植物中天然香料的提取及香料成分分析预习报告dandan课件.docx

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植物中天然香料的提取及香料成分分析预习报告dandan课件

广州大学化学化工学院

本科学生综合性、设计性实验

预习报告

实验课程化工专业实验

实验项目植物中天然香料的提取及香料成分分析

专业化学工程与工艺班级

学号姓名

指导教师及职称梁红（教授）、陈姚（教授）

开课学期2015至2016学年第一学期

时间2015年12月17日

植物中天然香料的提取及香料成分分析

预习报告

摘要植物中蕴含大量天然香料，本文就天然香料的基本知识与分类的进行简单介绍，分析了蒸馏法、压榨法、浸提法和吸收法等多种取方法的适用条件，优缺点以及分离方法。

为更好的对香料成分进行分析，报告介绍了关于香料产品的关键技术指标和检测方法。

关键词天然香料肉桂油水蒸气蒸馏成分分析

目录

一、香料的基本知识2

1.香料的定义2

2.香料的分类 2

天然香料 2

合成香料 2

3.提取天然香料的一般方法2

a.水蒸气蒸馏法2

b.浸提法（萃取法）3

c.压榨法4

d.吸收法4

e.超临界萃取5

f.分子蒸馏5

g.微波法提取5

二、肉桂油6

1.来源及用途6

2.主要成分的物理性质6

3.肉桂油特点6

三、香料产品的关键技术指标的检测方法7

1.标准样品、溶剂和辨香纸7

①标准样品7

②溶剂7

③辨香纸7

2.香气评定的方法和步骤7

3.各种指标的检测方法7

附录（实验方案）8

参考文献9

一、香料的基本知识

1.香料的定义

香料，英文一般用spice，指称范围不同，是一种能被嗅觉嗅出香气或味觉尝出香味的物质，是配制香精的原料。

具有令人愉快的芳香气味，能用于调配香精的化合物或混合物。

按其来源有天然香料和人造香料按其用途有日用化学品用香料、食用香料和烟草香料之分。

在化学工业中，全合成香料是作为精细化学品组织生产的。

2.香料的分类 

以原料的来源可划分为天然香料和合成香料。

天然香料 

指以动植物的芳香部位为原料，经过简单加工制成的原态香材，其形态大多保留了植物固有的一些外观特征，如香木块、香木片等；或者是利用物理方法从天然原料中分离出来的芳香物质，其形态常为精油、浸膏、净油、香膏、酊剂等。

自然界中现已发现的香料植物有3600余种，得到有效利用的约400余种。

植物的根、干、茎、枝、皮、叶、花、果实或树脂等皆可成香。

动物香料多为动物体内的的分泌物或排泄物。

约有十几种，常用的有麝香、灵猫香、海狸香和龙涎香4种。

合成香料 

合成香料是以煤化工产品、石油化工产品等为原料，通过化学合成方法制取的有香味的化合物。

目前世界上合成香料已达5000多种，常用的产品有400多种。

合成香料分类方法主要有两种：

一种是按官能团分类，例如可分为酮类香料，醇类香料，酯、内酯类香料，醛类香料、烃类香料、醚类香料、氰类香料以及其它香料；另一种是按碳原子骨架分类，可分为萜烯类、芳香类、脂肪族类、含氮、含硫、杂环和稠环类以及合成麝香类。

合成香料工业已成为现代精细化工的重要组成部分。

3.提取天然香料的一般方法

水蒸气蒸馏法；萃取法；压榨法；吸收法；酶法提取；超临界流体萃取（SFE）；分子蒸馏；微波法提取。

a.水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是指将含挥发性成分药材的粗粉或碎片，浸泡湿润后，直火加热蒸馏或通入水蒸汽蒸馏，也可在多能式中药提取罐中对药材边煎煮边蒸馏，药材中的挥发性成分随水蒸气蒸馏而带出，经冷凝后收集馏出液，一般需再蒸馏1次，以提高馏出液的纯度和浓度，最后收集一定体积的蒸馏液；但蒸馏次数不宜过多，以免挥发油中某些成分氧化或分解。

本法的基本原理是根据道尔顿定律，相互不溶也不起化学作用的液体混合物的蒸汽总压，等于该温度下各组分饱和蒸气压（即分压）之和。

因此尽管各组分本身的沸点高于混合液的沸点，但当分压总和等于大气压时，液体混合物即开始沸腾并被蒸馏出来。

水蒸气蒸馏法只适用于具有挥发性的，能随水蒸气蒸馏而不被破坏，与水不发生反应，且难溶或不溶于水的成分的提取。

此类成分的沸点多在100℃以上，与水不相混溶或仅微溶，并在100℃左右有一定的蒸气压。

当与水在一起加热时，其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时，液体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出。

水蒸气蒸馏法需要将原料加热,不适用于化学性质不稳定组分的提取。

分离方法：

油水混合物经冷凝回流，从冷凝管回流下来的冷凝水和精油落下被收集的滴液漏斗中，油水分层，油在上层，排空水层，重复操作几次，降温，将水尽量分离出来，剩下产品可以入回收瓶中保存。

b.浸提法（萃取法）

适用于芳香成分易受热破坏或易溶于萃取溶剂的香料，目前主要用在鲜花上。

通常是将鲜花至于密封容器中，用有机溶剂冷浸一段时间，然后将溶剂在适当减压下蒸馏回收，得到鲜花浸膏。

其特点是可以不加热，在低温下进行，除了挥发性组分外还可以提取其中重要的、不挥发生性成分。

这样得到的香料香气一般比较齐全，留香持久。

但也含色素和蜡质，并且水溶性较差。

必要时，萃取可在适当加热的条件下进行。

工业上主要有四种浸提方式：

固定浸提、搅拌浸提、转动浸提和逆流浸提。

固定浸提原料静止不动，保持了鲜花组织不受损失，有利于提高产品的香气质量，不足之处是生产效率较低。

转动浸提是我国目前普遍使用的浸提方式，但其仅使用于花瓣较厚的进口原料。

逆流浸提生产效率高，但是设备复杂，投资较大，维修也有较大难度。

影响浸提效果的因素有：

浸提剂的种类、浸提温度、浸提时间、 浸提次数等。

不同香料有不同的最佳浸提条件，选择正确的浸提剂尤为重要，不仅要考虑芳香原料成分和产品质量要求，并按“相似相溶”原则选择最适宜的溶剂，还要考虑所选溶剂必须无高沸点残留物。

分离方法：

先对浸出液进行减压分馏，赶走大部分溶剂，后置于恒温水浴中加热继续蒸发溶剂，直至完全蒸除。

冷却后可得油状或软膏状产品。

c.压榨法

用压榨法可以从例如柠檬、柑橙等果实中提取香精油。

此类果实的香味成分包藏在果皮油囊中，用压榨机械将其压迫就可把芳香油挤出。

经分离和澄清可得压榨油。

压榨加工通常在常温下进行，香料油中的成分很少被破坏，因而可保持天然香味，但制得的油常带颜色，而且含有蜡质。

基本原理是采用整果冷磨法和果皮压榨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 。

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。

压榨法一般用于柑橘类植物精油提取，其最大特点是生产过程可以在室温下进行，确保产品质量，使其香气逼真。

通过水蒸气蒸馏和压榨法比较实验提取柑橘香精油的结果表明，利用压榨法生产的香精油， 出油率较低 为1.0%～1.6%，但气味佳，其香气更接近于天然鲜橘果香，色泽为淡黄色液体，压榨后的残渣仍可用水蒸气蒸馏法提取得到部分橘油。

如若使用低成本、低能耗、一般效率的工艺路线来提取柑橘香精油， 建议采用压榨法生产。

 但是压榨法操作复杂，出油率低，不适于工业推广。

分离方法：

榨出物用布氏漏斗抽滤，得油水混合物，放入离心机分离，将上层油层分离出来。

后在5~8℃低温静置一星期。

待杂质下沉后将上层清油吸出即可得质量较好的油品。

d.吸收法

吸收法生产天然香料原理与浸提法相似，只是吸收法采用非挥发性溶剂或固体吸附剂。

吸收法加工温度低，芳香成分不易破坏，产品香气质量最佳。

 因此， 在天然香料的生产中，对于一些芳香成分容易释放，香气强的茉莉花、兰花、橙花等名贵花朵，可以采用吸收法加工，生产一些受欢迎的高档香料。

吸收法生产天然香料主要有两种形式，非挥发性溶剂吸收和固体吸附吸收法。

吸收法的不足之处在于吸附剂吸附容易小，当处理量大时需耗用大量吸附剂，吸附剂需要再生也给生产过程连续化、自动化操作带来一定困难。

e.超临界萃取

利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。

在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。

当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的。

超流体的特点：

（1）具有气体的特点，黏度小，传质快。

（2）具有液体的特点，密度接近液体，萃取容量大。

f.分子蒸馏

分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。

当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。

这样，达到物质分离的目的。

在沸腾的薄膜和冷凝面之间的压差是蒸汽流向的驱动力，对于微小的压力降就会引起蒸汽的流动。

在1mbar下运行要求在沸腾面和冷凝面之间非常短的距离，基于这个原理制作的蒸馏器称为短程蒸馏器。

短程蒸馏器（分子蒸馏）有一个内置冷凝器在加热面的对面，并使操作压力降到0.001mbar。

短程蒸馏器是一个工作在1~0.001mbar压力下热分离技术过程，它较低的沸腾温度，非常适合热敏性、高沸点物。

其基本构成：

带有加热夹套的圆柱型筒体，转子和内置冷凝器；在转子的固定架上精确装有刮膜器和防飞溅装置。

内置冷凝器位于蒸发器的中心，转子在圆柱型筒体和冷凝器之间旋转。

短程蒸馏器由外加热的垂直圆筒体、位于它的中心冷凝器及在蒸馏器和冷凝器之间旋转的刮膜器组成。

蒸馏过程是：

物料从蒸发器的顶部加入，经转子上的料液分布器将其连续均匀地分布在加热面上，随即刮膜器将料液刮成一层极薄、呈湍流状的液膜，并以螺旋状向下推进。

在此过程中，从加热面上逸出的轻分子，经过短的路线和几乎未经碰撞就到内置冷凝器上冷凝成液，并沿冷凝器管流下，通过位于蒸发器底部的出料管排出；残液即重分子在加热区下的圆形通道中收集，再通过侧面的出料管中流出。

g.微波法提取

微波萃取的机理可从以下3个方面来分析：

①微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程。

由于吸收了微波能，细胞内部的温度将迅速上升，从而使细胞内部的压力超过细胞壁膨胀所能承受的能力，结果细胞破裂，其内的有效成分自由流出，并在较低的温度下溶解于萃取介质中。

通过进一步的过滤和分离，即可获得所需的萃取物。

②微波所产生的电磁场可加速被萃取组分的分子由固体内部向固液界面扩散的速率。

例如，以水作溶剂时，在微波场的作用下，水分子由高速转动状态转变为激发态，这是一种高能量的不稳定状态。

此时水分子或者汽化以加强萃取组分的驱动力，或者释放出自身多余的能量回到基态，所释放出的能量将传递给其他物质的分子，以加速其热运动，从而缩短萃取组分的分子由固体内部扩散至固液界面的时间，结果使萃取速率提高数倍，并能降低萃取温度，最大限度地保证萃取物的质量。

③由于微波的频率与分子转动的频率相关连，因此微波能是一种由离子迁移和偶极子转动而引起分子运动的非离子化辐射能，当它作用于分子时，可促进分子的转动运动，若分子具有一定的极性，即可在微波场的作用下产生瞬时极化，并以24．5亿次/s的速度作极性变换运动，从而产生键的振动、撕裂和粒子间的摩擦和碰撞，并迅速生成大量的热能，促使细胞破裂，使细胞液溢出并扩散至溶剂中。

在微波萃取中，吸收微波能力的差异可使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被萃取物质从基体或体系中分离，进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。

二、肉桂油

1.来源及用途

肉桂为樟科植物肉桂的树皮，性大热，味甘辛，具补阳、温肾、祛寒、通脉、止痛功效，临床上常用于补火助阳、散寒止痛、活血通经等，肉桂含1% 左右的挥发油，其中桂皮中的油含量最高，主要成分为肉桂醛，具有镇静、镇痛、解热、抗惊厥、增强胃肠蠕动、利胆、抗肿瘤等作用。

他们大量用于视频、饮料、果糖、化妆品和香料工业，是一种很重要的芳香油。

2.主要成分的物理性质

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、水杨醛、香兰素、苯、甲醛、 肉桂酸、水杨酸等。

。

  肉桂醛，分子式：

C9H8O。

 结构简式：

C6H5CHCHCHO。

 密度：

 1.046-1.052 熔点（℃）：

-7.5℃ 。

 折光率（20℃）：

 1.619-1.623 比重（25/25℃）：

1.046-1.050 酸值：

 ≤1.0%  沸点（℃）：

 253（常压）。

 外观：

无色或淡黄色液体。

3.肉桂油特点

香气：

有强烈的桂皮油和肉桂油的香气，温和的辛香气息，不应有辣味，香气强烈持久。

桂醛较桂醇香气清强。

  沸点：

肉桂醛沸点较高，但蒸汽压也较高、易挥发。

  溶解性：

难溶于水、甘油和石油醚，易溶于醇、醚中。

能随水蒸气挥发。

 稳定性：

在强酸性或者强碱性介质中不稳定，易导致变色，在空气中易氧化。

三、香料产品的关键技术指标的检测方法

香气是香料的重要性能指标，通过香气的评定可以辨别其香气的龙丹、强弱、杂气、掺杂和变质的情况。

香气的评定，是由评香师在评香室内利用嗅觉对样品和标准样品的香气进行比较，从而评定样品与标准样品的香气是否相符。

1.标准样品、溶剂和辨香纸

①标准样品

标准样品是由国家主管部门授权审发。

经过选择的最能代表当前生产质量水平的各种香料产品。

并根据不同产品的特性定期审换，一般为一年。

不同品种，不同工艺方法和不同地区的香料，用不同原料制成的单离香料，或不同的工艺路线制成的合成香料，以及不同规格的香料，均应分别确定标准样品。

标准样品要妥善保管，防止香气污染。

②溶剂

按不同的香料品种选用乙醇、苄醇、苯甲酸苄酯、邻苯二甲酸二乙酯、十四酸异丙酯、水等作溶剂。

③辨香纸

用质量好的厚度约为0.5mm的无臭吸水纸，切成宽（0.5~1.0）cm，长（10~15）cm。

2.香气评定的方法和步骤

在空气清新无杂气的评香室内，先将等量的试样和标准样品分别放在相同而接近无臭的容器中，进行评香，包括瓶口香气的不同香料分别进行评定。

3.各种指标的检测方法

1．测定相对密度。

用比重计测定，指标1.052~1.070。

2．测定折光率（20℃）。

指标1.600~1.6140，用阿贝折射仪测定。

3．测定乙醇溶混度。

1mL试样溶于3mL70%（v/v）的乙醇水溶液。

4．重金属（以PH计，指标≤0.001%），铅标注溶液配制：

准确称取纯度为99.99%的金属铅0.1000g，加入20mL硝酸（1+1）,加热使其溶解，转移到1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度。

此标准溶液1mL相当于0.1000mg铅。

5．红外光谱测定。

用红外光谱仪测定所得油的红外光谱。

并解释图谱中主要的峰的意义。

附录（实验方案）

1、实验目的

通过学习香料的基本知识和提取天然香料一般方法，掌握采用水蒸气蒸馏提取天然植物香料及其分离的方法；了解香料产品的关键技术指标的检测方法，掌握红外光谱仪的原理及在香料产品结构分析中的应用。

二、实验步骤

①肉桂油提取

1、将肉桂皮粉碎后,称取60g于500mL烧瓶中,加入120mL蒸馏水,再加入12g的氯化钠作为助剂,加热使体系保持沸腾状态，水蒸馏2h；

2、将蒸出的肉桂油-水乳化液移入离心机中,4000r/min离心分离。

排去上层的水,直接从离心管上读取初提的肉桂油体积数；

3、破乳剂处理：

将5mL粗肉桂油与50mL水置于搅拌器中，加入1.0mg/ml氯化钠作为破乳剂，反应温度60℃，搅拌时间5min,使肉桂油均匀分散在水中；

4、移该液于250ml分液漏斗中，用40ml二氯甲烷分两次萃取，待分层后，弃去水层，从漏斗中倒出有机层，置于已称重的50ml蒸馏烧瓶中；

5、装上蒸馏装置，用电热套加热，蒸去二氯甲烷；

6、以原料肉桂皮为基准，计算精油的收率。

②肉桂油的分析测定

a.相对密度的测定

用比重计测定（20/20℃），指标1.052~1.070

b.折光度的测定（20℃）

用阿贝折射仪测定，指标：

1.600~1.6140

c.乙醇溶混度的测定（20℃）

1ml试样溶于3ml70%（V/V）的乙醇水溶液中

d.重金属铅含量的测定

1）铅标准溶液的配置

准确称取纯度为99.99%的金属铅0.1000g，加入20ml硝酸（1+1），加热使溶解，转移到1000ml容量瓶中，用水稀释至刻度。

此标准溶液1ml相当于0.1000mg铅。

2）比色法操作

1、称取2g试样（准确至0.1g），置于50ml瓷蒸发皿中，于沸水浴上加热挥发完全；

2、先用小火碳化，然后用550℃灰化，冷却；

3、加0.5ml冰乙酸溶液，溶解后加20ml（必要时过滤），置于50ml纳氏比色管；

4、加入一滴酚酞溶液，用氨水溶液调至淡红色，再加入0.5ml冰乙酸溶液，再加入10ml饱和硫化氢水，再加水至50ml，摇匀，在暗处放置10min；

5、纳氏比色管中试液所呈颜色不得深于标准。

e.红外光谱测定

用红外光谱仪测定所得油的红外光谱，并解释图谱中主要峰的意义。

参考文献

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[2]于丽颖,李占英,王冰.合成实验肉桂酸的改进.天津化工.2005,19（6）:

27~28.

[3]张海军,陈建村,施磊.Perkin反应合成肉桂酸香料.香精化妆品.2006,（5）:

17~20.

[4]赵勇.肉桂酸的合成与应用进展.化工科技市场.2001.（6）:

17~18.

[5]李惠淮,冀亚飞.肉桂酸的合成.安徽教育学院学报.2003.21（6）:

61~62.

[6]董丽萍,许松林 天然香料的提取分离技术.《天津化工》. 2006年9月.

[7]赵文红,白卫东等.肉桂油水蒸气蒸馏提取工艺.中国食品学报.2008年4月.

[8]李好祥,董金龙.从肉桂皮中提取肉桂油并鉴定其主要成分.光谱实验室.2010年9月.