科普 | 天然香料与单离香料

我国是天然香料植物资源最丰富的国家之一，已开发利用的天然香料近200种，亟待开发的的约100种，其中进行批量生产的天然香料品种已达100多种，不少产品在国际上享有盛名。

植物性天然香料通常是由数十种有机化合物组成的混合物，到目前为止，从植物性天然香料中分离出来的有机化合物约3000多种，它们的成分结构异常复杂，一般可将其大致分为4类：

① 脂肪族化合物；

② 芳香族化合物；

③ 萜类化合物；

④ 含氮、含硫化合物。

天然香料的提取方法包括榨磨法、水蒸气蒸馏法、挥发性溶剂浸提法和吸附法等。各种方法所产生的香料产品有如下几种：

精油

将天然香料用水蒸气蒸馏或机械研磨后离心分离得到的有香气的产品；

浸膏

树脂含量低的新鲜植物用挥发性非水溶剂萃取，在部分真空和适当温度下蒸发去除溶剂后得到的香气浓缩物；

净油

将浸膏经乙醇反复萃取，萃取液经过冷却过滤，在部分真空和适当温度下蒸发去除溶剂后得到的香料产品；

辛香油

树脂

用挥发性非水溶剂萃取干性辛香料，然后再部分真空和适当温度下蒸发去除溶剂后得到的香料产品。

蒸馏法主要分为四种：

水蒸气蒸馏

减压蒸馏

加压蒸馏

分子蒸馏

水蒸气蒸馏的优点是产品纯净，蒸馏沸点低。水蒸气蒸馏以纯水为夹带即，所得产品干净。这种蒸馏方法可降低芳香精油的沸点——水蒸气往往以大量水夹带少量芳香精油，在总压中水的分压占主要比例，高沸点精油蒸气压所含的比例就很少，所以芳香精油可在低于100℃下沸腾。

水蒸气蒸馏的缺点是馏出物种各组分含量与该物质的沸点成反比，沸点愈高，含量愈少。用水蒸气蒸馏得到高纯产品比较困难。

此外，水蒸气蒸馏耗汽量大，因为相应的设备投资和操作费用都比较高。对于油水易乳化的体系，往往不易使油水分离开来。

水蒸气蒸馏还可为四种：

水中蒸馏

水上蒸馏

直接蒸汽蒸馏

水扩散蒸汽蒸馏

1.水中蒸馏

原料置于筛板或直接放入蒸馏锅，锅内加水浸过料层，锅底进行加热。

2.水上蒸馏

（隔水蒸馏）原料置于筛板，锅内加入水量要满足蒸馏要求，但水面不得高于筛板，并能保证水沸腾至蒸发时不溅湿料层，一般采用回流水，保持锅内水量恒定以满足蒸气操作所需的足够饱和蒸气，因此可在锅底安装窥镜，观察水面高度

3.直接蒸气蒸馏

在筛板下安装一条带孔环行管，由外来蒸汽通过小孔直接喷出，进入筛孔对原料进行加热，但水散作用不充分，应预先在锅外进行水散，国内蒸汽快且易于改为加压蒸馏。

4.水扩散蒸气蒸馏

这是今年国外应用的一种新颖的蒸馏技术——水蒸气由锅顶进入，蒸汽自上而下逐渐向料层渗透，同时将料层内的空气推出，出水散和传质出的精油无需全部气化即可进入锅底冷凝器。蒸汽为渗滤型，蒸馏均匀、一致、完全，而且水油冷凝液较快进入冷凝器，因此所得精油质量较好、得率较高、能耗较低、蒸馏时间短、设备简单。

5.减压蒸馏

在蒸馏操作中，一些有机物加热到其正常沸点附近时，会由于温度过高而发生氧化、分解或聚合等反应，使其无法在常压下蒸馏。

若将蒸馏装置连接在一套减压系统上，在蒸馏开始前先使整个系统压力降低到只有常压的十几分之一至几十分之一，那么这类有机物就可以在较其正常沸点低得多的温度下进行蒸馏，这就是减压蒸馏。天然香料较少使用减压蒸馏的方法。

6.加压蒸馏

就是在加大压强的情况下进行蒸馏操作，加大压强对不同物质的沸点影响不同，达到在一个大气压下蒸馏不能达到的效果。有些天然香料如广藿香、香根草等的香气成分沸点较高，采用加压蒸馏方法可以提高蒸馏温度、缩短蒸馏时间、增加香料得率。

7.分子蒸馏

在高真空下进行，减少了分子冲撞的阻碍，在低温下易达到分离，因而分子蒸馏的有点是使精油的主香成分得到浓缩，香料质量高，色泽好，且不易导致分解和氧化。

在传统提取方法过程中，不可避免要精力加热过程，从而导致植物性天然香料中某些热敏性或化学不稳定性成分被破坏，因而改变了天然香料的独特香韵和风味。

随着科学技术的进步，新技术不断应用于植物性天然香料的提取过程中，成为获得高品质天然香料的有效工艺手段。

新的香料提取技术有以下几种：

超临界CO₂萃取技术

液氮冷冻研磨技术

微波辐射诱导萃取法

超临界CO₂萃取技术

1978年，超临界流体萃取作为一种新型分离技术受到了人们的极大关注。从1988年以来，我国对该技术特别是超临界CO₂萃取技术的研究空前活跃，开辟了一个全新的领域，成为多学科交叉的研究热点。

现在，这项技术不仅应用于天然香料、色素、药用成分等生物活性物质的提取，而且广泛应用于精油、果汁、咖啡、蔬菜、酒等的浓缩及药品分析。

超临界CO₂萃取技术广泛应用于植物芳香成分提取、水果蔬菜香气成分的萃取和浓缩、鲜花芳香成分的提取等植物性天然香料的提取工艺流程，表现出强大的生命力。该方法所得产物具有传统工艺所无法比拟的有点：

① 含有较多的氧化物和较少的单萜烃；

② 产品较多的头香成分，因为该技术萃取在低温下进行；

③ 产品底香较好，香气持久；

④ 有效防止热敏性及化学不稳定性组分被破坏；

⑤ 更适于辛香料的萃取。

液氮冷冻研磨技术

美国通士公司于1980年提出液氮冷冻研磨含精油成分较高的物质，成功地解决了常温研磨所存在的“打滑”及升温现象。

这项技术主要是利用液氮从液态转化为气态时可产生-112℃的低温这一特性，在加工物料时将液氮喷洒在物料的表面，使其温度在8秒内迅速降到-70℃左右，从而使物料的物理性能（如脆性、韧性等）发生改变，使物料更加容易粉碎。

与常温研磨相比，液氮冷冻研磨具有以下优点：

① 研磨时温度降低到-70℃，可使植物性天然香料中主要的调味物质的挥发性降低，研究表明其芳香物质的损失仅为常温研磨下的1/300~1/400。

② 液氮包围着香料，使风味成分的氧化变质作用降到最低。

③ 改变了研磨香料颗粒的物理结构，从而使其在产品中得到更好的保护。

微波辐射诱导萃取法

微波辐射诱导萃取植物性天然香料是工业微波应用的新成就。

早在1991年，吉恩等在对薰衣草油进行微波提取时就获得了比水扩散技术多2.5%的乙酸芳樟酯和9.1%的芳樟醇。

该方法与常规蒸馏法和萃取法相比，所得产品品质好、色泽浅、质地纯，而且微波辐射诱导萃取具有高效率、高选择性、不会破坏天然热敏性物质等优点。

在香精香料的生物合成中应用最广泛的生物技术是发酵工程，以工农废料为原料，利用微生物的生长代谢活动可以生产各种天然香料。

例如，细菌、霉菌和酵母菌都能将丁香酚、异丁香酚、阿魏酸、葡萄糖等化合物转化成香兰素，即可利用多种底物通过微生物发酵合成香兰素。

精油是主要的天然香料，从植物中提取的芳香精油是一个多组分的复杂混合物，有时必须将其中的部分成分分离出来成为单离香料。

这些单离香料在制药、食品、日化等工业中有中药用途。例如一些单离香料在治疗各种疾病中有特殊的功效，它们对细菌和真菌有很高的杀伤力。单离香料的价格往往比混合精油价格高出几倍乃至几十倍。

在香料工业里，单离香料属于“人造香料”中的一大类，是用物理或化学方法从天然香料中分出的单体香料。由于成分单纯，香气较原来的精油更为独特而更有经济价值。

例如从薄荷油中分出的薄荷脑——在薄荷油中含有75%的薄荷醇，用重结晶的方法从薄荷油中分离出来的薄荷醇就是单离香料，俗名为薄荷脑。还有从山苍子油中分出的柠檬醛，从丁（子）香油中分出的丁（子）香酚，从鸢尾根油中分出的鸢尾酮等等。

具有玫瑰香气的香叶醇、香茅醇是借用蒸馏法从香茅油中分离出来的具有单个化学结构且利用价值更高的化合物，可作为调配各种香精的重要原料，也可用制备其它合成香料的原料。

甲基壬基酮是构成芸香油的主要成分，其含量最高可达75%，因此得名芸香酮；乙酸苄酯在茉莉油中含量有时也可达到65%；玫瑰油中含有2.8%的苯乙醇；丁香油含有80%的丁香酚；百里香油含有50%左右的百里香酚；茴香油中含大约80%的茴香脑；肉桂油中含有大约800%的桂醛；山苍子油中的柠檬醛约占70%；柏木油中的柏木烯约占80%；樟脑油中的樟脑约占80%；松节油中派系约占80%……这些单离香料都已大量提取出来作为调配香精的原料。

单离香料的方法有蒸馏、萃取、结晶等等，蒸馏是最常用的方法。有时采用两种单元操作相结合的方法，例如用蒸馏与结晶结合单离大茴香脑。

• 节选自《香味世界》