浅谈香料提取新技术

浅谈天然植物香料提取新技术我国拥有丰富的植物性天然香料资源，有500余种芳香植物广泛分布于20个省（市、区），但由于提取加工工艺落后，只有部分香料资源被开发利用，很多植物性天然香料只能进行初步提取，而且收率和纯度都较低，甚至还有一些天然原料被销往国外进行深加工。这不仅导致了我国植物性天然香料紧缺，而且严重浪费了宝贵资源，因此天然香料的加工工艺一直是近年来研究的重点。芳香植物中天然香料的传统提取方法主要有水蒸气蒸馏法、溶剂浸提法、压榨法和吸附法４种。这些方法或多或少都存在一些缺陷，随着科学技术的不断进步，新型提取工艺技术快速兴起，提高了天然植物香料的品质。天然植物香料的新提取技术主要有以下几种：一．微波辐照诱导萃取法：微波辐照过程中微波射线可自由透过对微波透明的萃取介质。到达植物物料的内部维管束和腺胞系统。由于吸收微波能，物料内部温度突然升高，天然物料的维管束和腺胞系统升温更快，保持此温度直至其内部压力超过细胞壁膨胀的能力，细胞破裂。位于细胞内的香料物质从细胞壁自由流出。传递转移至萃取介质周围，在较低的温度下(或说“冷态”)被萃取介质捕获并溶解其中。过滤分离残渣，即得萃取物微波辐照诱导萃取技术适用于任何天然物的萃取，不受限制都可达到高效、快速、高度选择性、安全无害环境的要求。微波辐照产生的热仅限于天然物，如香料植物的维管束组织的内部。物料与所选用的萃取介质处于施加的微波场中，萃取介质对于微波射束是透明的。微波能作用于植物组织内部产生所需要的温度(植物组织中含有水分，吸收微波能产生热量)。而物料周围几乎不发热，仍保持环境温度。微波辐照诱导萃取技术的步骤为：①物科切碎，便于吸收微波能；②选用对微波透明的或部分透明的萃取剂接触物料；③物料与萃取剂混和置于微波发生器内接受辐照，物料成分吸收微波能，此时发生实质性萃取过程；④从萃取相分离出残渣；⑤回收萃取物，若萃取物可直接使用，那就不需要除去萃取剂。与常规蒸馏法和萃取法相比，微波辐照诱导萃取法得到的产品品质最好，色泽浅，而且还体现出生产的高效率和高选择性，以及不会破坏天然热敏物质的结构等优点，其不足之处是只能获得部分主要组分。二．超临界流体萃取法：超临界流体萃取（SFE，简称超临界萃取）是一种将超临界流体作为萃取剂，把一种成分（萃取物）从混合物（基质）中分离出来的技术。二氧化碳（CO2）是最常用的超临界流体。超临界流体萃取分离过程的原理是超临界流体对脂肪酸、植物碱、醚类、酮类、甘油酯等具有特殊溶解作用，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，所以超临界流体萃取过程是由萃取和分离组合而成的。超临界流体萃取是一种较新的萃取技术，是由萃取和分离两部分组合而成的，具有在较低的温度下操作、效率高、溶剂易分离等特点，同时用CO2作萃取剂，萃取过程不发生化学变化，不燃烧、无异味、无臭、无毒、安全性高、价廉易得，不会造成环境污染。但是超临界流体萃取的原料并不适合于含水量过大的水果类天然香精的制备，且设备投资大，技术要求高。三．分子蒸馏技术：分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法，这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离。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。分子蒸馏技术是一种新型的液—液分离或精细分离的高新技术。分子蒸馏是在低氧惰性条件下进行的，具有蒸馏温度低，物料受热时间短，操作压力低（真空度高），分离程度及产率高，产品品质好，天然物质的成分在蒸馏前后不会有太大变化，分离后的产品可避免有机溶剂污染等优点；特别适应于对高沸点、热敏性以及易氧化物料的分离纯化。该技术已经广泛应用于石油化工和食品香料等领域，特别适应于天然物质的提取与分离。以上各种制备天然香料的方法各有其优缺点，并且分别适合不同的对象，为获得天然逼真、具有独特香韵的高品质香料提供了有力保证。但是由于天然果味香料自身的特性，如香味物质含量低、挥发性高、易裂解等，以上各种方法还有不尽人意的地方，广大科研工作者一直在探索适合果味香料的新加工工艺方法。对于大多数水果而言，由于香味挥发性物质的含量较低，无法实现水和油的分层，挥发物只存在于水相中。这些在水相中的香味挥发物无法直接用于香精的调配。如何将这些香味成分分离浓缩，得到果汁香气成分的浓缩物，是调配水果香韵香精必须解决的一个问题。要解决这一问题，制备果味香料时应在不损坏芳香物质的前提下，将它们分离提取，并以浓缩的形式保存，使之尽量接近水果在食用时所具有的香气，但利用上述几种方法均不能有效解决果味香精的分离和提取问题。四．旋转锥体柱蒸馏方法：旋转锥体柱蒸馏方法（SpinningConeColumn,SCC）是天然香料提取中使用较为前沿的技术，Sykes,Pyle等人对此技术进行了较为详细的报道。旋转锥体柱分离装置的核心是SCC分离柱，人们将其认为是蒸馏或反萃取柱，它属于填充柱、板式柱和泡罩柱等传质装置的一种。其主体部分是１个中心带转轴的直立不锈钢柱体，内部由交替的旋转锥和固定锥堆叠而成，旋转锥与轴相联，固定锥安装在圆柱的内壁上。工作时，物料沿锥体表面层层落下，蒸汽在真空下把来自液体或浆类物质的香气和可溶性物质萃取分离出来。SCC最大的特点是，由于锥形碟片旋转，离心作用可将产品摊铺成薄膜，这样蒸汽可将产品中需要提取的挥发性物质完整地提取出来。同时，由于蒸汽同产品薄膜的充分接触，相互进行了充分的传热和传质，也能将需要萃取出的可溶性物质完全萃取出来，溶于溶剂中。这样既可分离出挥发性物质，也可萃取出可溶性物质。在同样的能耗下，SCC系统提取出的挥发性物质最完全，萃出的可溶性物质最多。据报导，SCC效率比填充柱高４—５倍，可以处理各种形态（含很黏的）的物料。SCC的分离时间很短，操作温度可控制在30—120℃。这些优点使它在处理热敏性的有香成分时，能保持其天然风味，这正是SCC受到广泛关注的主要原因之一。这种方法20世纪30年代在美国发展迅速，近年在澳大利亚又得到了改良，并获得了较大规模的应用。20世纪80年代末，澳大利亚公司Flavourfech应用SCC蒸馏新技术，成功地从牛奶中分离出带有青草风味的化合物。1992年，SCC蒸馏技术被商业化，并成功地应用在欧洲的酿酒工业，利用它从发酵酒中分离出大量的酒精，也可以从酒中提取有香成分，用来制造所谓的没有酒精的饮料酒。该技术目前正得到广泛的认可，2004年受到国际葡萄与葡萄酒组织的推荐，美国、智利和澳大利亚已经允许使用这种技术。不少国家已经使用SCC来生产高质量的速溶咖啡和茶饮料。Flavourfech称SCC提取的茶叶萃取物中，Ｅ－2－己烯醛及芳樟醇的含量比其他方法高6倍，而比另一些具有茶风味的醛类等高达15倍；用SCC分离出的西红柿萃取物更具天然感；同样SCC在柑橘工业、草药、辛香料等领域均有广泛的应用前景。此后SCC被广泛地应用在食品和香料香精工业的有关领域。SCC特别适用于汽提和保存果味香味物质，以及萃取可溶性物质。其优点主要有：①提取出的挥发性物质最完整，回收的量最多；②萃取出可溶性物质的时间最短，且含量最高；③适用产品黏度非常大，黏度高达20000cps的产品也可适用；④能耗低。目前，SCC在20多个国家被使用，应用领域广泛。世界著名的香精香料公司均采用与此法相应的设备生产果味天然香精香料。国际上著名公司已应用该技术进行香料工业化生产。但是国内对该技术的引进应用至今几乎是空白。通过开展对SCC法生产香味香精的研制和广泛应用，一定能够为提供质量一流的天然香料产品起较大的作用，并能有效地利用我国的天然资源，提高天然水果资源的应用价值和经济价值。研发部雷赛芬