植物中天然香料的提取与香料成分分析肉桂油的提取.docx

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植物中天然香料的提取与香料成分分析肉桂油的提取

大学化学化工学院

本科学生综合性、设计性实验

实验报告

实验课程化工专业实验

实验项目植物中天然香料的提取及香料成分分析

专业化学工程与工艺班级

学号13052000

指导教师及职称梁红（教授）、（教授）

开课学期2015至2016学年第一学期

时间2015年12月18日

2015年12月25日

植物中天然香料的提取及香料成分分析

——肉桂油的提取

（大学化学化工学院）

摘要天然肉桂精油作为一种传统的中药具有许多重要的生理功能和心理功能，广泛应用于医药、食品、个人护理用品、农业化学品等行业。

本文简单介绍一下利用水蒸气蒸馏法从肉桂皮提取肉桂油。

为更好的对肉桂油成分进行分析，进行了折光率以及红外光谱两个指标进行检测、分析。

关键词肉桂皮；肉桂油；水蒸气蒸馏；成分分析；折光率；红外光谱

一、引言

肉桂为樟科樟属常绿乔木，又名玉桂、牡桂。

肉桂皮市肉桂的干燥树皮，其中含有香精油，即肉桂油。

肉桂油具有驱虫、防霉和杀菌消毒的作用，被广泛用于食品、饮料、香烟、医药等领域。

肉桂油的只要成分是肉桂醛。

肉桂醛的沸点为252℃，为略带浅黄色的油状液体，难溶于水，易溶于苯、丙酮、乙醇、氯仿等有机溶剂，易被氧化，长期放置空气中慢慢氧化成肉桂酸。

植物中香精油的提取方法主要有水蒸气蒸馏发、榨取法和萃取法。

由于肉桂皮中肉桂油的只要成分肉桂醛难溶于水，为芳香族化合物，能随水蒸气蒸发，用水蒸气蒸馏的发放蒸馏得到的产率较高，且较纯净。

本文简单介绍一下利用水蒸气蒸馏法从肉桂皮提取肉桂油。

为更好的对肉桂油成分进行分析，进行了折光率以及红外光谱两个指标进行检测、分析。

二、实验部分

（一）实验目的

1.学习香料的基本知识，掌握天然香料提取方法和分析鉴定方法。

2.掌握水蒸气蒸馏的原理及基本操作。

3.掌握阿贝折光仪的使用方法及应用。

（二）实验原理

1.基本原理

天然香料大多数是从植物中提取得到。

植物天然香料常采用4种提取方法：

即水蒸气蒸馏、压榨、浸提和吸收等。

本实验采用的提取方式是水蒸气蒸馏法。

芳香成分多数具有挥发性，可随水蒸气逸出，经冷凝后因其水溶性很低而易与水分离。

因此水蒸气蒸馏是提取天然香料应用最广的方法，设备简单、操作容易、成本低。

但由于提取温度较高，会引起精油中热敏性化合物的热分解和易水解成分的水解而破坏，香气会或多或少受到影响。

有水蒸气蒸馏所得的香料的留香性和抗氧化性也常常较差。

采用此法处理得到的香精只含有挥发成分，而味觉成分未被提取出，因此在植物类香精油的提取中使用较多。

但蒸馏技术存在着操作温度较高、时间较长、低沸点和水溶性组分缺失较大的缺点。

水蒸气蒸馏方法分3种形式：

水中蒸馏、水上蒸馏、水汽蒸馏。

1．水中蒸馏 

设备简单，但易结焦、结块，对含酯类的品种，易发生水解作用，故不宜采用。

2．水上蒸馏 

设备稍复杂，但可减少水解作用。

3．水气蒸馏 

工艺操作上对温度和压力的变化可自行调节，生产出的精油质量最佳，但其备条件要求较高，需要附设锅炉，于大规模生产。

水蒸气蒸馏是使水蒸气连续地流过容器中样品混合物来进行蒸馏的方法。

该法避免了精油长时间在高温下发生破坏分解、水解或聚合，使精油的质量和提取率都得到了一定程度的提高。

水具有3种作用：

水散作用、水解作用和热力作用。

水的作用过程如下：

原料表面润湿→水分子向细胞组织中渗透→水置换精油或微量溶解→精油向水中扩散→形成精油与水的共沸物→精油与水蒸气同时蒸出→冷凝→油水分离→精油。

图一水蒸气蒸馏法的三种形式

分离方法：

移馏出液于分液漏斗中，用二氯甲烷萃取，待分层后，从漏斗底部排出有机层，加热蒸去二氯甲烷，得到产品。

2.肉桂油的基本特性

肉桂油的结构：

肉桂醛，分子式：

C9H8O；结构简式：

C6H5CHCHCHO。

反式肉桂醛：

密度：

1.046－1.052；熔点（℃）：

－7.5℃；折光率（20℃）：

1.619－1.623；比重（25/25℃）：

1.046－1.050；酸值：

≤1.0%；沸点（℃）：

252（常压）；外观：

无色或淡黄色液体。

肉桂油的特点：

香气：

有强烈的桂皮油和肉桂油的香气，温和的辛香气息，不应有辣味，香气强烈持久。

桂醛较桂醇香气清强。

沸点：

肉桂醛沸点较高，但蒸汽压也较高、易挥发。

 溶解性：

难溶于水、甘油和石油醚，易溶于醇、醚中。

稳定性：

在强酸性或者强碱性介质中不稳定，易导致变色，在空气中易氧化。

（三）实验流程

（四）实验装置、材料及其示意图

1.实验装置、材料

（1）仪器：

研磨机、水蒸气蒸馏装置、三口烧瓶（500mL）、锥形瓶（250mL）、分液漏斗（250mL）、电热套、阿贝折射仪、箱形电炉、红外光谱仪、压片机、天平； 

（2）药品：

肉桂皮、二氯甲烷（沸程：

39.8-40℃）、乙醇、氯化钠、溴化钾、肉桂油（购于百花香料股份）。

2.示意图

图二水蒸气蒸馏装置

图三傅里叶红外光谱仪

图四阿贝折射仪

（五）实验步骤

1.肉桂油提取

用一个蒸汽发生器和一只500ml三口圆底烧瓶，装配成一套水蒸气蒸馏装置，用250mL锥形瓶或圆底烧瓶做接受器，置50g研磨碎的肉桂皮于一只500mL三口烧瓶中，加入120mL热水，装配好水蒸气蒸馏装置，通入水蒸气使溶液达到沸腾，进行速率稳定的蒸馏（注意馏出液的温度，香气及色泽）。

收集溜出物100mL至无油状物溜出为止，加入食盐至水层呈饱和。

移馏出液于250mL分液漏斗中，用30mL二氯甲烷分两次萃取，待分层后，弃去水层，从漏斗中倒出有机层，置于已称重的50mL蒸馏烧瓶中，装上蒸馏装置用电热套加热，蒸去二氯甲烷，冷却后称重，以原料桂皮为基准，计算精油的收率。

2.肉桂油的分析测定

（1）折光度的测定（20ºC）。

用阿贝折射仪测定所得肉桂油的折射率。

用阿贝折射仪（20℃）测定，指标为1.600～1.6140。

①加样：

旋开测量棱镜和辅助棱镜的闭合旋钮，使辅助棱镜的磨砂斜面处于水平位置，若棱镜表面不清洁，可滴加少量丙酮，用擦镜纸顺单一方向轻擦镜面（不可来回擦）。

待镜面洗净干燥后，用滴管滴加数滴试样于辅助棱镜的毛镜面上，迅速合上辅助棱镜，旋紧闭合旋钮。

②调光：

旋开测量棱镜和辅助棱镜的闭合旋钮，使辅助棱镜的磨砂斜面处于水平位置，若棱镜表面不清洁，可滴加少量丙酮，用擦镜纸顺单一方向轻擦镜面（不可来回擦）。

待镜面洗净干燥后，用滴管滴加数滴试样于辅助棱镜的毛镜面上，迅速合上辅助棱镜，旋紧闭合旋钮。

③读数：

从读数望远镜中读出刻度盘上的折射率数值。

（2）红外光谱测定。

用红外光谱仪测定所得油的红外光谱，并解释图谱中主要峰的意义。

红外光谱仪用于测定样品的官能团。

红外光谱的原理是当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态（转）动能级跃迁到能量较高的振（转）动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收质吸收。

将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。

红外光谱图通常用波长（λ）或波数（σ）为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率（T%）或者吸光度（A）为纵坐标，表示吸收强度。

最后用红外光谱仪测定所得的红外光谱图，并解释图谱中主要峰的意义。

（六）注意事项

1）安装正确，连接处严密。

2）严守操作程序。

3）调节电热套温度，控制蒸馏速度，并时刻注意安全管，放气时，不要对着人。

4）加入食盐时，分多次加入，以免使溶液过饱和。

5）用二氯甲烷萃取有机物时，要充分摇匀，使有机物尽可能溶于二氯甲烷。

表1肉桂油产品技术指标

编号

检测项目

中国标准

国际标准

1

外观

流动液体

流动液体

2

色泽

黄至红棕色

红棕色

3

香气

有中国肉桂的特征香气

类似肉桂醛的香气

4

味气

辛辣香味

辛香和辣味

5

折光指数（20℃）

1.6000~1.6140

1.6000~1.6140

6

羰基化合物含量

≥80.0%

≥80.0%

（7）实验数据处理方法

1）蒸馏过程中注意馏出液的温度，香气及色泽； 

2）计算肉桂油的收率：

3）测定所得油的红外光谱，与标准红外光谱图对比，并解释图谱中主要峰的意义； 

测定肉桂油折光率（20ºC）n值，与标准产品质量指标进行对比，反映产品纯度。

三、实验结果与讨论 

（一）实验结果

水蒸气蒸馏过程中，圆底烧瓶中溶液沸腾，且溶液变为棕红色稠状混合物，馏出物呈乳白色油状液体状态，一段时间后，馏出液颜色逐渐变浅，最后基本变为透明状态，提取过程结束；空气中逐步散发出温和的肉桂油辛香气息。

加入适量Nacl溶解至馏出液基本饱和；分液萃取过程中，油水分层，上层透明，下层稍混浊，弃去上层液体，取下层液体；蒸馏除二氯乙烷过程中，圆底烧瓶中液体逐渐变为淡黄色，散发出较浓的肉桂油辛香味，烧瓶底部有极少量固体结晶。

最终，得到了带有白色结晶的分层液体，上层为淡黄色油状液体，下层为无色透明液体，而且具有较浓的肉桂油辛香味，香气强烈持久。

总质量为0.835g。

出油率=0.835/120×100%=0.696%，属于比正常提取围偏低的情况。

通过对样品和产品进行折光率的测定，得到样品的折光率为：

1.5874，产品的折光率为：

1.5780。

红外光谱图：

图五红外光谱图

（二）结果讨论

1）造成产品中含有白色晶体的原因是，在“加入食盐至水层呈饱和”的时候，加入食盐过量，以致溶液过饱和，在产品中析出。

2）通过折光率的比较，可得出：

产品的纯度相对样品偏低。

本人认为造成这结果的原因是，用胶头滴管吸取产品的时候，尽管很小心吸取，但仍吸取到无色透明液体。

3）产品折光率与肉桂醛的折光率（20℃）：

1.619-1.623相比，可见，肉桂油中还含有其他成分。

4）将提取的肉桂油红外光谱图（图三下）与肉桂油的标准图谱（图三上）进行对比，在波数为1600cm-1左右均出现强烈的吸收双峰，可见产品含有C=C—CHO。

5）在波数为2900-2950cm-1左右，出现明显的吸收峰，可见产品含有sp²C-H（烯烃、芳烃）。

6）在波数为725cm-1左右，有明显的、强烈的吸收峰，这是Ar-H面外弯曲震动的特征峰，因此可得出产品含有Ar-H。

7）产品在波长为3500cm-1左右吸收率接近0。

通过对比水的红外光谱图，可知，在3500cm-1左右吸收率接近0，可知透明无色液体为水。

造成产品有水的原因可能是，在进行出去二氯甲烷的时候，加入一开始水蒸气蒸馏出的初产品，但是温度达不到100℃，导致产品中含有水。

通过红外光谱仪对官能团性质鉴定，结合4）~7）点，可以认为肉桂油主要成分含有双键和醛基。

可以认为肉桂油的主要成分就是肉桂醛。

（三）改进措施 

经过查阅相关文献，分析不同方法水肉桂油的提取的影响。

表2肉桂精油提取工艺参数比较

注：

水蒸气蒸馏法（SD）；超声波辅助提取法（UAE）；亚临界水提取法（SWE）；超声强化亚临界水提取法（USWE）。

由表1可知，提取时间上，USWE法所需时间最短，仅需25min，约相当于传统水蒸气蒸馏法的1/10，比UAE法缩短了15min，比SWE法也缩短了13min；肉桂精油得率上，其高低顺序为：

UAE＞SWE≥USWE＞SD（经差异显著性检验，USWE、SWE两者无显著差别），UAE肉桂精油得率最高，但油色泽深，外观不好；油中肉桂醛百分含量上，其大小为：

USWE＞SWE＞SD＞UAE，USWE法比SD法高20.3%，比SWE法高11.6%，是UAE法的1.57倍，肉桂醛含量的高低是评价肉桂油品质优劣的一个重要指标，因此，从这方面来讲，USWE所得的肉桂精油品质更好；肉桂醛得率上，USWE的得率明显最高，SWE次之，SD最低，即相同的肉桂用超声强化亚临界水提取法可以得到更多的重要成分肉桂醛。

由此可见，4种方法中USWE法具有提取时间短、资源利用率高、肉桂油品质好等优点。

所以，本人认为我们可以采取超声强化亚临界水提取法（USWE）来提取肉桂油。

（4）思考题

1.水蒸气蒸馏法提取油的基本原则是什么？

答：

香料与水构成精油与水的互不相溶体系，加热时，随着温度的增高，精油和水均要加快蒸发，产生混合体蒸气，其蒸气经锅顶鹅颈导入冷凝器中得到水与精油的液体混合物，经过油水分离后即可得到精油产品。

2.沸点为252℃的肉桂醛为何能在低于100℃下被蒸出来？

与普通蒸馏比较有何优点？

答：

①原因：

本法的基本原理是根据道尔顿定律，相互不溶也不起化学作用的液体混合物的蒸汽总压，等于该温度下各组分饱和蒸气压（即分压）之和。

因此尽管各组分本身的沸点高于混合液的沸点，但当分压总和等于大气压时，液体混合物即开始沸腾并被蒸馏出来。

②优点：

水蒸汽蒸馏可以在较低的温度（略低于100度）下把沸点较高的不溶于水的液体蒸出来。

参考文献

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[13]官能团化合物的红外吸收峰特征.

wenku.baidu./link?

url=C6iwJn9lzV6-gYejU-n1OYRbHrik0SpvsSQWLgnvBpZuZDnFD7T3lSD2tRYBPWftYFT8aUF8SN2V56SHnxxBCdIn90e2Ueumu-so04zNSEy.2015年12月28日.

[14]NISTChemistryWebBook（美国国家标准与技术局化学数据库）.

webbook.nist.gov/chemistry/.2015年12月28日.

[15]水蒸气蒸馏法.XX百科.

baike.baidu./link?

url=8Vv-hXaAt_AIA_HahVhPGOuVTYxQ0LnmNi6sBgFJCFr0hxVr56-MCg2DJ7TLt20YiGNJa4-rL8vS0sLjYlnEfq.2015年12月28日.

附录

图六水的红外光谱图

图七肉桂醛（液体）的红外光谱图

致

本次的植物中天然香料的提取及香料成分分析实验在老师和梁红老师悉心指导下以及我们组的同学的努力下终于完成全部的实验工作。

十分感有此次机会让我们独立进行一个实验项目，从方案的设计到实验的操作到报告的撰写，小组成员都积极配合，分工明确，互相理解与包容，共同完成报告。

此次实验非常感老师和梁红老师在本组进行实验过程中给予指导，我们也懂得了如何将理论知识转化为实践操作。

在此，谨向老师和梁红老师致以诚挚的意，同时感实验组的小伙伴，非常你们！