我国植物性天然香料提取技术的发展现状及趋势

毕寒，阎峰

我国植物性天然香料提取技术的发展现状及趋势

毕寒，阎峰

（沈阳化工大学应用化学学院， 辽宁 沈阳 110142）

介绍了目前植物性天然香料的几种提取技术；对水蒸气蒸馏法、压榨法、吸附法、浸提法、水扩散法、超临界CO2萃取法、微胶囊双水相萃取法、分子蒸馏法、微波辅助萃取法、超声波萃取法和生物法的优缺点进行了综述；对我国植物性天然香料工业的现状进行了概括。

天然香料；水蒸气蒸馏法；超临界CO2萃取法；香料工业

香料，是一种具有芳香气味的物质，是配制香精的原料，其广泛地应用于食品、医药、饮料和化妆品等各类日用品行业，与人们的生活息息相关。可以按照其来源分成天然香料和合成香料。天然香料是从芳香植物的茎、叶、花、果实种子和根，或从某些动物的分泌液中提取出来的具有一定挥发性且成分比较复杂的物质。我国植物性天然香料资源十分丰富，已经出口的种类就达140余种[1]，如常见的八角油、香茅油、薰衣草油、桉叶油、薄荷油、玫瑰油和茉莉浸膏等。本文主要对植物性天然香料的提取技术进行了总结。

1 传统提取技术

1.1 水蒸气蒸馏法

在植物性天然香料的提取工业中，水蒸气蒸馏法是应用最广泛的一种技术，其操作简单、成本低、产量大，目前我国绝大多数植物香料都是通过该方法制取精油。其最大的缺点在于提取时间较长，温度较高，系统开放，容易造成部分易氧化、易分解的成分被破坏，且许多高沸点的物质不易被蒸出，影响收率。高宏建[2]等人通过该方法从烟草中提取香料成分，并通过正交试验对料液比、浸泡时间、浸泡液浓度和蒸馏时间等因素进行了优化，最高得油率为1.710 4%。

水蒸气蒸馏法有水中蒸馏、水上蒸馏和水汽蒸馏三种形式。除应用最广泛的水中蒸馏外，水上蒸馏和水汽蒸馏的提取效率更高，产品质量更好，但其需要附设锅炉等设备，因此适合大规模生产。且生产过程中加热方式、调控温度和压力对出油率都会产生影响。因此加压串蒸、连续蒸馏、带复馏柱蒸馏、以及蜗轮式快速水蒸气蒸馏等形式被逐步设计出来。如Phineas[3]对装置进行了改装，不仅提高了收率，而且节省了能耗，减少环境污染。

1.2 压榨法

压榨法通过机械冷榨的方式从植物果皮中提取成分，再经离心机分离，获得纯度较高的产品。我国目前企业生产中主要有螺旋压榨法和整果冷磨法两种。该方法最大的优点是在常温下即可进行，保证了精油中萜烯类化合物的结构不被破坏，从而获得质量较好的芳香油。缺点在于应用范围较窄，只适用于柑橘类等含油量较高的植物，且出油率低，压榨后的残渣需用水蒸气蒸馏等方式继续提取，不适于工业推广。

1.3 吸附法

利用某些动物油如猪油、牛油或橄榄油、麻油等植物油作溶剂，从植物花叶中制取浸膏，能够保证植物芳香成分不被破坏，产品香气极佳。吸附法与浸提法的原理类似，不同之处在于采用非挥发性溶剂或利用某些固体吸附剂吸收香气物质，能够富集、固定某种特定成分，其缺点在于只能提取低沸点物质，高沸点的组分一般产率较低 。鲜花中较易挥发的香气成分宜采用吸收法进行捕集，但由于其操作步骤繁琐、生产周期较长且产率不高等因素，目前应用的并不多。[4]

1.4 浸提法

浸提法以相似相容原理，通过浸泡的方式，使植物中的芳香物质溶解到易挥发的有机溶剂中，再通过蒸馏去除溶剂，获得精油。该方法的优点在于室温或低温下即可进行提取，保证了易挥发性组分的质量。工业上主要有固定浸提、搅拌浸提、转动浸提和逆流浸提四种。[5]我国目前应用较广的是转动浸提，其他几种对设备要求较高，成本较大，因此该方法并未实现大规模生产。

2 新型提取技术

2.1 水扩散法

水扩散装置分为装料室、萃取室和冷凝室，其工作原理不同于传统的水蒸气蒸馏法，蒸气在低压下从上向下运动，将提取成分从内向外扩散，受重力的作用将混合物带入冷凝器，从而实现香料的提取。其优点在于克服了以往水蒸气从下而上，蒸馏时间长而造成的精油产量不佳和成分不纯等缺点，整个装置可移动性强，操作简单且节约能源。周荣琪[6]用公丁香和桔皮两种物料做了对比实验,发现传统的水蒸气蒸馏法还可能造成某些精油成分与水蒸气发生水解反应，或者有受热分解、氧化、聚合等副反应的发生，造成收率低下。而水扩散法强化了扩散作用，抑制了水解和热解反应的发生。

2.2 超临界CO2萃取法

超临界流体萃取技术是二十世纪八十年代发展起来的一种新型分离技术，在有机化合物分离提纯中扮演着重要角色。CO2具有无毒、无臭等特点，且价廉易得，临界压力为7.28 MPa，最重要的是其临界温度在31℃左右，有效避免了因温度过高导致的化合物分解，特别适合用于树脂和热敏性植物香料的萃取，通过该方法所得产物能够保留住较多的含氧化合物和少量的单萜烃，产品底香较好，香气持久[7]。梁呈元[8]等人通过超临界CO2萃取法对薄荷油的有效成分进行了提取，并与常规的水蒸气蒸馏法进行了对比，分别得到2.43%和1.15%的产率。符史良[9]等人利用该方法从香兰豆荚中提取了香兰素，得到了88.3%的收率，并用高效液相色谱(HPLC)测定了香料中的香兰素的含量，同时探究不同温度和压力对提纯效果的影响，找到最佳工艺条件为45℃ 的萃取温度和35 MPa的萃取压力。刘娜[10]等人利用该方法从茴香中提取脂肪酸，并与水蒸气蒸馏法的效果进行了对比，发现超临界CO2萃取法不仅在收率上远大于后者，且在精油的成分上也有很大不同，避免了有效成分的丢失。

超临界CO2萃取法具有成本低，无污染，实验条件温和且工艺简单等特点，在植物性天然香料提取中具有重要意义，由于其发展时间较短，操作过程需要在高压下进行,设备投资与操作费用较高,常用于生产贵重的、高附加值的产品[11]，因而在与其他提取技术的联合应用还需进一步深入研究。

2.3 微胶囊双水相萃取法

微胶囊技术从二十世纪初就有了很大的发展，将某些具有成膜性能的聚合物覆盖在需要包裹的物质表面，形成无缝薄膜再通过分离、干燥等过程形成微胶囊，其直径和内壁厚度大约为几十微米。双水相萃取技术是将不同浓度的聚合物溶液混合，形成互不相容的双水相体系，根据不同物质在两相的选择性分配从而达到分离纯化目的。我国近30年来对该技术的研究取得了突破性的进展，在蛋白质、核酸等生物产品分离纯化和植物中醇、醛、酮等弱极性或无极性香味成分的提取中有很大的应用。刘品华[12]等人通过该方法从植物中提取香油，发现在低于50 ℃的条件下，将植物原料粉碎成50～100目，通过微胶囊法双水相萃取，经静置、分离得到了目标成分，并探究了囊化萃取的最佳分配比，避免了因高温而发生的氧化、聚合等反应的发生。郭丽[13]等人通过该方法从植物中提取柑橘油，以β-环糊精为包裹材料，以β-环糊精硫酸钠水体系为实验环境，在萃取温度30 ℃、硫酸钠质量分数15%、β-环糊精浓度40%的条件下萃取30 min，得到最好效果，并发现温度是影响萃取效果的最大因素。

双水相萃取技术与微胶囊的结合，不仅提高了分离效果，还有效避免了氧化、聚合等反应的发生，能够保护更多的成分不被破坏，安全无毒，在植物性香料提取中具有重要意义。

2.4 分子蒸馏法

大多数天然香料都属于热敏性物质，在高温下蒸馏会导致许多副反应（如热解、聚合）的发生，造成产品损失。分子蒸馏法较好的克服这一障碍，通过减压的方式来降低产品沸点，分离过程无沸腾、鼓泡等现象，蒸馏前后组分性质几乎不受影响，可将芳香油中的某一主要成分进行浓缩，并除去异臭和带色杂质，提高其纯度，特别适用于高沸点、易氧化和热敏性强的产物的分离。高旭[14]等人通过该方法从烟草中提取香料成分，通过改变压力来降低馏分沸点，发现在接近真空（0.1 Pa）的条件下，得到60 ℃的馏分纯度很高，为理想提纯香料。

2.5 微波辅助萃取法

微波是一种波长短、频率高电磁波，通过辐射作用使植物某些组织或细胞破裂从而释放具有香料性质的物质，再利用有机溶剂将其提取，进而达到从植物组织中提取香料的目的。由于植物组织中不同组分对微波吸收能力不同，因此加热效应表现出很好的选择性。被提取的物质与溶剂在微波作用下能够发生剧烈共振，因此该方法具有快速、节能、污染小的特点[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义。

2.6 超声波萃取法

超声波是频率大于20 000 Hz的机械波，通过其辐射产生的空化、扰动等多级效应，使得某些组织或细胞迅速破裂从而有效成分被萃取剂捕获，该方法与传统的萃取技术相比，具有快速、成本低，效率高等优点。王玉龙[17]等人利用该方法从茴香中提炼油脂，发现在50 ℃的条件下萃取三十分钟能获得较大收率。杨海燕[18]等人通过正交试验发现在45 ℃条件下，浓度在10g/50mL左右，超声震荡2 h，比普通萃取效果提高40%左右。

2.7 生物法

植物细胞壁对细胞结构具有保护作用，而芳香成分大多存在于细胞质中，这便加大了芳香物质提取难度。纤维素酶的研究对破坏细胞壁结构从而更好的释放香料成分具有重要意义，酶法提取不仅避免了高温条件和副反应的发生，而且提取时间短。成本低，工艺操作简单。马燕[19]等人通过该方法从杏仁中提取芳香油，优化工艺条件后收率可达43.24%。梅长松[20]等通过该方法从松叶中提取芳香成分，优化工艺后收率可达40%以上。

随着近年来生物工程领域的快速发展，除酶工程外，植物组织与细胞培养、微生物生产香料、膜分离技术等的研究也对香料提取技术做出巨大贡献，但目前还没有相关文献的发表和生产工艺的公开。

3 展望

随着世界各国尤其是发展中国家经济的快速增长以及消费水平的不断提高，对食品和各式各样日用品的品质要求的提升带动并加速了世界香精工业的发展。我国近几十年香精香料的发展从产品数量、生产规模、管理体制和技术创新等方面都取得了突破性的进展。我国是植物性香料的主要供应国，全国20多个省尤其云南、广西等是植物性天然香料重要生产地，现已工业化生产的种类就达100多种，年出口量达8万吨以上[21]，但提取技术相对美国等发达国家还存在一定差距，如我国目前还是以水蒸气蒸馏等常规方法进行提取，上文中介绍的许多方法如微波辅助萃取、超声波辅助萃取等还未实现工业化生产，生物工程领域仍然处于实验室阶段。因此，加强对新的提取技术的研究，进一步开发我国规模宏大的芳香植物资源，提高天然香料产品的国际竞争力，是我国香料工业的努力方向。

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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

辽宁省精细化工协同创新中心协同创新团队资助项目，项目号：000053。

2017-04-30

毕寒（1993-），男，硕士研究生，辽宁大连人，研究方向：精细化学品的合成。

TQ 654+.2

A

1004-0935（2017）07-0714-04