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植物性天然香料提取新技術研究進展
 

摘要:這些年,花費者、出產商以及科研工作者越來越注重植物性天然香料以及相關商品。跟著化工別離技能研討的不斷深化,植物性天然香料的獲取也得到了進一步開展,呈現了許多新的獲取技能和辦法。本文介紹了一些植物性天然香料的獲取技能,如超臨界CO2萃取、微波萃取、分子蒸餾、超聲波萃取等技能,并對這些技能的優缺陷進行了剖析,一起展望了植物性天然香料獲取技能的開展遠景。

  關鍵字:植物性天然香料獲取技能微波輔佐獲取分子蒸餾超臨界CO2萃取

  植物性天然香料是以芳香植物的花、枝、葉、草、根、皮、莖、籽或果實等為質料,用水蒸氣蒸餾法、浸提法、壓榨法、吸收法等辦法,出產出來的精油、浸膏、酊劑、香脂、油樹脂和凈油等[1]。植物性天然香料的構成非常復雜,因而在英語中,這類商品被稱為naturalfragrance&flavorcomplex,其首要成分大致能夠分為四類:脂肪族化合物、芳香族化合物、萜烯類化合物和含氮、硫化合物[2]。早在公元8~10世紀,大家就現已知道使用蒸餾法別離出植物性天然香料,到13世紀,大家初次從精油中別離出萜烯類化合物[3]。隨后,又呈現了吸附法、溶劑浸提法等獲取辦法。

  中國植物性天然香料資本非常豐厚,具有500多種芳香植物[4],廣泛散布于云南、廣西、貴州、湖北、廣東、新疆等地區。中國現已開發使用的天然香料約有140多種,出口的天然香料近百種,首要種類有八角油、山蒼子油、香茅油、薰衣草油、肉桂油、香葉油、桉葉油、薄荷油、姜油、玫瑰油、茉莉浸膏、桂花浸膏等,在世界香料市場上占有無足輕重的地位。

  可是相關于豐厚的資本,中國的天然香料深加工技能還處于比照落后的狀況。因為技能的約束中國的香料資本只要部分被開發使用,許多植物性天然香料只能做到初步獲取,一部分商品只能運到國外進行深加工。

  當前,中國工業化獲取植物性天然香料的手法首要是傳統的水蒸氣蒸餾法和有機溶劑萃取法但這兩種辦法都存在著缺乏,水蒸氣蒸餾需要高溫,會損壞熱敏性物質,構成低沸點成分丟失,高沸點成分不易蒸出,然后影響香氣的完好性。有機溶劑萃取會溶解色素和蠟質成分,并有溶劑殘留,影響商品的質量和外觀。因而,探究新的獲取辦法削減對有用成分的損壞,有用獲取出香成分,使天然植物性香料的香氣愈加純粹,變成了近些年來中國天然香料職業比照熱門的研討課題。

  1植物性天然香料獲取辦法的研討進展

  這些年跟著化學別離技能的不斷深化開展,呈現了許多獲取植物性天然香料的新辦法,如超臨界CO2萃取法、分子蒸餾法、微波輔佐萃取法等。

  1.1超臨界CO2萃取法

  超臨界流體技能是近二十多年才開展起來的新獲取別離技能,超臨界流體是指處于臨界溫度以下和臨界壓力以上的流體,具有共同的物理化學性質,兼具氣體和液體的長處:粘度小(近似于氣體)、密度大(挨近于液體),分散系數是液體的幾十倍乃至上百倍,因而具有很強的溶解能力和杰出的流動性及傳遞性。

  通常在工業上,常用的超臨界流體是CO2。CO2無毒、無臭、不燃、價廉易得。CO2的臨界溫度31.4℃(挨近常溫)、臨界壓力7.28MPa。超臨界狀況下的極性處于正己烷和氯仿之間[5]。通過操控壓力和溫度這兩個參數,能夠對方針組分進行有用的挑選。這些性質使得超臨界CO2萃取法格外合適天然植物中脂溶性揮發油、膏狀物、樹脂和熱敏性商品的獲取。

  符史良等人使用超臨界CO2萃取技能從香蘭豆莢中獲取了香蘭素,并研討了溫度和壓力對香蘭素萃取率的的影響[6]。他們以產于海南省的香蘭豆莢為質料獲取香蘭素,斷定了最好的技能條件為萃取壓力35MPa,萃取溫度45℃,別離(Ⅰ)壓力16MPa,別離(Ⅰ)溫度40℃,別離(Ⅱ)壓力6MPa,別離溫度(Ⅱ)40℃,萃取時刻150min。在此條件下,香蘭素萃取率為88.3%。

  劉娜、余德順等人使用超臨界CO2萃取小茴香,并與水蒸氣蒸餾得到的油以及索氏獲取商品的成分進行了比照[7]。超臨界CO2萃取的得率顯著高于水蒸氣蒸餾法和索氏獲取法,超臨界萃取的商品的氣味、色澤均優于后兩種辦法得到的獲取物。索氏獲取法所得的商品成分比照單一,簡直全部是大茴香腦;超臨界萃獲得到的商品與水蒸氣蒸餾得到的精油在成分上的首要區別是脂肪酸的含量,超臨界萃取的商品中的脂肪酸含量大大高于水蒸氣蒸餾的精油。

  梁呈元、佟海英等人使用GCMS對水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2萃取法獲取的薄荷油的成分進行了比照[8]。超臨界CO2萃取法的得油率為2.43%,水蒸氣蒸餾法的得油率為1.15%;兩種辦法獲取的油的首要成分都是薄荷醇,其間超臨界CO2萃取商品的薄荷醇含量為61.8%,而水蒸氣蒸餾的精油的薄荷醇含量為69.4%。能夠看出,超臨界CO2萃取法得油率是水蒸氣蒸餾法的兩倍多,薄荷醇的含量與水蒸氣蒸餾法的相差不大,因而薄荷醇的得率也高于后者。

  超臨界CO2萃取法能夠有用地防止水蒸氣蒸餾時高溫損壞熱敏性成分、有用成分丟失等缺陷;一起也能夠防止有機溶劑萃取時溶解色素、蠟質和溶劑殘留的疑問。超臨界CO2萃取法具有技能簡略、成本低、無溶劑殘留、無毒無污染、溫度條件溫文等長處。往后超臨界CO2萃取法的研討工作將著重于挑選性萃取和商品后處理,一起超臨界CO2萃取與植物性天然香料的別的獲取技能聯合使用還需要進一步深化。

  1.2微波(輔佐)萃取法

  微波是一種頻率在300~300000MHz的電磁波,微波(輔佐)萃取技能是將微波萃取的質料浸于某選定的溶劑中,通過微波反響器發射微波能,使質猜中的化學成分迅速溶出的技能和辦法。微波(輔佐)萃取技能的根本技能流程如下:

  質料預處理→溶劑與物料混合→微波輻射→過濾→濾液→除掉溶劑→萃取組分

  劉曉庚和陳梅梅等人用微波輻射水蒸餾獲取山蒼子果實中的香成分[9]。他們發現微波法所用的時刻只要傳統水蒸氣蒸餾法的四分之一,獲獲得率最高能夠到達8.6%,比水蒸汽蒸餾法得油率進步了2.48%,并且商品中檸檬醛含量最高到達75.9%,進步了6.14%以上。

  趙華、張金生等人使用微波萃取法從新鮮的洋蔥中獲取洋蔥油[10],考察了以二氯甲烷為萃取劑時萃取時刻、萃取溫度、料液比對洋蔥油得率的影響,發現影響得率的主次次序為萃取溫度>料液比>萃取時刻,斷定了優化條件為萃取溫度25℃、料液比1:5、萃取時刻45s,得油率0.70%;一起,他們對磁力拌和法、索氏獲取法和微波萃取法進行了比照,發現微波法具有溫度低、時刻短、得油率高級長處。

  黃桂萍、王青豪等人從柚葉中獲取了香料[11],斷定了微波萃取的最好條件為質料浸泡時刻2h,微波功率360W×40%,微波輻射50s,選用正己烷作萃取劑,在該條件下,獲獲得率為1.03%。

  微波萃取技能與傳統的獲取辦法,如水蒸氣蒸餾、索氏獲取、有機溶劑萃取等對比,具有操作簡便、經濟、省時、有用維護功用成分和風味物質等長處,一起能夠進步商品的收率和純度。盡管當前的微波萃取技能也有一些缺陷,如設備很難有用防止微波走漏,可是經改進后,該技能作為一種新式、高效、節能的辦法,使用遠景非常寬廣。

  1.3微膠囊雙水相萃取法

  雙水相萃取技能最先由瑞典的Albertsson等人在1956年提出,他們初次運用雙水相萃取技能獲取生物物質[12]。中國自20世紀80年代開端對雙水相萃取技能進行研討,當前雙水相萃取技能已廣泛地使用于蛋白質、酶、核酸等生物商品的別離和純化以及藥物有用成分獲取。

  雙水相萃取技能是將兩種不同的水溶性聚合物的水溶液混合,當聚合物到達必定濃度時,系統會分紅互不相溶的兩相,構成雙水相系統,當物質進入雙水相系統后,在兩相間進行挑選性分配,表現出必定的分配系數,然后到達別離純化之意圖[13]。雙水相萃取技能具有較高的挑選性和專一性,能有用獲取醛、酮、醇等弱極性至無極性香味成分。

  微膠囊技能是用格外的辦法將固體、液體或氣體物質包埋封存在一種微型膠囊內而變成固體微粒商品。先將需要包覆的物質(首要為固體和液體)細化變成極端細小的固體顆;蛞旱,以其為中心,使用格外的辦法,將具有成膜功能的聚合物在其外表堆積涂覆,構成無縫薄膜,最終通過別離、枯燥等進程而構成微膠囊,直徑通常在2~200μm,壁厚為0.5~150μm[14]。微膠囊技能距今已有150多年的前史[15],中國在20世紀80年代中期引進了這一概念,通過幾十年的開發研討,微膠囊技能已變成了一項用處廣泛、開展迅速、技能含量高、經濟效益明顯的高新技能,在感光資料、醫藥、食物、農藥、飼料、生物制品、日化等職業得到了廣泛使用。

  這些年,一些科研人員將微膠囊技能和雙水相萃取技能相聯系獲取植物精油,常用β環糊精為首要囊壁資料,關于不同的囊化方針商品按份額配以α環糊精和γ環糊精,糊精囊化的優先性為:含氧萜>含氧芳烴>烯萜>烷烴。

  劉品華對微膠囊雙水相獲取芳香油的技能進行了研討[16]。通常情況下,植物質料粉碎成50~100目;浸提的溫度越高越好,但不宜超過50℃,一起配以拌和;能夠在常溫下靜止分相,但最好在4℃下堅持16h,在0℃下別離、過濾;枯燥最好選用真空枯燥或冷凍升華枯燥。

  郭麗等人使用微膠囊雙水相法從新鮮的柑桔皮中獲取柑桔油,并分別對微膠囊包裹辦法、雙水相系統的挑選和影響萃取率的要素進行了研討[17]。斷定了包裹柑桔油的最好資料為β環糊精;萃取柑桔油的最好微膠囊雙水相系統為β環糊精硫酸鈉水系統;對柑桔油萃取率影響最大的要素為萃取溫度,其次為硫酸鈉濃度,再次為β環糊精濃度,最終是萃取時刻,并斷定了優化條件為萃取溫度30℃、硫酸鈉濃度15%、β環糊精濃度40%、萃取時刻30min。

  微膠囊雙水相萃取法將微膠囊技能與雙水相萃取技能有用地聯系,不只能夠進步芳香油的獲取率和純度,還能防止獲取進程中氧化、聚合,有用維護芳香油中的組分,并且該辦法在低溫常壓下進行,全水系統,安全無毒,囊壁資料可再生使用,關于植物芳香油的獲取有必定的使用遠景。

  往后一段時期內,微膠囊雙水相萃取法首要研討課題是對液液相平衡熱力學模型的探究,加快基礎數據的搜集,尋求一套完好的理論依據;開發新式雙水相系統,尋覓愈加廉價高效的雙水相系統;廢液的收回以及再使用疑問;尋覓愈加安全、無毒副作用、易降解、配伍性好的新式壁材,進一步探究包被辦法,簡化微膠囊化的操作進程。

  1.4超聲波萃取法

  超聲波萃取技能使用超聲波輻射發作的激烈空化效應、擾動效應、高加快度等多級效應,增大物質分子運動頻率和速度,增加溶劑穿透力,然后加快方針成分溶解,推進獲取的進行[14]。超聲波萃取技能與傳統的萃取技能對比,具有快速、價廉、高效的長處;與超臨界流體萃取和微波輔佐萃取對比,超聲波萃取的設備愈加簡略,能夠獲取極性和非極性化合物,而超臨界流體萃取因為通常用CO2作萃取劑,所以僅合適非極性物質的萃取;與微波輔佐萃取對比,超聲波萃取的進程更少,更安全,某些情況下的萃取速度更快。

  有文獻報導,使用超聲波萃取法從桔皮中獲取桔皮芳香油[15],以二氯甲烷為溶劑,用20kHz超聲波萃取10min的得油率比水蒸氣蒸餾2h以及索氏獲取2h的得油率高出2倍以上。

  王玉龍、何璐等人使用超聲波技能從產自遼寧的小茴香中獲取了揮發油[20],對技能進行了優化,并對技能參數進行了數學模擬。他們考察了獲取時刻和溫度對揮發油獲取量的影響,斷定了最好的獲取時刻為30min,溫度為50℃。

  盡管超聲波萃取技能具有許多長處,可是當前,這項技能仍停留在實驗室期間,首要是關于某種成分進行技能簡略的實驗,離大規模工業化使用還有必定的間隔。

  1.5分子蒸餾法

  分子蒸餾是一種在高真空度下進行液液別離操作的接連蒸餾進程。在高真空度的條件下,因為分子蒸餾的加熱面和冷凝面之間的間隔小于或等于被別離物的分子平均自由程,當分子從加熱面上構成的液膜外表上進行蒸騰時,分子間彼此發作碰撞,無阻撓地向冷凝面運動并在冷凝面上冷凝,然后到達別離的意圖[21]。分子蒸餾技能呈現于上世紀20年代[22],并于60、70年代構成工業化。國內于80年代中期開端研制分子蒸餾技能,當前該技能現已使用于石油化工、天然香料等范疇。

  黃敏等人使用分子蒸餾法純化肉桂醛[23],在60℃下蒸餾,能夠將肉桂醛含量由88.7%進步到95.17%。

  畢艷紅、喬旭光等人使用分子蒸餾技能對大蒜油進行了別離純化[24],斷定了一級分子蒸餾的最好技能條件為溫度50℃,真空度200Pa,進料速度1.5mL/min,刮膜轉速200r/min。通過五級分子蒸餾操作,能夠將質猜中的有用成分二烯丙基二硫醚和二烯丙基三硫醚的總純度由6.516%進步到85.03%。

  分子蒸餾作為一種新式的液液別離技能,能夠在遠低于液體沸點的溫度下進行。對比于一般的蒸餾技能,具有蒸餾溫度低、操作壓力低、別離程度高、商品質量高級長處,格外適用于高沸點、高粘度、熱敏性天然商品的別離。

  1.6酶法獲取

  酶法獲取是先使用酶對被獲取物進行酶解,再用別的別離技能如超臨界CO2萃取、水蒸汽蒸餾等對有用成分進行別離。當前,纖維素酶是比照常見的用于獲取植物性成分的酶。纖維素是植物細胞壁的首要成分,纖維素酶能夠使細胞壁及細胞間質中的纖維素、半纖維素等降解,導致細胞壁及細胞間質結構發作部分疏松、脹大、潰散等改變,進步植物細胞壁的通透性,減小有用成分向獲取介質分散的傳質阻力,然后推進傳質進程,進步有用成分的獲取率。

  梅長松、張海永、董國君等人用纖維素酶法在較低溫度下獲取松針中的天然香料物質[25]。他們考察了溫度、pH和纖維素酶與松針的配比(質量比)對得油率的影響,斷定了優化條件為溫度50℃、pH=4.2、纖維素酶與松針配比1:40,并與一般的水獲取法進行了比照,得油率進步了41.7%。

  酶反響溫文、專一性強、催化功率高、操作安全、節省能源、對環境友好,并能有用進步商品質量和收率。

  2定論與展望

  綜上所述,現代的植物性天然香料獲取技能愈加注重商品的質量、獲取功率和效益。前文所說到獲取技能在中國根本還停留在實驗室期間,如何將這些技能完成規;霎a是當前急需處理的課題。一起,這些辦法本身也存在著缺乏,能夠將這些辦法有用地聯系起來,揚長避短,發揮出各自的優勢,進一步進步商品的質量。

  這些年跟著大家環保認識的增強以及越來越注重本身健康,天然香料和用天然香料分配的香精將變成花費的干流。天然香料在歐美市場上很受期待,其報價也遠遠高于一般的合成香料。天然香料的深加工在世界上已變成了一個主要的工業,印度的植物性天然香料工業近幾年以年均近20%的速度增加,遠遠高于中國。盡管中國天然香料的資本豐厚,但開發使用卻落后于印度,中國一些優勢商品也受到了來自印度的極大沖擊,一些商品乃至現已停產。因而,研討和探究新的獲取技能,進一步開發中國芳香植物資本,進步商品的質量,處理好天然香料工業的開展瓶頸,加強中國天然香料商品的世界競爭力,是中國天然香料職業的必行之路。

 


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