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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(guān)于天然香料則分為動(dòng)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(dòng)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(dòng)物的腺體分泌物為原料,采用粉碎、發(fā)酵、蒸餾、壓榨、冷磨、萃取以及吸附等物理和生物化學(xué)方法進(jìn)行加工提制而成。分為動(dòng)物性和植物性香料兩大類(lèi)。關(guān)于植物性天然香料,與動(dòng)物性香料來(lái)源動(dòng)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(shí)或樹(shù)脂中提取出來(lái)的有機(jī)物的混合物。大多數(shù)呈油狀或膏狀,少數(shù)城樹(shù)脂或半固態(tài)。在生活和工業(yè)生產(chǎn)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(chēng)植物性精油。與動(dòng)物性香料相比,植物性香料不僅來(lái)源更加廣泛,且更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
舉例來(lái)說(shuō),在生活中,以香料來(lái)源來(lái)分,可以用來(lái)提取香料的植物有如下類(lèi)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(shù)皮樹(shù)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(fā)油和芳香氣味的油狀物,所以也統(tǒng)稱(chēng)為精油。它們?cè)谥参镏械暮侩S著土壤成分、氣候條件、生長(zhǎng)年齡、收割時(shí)間等外在因素的而影響均會(huì)造成一定的差異。
迄今為止,從植物性天然香料中分離出來(lái)的有機(jī)化合物已有5000多種。
我國(guó)是天然香料植物資源大國(guó),從南到北都有香料植物的分布,但主要香料產(chǎn)地集中在長(zhǎng)江以南地區(qū),以廣西、貴州、海南、云南、湖南、廣東、福建、四川、湖北等產(chǎn)量。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)已發(fā)現(xiàn)有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的香料植物種類(lèi)有60多科400多種,其中進(jìn)行批量生產(chǎn)的天然香料品種已達(dá)100多種。傳統(tǒng)的出口商品八角茴香(八角茴香油產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%)和中國(guó)桂皮(中國(guó)肉桂油產(chǎn)量占世界總產(chǎn)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(guó)薄荷腦及薄荷素油主要產(chǎn)于江蘇、安徽、江西、河南等?。簧缴n子油主要產(chǎn)于湖南、湖北、廣西、江西等?。幻F的桂花資源主要分布于貴州、湖南、四川、浙江等?。话啬居椭饕a(chǎn)于貴州、四川、浙江等省;四川、湖北主要盛產(chǎn)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(qū)。我國(guó)盛產(chǎn)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(guó)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(guó)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(chǎn)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(fā)的性質(zhì),因此也叫做揮發(fā)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(jù)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(xì)胞和分泌物中提制出來(lái)。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(jiǎn)便。因此水蒸氣蒸餾是常用的一種技術(shù),其特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單,容易操作,成本低、產(chǎn)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(yōu)缺點(diǎn):研究表明在各種蒸餾方式中以水蒸氣蒸餾操作為簡(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)。但是,水蒸氣蒸餾也存在一定的缺點(diǎn),由水蒸氣蒸餾與超臨界二氧化碳提取的對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:水蒸氣蒸餾法提取過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)、溫度高、系統(tǒng)開(kāi)放,其過(guò)程易造成熱不穩(wěn)定及易氧化成分的破壞及揮發(fā)損失,對(duì)部分組分有破壞作用。
2.溶劑浸提法
溶劑浸提法是用揮發(fā)性的有機(jī)溶劑將植物原料中的芳香成分浸取出來(lái),使之溶解到有機(jī)溶劑中,然后蒸去溶劑。其特點(diǎn)是可以不加熱,在低溫下進(jìn)行,除了揮發(fā)性組分外,還可以提取其中重要的成分和不揮發(fā)性成分,但在去除溶劑時(shí),有機(jī)溶劑萃取法會(huì)造成產(chǎn)品品質(zhì)下降或有機(jī)溶劑殘留因此限制了一些天然香料的應(yīng)用范圍。
工業(yè)上主要有四種浸提方式:固定浸提、攪拌浸提、轉(zhuǎn)動(dòng)浸提和逆流浸提。固定浸提原料靜止不動(dòng),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(dòng)浸提是我國(guó)目前普遍使用的浸提方式,但其僅使用于花瓣較厚的進(jìn)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(lèi)、浸提溫度、浸提時(shí)間、浸提次數(shù)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(guò)采用這種方法的品種不多,應(yīng)用范圍不及水蒸氣蒸餾法廣泛。主要用于制造柑桔類(lèi)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(guò)程中,并不受熱因此又稱(chēng)為冷榨法。在國(guó)外所采用的冷榨法實(shí)際上都是整果的冷磨法,國(guó)內(nèi)食品廠主要采用磨果機(jī)進(jìn)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(chǎn)天然香料的原理與浸提法相似,不同的是該法采用非揮發(fā)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(chǎn)品香氣質(zhì)量。因此,在天然香
料的生產(chǎn)中,特別適用于對(duì)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(dāng)處理量大時(shí),需耗用大量吸附劑,而且吸附劑需要再生,這也給生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)化和自動(dòng)化操作帶來(lái)一定的困難。
5.揮發(fā)性溶劑萃取法
采用蒸餾法從植物中提取糟油,因溫度高對(duì)有些鮮花芳香成分的提取是不適宜的,這是因?yàn)楹芏嗖环€(wěn)定的芳香物質(zhì),在水蒸氣比較高的溫度較長(zhǎng)時(shí)間作用下,有的受到損傷,有的變質(zhì)、分解,有的香成分又因揮發(fā)性較差或難以揮發(fā),因此蒸餾法就無(wú)法從植物中比較完全地提取出來(lái)。蒸餾法的這種欠缺,揮發(fā)性溶劑萃取法恰好可以彌補(bǔ)。芳香植物原料用揮發(fā)性溶劑浸提,可以分為三大類(lèi):新鮮植物原料,如茉莉花、薰衣草花絮等經(jīng)溶劑浸提后制成浸膏。
經(jīng)過(guò)干燥的植物原料,如樹(shù)脂、香膠、樹(shù)膠以及動(dòng)物的分泌物經(jīng)溶劑浸提制成香樹(shù)臘或酊。
6.超臨界流體萃取法
超臨界萃取是20世紀(jì)80年代以來(lái)出現(xiàn)的一種新的分離技術(shù),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(diǎn),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(wú)殘留溶劑,無(wú)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(chǎn)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(guī)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(guò)大的水果類(lèi)天然香精的制備,且設(shè)備投資大,技術(shù)要求高。
超臨界流體的特點(diǎn):
(1)具有氣體的特點(diǎn),粘度小,傳質(zhì)快
(2)具有液體的特點(diǎn),密度接近液體,萃取容量大。
7.微波輻照誘導(dǎo)萃取法
與常規(guī)蒸餾法和萃取法相比,微波輻照誘導(dǎo)萃取法得到的產(chǎn)品品質(zhì),色澤淺,而且還體現(xiàn)出生產(chǎn)的高效率和高選擇性,以及不會(huì)破壞天然熱敏物質(zhì)的結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn),其不足之處是只能獲得部分主要組分。
8.分子蒸餾技術(shù)
分子蒸餾技術(shù)是一種新型的液-液分離或精細(xì)分離的高新技術(shù)。分子蒸餾是在低氧惰性條件下進(jìn)行的,具有蒸餾溫度低,物料受熱時(shí)間短,操作壓力低(真空度高),分離程度及產(chǎn)率高,產(chǎn)品品質(zhì)好,天然物質(zhì)的成分在蒸餾前后不會(huì)有太大變化,分離后的產(chǎn)品可避免有機(jī)溶劑污染等優(yōu)點(diǎn);特別適應(yīng)于對(duì)高沸點(diǎn)、熱敏性以及易氧化物料的分離純化。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工和食品香料等領(lǐng)域,特別適應(yīng)于天然物質(zhì)的提取與分離。
9.旋轉(zhuǎn)錐體柱蒸餾方法
旋轉(zhuǎn)錐體柱蒸餾方法是天然香料提取中使用較為前沿的技術(shù)。旋轉(zhuǎn)錐體柱分離裝置的核心是SCC分離柱,人們將其認(rèn)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(zhì)裝置的一種。其主體部分是1個(gè)中心帶轉(zhuǎn)軸的直立不銹鋼柱體,內(nèi)部由交替的旋轉(zhuǎn)錐和固定錐堆疊而成,旋轉(zhuǎn)錐與軸相聯(lián),固定錐安裝在圓柱的內(nèi)壁上。工作時(shí),物料沿錐體表面層層落下,蒸汽在真空下把來(lái)自液體或漿類(lèi)物質(zhì)的香氣和可溶性物質(zhì)萃取分離出來(lái)。SCC的特點(diǎn)是,由于錐形碟片旋轉(zhuǎn),離心作用可將產(chǎn)品攤鋪成薄膜,這樣蒸汽可將產(chǎn)品中需要提取的揮發(fā)性物質(zhì)完整地提取出來(lái)。同時(shí),由于蒸汽同產(chǎn)品薄膜的充分接觸,相互進(jìn)行了充分的傳熱和傳質(zhì),也能將需要萃取出的可溶性物質(zhì)完全萃取出來(lái),溶于溶劑中。這樣既可分離出揮發(fā)性物質(zhì),也可萃取出可溶性物質(zhì)。
SCC優(yōu)點(diǎn)主要有:提取出的揮發(fā)性物質(zhì)完整;回收的量多;萃取出可溶性物質(zhì)的時(shí)間短,且含量;適用產(chǎn)品黏度非常大,黏度高達(dá)20,000cps的產(chǎn)品也可適用;能耗低。目前,SCC在20多個(gè)被使用,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。世界著名的香精香料公司均采用與此法相應(yīng)的設(shè)備生產(chǎn)果味天然香精香料。
以上天然香料的提取方法各有其優(yōu)缺點(diǎn),并且分別適合不同的對(duì)象,為獲得天然逼真、具有獨(dú)特香韻的高品質(zhì)香料提供了有力。
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