肉桂油提取综合性设计实验报告

广州大学化学化工学院
本科学生综合性、设计性实验报告
实验课程化学工程与工艺专业实验
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化工142班
学号1405200062 姓名赵晓圳
指导教师及职称陈姚（教授）、梁红（教授）、李树华（实验员）
开课学期2016 至2017 学年 1 学期
时间2016 年12 月21 日
一、预习报告
实验序号10－1 实验项目天然植物中香料的提取及成分分析
实验时间2016.12.21 实验室334 小组成员赵晓圳、梁华健、刘鑫龙、邓启翔
1．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）掌握阿贝折射仪的使用方法及应用。

2．实验原理、实验流程或装置示意图
⑴实验原理
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。

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。

植物的香精油一般存在于植物的根、茎、叶、籽和花中，大部分是易挥发性的物质，因此可以用水蒸气蒸馏的方法加以分离，其他的分离方法还有萃取法和榨取法。

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。

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。

肉桂皮中香精油的主要成分是肉桂醛。

其结构式为：
肉桂醛（反－3－苯基丙烯醛）沸点为252℃，略带浅黄色油状液体，难溶于水，易溶于苯、丙酮、乙醇、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳等有机溶剂。

肉桂醛易被氧化，长期放置，经空气中的氧慢慢氧化成肉桂酸，肉桂醛能随水蒸气蒸发，因此本实验将用水蒸气蒸馏的方法提取出肉桂油。

用红外光谱仪测定所得油的红外光谱来进行肉桂醛官能团的定性。

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。

⑵实验流程
图1 肉桂油提取流程
⑶装置示意图
3．实验设备及材料
（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。

4．实验方法步骤及注意事项
1、肉桂油的提取
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60g 研磨碎的肉桂皮于一只500mL 三口烧瓶中，加入0.05g 十二烷基磺酸钠，再加入190mL 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250mL 至无油状物溜出为止。

移馏出液于250mL 分液漏斗中，用20mL 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。

（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。

5．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：
%100m m ⨯=皮
油油x （皮m ：肉桂皮粉末质量，油m ：肉桂油质量）
3）测定所得肉桂油的红外光谱，与标准红外光谱图对比，并解释图谱中主要峰的意义；
4）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。

图3 反－肉桂醛标准红外光谱图
参考文献
［1］梁红．化学工程与工艺专业实验．广州：广东科技出版社，2009
[2]建华萃取芬芳-香料的提取与分离,《封面故事》
[3]董丽萍，许松林天然香料的提取分离技术《天津化工》2006年9月
[4] 张海军,陈建村,施磊.Perkin反应合成肉桂酸香料.香精化妆品,2006,(5):17~20.
[5] 赵勇.肉桂酸的合成与应用进展.化工科技市场,2001,(6):17~18.
[6] 李惠淮,冀亚飞.肉桂酸的合成.安徽教育学院学报,2003,21(6):61~62
教师对实验方案设计的意见
签名：
年月日
二、实验报告
1．实验现象与结果
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。

分液萃取过程中，油水分层，上层由于有表面活性剂十二烷基磺酸钠而存在泡沫，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黄色，最后呈棕黄色，散发出较浓的肉桂油辛香味，烧瓶底部有极少量固体结晶。

肉桂皮粉末质量g m 000.60=皮，肉桂油质量g m 300.0=油；
肉桂油收率： %5.0%100000
.60300.0%100m m =⨯=⨯=皮油油x 肉桂油折射率：6050.1=n
肉桂醛红外光谱图：
图 4 肉桂醛红外光谱图
2．对实验现象、实验结果的分析及其结论
水蒸气蒸馏法提取肉桂油实验中，提取得到的肉桂油为棕黄色液体，而且具有较浓的肉桂油辛香味，香气强烈持久。

产品质量为0.300g，收率为0.5%，查阅资料可知，碎桂的出油率为1%～2%故本实验所提取的肉桂油量稍偏低，但属于正常提取范围。

产品折光率为 1.5873，而肉桂醛折光率（20℃）指标为：1.619－1.623，故所提取的肉桂油折射率偏低，说明所提取的肉桂油不纯，因为肉桂油中还存在少量的反式邻甲氧基肉桂醛、甲基丁香酚、桂醇、乙酸桂酯、香豆素、香兰素、丁香酚等有机化合物，也可能含有二氯乙烷等杂质。

表 1 肉桂油中各组分的折光率（20℃）
有机物种类肉桂醛甲基丁香酚香豆素丁香酚二氯乙烷
折光率n20/D 1.619－1.623 1.5388 1.3904 1.541 1.4167 对所测的红外光谱图进行结构定性分析，并解释图谱中主要峰的意义。

图5实验得肉桂油与反式肉桂醛标准红外光谱对比图由图5对比图可以看出，实验得肉桂油与反式肉桂醛标准红外光谱图在主要峰的分布上基本保持一致的，唯一不同在于2500~2300之间振动的方向相反。

以下进行具体峰意义的说明：
2816cm-1吸收谱带可归宿为醛基的C－H伸缩振动；文献报导这一中等强度谱带的出现，归因于Fermi共振，此共振发生在醛的基本C－H伸缩与通出现在靠近1390cm-1处的C－H弯曲振动的一级倍频之间；1671cm-1吸收谱带，可归宿为共扼的C=O伸缩振动。

一般正常醛的C=O伸缩振动谱带在1730cm-1，而当C=O与碳碳双键共轭时，醛的C=O伸缩振动频率会发生降低。

根据红外光谱图在4000~1680cm-1区域间具有与反－肉桂醛标准红外光谱图基本相同特征的吸收谱带，可以初步推断，该峰应是苯基－烯基醛化合物。

1450cm-1吸收谱带可归宿为与芳环共扼的烯基C=C伸缩振动；
1129cm-1吸收谱带可归宿为C－C伸缩振动谱带，这是由于苯烯醛上羰基的存在活化
了它相邻的C－C振动，在C－C伸缩振动区域出现中等强度的谱带；
1000~800cm-1区域是在双键碳原子上的氢原子面外变形振动产生高度特征吸收谱带的区域，其中图谱在970cm-1有一中等强度的吸收谱带，与文献资料中，反式烯烃双键碳原子上的氢原子面外变形振动，在990~965cm-1处产生一个中等强度的吸收谱带的论述完全相符合。

也有资料证明这种判断，如Kilpatrick 和Piter证明这个谱带是由于氢原子的振动离开双键平面所产生。

Brattain曾证明这个谱带只出现于反式双键。

故综上可以判断出，该峰是反式肉桂醛。

2500~2300cm-1区域与标准谱图对比差距较大，伸缩振动方向完全相反，可能是由于生成了杂质，导致振动方向相反，但查阅了资料，肉桂醛在此区域内没有吸收峰，故不影响对其谱图的分析结果。

三．实验总结
1．本次实验成败及其原因分析
本次水蒸气蒸馏法提取肉桂油的实验所制得的产品为亮黄色油状液体，收率为0.5%，折光率为1.5873，红外光谱图定性分析可判断产品为反式肉桂醛。

本实验制得肉桂油折射率较标准指标稍偏低，反映出产品中还有少量杂质。

产品收率也较文献值稍偏低，原因可能为：a.与所选择的原材料肉桂粉本身有关，原料本身不应该磨成粉，应该整块提取的；b.水蒸气蒸馏过程中，温度较高，肉桂油也会出现少量分解的现象；c.由于水蒸气通入速率较快，部分肉桂油未得到充分提取挥发而滞留溶液中。

但总体而言，产品基本符合肉桂油基本物理性质，基本达到预期效果，实验是较为成功的。

2．本实验的关键环节及改进措施
关键环节：
本实验水蒸气蒸馏装置中的水蒸气通入速率应合理控制，不应达到爆沸；提取时间也用过足够，应当在2h以上，直到馏出液不在有油状液滴出现否则都会影响肉桂油产率；至于加不加表面活性剂，对实验影响不大，如若加了表面活性剂，在后期萃取过程中上层液体会有很多浑浊气泡生成。

改进措施：
本实验改进方式：a.本实验所用的萃取剂为二氯乙烷，具有微毒，对人体有害，可选用乙醚进行取代；b.相关文献显示，合适的食品添加剂可以促进水溶作用使肉桂皮粉和水充分接触，加速肉桂油从细胞壁中析出，故尝试使用合适的添加剂，能明显提高提取率；c.在氮气保护下对肉桂油进行减压蒸馏，也可以有效地保证桂油的品质和回收率。

精制后的肉桂油在外观和气味上有明显改善。

提取方法改进：相关文献资料显示，将肉桂皮用微波处理，然后将肉桂皮直接水蒸馏，也可获得天然有机物肉桂醛，且收率可达2%。

指导教师评语及评分：
签名：年月日。