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天然植物提取分离技术综述

  植物提取物是由自然界动植物资源中得到的物质,分布于植物体或动物的腺囊中。天然植物原料的提取分离技术由来已久,本文针对它的众多传统技术及新兴技术予以介绍,并对新兴的提取分离技术的方法特点与应用前景加以阐述。
  1、天然植物提取物的提取分离技术
  1.1、水蒸气蒸馏法
  在植物性天然植物提取物生产中,水蒸气蒸馏是最常用的一种技术,该方法特点是设备简单容易操作、成本低、产量大。  水蒸气蒸馏法生产主要有如下三种形式:水中蒸馏、水上蒸馏和水气蒸馏。水中蒸馏加热温度一般为95℃左右,植物提取物中的高沸点成分不易蒸出;另外在直接加热方式中易出现糊焦现象。水上蒸馏和水气蒸馏不适于易结块和细粉状的原料,但这两种蒸馏法生产出的精油质量较好;水气蒸馏在工艺操作上对温度和压力的变化可自行调节,生产出的质量最佳,但其设备条件要求较高,需要附设锅炉,适于大规模生产。此外,加热方式、蒸汽速度、操作压力、操作温度等因素对出油率均有影响。  基于水蒸气蒸馏存在的问题,人们开始致力于改进蒸馏设备。出现了加压串蒸、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。由上海轻工设计院设计的双柱式连续蒸馏装置,日处理原料为40到60t,使用效果良好,Phineas对蒸馏装置进行改进,减少了水溶性组分的挥发损失,而且降低了能耗,减少了废弃物对环境的污染,兼顾了经济效益和环境保护。
  1.2、浸提法
  浸提法是用挥发性的有机溶剂将植物原料中的成分浸取出来,使之溶解到有机溶剂中,然后蒸去溶剂。其特点是可以不加热、在低温下进行、除了挥发性组分外,还可以提取其中重要的、不挥发生性成分。因此,多用于鲜花、树脂以及香豆、枣子等的浸提加工。
  工业上主要有四种浸提方式:固定浸提、搅拌浸提、转动浸提和逆流浸提。固定浸提原料静止不动,保持了植物组织不受损失,有利于提高产品的质量,不足之处是生产效率较低。转动浸提是我国目前普遍使用的浸提方式,但其仅使用于花瓣较厚的进口原料。逆流浸提生产效率高,但是设备复杂,投资较大,维修也有较大难度。
  影响浸提效果的因素有:浸提剂的种类、浸提温度、浸提时间、浸提次数等。选择正确的浸提剂尤为重要,不仅要考虑芳香原料成分和产品质量要求,并按"相似相溶"原则选择最适宜的溶剂,而且要考虑所选溶剂必须无高沸点残留物
  1.3、压榨法
  目前在我国植物提取生产企业中常用的压榨法主要有整果冷磨法和螺旋压榨法两种。其中后者是最常用的现代化生产设备。
  1.4、吸收法
  吸收法生产植物提取物原理与浸提法相似,只是吸收法采用非挥发性溶剂或固体吸附剂。吸收法加工温度低,成分不易破坏,产品质量最佳。吸收法的不足之处在于吸附剂吸附容易小,当处理量大时需耗用大量吸附剂,吸附剂需要再生也给生产过程连续化,自动化操作带来一定困难。
  1.5、结晶法
  冷冻结晶法利用低温冷冻方法使精油中某些化合物呈固体状结晶析出,然后将固体物与其他液体成分分离,从而得到较纯产品。结晶提取分离技术污染小,但是需要多次纯化才能达到所需产品要求,生产效率低。
  2、新兴提取分离技术
  2.1、分子蒸馏
  分子蒸馏是一种新兴的分离提纯技术,在高真空条件下对高沸点、热敏性物料液液分离的有效方法,特点:操作温度低、真空度高、受热时间短、分离程度及产品收率高。其操作温度远低于物质常压下沸点温度,且物料被加热时间非常短,不会对物质本身造成破坏,因此广泛应用于化工、医药、轻工、石油、油脂、核化工等工业中,用于浓缩或纯化高分子量、高沸点、高粘度物质及热稳定性较差有机化合物。工业化分子蒸馏装置可分为三种:自由降膜式、旋转刮膜式和机械离心式。
  由分子蒸馏的原理及特点可知,分子蒸馏技术具有独特的、多方面的优越性:可有效地脱除热敏性物质中轻分子物质;脱除产品中重物质及颜色;降低热敏性物质热损伤;与传统釜式蒸馏比较,可明显看出分子蒸馏技术优势:不仅产品得率高,而且产品品质好,绝大多数天然或合成香精香料都属于热敏性物质,均适合采用分子蒸馏技术提纯。改进传统工艺,进行清洁生产。由于其操作高真空的特点,分子蒸馏能耗较大,且适用于热敏性和高附加值物质分离,限制了应用领域。
  2.2、超声提取法
  超声提取技术是利用超声波产生的强烈空化效应、机械振动、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用,增大物质分子运动频率和速度,增加溶剂穿透力,从而加速有效成分进人溶剂,促进提取的进行。超声波提取法具有提取时间短产率高、条件温和等优点。现在超声波提取主要用于食品行业及中药有效成分的提取,有广阔的应用前景。
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