氣蒸餾法生產(chǎn)精油主要有水上蒸餾、水中蒸餾、直接蒸汽蒸餾(水氣蒸餾)三種方式。

李玉媛等（1996年）分別采用水上蒸餾和水中蒸餾法多次提取云南擬單性木蘭鮮葉精油，取精油平均得率進(jìn)行比較，研究表明，水上蒸餾較好，不僅精油得率高，香味成分也較水中蒸餾法保留的好。羅曼等（1999年）采用隔層蒸餾代替水蒸氣蒸餾法提取山蒼籽油，不僅能夠提高精油的提取率，并且所獲香料油為無(wú)色透明，而靠蒸汽直接蒸餾的香料油茶褐色，即使經(jīng)精餾，其精油仍呈深黃色。周榮琪（1995年）對(duì)果皮、枝葉、花等各類(lèi)芳香植物的提取進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，研究表明，蒸餾方式、加熱方式、蒸汽速度、操作壓力、操作溫度等因素對(duì)出油率均有影響。Boutekedjiret等（2003年）采用蒸餾的方法對(duì)迷迭香精油進(jìn)行提取，研究表明在各種蒸餾方式中以水蒸氣蒸餾操作zui為簡(jiǎn)單，不但可降低香料成分餾出溫度，而且可防止分解或變質(zhì)，薄荷油、桉葉油、迷迭香油等均可采用此法提取。該法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，但采用此法處理得到的香精只含有揮發(fā)成分，而味覺(jué)成分未被提取出，因此在植物類(lèi)香精油的提取中使用較多。但蒸餾技術(shù)存在著操作溫度較高、時(shí)間較長(zhǎng)、低沸點(diǎn)和水溶性組分缺失較大的缺點(diǎn)。

溫州天興機(jī)械有限公司水?dāng)U散法

水?dāng)U散法提取芳香精油這一新型的提取技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代中期，與常規(guī)蒸餾相比，其進(jìn)汽方式截然不同，水蒸氣是在低壓下自上而下的通過(guò)植物層，水?dāng)U散表示其中的一個(gè)過(guò)程(即滲透過(guò)程，指提取油從植物油腺中向外擴(kuò)散的過(guò)程)，在重力作用下，水蒸氣將油帶入冷凝器，蒸汽由上往下作快速補(bǔ)充。水?dāng)U散裝置具有易搬運(yùn)、操作簡(jiǎn)單、節(jié)約蒸氣、勞動(dòng)強(qiáng)度低、精油產(chǎn)量高、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此技術(shù)的研究及其應(yīng)用報(bào)道甚少，周榮琪（1995年）曾用公丁香對(duì)這項(xiàng)技術(shù)與水蒸餾做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到一些有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)，對(duì)比結(jié)果表明，水?dāng)U散技術(shù)不僅具有得油率高、蒸餾時(shí)間短、能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且油質(zhì)也較好。這是因?yàn)樗當(dāng)U散強(qiáng)化了蒸餾中的擴(kuò)散作用，抑制了蒸餾中的不利因素水解和熱解作用。

2．3　溫州天興機(jī)械有限公司溶劑浸提法

溶劑浸提法是用水、酒精、石油醚以及其他有機(jī)溶劑對(duì)芳香原料(包括含精油的植物各部分、樹(shù)脂樹(shù)膠以及動(dòng)物的泌香物質(zhì)等)作選擇性的萃取，排除那些不重要的成分，有選擇地提取香味物質(zhì)。溶劑萃取法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，且可通過(guò)選擇不同的萃取溶劑而有選擇地提取致香成分。如在蘋(píng)果香精的萃取中，異戊烷對(duì)低級(jí)醇類(lèi)的回收率就高于其它萃取溶劑。但從萃取液中有效地除去溶劑且盡量降低致香成分的損失是溶劑萃取法面臨的重要問(wèn)題。蒸餾-萃取裝置(SDE法)使萃取溶劑的用量大幅度減少，較好地解決了在去除溶劑的過(guò)程中失去致香成分的問(wèn)題。朱旗等（2001年）用SDE法提取的綠茶葉香精油中的香氣總量、數(shù)量及回收率均優(yōu)于普通溶劑萃取法，特別是醇類(lèi)和酯類(lèi)，香氣成分尤為突出。與其他提取方法相比，浸提法不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且溶劑用量大，設(shè)備較復(fù)雜，密封程度要求較高，溶劑損耗也增加了產(chǎn)品的成本，因此浸提生產(chǎn)多用于較貴的品種(如茉莉、藏紅花等)。

2．4　溫州天興機(jī)械有限公司超臨界CO₂萃取法

超臨界流體萃取(SFE)法是引進(jìn)的一種新型提取分離技術(shù)，它利用一種超臨界流體(SCF)，如CO₂、乙烯、丙烷、丙烯、水等，使其在臨界點(diǎn)附近某區(qū)域內(nèi)與待分離混合物中的溶質(zhì)具有異常相平衡行為和傳遞性，且對(duì)溶質(zhì)的溶解能力隨著壓力和溫度的改變?cè)谙喈?dāng)寬的范圍內(nèi)變動(dòng)，這種流體可以是單一的，也可以是復(fù)合的。添加適當(dāng)?shù)膴A帶劑可以大大增加其溶解性和選擇性。常用的萃取劑為CO₂，因其無(wú)毒、不易燃不易爆、價(jià)廉，其極性類(lèi)似乙烷。超臨界CO₂萃取技術(shù)更適合脂溶性、高沸點(diǎn)、熱敏性成分,現(xiàn)廣泛用于具有揮發(fā)性成分的研究。

 

2．5　超聲波萃取法

超聲提取的機(jī)制包括機(jī)械機(jī)制、熱學(xué)機(jī)制及空化機(jī)制。超聲萃取的空化作用是：存在于萃取液中的微氣泡(空化核)在聲場(chǎng)作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增長(zhǎng)，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生激波，在波面處造成很大壓強(qiáng)梯度，因而產(chǎn)生局部高溫高壓，溫度可達(dá)5000K以上，壓力可達(dá)上千個(gè)大氣壓，將植物細(xì)胞壁打破，香料得以浸出，從而提高萃取率。另外超聲波次級(jí)效應(yīng)，如機(jī)械震動(dòng)、乳化、擴(kuò)散、擊碎、化學(xué)效應(yīng)等，也能加速提取成分的擴(kuò)散、釋放并與溶劑充分混合而利于提取。選擇合理的聲學(xué)參數(shù)，使萃取液達(dá)到zui大空化狀態(tài)，才能獲得良好的萃取效果。該法zui大的優(yōu)點(diǎn)是提取時(shí)間短、溫度較低、收率高。鄭海燕（2003年）用超聲波法提取丁香花中的丁香油，結(jié)果表明該方法的收率比水蒸氣蒸餾高7.8%。楊海燕等（1999年）在自制的超聲萃取試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了超聲萃取寬葉纈草中香料的試驗(yàn)研究。正交試驗(yàn)顯示，影響萃取吸光度值的主次因素為：萃取溫度、萃取濃度、萃取時(shí)間。較優(yōu)水平為萃取濃度10g/50mL、溫度為45℃、時(shí)間2h。進(jìn)行超聲和不加超聲對(duì)比試驗(yàn)表明，加超聲比不加超聲提高吸光度值12%-40%。

 

 

圖1 蒸餾裝置圖2 回流裝置

圖3 水蒸汽蒸餾裝置

本實(shí)驗(yàn)采用了有機(jī)溶劑蒸餾法和微波輻照輔助法超聲波輔助法提取薰衣草花的精油。

1．有機(jī)溶劑蒸餾法

有機(jī)溶劑蒸餾法是用有機(jī)溶劑對(duì)芳香原料(包括含精油的植物各部分、樹(shù)脂樹(shù)膠以及動(dòng)物的泌香物質(zhì)等)作選擇性的蒸餾，排除那些不重要的成分，有選擇地提取香味物質(zhì)。有機(jī)溶劑蒸餾法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，且可通過(guò)選擇不同的萃取有機(jī)溶劑而有選擇地提取致香成分。

2．微波輻照輔助提取法

微波輻照輔助提取法是促使香料植物組織的維管束和腺胞系統(tǒng)的細(xì)胞破裂，活性物質(zhì)沿破裂的細(xì)胞自由流出，被萃取劑捕獲并溶解其中的一個(gè)過(guò)程。微波輻照輔助的方法一般分為常壓法、高壓法、連續(xù)流動(dòng)法。與傳統(tǒng)提取方法相比，新方法的特點(diǎn)是快速、節(jié)能、節(jié)省溶劑、污染小而且有利于萃取熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，可以避免長(zhǎng)時(shí)間高溫引起的物質(zhì)的分解，特別適合于熱敏性組分或從天然物質(zhì)中提取有效成分。另外，微波輻照輔助提取的傳熱與傳質(zhì)方向一致，因而加熱均勻，萃取效率高。

三、實(shí)驗(yàn)儀器和用品

家用微波爐；恒溫培養(yǎng)振蕩器；蒸餾裝置或回流裝置；抽濾裝置；

100mL錐形瓶；100mL燒杯；100mL量筒；保鮮紙

四、實(shí)驗(yàn)材料和試劑

實(shí)驗(yàn)材料：薰衣草干花

試劑：正已烷

五、操作步驟：

1．有機(jī)溶劑蒸餾法：

薰衣草干花粉碎過(guò)40目篩，稱取10g，于250mL平底燒瓶中，按料液比1：15加入正已烷150mL，置于搖床內(nèi)在50℃、100次/min振蕩浸提4h。然后在水浴鍋中進(jìn)行加熱回流提取。提取溫度為55℃，提取時(shí)間為30min。取出冷卻至室溫，抽濾，濾出提取液置于500mL圓底燒瓶（旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上使用的燒瓶，并且事先稱好重量為W1）中，在-0.80Mpa和40℃～45℃條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮到小體積，回收溶劑，揮盡溶劑，稱重W2。按下式計(jì)算薰衣油提取率：

薰衣草精油提取率=（（W2-W1）g/干花的重量g）×100%

2．微波輔助提取法

薰衣草干花粉碎過(guò)40目篩，稱取5g，于250ml三角瓶?jī)?nèi)，按料液比1：15加入正已烷150mL，充分浸潤(rùn)后置于微波爐內(nèi)，微波處理?xiàng)l件：微波功率為中檔（484W），輻射時(shí)間5min，固定頻率2450MHz。一定時(shí)間后，取出冷卻至室溫，抽濾，濾出提取液置于500mL圓底燒瓶（旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上使用的燒瓶，并且事先稱好重量為W1）中，在-0.80Mpa和40℃～45℃條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮到小體積，回收溶劑，揮盡溶劑，稱重W2。按上式計(jì)算薰衣油提取率。

六、結(jié)果計(jì)算

按公式計(jì)算出二種方法的精油提取率，并加以比較及分析。