我國植物性天然香料提取技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

畢寒，閻峰

我國植物性天然香料提取技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

畢寒，閻峰

（沈陽化工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)學(xué)院， 遼寧 沈陽 110142）

介紹了目前植物性天然香料的幾種提取技術(shù)；對水蒸氣蒸餾法、壓榨法、吸附法、浸提法、水?dāng)U散法、超臨界CO2萃取法、微膠囊雙水相萃取法、分子蒸餾法、微波輔助萃取法、超聲波萃取法和生物法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了綜述；對我國植物性天然香料工業(yè)的現(xiàn)狀進(jìn)行了概括。

天然香料；水蒸氣蒸餾法；超臨界CO2萃取法；香料工業(yè)

香料，是一種具有芳香氣味的物質(zhì)，是配制香精的原料，其廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飲料和化妝品等各類日用品行業(yè)，與人們的生活息息相關(guān)。可以按照其來源分成天然香料和合成香料。天然香料是從芳香植物的莖、葉、花、果實(shí)種子和根，或從某些動物的分泌液中提取出來的具有一定揮發(fā)性且成分比較復(fù)雜的物質(zhì)。我國植物性天然香料資源十分豐富，已經(jīng)出口的種類就達(dá)140余種[1]，如常見的八角油、香茅油、薰衣草油、桉葉油、薄荷油、玫瑰油和茉莉浸膏等。本文主要對植物性天然香料的提取技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。

1 傳統(tǒng)提取技術(shù)

1.1 水蒸氣蒸餾法

在植物性天然香料的提取工業(yè)中，水蒸氣蒸餾法是應(yīng)用最廣泛的一種技術(shù)，其操作簡單、成本低、產(chǎn)量大，目前我國絕大多數(shù)植物香料都是通過該方法制取精油。其最大的缺點(diǎn)在于提取時(shí)間較長，溫度較高，系統(tǒng)開放，容易造成部分易氧化、易分解的成分被破壞，且許多高沸點(diǎn)的物質(zhì)不易被蒸出，影響收率。高宏建[2]等人通過該方法從煙草中提取香料成分，并通過正交試驗(yàn)對料液比、浸泡時(shí)間、浸泡液濃度和蒸餾時(shí)間等因素進(jìn)行了優(yōu)化，最高得油率為1.710 4%。

水蒸氣蒸餾法有水中蒸餾、水上蒸餾和水汽蒸餾三種形式。除應(yīng)用最廣泛的水中蒸餾外，水上蒸餾和水汽蒸餾的提取效率更高，產(chǎn)品質(zhì)量更好，但其需要附設(shè)鍋爐等設(shè)備，因此適合大規(guī)模生產(chǎn)。且生產(chǎn)過程中加熱方式、調(diào)控溫度和壓力對出油率都會產(chǎn)生影響。因此加壓串蒸、連續(xù)蒸餾、帶復(fù)餾柱蒸餾、以及蝸輪式快速水蒸氣蒸餾等形式被逐步設(shè)計(jì)出來。如Phineas[3]對裝置進(jìn)行了改裝，不僅提高了收率，而且節(jié)省了能耗，減少環(huán)境污染。

1.2 壓榨法

壓榨法通過機(jī)械冷榨的方式從植物果皮中提取成分，再經(jīng)離心機(jī)分離，獲得純度較高的產(chǎn)品。我國目前企業(yè)生產(chǎn)中主要有螺旋壓榨法和整果冷磨法兩種。該方法最大的優(yōu)點(diǎn)是在常溫下即可進(jìn)行，保證了精油中萜烯類化合物的結(jié)構(gòu)不被破壞，從而獲得質(zhì)量較好的芳香油。缺點(diǎn)在于應(yīng)用范圍較窄，只適用于柑橘類等含油量較高的植物，且出油率低，壓榨后的殘?jiān)栌盟魵庹麴s等方式繼續(xù)提取，不適于工業(yè)推廣。

1.3 吸附法

利用某些動物油如豬油、牛油或橄欖油、麻油等植物油作溶劑，從植物花葉中制取浸膏，能夠保證植物芳香成分不被破壞，產(chǎn)品香氣極佳。吸附法與浸提法的原理類似，不同之處在于采用非揮發(fā)性溶劑或利用某些固體吸附劑吸收香氣物質(zhì)，能夠富集、固定某種特定成分，其缺點(diǎn)在于只能提取低沸點(diǎn)物質(zhì)，高沸點(diǎn)的組分一般產(chǎn)率較低 。鮮花中較易揮發(fā)的香氣成分宜采用吸收法進(jìn)行捕集，但由于其操作步驟繁瑣、生產(chǎn)周期較長且產(chǎn)率不高等因素，目前應(yīng)用的并不多。[4]

1.4 浸提法

浸提法以相似相容原理，通過浸泡的方式，使植物中的芳香物質(zhì)溶解到易揮發(fā)的有機(jī)溶劑中，再通過蒸餾去除溶劑，獲得精油。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于室溫或低溫下即可進(jìn)行提取，保證了易揮發(fā)性組分的質(zhì)量。工業(yè)上主要有固定浸提、攪拌浸提、轉(zhuǎn)動浸提和逆流浸提四種。[5]我國目前應(yīng)用較廣的是轉(zhuǎn)動浸提，其他幾種對設(shè)備要求較高，成本較大，因此該方法并未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

2 新型提取技術(shù)

2.1 水?dāng)U散法

水?dāng)U散裝置分為裝料室、萃取室和冷凝室，其工作原理不同于傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法，蒸氣在低壓下從上向下運(yùn)動，將提取成分從內(nèi)向外擴(kuò)散，受重力的作用將混合物帶入冷凝器，從而實(shí)現(xiàn)香料的提取。其優(yōu)點(diǎn)在于克服了以往水蒸氣從下而上，蒸餾時(shí)間長而造成的精油產(chǎn)量不佳和成分不純等缺點(diǎn)，整個(gè)裝置可移動性強(qiáng)，操作簡單且節(jié)約能源。周榮琪[6]用公丁香和桔皮兩種物料做了對比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法還可能造成某些精油成分與水蒸氣發(fā)生水解反應(yīng)，或者有受熱分解、氧化、聚合等副反應(yīng)的發(fā)生，造成收率低下。而水?dāng)U散法強(qiáng)化了擴(kuò)散作用，抑制了水解和熱解反應(yīng)的發(fā)生。

2.2 超臨界CO2萃取法

超臨界流體萃取技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的一種新型分離技術(shù)，在有機(jī)化合物分離提純中扮演著重要角色。CO2具有無毒、無臭等特點(diǎn)，且價(jià)廉易得，臨界壓力為7.28 MPa，最重要的是其臨界溫度在31℃左右，有效避免了因溫度過高導(dǎo)致的化合物分解，特別適合用于樹脂和熱敏性植物香料的萃取，通過該方法所得產(chǎn)物能夠保留住較多的含氧化合物和少量的單萜烴，產(chǎn)品底香較好，香氣持久[7]。梁呈元[8]等人通過超臨界CO2萃取法對薄荷油的有效成分進(jìn)行了提取，并與常規(guī)的水蒸氣蒸餾法進(jìn)行了對比，分別得到2.43%和1.15%的產(chǎn)率。符史良[9]等人利用該方法從香蘭豆莢中提取了香蘭素，得到了88.3%的收率，并用高效液相色譜(HPLC)測定了香料中的香蘭素的含量，同時(shí)探究不同溫度和壓力對提純效果的影響，找到最佳工藝條件為45℃ 的萃取溫度和35 MPa的萃取壓力。劉娜[10]等人利用該方法從茴香中提取脂肪酸，并與水蒸氣蒸餾法的效果進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)超臨界CO2萃取法不僅在收率上遠(yuǎn)大于后者，且在精油的成分上也有很大不同，避免了有效成分的丟失。

超臨界CO2萃取法具有成本低，無污染，實(shí)驗(yàn)條件溫和且工藝簡單等特點(diǎn)，在植物性天然香料提取中具有重要意義，由于其發(fā)展時(shí)間較短，操作過程需要在高壓下進(jìn)行,設(shè)備投資與操作費(fèi)用較高,常用于生產(chǎn)貴重的、高附加值的產(chǎn)品[11]，因而在與其他提取技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用還需進(jìn)一步深入研究。

2.3 微膠囊雙水相萃取法

微膠囊技術(shù)從二十世紀(jì)初就有了很大的發(fā)展，將某些具有成膜性能的聚合物覆蓋在需要包裹的物質(zhì)表面，形成無縫薄膜再通過分離、干燥等過程形成微膠囊，其直徑和內(nèi)壁厚度大約為幾十微米。雙水相萃取技術(shù)是將不同濃度的聚合物溶液混合，形成互不相容的雙水相體系，根據(jù)不同物質(zhì)在兩相的選擇性分配從而達(dá)到分離純化目的。我國近30年來對該技術(shù)的研究取得了突破性的進(jìn)展，在蛋白質(zhì)、核酸等生物產(chǎn)品分離純化和植物中醇、醛、酮等弱極性或無極性香味成分的提取中有很大的應(yīng)用。劉品華[12]等人通過該方法從植物中提取香油，發(fā)現(xiàn)在低于50 ℃的條件下，將植物原料粉碎成50～100目，通過微膠囊法雙水相萃取，經(jīng)靜置、分離得到了目標(biāo)成分，并探究了囊化萃取的最佳分配比，避免了因高溫而發(fā)生的氧化、聚合等反應(yīng)的發(fā)生。郭麗[13]等人通過該方法從植物中提取柑橘油，以β-環(huán)糊精為包裹材料，以β-環(huán)糊精硫酸鈉水體系為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在萃取溫度30 ℃、硫酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%、β-環(huán)糊精濃度40%的條件下萃取30 min，得到最好效果，并發(fā)現(xiàn)溫度是影響萃取效果的最大因素。

雙水相萃取技術(shù)與微膠囊的結(jié)合，不僅提高了分離效果，還有效避免了氧化、聚合等反應(yīng)的發(fā)生，能夠保護(hù)更多的成分不被破壞，安全無毒，在植物性香料提取中具有重要意義。

2.4 分子蒸餾法

大多數(shù)天然香料都屬于熱敏性物質(zhì)，在高溫下蒸餾會導(dǎo)致許多副反應(yīng)（如熱解、聚合）的發(fā)生，造成產(chǎn)品損失。分子蒸餾法較好的克服這一障礙，通過減壓的方式來降低產(chǎn)品沸點(diǎn)，分離過程無沸騰、鼓泡等現(xiàn)象，蒸餾前后組分性質(zhì)幾乎不受影響，可將芳香油中的某一主要成分進(jìn)行濃縮，并除去異臭和帶色雜質(zhì)，提高其純度，特別適用于高沸點(diǎn)、易氧化和熱敏性強(qiáng)的產(chǎn)物的分離。高旭[14]等人通過該方法從煙草中提取香料成分，通過改變壓力來降低餾分沸點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在接近真空（0.1 Pa）的條件下，得到60 ℃的餾分純度很高，為理想提純香料。

2.5 微波輔助萃取法

微波是一種波長短、頻率高電磁波，通過輻射作用使植物某些組織或細(xì)胞破裂從而釋放具有香料性質(zhì)的物質(zhì)，再利用有機(jī)溶劑將其提取，進(jìn)而達(dá)到從植物組織中提取香料的目的。由于植物組織中不同組分對微波吸收能力不同，因此加熱效應(yīng)表現(xiàn)出很好的選擇性。被提取的物質(zhì)與溶劑在微波作用下能夠發(fā)生劇烈共振，因此該方法具有快速、節(jié)能、污染小的特點(diǎn)[15]，在某些香料如乙酸芳樟酯和芳樟醇[16]的提取中具有重要意義。

2.6 超聲波萃取法

超聲波是頻率大于20 000 Hz的機(jī)械波，通過其輻射產(chǎn)生的空化、擾動等多級效應(yīng)，使得某些組織或細(xì)胞迅速破裂從而有效成分被萃取劑捕獲，該方法與傳統(tǒng)的萃取技術(shù)相比，具有快速、成本低，效率高等優(yōu)點(diǎn)。王玉龍[17]等人利用該方法從茴香中提煉油脂，發(fā)現(xiàn)在50 ℃的條件下萃取三十分鐘能獲得較大收率。楊海燕[18]等人通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在45 ℃條件下，濃度在10g/50mL左右，超聲震蕩2 h，比普通萃取效果提高40%左右。

2.7 生物法

植物細(xì)胞壁對細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有保護(hù)作用，而芳香成分大多存在于細(xì)胞質(zhì)中，這便加大了芳香物質(zhì)提取難度。纖維素酶的研究對破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)從而更好的釋放香料成分具有重要意義，酶法提取不僅避免了高溫條件和副反應(yīng)的發(fā)生，而且提取時(shí)間短。成本低，工藝操作簡單。馬燕[19]等人通過該方法從杏仁中提取芳香油，優(yōu)化工藝條件后收率可達(dá)43.24%。梅長松[20]等通過該方法從松葉中提取芳香成分，優(yōu)化工藝后收率可達(dá)40%以上。

隨著近年來生物工程領(lǐng)域的快速發(fā)展，除酶工程外，植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)、微生物生產(chǎn)香料、膜分離技術(shù)等的研究也對香料提取技術(shù)做出巨大貢獻(xiàn)，但目前還沒有相關(guān)文獻(xiàn)的發(fā)表和生產(chǎn)工藝的公開。

3 展望

隨著世界各國尤其是發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)的快速增長以及消費(fèi)水平的不斷提高，對食品和各式各樣日用品的品質(zhì)要求的提升帶動并加速了世界香精工業(yè)的發(fā)展。我國近幾十年香精香料的發(fā)展從產(chǎn)品數(shù)量、生產(chǎn)規(guī)模、管理體制和技術(shù)創(chuàng)新等方面都取得了突破性的進(jìn)展。我國是植物性香料的主要供應(yīng)國，全國20多個(gè)省尤其云南、廣西等是植物性天然香料重要生產(chǎn)地，現(xiàn)已工業(yè)化生產(chǎn)的種類就達(dá)100多種，年出口量達(dá)8萬噸以上[21]，但提取技術(shù)相對美國等發(fā)達(dá)國家還存在一定差距，如我國目前還是以水蒸氣蒸餾等常規(guī)方法進(jìn)行提取，上文中介紹的許多方法如微波輔助萃取、超聲波輔助萃取等還未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，生物工程領(lǐng)域仍然處于實(shí)驗(yàn)室階段。因此，加強(qiáng)對新的提取技術(shù)的研究，進(jìn)一步開發(fā)我國規(guī)模宏大的芳香植物資源，提高天然香料產(chǎn)品的國際競爭力，是我國香料工業(yè)的努力方向。

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Development Status and Trend of Extraction Technology ofPlant Natural Spices in China

（College of Applied Chemistry, Shenyang University of Chemical Technology, Liaoning Shenyang 110142, China）

Several extraction techniques of plant natural spices were introduced. Advantages and disadvantages of steam distillation, pressing, adsorption, extraction, water diffusion, supercritical CO2extraction, microcapsule two-phase extraction, molecular distillation, microwave-assisted extraction, ultrasonic extraction and biological methods were discussed. The present situation of botanical natural spice industry in China was summarized.

natural spice; steam distillation; supercritical CO2extraction; perfume industry

遼寧省精細(xì)化工協(xié)同創(chuàng)新中心協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目，項(xiàng)目號：000053。

2017-04-30

畢寒（1993-），男，碩士研究生，遼寧大連人，研究方向：精細(xì)化學(xué)品的合成。

TQ 654+.2

A

1004-0935（2017）07-0714-04