在某些国家,获得柑橘油的一般方法是通过在一个槽上滚动水果刺穿油腺,槽上有很长的尖锐的凸出物,足以穿透表皮和刺穿位于表皮外侧的油腺(厄贝尔法)。按压水果动作可以去除腺体里的油,当果汁通过果核的中央管被提取出来时,细水雾会将捣碎的果皮中的油冲洗掉。通过离心分离得到的油水乳化液。这个过程的一个变化是在榨油之前先把果皮去掉。
通常,新鲜植物部分(花瓣)的挥发油含量非常小,用上述方法提取精油在商业上是不可行的。在这种情况下,一种无味、温和的、固定的油或脂肪被涂在玻璃板上的薄层上。花瓣在脂肪上放置几个小时;然后重复地,油花瓣被去除,新的一层花瓣被引入。当脂肪吸收了尽可能多的香味后,可以用酒精提取去除油脂。这种方法被称为脂吸法,以前广泛应用于生产香水和润发油。
在香水行业,大多数现代的精油生产是通过萃取完成的,使用挥发性溶剂,如石油醚和己烷。与蒸馏相比,萃取的主要优点是在提取过程中能够保持恒温(通常为50℃),因此,被萃取的油具有蒸馏油所不能比拟的更自然的气味,而蒸馏油可能在高温下发生了化学变化。这一特点对香水行业至关重要;然而,所建立的蒸馏方法比提取方法成本低。
破坏性蒸馏是指在没有空气的情况下蒸馏挥发油。当松科植物或柏科植物的木材或树脂在没有空气的情况下被加热时,就会发生分解,排出许多挥发性化合物。残留的物质就是木炭。浓缩的挥发物质通常分为两层:一层是含水层,含水层中含有木油酸(甲醇)和焦木质酸(粗乙酸);另一层是柏油液体,其形式为松树焦油、杜松焦油或其他焦油,具体取决于所用的木材。这种干馏通常在蒸馏法中进行,如果木材被削碎或粗磨,并且迅速加热,其产量通常约为所使用木材重量的10%。

Hydrodistillation(蒸馏法)

为了通过水蒸馏分离精油,将芳香族植物原料包装在蒸馏器中,加入足够数量的水并使其沸腾;另一种方法是将流通蒸汽注入到装置装料中。由于热水和蒸汽的作用,精油从植物组织中的油腺中释放出来。水和油的蒸汽混合物是通过与水的间接冷却而凝结的。从冷凝器中,蒸馏物流入分离器,在那里油会自动从馏出混合物中分离出来。
Mechanism of Distillation
植物原料的水蒸馏包括以下主要的物理化学过程
水散作用水解热分解
水中扩散
精油和热水通过植物膜的扩散被称为水散作用。在水蒸气蒸馏法中,水蒸气实际上并不穿透干燥的细胞膜。所以,只有先将植物物质彻底粉碎,使挥发油从含油细胞中全部释放出来,干燥的植物物质才能用干蒸汽将精油排尽。但是,当植物材料被水浸泡时,组织内蒸气的交换是基于它们在膨胀条件下的渗透性。植物的细胞膜几乎不能渗透挥发性精油。因此,在实际过程中,在沸水的温度下,挥发油的一部分溶于存在于腺体内的水中,通过渗透作用,油-水溶液渗透到肿胀的膜中,最终到达外表面,在那里油被过路的蒸汽蒸发带走。水散作用的另一个方面是,油的汽化速度不受油组分挥发性的影响,而是受它们在水中的溶解度的影响。因此,植物组织中高沸点、但更多水溶性成分的精油在低沸点的、水溶性成分较少精油之前蒸馏。由于水散作用速度慢,未粉碎物料的蒸馏时间要比粉碎物料的蒸馏时间长。
水解
目前,水解被定义为水和精油的某些成分之间的化学反应。酯是精油的组成成分,在有水存在的情况下,特别是在高温下,它们会与水发生反应,形成酸和醇。然而,反应在两个方向上都不完全,各组分平衡时摩尔浓度的关系为:
K——平衡常数
因此,如果水的量大,醇和酸的量也会大,导致精油的产量下降。此外,由于这是一个随时间变化的反应,水解进行的程度取决于油和水之间接触的时间。这是水蒸馏的缺点之一。
热分解
几乎所有的精油成分在高温下都不稳定。为了获得质量最好的精油,蒸馏必须在低温下进行。蒸汽蒸馏中的温度完全由操作压力决定,而在水蒸馏以及在水和蒸汽蒸馏中,操作压力通常是大气压力。上述三种效应,即水扩散、水解和热分解,都是同时发生并相互影响的。扩散的速度通常随着温度的升高而增加,精油在水中的溶解度也是如此。水解的速度和程度也是如此。但是,通过以下方法有可能获得较好的精油的产量和质量:(1)尽可能保持低温度;(2)在蒸汽蒸馏的情况下,尽可能少地使用水;(3)在蒸馏前将植物原料彻底粉碎并均匀包装。
Three Types of Hydrodistillation
从植物原料中分离精油的蒸馏法有三种:
1. 水蒸馏
2. 水和蒸汽蒸馏
3.直接蒸汽蒸馏

水蒸馏

该方法是将物料完全浸入水中,直接用火、蒸汽夹套、闭式蒸汽夹套、闭式蒸汽盘管或开式蒸汽盘管加热至煮沸。这一过程的主要特点是沸水与植物材料之间有直接接触。
当蒸馏器直接用火加热时,必须采取适当的预防措施,以防止炉料过热。当使用蒸汽夹套或封闭的蒸汽盘管时,过热的危险较小;用开放的蒸汽盘管,这种危险是避免的。但是对于开放蒸汽,必须小心防止凝结水在蒸馏器内积聚。因此,蒸馏器应该隔热良好。当水沸腾时,必须搅动蒸馏器内的植物物料,否则致密物料会在蒸馏器底结块并发生热降解。某些植物物质,如富含粘液的肉桂皮,必须被磨成粉末,这样颗粒就能很容易地在水中分散;随着水温的升高,粘液从肉桂粉中滤出。这极大地增加了含水混合物的粘度,从而使其炒焦。因此,在进行现场蒸馏之前,应在玻璃器皿中进行小规模的水蒸馏,以观察蒸馏过程中是否发生了变化。通过这个实验室试验,从已知重量的植物材料中可提取精油的产量可以确定。试验性蒸馏所推荐的实验室设备是Clevenger装置。
在水蒸馏过程中,芳香植物的所有部件必须通过沸水保持运动;这是可能的,当蒸馏的材料是松散的并且在沸水中仍然保持松散。仅仅因为这个原因,水蒸馏才具有一个独特的优点,即,它可以处理那些与活蒸汽接触会形成蒸汽无法穿透的结块的粉末状物质或植物部件。水蒸馏的其他实际优点是:蒸馏器价格便宜,易于建造,适合现场操作。在许多国家,便携式设备仍然广泛使用这些设备。
水蒸馏的主要缺点是不可能完全萃取。此外,某些酯类会发生部分水解,醛类等敏感物质会发生聚合。水蒸馏需要更多的蒸馏器,更多的空间和更多的燃料。这需要相当多的经验和对方法的熟悉。高沸点和有些水溶性的油成分不能完全汽化或它们需要大量的蒸汽。因此,这个过程变得不经济。由于这些原因,只有在植物物质就其本质不能用水和蒸汽蒸馏法或直接蒸汽蒸馏法处理的情况下,才用水蒸馏法。
用蒸馏法生产花香油的传统方法
花香油是指花(如藏红花、万寿菊、玫瑰、茉莉花、班兰)在檀香木油或石蜡等基础原料中经过蒸馏得到的馏分物。花香油的生产是在远程的地方进行的,因为鲜花采集后必须迅速处理。用于制造花香油的设备轻巧、灵活、易维修、效率高。考虑到这些事实,传统的“deg and bhapka”工艺已经被使用了几个世纪,甚至现在与下列传统装备一起使用.
Degh – 陶土制收集花卉加等量清水器皿,蒸馏后产生蒸汽.
Sarpos – 两根管子的衔接处, 有时用椰叶包扎,有时用稻草.
Kamani – 叶子作成用来旋紧盖子是预防温度过高时盖子弹开
Bhapka – 圆形铜制冷却器附有一根长管,内有檀香油接收蒸馏出的芳香分子
Bhapka
Chonga – 空管竹子
Traditional bhatti (furnace)-炉子
Gachchi——冷却水箱
Kuppi——皮革瓶子
水蒸馏的缺点
•精油类成分,如酯类,对水解敏感,而其他成分,如非环单萜烃和醛类,容易聚合(因为在蒸馏过程中,水的pH值经常降低,水解反应更容易)。
•含氧成分,如酚类,倾向于溶解在静水中,因此不可能通过蒸馏法完全去除它们。
•由于水蒸馏往往是一个小的操作(一人或两人操作),积聚大量的精油需要很长时间,所以优质的油往往与劣质的油混合。
•蒸馏过程被当地的蒸馏商视为一门艺术,他们很少尝试优化精油产量或质量。
•水蒸馏慢于水和蒸汽蒸馏或直接蒸汽蒸馏。

水和蒸汽蒸馏

在水和蒸汽蒸馏中,蒸汽既可以在卫星锅炉中产生,也可以在蒸馏釜中产生,或者从植物原料中分离出来的。和水蒸馏一样,水和蒸汽蒸馏在偏远地区得到了广泛应用。此外,它不需要比水蒸馏更多的资本支出。此外,所使用的设备通常与水蒸馏中使用的设备相似,但植物材料是通过网格支撑在沸水之上的。事实上,人们进行水蒸馏,最后发展到水和蒸汽蒸馏,这是很常见的。
因此,一旦农村的蒸馏厂用水蒸馏生产出几批油,他们就会意识到,由于它的气味不明显(香气暗淡),油的质量不是很好。因此,做了一些修改。使用同样的蒸馏器,穿孔网格或板成型,这样植物材料就被举起水面。这降低了蒸馏器的容量,但提供了质量更好的油。如果水量不足以完成蒸馏,则需连接一根冷凝管,手动将凝结水加回蒸馏釜中,从而确保作为蒸汽源的水永远不会枯竭。人们还认为,这将在一定程度上控制凝析水中溶解含氧组分的损失,因为重复使用的凝析水将使其与溶解组分饱和,之后更多的油将溶解在其中。
Cohobation(回流蒸馏)
回流蒸馏是一种只能在水蒸馏或水和蒸汽蒸馏过程中使用的过程。它采用的做法是,在油被分离后,将馏分水还原到蒸馏器中,以便重新煮沸。这背后的主要原理是尽量减少含氧组分的损失,特别是在馏分水中溶解到一定程度的酚类物质。对于大多数油来说,这种油在水中溶解的程度小于0.2%,而对于富含酚的油来说,在蒸馏水中溶解的油的数量是0.2%-0.7%。
由于这种物质被不断地再蒸发、浓缩和再蒸发,任何溶解的含氧组分都将促进自身或其他油组分的水解和降解。同样地,如果含氧部件不断地接触直接热源或釜的一侧,其温度远高于100°C,那么降解的机会就会增加。
因此,除非馏出物中含氧成分暴露的温度不高于100°C,否则不建议采用回流蒸馏法。
在蒸汽和水蒸馏过程中,植物物料不能直接接触釜下的火源;然而,蒸馏器的壁面是热的良好导体,因此也可以从接触蒸馏器壁面的植物材料的热降解反应中获得蒸馏器的记录。由于蒸汽和水蒸馏过程中的蒸汽是湿的,这种蒸馏的一个主要缺点是它会使植物原料相当湿。
这减慢了蒸馏过程,因为水蒸气必须使水蒸发,使其在蒸馏釜中进一步浓缩。一种防止下部植物材料在网格上被水浸透的方法是使用挡板来防止水沸腾过度和直接接触植物材料。
水和蒸汽蒸馏与水蒸馏相比的优点
•更高的产油量。
•挥发油组分不易水解和聚合(蒸馏釜底部的湿度控制影响水解,而蒸馏釜壁的导热系数影响聚合)。
•如果回流得到控制,则极性化合物的损失最小化。
•通过蒸汽和水蒸馏得到的油的质量更可重现性。
•蒸汽和水的蒸馏比水的蒸馏速度快,所以更节能。目前许多油都是通过水蒸气和水的蒸馏法生产的,例如柠檬草油。
水和蒸汽蒸馏的缺点
•由于上升蒸汽的低压,高沸点范围的油需要更大数量的蒸汽汽化-因此延长蒸馏时间。
•植物材料变得潮湿,这减慢了蒸馏过程,因为水蒸气必须使水蒸发,使其在蒸馏釜中进一步凝结。
•为了避免位于网格上的下部植物材料被水浸透,使用挡板来防止水沸腾过度和直接接触植物材料。

Direct Steam Distillation(直接蒸汽蒸馏)

顾名思义,直接蒸汽蒸馏是用在蒸馏釜外的卫星蒸汽发生器(通常称为锅炉)的产生蒸汽对植物原料进行蒸馏的过程。在水和蒸汽蒸馏中,原料被支撑在蒸汽进口上方的有孔网格上。卫星蒸汽产生的真正优点是蒸汽的数量可以很容易地控制。由于蒸汽是在卫星锅炉中产生的,植物材料被加热不超过100°C,因此,它不会进行热降解。水蒸气蒸馏法是最被广泛接受的大规模生产精油的工艺。在香精香料供应业务中,这是一个标准的做法。
蒸汽蒸馏的一个明显缺点是需要更高的资本支出来建造这样的设备。在某些情况下,如大规模生产低成本精油(例如迷迭香、中国雪松、柠檬草、山苍子、宽叶薰衣草、桉树、香茅、清凉薄荷),这些油的世界市场价格仅够用蒸汽蒸馏来生产,而不摊还建设设施所需的10年或更长时间的资本支出。
直接蒸汽蒸馏
蒸汽直接蒸馏的优点
•蒸汽的量可以很容易地控制。
•无精油成分的热分解。
•最被广泛接受的大规模精油生产工艺,优于其他两种工艺。
直接蒸汽蒸馏的缺点
•基础设施所需的资本支出比其他两个流程要高得多。
参考文献: