(2)蒸餾方法與設備可將蒸餾方法分為水中蒸餾法、水上蒸餾法、水蒸氣蒸餾法、加壓水蒸氣蒸餾法、減壓水蒸氣蒸餾法、發酵蒸餾法等。這種蒸餾設備由鍋身、鵝頸(曲頸,以與鍋蓋連接)、鍋蓋三部分構成。鍋身多為圓桶形(高與直徑比為1.2~1.5∶1),鍋身上緣有一個水封圈。水封接口高25~38cm、寬5~7cm,直接火加熱設備可采用水封式。如果不用直接火加熱,亦可采用夾套或盤管式間接蒸汽加熱。但如果設備中設有開孔的盤管能產生直接蒸汽,那麼,蒸鍋與鍋蓋的連接就可采用水封式密封。
在圓錐形鍋蓋中央有一個蒸汽出口,形狀像彎曲的鵝頸。這樣上升的蒸汽由曲頸再經一個與冷凝器連接的導管進入冷凝器,導管與鍋蓋連接端口大,與冷凝器連接端口小,而且有一個向下的坡度,使途中冷卻的精油和冷凝液不致回流於鍋中。
除蒸鍋之外,還有冷凝器和油水分離器。冷凝器的上端以水封式接口與導管的小口曲管相連接。水封口的下端有一個膨大的氣室,從氣室下端中央處與蛇形盤管相接,盤管有一定的坡度,使冷凝水和精油能順流向下,最後從冷凝器的流出口流入油水分離器之中。冷凝器的冷凝管是安放在從下麵流入冷水,從上麵溢流流出變熱的熱水的冷凝桶中。
油水分離器,既是接受餾出液的圓桶受器,又是能使餾出液在其內停留半小時以上,借油水相對密度差異達到分離的一個容器。為了不使餾出液分出的油層打亂,餾出液從油水分離器的一端進水漏鬥處進入油水分離器之後,再由進水漏鬥下部彎管出口處進入油水分離器的水層,最後油滴上升進入分離的油層,從而達到油水分離的目的。
在蒸餾中,如果油水分離器上方貯油管中的油層不再顯示明顯增加時,蒸餾即告終止。
(二)萃取法(extraction)
采用蒸餾法提取的精油,隻含揮發性成分的香氣成分,味覺成分未能提取出來;另外一些熱敏性香氣成分易受熱分解,為了避免這些缺點,可采取低沸點溶劑萃取香料原料,萃取液經澄清、過濾、常壓回收溶劑製成濃萃取液,再經減壓濃縮脫除溶劑,製成油樹脂產品。
1.溶劑選擇
在選擇中要注意溶劑的揮發性、溶解力、毒性、氣味、化學性質以及黏度、安全性、易燃性、成本等。常用的溶劑有丙酮、乙醇、氯化烴類、二氧化碳等。其中以CO2所獲產品質量好、安全性高。
2.影響萃取效果的因素
(1)加大濃度差可在萃取器中進行翻動,萃取溶劑進行循環或將原料攪拌。也可以更新溶劑,增大溶劑量和增加萃取次數。比較有效的是逆流萃取的辦法。
(2)增大接觸麵切碎原料以增大接觸麵。但鮮花不宜切斷或粉碎。否則,由於酶係活動會導致產品顏色、香氣變劣。
(3)提高萃取溫度鮮花原料隻適於常溫和較低溫度下萃取。較高溫度的萃取對熱敏性成分含量較高的植物原料不適合。
(4)延長萃取時間延長萃取時間可增加浸提效率,但鮮花萃取時間不能無限延長,萃取時間長不僅會影響產品質量,而且對工廠經濟指標也很不利。
葉、花中含有芳香的植物都宜用萃取法。其中以橙花最好,原料宜新鮮,收集後盡快進行萃取,用酒精萃取一般要3~5h,獲得率0.13%~0.35%。
3.超臨界二氧化碳萃取(CO2-SF)簡介
(1)技術原理超臨界流體萃取分離過程的原理是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關係,即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的。在超臨界狀態下,將超臨界流體與待分離的物質接觸,使其有選擇性地把極性大小、沸點高低和相對分子質量大小不同的成分依次萃取出來。當然,對應各壓力範圍所得到的萃取物不可能是單一的,但可以控製條件得到最佳比例的混合成分,然後借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體,被萃取物質則完全或基本析出,從而達到分離提純的目的,所以在超臨界流體萃取過程中由萃取和分離組合而成。
(2)工藝流程
(3)萃取裝置超臨界萃取裝置從功能上大體可分為八部分:萃取劑供應係統、低溫係統、高壓係統、萃取係統、分離係統、改性劑供應係統、循環係統和計算機控製係統。具體包括二氧化碳注入泵、萃取器、分離器、壓縮機、二氧化碳貯罐、冷水機等設備。由於萃取過程在高壓下進行,所以對設備以及整個管路係統的耐壓性能要求較高,生產過程實現微機自動監控,可以大大提高係統的安全可靠性,並降低運行成本。
(4)超臨界流體萃取的特點超臨界流體萃取與化學法萃取相比有以下突出的優點:
① 可以在接近室溫(35~40℃)及CO2氣體籠罩下進行提取,有效地防止了熱敏性風味物質的氧化和逸散。因此,在萃取物中保持著風味物質的全部成分,而且能把高沸點,低揮發物、易熱解的物質在其沸點溫度以下萃取出來。
② 使用CO2-SF是極其衛生的提取方法,由於全過程不用有機溶劑,因此萃取物無殘留溶媒,同時也防止了提取過程對人體的毒害和對環境的汙染,符合安全、衛生、環保的要求。
③ 萃取和分離合二為一,當飽含溶解物的CO2-SF流經分離器時,由於壓力下降使得CO2與萃取物迅速成為兩相(氣液分離)而立即分開,不僅萃取效率高而且能耗較少,節約成本。
④ CO2是一種不活潑的氣體,萃取過程不發生化學反應,且屬於不燃性氣體,無味、無臭、無毒,故安全性好。
⑤ CO2價格便宜,純度高,容易取得,且在生產過程中循環使用,從而降低成本。
⑥ 壓力和溫度都可以成為調節萃取過程的參數。通過改變溫度或壓力達到萃取目的。壓力固定,改變溫度可將物質分離;反之溫度固定,降低壓力可使萃取物分離,因此工藝簡單易掌握,而且萃取速度快。
(三)壓榨法(expression)
壓榨法是提取芳香油的傳統方法,主要用於柑橘類精油的提取。現以柑橘為例:柑橘類精油的化學成分都為熱敏性物質,如甜橙油,除含有大量易於變化的萜烯類成分外,其主香成分醛類(癸醛、檸檬醛)受熱也容易氧化、變質,因此柑橘的提油適宜用冷壓和冷磨法。
柑橘類果皮中精油位於外果皮的表層,油囊直徑一般可達0.4~0.6mm,較大,無管腺,周圍無包壁,是由退化的細胞堆積包圍而成。如果不經破碎,無論減壓或常壓油囊都不易破壞,精油不易蒸出。但橘皮在水中浸泡一定時間後,取出用手壓擠,會有一股橘油噴射而出。這是因為水能滲入油囊中,使油囊內壓增加,施加外壓時,油囊破裂,精油從而射出。因此,無論手工的海綿法、銼榨法,還是機械的整果冷磨法、碎散果皮的螺旋壓榨法,其原理基本相同,都是利用尖刺的突起物刺傷橘皮外果皮,使油囊破裂,精油釋放出來,連同噴淋水,經澄清、分離、過濾,除去部分膠體雜質,最後高速離心,利用油水相對密度的不同將油分出。
(四)吸附法(adsorption method)
在香料的加工中,吸附法的應用遠較蒸餾法、浸提法為少。在水蒸氣蒸餾時,分去精油的餾出水常常溶解一部分精油,這部分精油的回收可以用活性炭吸附法。處於氣體狀態香氣成分的回收也可采用吸附法。常用的吸附劑有矽膠和活性炭。活性吸附劑吸附的精油達飽和以後,再用溶劑浸提脫附,蒸去溶劑,即得吸附精油。
經上述四種方法所得粗油,均須進行澄清、脫水,必要時還可以適當加溫、澄清、分水和放出雜質,也可以加入少量脫水劑進行脫水。一般黏度少、雜質少、易過濾的粗油常采用常壓過濾的方法而得到精製。對於較難過濾的油要減壓過濾。精製時,加入脫色劑(酒石酸、檸檬酸、活性炭等)以除去重金屬離子和植物色素等。
精油應選擇溫度較低和陰暗、通風而且幹燥的地方貯存,以避潮、光和熱的作用,加強對酶的抑製作用,使成品保持較長時間不變或變得較少。
二、檸檬油微膠囊的製備
微膠囊方法比較容易操作,利用明膠在凝固點溫度下冷卻凝膠化的特性使囊芯物進行凝膠化,然後把它分散在混合的親水性膠體中分散懸濁,最後在堿土金屬離子作用下進行相分離,從而形成分散的凝膠顆粒製成微膠囊(microcapsule)。其操作方法如下:
原料配方:芯材為香料檸檬油;壁材有明膠(凝固點25.5℃)10g,海藻酸鈉2g,羧甲基纖維素鈉2g,氯化鈣2g,硫酸鋁少量。
製法:稱取明膠10g,放入200mL 40℃溫水中溶解。然後在攪拌下加入50g檸檬油乳化分散。在另一容器中將1g海藻酸鈉和2g羧甲基纖維素鈉在100mL冷水中溶解製成混合聚合物膠體溶液。
將上述在明膠中分散的檸檬油,在5℃溫度下進行凝膠化之後,加入配好的混合聚合物膠體溶液中,在凝膠化溫度以下攪拌分散懸濁。隨後在繼續攪拌下,加入氯化鈣水溶液,再將硫酸鋁溶解於少量水中,並在攪拌下加入其中,分3次緩慢添加使之發生相分離,全部成為微細凝膠的分散性懸濁液。然後再繼續攪拌30min,放置半小時則製成檸檬微膠囊溶液。這一膠囊溶液除可直接應用之外,亦可經過濾、水中分散、脫水幹燥製成顆粒狀微膠囊。
三、食用香料的製備
以下主要介紹幾類以天然園藝產品為原料的食用香料(food flavor)製備方法。
(一)香辛調味料
香辛調味料均可以粉末狀態使用。主要包括:薑、胡椒、辣椒、花椒、蔥、蒜、芹菜子、芫荽子、芥末子等。
(二)複合調味料
咖喱粉(%):薑粉56、白胡椒13、桂皮12、茴香7、芫荽子7、八角2、花椒2、丁香1。
蘇士粉(%):洋蔥20、大蒜20、幹薑14、辣椒4、胡椒4、芥末4、砂糖23、焦糖6、食鹽3、檸檬酸2。
五香粉(%):八角20、小茴香8、陳皮6、幹薑5、桂皮43、花椒18。
香辣粉(%):辣椒60、陳皮10、幹薑10、胡椒8、丁香4、八角2、花椒2、小茴香2、桂皮2。
(三)香花型糖漿
晴天上午9時以前采集鮮花,然後除梗、去蒂,每1kg花瓣加砂糖5kg,攪拌至花瓣半透明,使砂糖溶成糖漿,得香花糖漿。
(四)快餐食品調味料
製作快餐食品的調味料,如洋蔥粉末香料、大蒜粉末香料等,比較簡單的方法是將這些精油與乳糖、葡萄糖或者與精製食鹽混合,製成幹溶物粉末香料。但這種方法在製造中常被細菌汙染,而且製成的粉末不能將精油包埋得完全,粒度也不一致,保存性也很差。
利用果膠酶和纖維素酶的作用使之分解的方法:將去皮後的鮮洋蔥3kg同1.5L水一起粉碎打漿,隨即加入纖維素酶5g,在30℃下分解12h。接著加入270g阿拉伯膠溶解在600mL水的膠體溶液中充分攪拌,然後進行噴霧幹燥。進料口溫度為135℃,出口溫度為75℃,得到約420g洋蔥粉末香料。
洋蔥和大蒜混合調味粉末香料:將去皮後的鮮洋蔥5kg、大蒜1kg,在4L 80~90℃熱水中浸漬0.5h。冷卻至35℃後與水一起粉碎打漿,隨後加入果膠酶、纖維素酶各8g,在35℃下反應5h。經均質後再加入400g精鹽和500g阿拉伯膠溶解在750mL水的溶液,如此獲得噴霧幹燥乳液。以進口溫度為135℃、出口溫度75℃進行噴霧幹燥,即得1200g左右的具有甜味的洋蔥、大蒜混合調味粉。
第四節天然色素的提取
天然色素色調自然、安全,有一定保健功能,近年來從植物中提取天然色素用於食品加工業越來越受到重視,用天然色素逐漸取代人工合成色素,以減少人工合成色素對人體的危害已是大勢所趨。
一、果蔬色素提取和純化
(一)果蔬色素提取工藝
為了保持果蔬色素(coloring matter)固有的優點和產品的安全性、穩定性,一般提取工藝大多采用物理方法,較少使用化學方法。目前提取色素的工藝主要有浸提法、濃縮法和先進的超臨界流體萃取法等。
(1)浸提法原料→清洗→浸提→過濾→濃縮→幹燥成粉或添溶媒製成浸膏→產品。
(2)濃縮法原料→清洗→壓榨果汁→濃縮→幹燥→成品。
(3)超臨界流體萃取法是現代高新技術用於果蔬色素提取的先進方法,其工藝流程為:原料→清洗→萃取器萃取→分離→幹燥→成品。
(二)果蔬色素的精製純化
用果蔬提取的色素,由於果蔬本身成分十分複雜,使得所提色素往往還含有果膠、澱粉、多糖、脂肪、有機酸、無機鹽、蛋白質、重金屬離子等非色素物質。經過以上的提取工藝得到的僅僅是粗製果蔬色素,這些產品色價低、雜質多,有的還含有特殊的臭味、異味,直接影響著產品的穩定性、染色性,限製了它們的使用範圍。所以必須對粗製品進行精製純化(purification)。精製純化的方法主要有以下幾種:
(1)酶法(enzymic method)純化利用酶的催化作用使得色素粗製品中的雜質通過酶的反應而被除去,達到純化的目的。如由沙蠶中提取的葉綠素粗製品,在pH7的緩衝液中加入脂肪酶,30℃下攪拌30min,以使酶活化,然後將活化後的酶液加入到37℃的葉綠素粗製品中,攪拌反應1h,就可除去令人不愉快的刺激性氣味,得到優質的葉綠素。
(2)膜分離(membrane separation)純化技術膜分離技術特別是超濾膜和反滲透膜的產生,給色素粗製品的純化提供了一個簡便又快速的純化方法。孔徑在0.5nm以下的膜可阻留無機離子和有機低分子物質;孔徑在1~10nm之間,可阻留各種不溶性分子,如多糖、蛋白質、果膠等。讓色素粗製品通過一特定孔徑的膜,就可阻止這些雜質成分的通過,從而達到純化的目的。黃酮類色素中的可可色素就是在50℃、pH9、入口壓力490kPa的工藝條件下,通過管式聚礬超濾膜分離而得到的純化產品,同時也達到濃縮的目的。
(3)離子交換樹脂(ion-exchange resin)純化利用陰陽離子交換樹脂的選擇吸附作用,可以進行色素的純化精製。葡萄果汁和果皮中的花色素就可以用磺酸型陽離子交換樹脂進行純化,除去其粗製品濃縮液中所含的多糖、有機酸等雜質,得到穩定性高的產品。
(4)吸附、解吸純化選擇特定的吸附劑,用吸附、解吸法可以有效地對色素粗製品進行精製純化處理。意大利對葡萄汁色素的純化,我國蘿卜紅色素的純化都應用此法,取得了滿意的效果。
二、幾種果蔬色素提取工藝
1.葡萄皮紅色素的提取
工藝流程為:葡萄皮→浸提→粗濾→分離→沉澱→濃縮→幹燥→成品。
2.類胡蘿卜素色素的提取
工藝流程為:胡蘿卜→洗滌→切分→軟化→浸提→濃縮→幹燥→成品。
3.莧菜紅色素的提取
工藝流程為:莧菜→清洗→切分→熱浸提→粗濾→真空濃縮→沉澱→過濾→真空濃縮→幹燥→成品。
4.番茄紅色素的提取
工藝流程為:番茄→破碎→浸提→過濾→濃縮→幹燥→成品。
第五節試劑、藥品與化妝品的生產