高中生物专题六植物有效成分的提取课题1植物芳香油的提取学案新人教版选修

专题六植物有效成分的提取
情景引入·趣味导学
大自然的香味总是短暂的,为了获得持久的芳香,人们开始从植物和动物中提取香料.从薄荷、丁香、玫瑰里提取薄荷油、丁香油和玫瑰油；从雄麝的腺体取得麝香酮；从抹香鲸身上取得龙涎香等.14世纪,药剂师便开始用蒸馏芳香植物得到的芳香油来治病,最初主要有迷迭香、香紫苏、苦杏仁、芸香和肉桂等.古代贵妇人所用的化妆品,都是加有芳香物的碎粉,涂抹起来很不方便,有了芳香油就好多了.后来,芳香油又被用作香皂和食品的香料添加剂,用途不断扩大,单靠野生资源已不能满足需要,于是人们栽培了大量芳香作物,建立了许多芳香油的加工作坊.在法国南部的库拉斯镇充满了浓郁的花香,人们用最古老的方法制造香料.在玻璃板上涂上牛油,再在上面铺上花瓣,花香传到了牛油上(花香的成分被牛油萃取),这就是最早的发蜡.再用酒精冲洗这种发蜡,香味又传到酒精中,这就是古代欧洲的香水.
芳香油有挥发性,还有能随水蒸气蒸发的特性,可利用蒸馏法提取芳香油.法国香水业作为一种工业生产,最初就是通过蒸馏香花获得芳香油的.后来人们又用压榨法、萃取法提取芳香油.蒸馏法要用金属制的蒸馏锅和冷凝器等设备,把芳香植物的花、茎、叶、枝、树皮、果实等放进锅内,再加入适量水,加热蒸馏几小时,蒸汽经过冷凝器冷却为油状液体.玫瑰油、薄荷油、肉桂油、薰衣草油、檀香油等主要由蒸馏法获得.压榨法是利用机械压力榨出芳香油.橘子油、柠檬油、甜橙油等都是用压榨法制得的.萃取法是用低沸点的有机溶剂如乙醚、苯、石油醚等,把新鲜的香花浸泡在溶剂里,几小时后,取出花渣,蒸去溶剂,留下含蜡的膏状物.茉莉浸膏、桂花浸膏、白兰花浸膏、玳瑁花浸膏等都是用萃取法制成的.天然香料分为植物性香料和动物性香料,以植物性香料为主,现有300多种,每年产量在2万吨以上.
如何提取芳香油是本专题要学习的一项技术.在本专题的学习中,我们应当学会设计简易的实验装置,应当了解提取植物有效成分的基本原理和方法,并学习摸索提取有效成分的最佳条件.
专题概述
本专题包括《植物芳香油的提取》和《胡萝卜素的提取》两课题内容.课题1通过设计简易的实验装置来提取植物芳香油,使我们了解提取芳香油的基本原理,研究从生物材料中提取特定成分的方法,初步学会某些植物芳香油的提取技术.课题2通过从胡萝卜中提取胡萝卜素,
了解有关胡萝卜素的基础知识和提取胡萝卜素的基本原理,初步学会胡萝卜素的提取技术和纸层析的操作方法,并初步了解有机溶剂的相关知识,并学习摸索提取植物有效成分的最佳条件.植物有效成分的提取,是一个专门的研究领域,涉及的技术十分广泛.本专题的两个课题涵盖了提取植物有效成分的三种最基本的技术：蒸馏、压榨和萃取.实践这些技术,不仅能够加深我们对植物有效成分的认识,增进对实验原理的理解,而且能够锻炼我们设计和安装实验装置的能力.
专题重点：植物芳香油的提取技术；针对原料的不同特点,采用适宜的提取方法；胡萝卜素的提取,纸层析的操作.
专题难点：植物芳香油的提取技术；针对原料的不同特点,采用适宜的提取方法；胡萝卜素的提取.
学法指导
1．查阅资料并搜集相关的材料,大致了解植物芳香的发展历史.
2.结合日常生活中的一些具体事例,熟悉提取植物芳香油的三种基本方法,并理解其原理.例如,实验室制备蒸馏水就用到了蒸馏的方法；超市出售的手动榨汁器,其原理与教材介绍的压榨法是类似的；等等.
3.通过列表比较分析提取植物芳香油三种方法的优点与不足.
4.明确胡萝卜素的作用,理解提取胡萝卜素的原理.
课题1 植物芳香油的提取
学习目标课程标准
1．掌握提取植物芳香油的基本原理.(重、难点)
2．简述植物芳香油的提取技术和方法.
3．举例说出从生物材料中提取特定成分的过程.(重
点)
能设计简易的实验装置从芳
香植物中提取芳香油.
自主学习·预习热身
一、植物芳香油的来源、特点
植物芳香油可以从50多个科的植物中提取.例如,工业生产中,玫瑰花用于提取__玫瑰油__,樟树树干用于提取__樟油__.提取出的植物芳香油具有很强的__挥发性__,主要包括萜类化合物及其衍生物.
二、植物芳香油的提取方法
提取方法主要有__蒸馏__、__萃取__和__压榨__等,具体采用的方法要根据__原料__的特点来决定.
1．水蒸气蒸馏法
(1)原理：利用水蒸气将__挥发性__较强的植物芳香油携带出来,形成__油水混合物__,冷却后,混合物又重新分出__油层__和__水层__.
(2)分类：根据蒸馏过程中__原料的位置__,可以将水蒸气蒸馏法划分为__水中蒸馏__、水上蒸馏和__水气蒸馏__.
2．萃取法
(1)原理：芳香油易溶于__有机溶剂__,溶剂挥发后得到芳香油.
(2)步骤：将__粉碎__、__干燥__的植物原料用__有机溶剂__浸泡使芳香油溶解于其中,之后只需蒸发出__有机溶剂__即可达到目的.
(3)注意事项：用于萃取的有机溶剂必须事先精制,除去__杂质__,否则会影响芳香油的质量.
三、玫瑰精油的提取
1．性质
化学性质__稳定__,难溶于__水__,易溶于__有机溶剂__,能随水蒸气一同蒸馏.
2．方法
水蒸气蒸馏(__水中__蒸馏),玫瑰花瓣与清水质量比为__1∶4__.
3．流程
鲜玫瑰花＋清水――――――→__水蒸气蒸馏__油水混合物――――――→加入__氯化钠__分离油层――――――――→加入__无水硫酸钠__除水、过滤
玫瑰油 四、橘皮精油的特征及提取方法
1．橘皮精油的特征
无色透明,具有诱人的__橘香味__,成分主要为__柠檬烯__,是__食品__、化妆品和__香水配料__的优质原料.
2．橘皮精油的提取
(1)方法：一般采用__压榨法__.
(2)流程：__石灰水__浸泡→漂洗→__压榨__→__过滤__→静置→再次过滤→橘皮油.
五、操作提示
1．玫瑰精油的提取
蒸馏时温度不能__太高__,时间不能__太短__.如果要提高品质,就需__延长__蒸馏的时间.
2．橘皮精油的提取
橘皮在__石灰水__中浸泡时间为10 h 以上,这样压榨时不会__滑脱__,出油率__高__,并且过滤时不会堵塞筛眼.
思考
用压榨法提取橘皮精油时为何需先用石灰水浸泡？石灰水作用是什么？
提示：石灰水的pH为12,属强碱性溶液,能够破坏细胞结构,分解果胶,一方面可防止橘皮压榨时滑脱,另一方面可提高出油率.
┃┃活学巧练__■
判断题
1．橙皮精油、柠檬精油的提取通常采用水蒸气蒸馏法.(×)
分析：橙皮、柠檬皮与橘皮类似,水中蒸馏会导致某些原料焦糊和有效成分水解,橙皮精油和柠檬精油应采用压榨的方法提取.
2．植物芳香油具有很强的挥发性,主要包括萜类化合物及其衍生物.(√)
3．为了提高提取效率,可以利用干玫瑰花提取玫瑰精油.(×)
分析：玫瑰精油易挥发,干玫瑰花中的玫瑰精油很少,应采用鲜玫瑰花提取玫瑰精油.
4．植物芳香油的提取方法只有蒸馏、压榨和萃取.(×)
分析：植物芳香油的提取方法有多种,其中常用的有蒸馏、压榨和萃取.
5．天然香料来源于动物和植物,微生物不能产生.(×)
分析：天然香料的主要来源是动物和植物,微生物中的真菌也可以产生芳香化合物.
6．挥发性强的植物芳香油都可以采用蒸馏法提取.(×)
分析：能够利用蒸馏法提取的物质应该具有热稳定性,否则会发生植物有效成分的分解.
7．原料易焦糊和有效成分水解的植物芳香油都可以用压榨法提取.(×)
分析：原料易焦糊和有效成分水解的植物芳香油不适于蒸馏法的可以考虑压榨法,但是需要原料中植物芳香油的含量较大,否则不易压榨出来.
新知解读·互动探究
知识点
植物芳香油的提取方法
┃┃要点归纳__■
1．植物芳香油的来源、特点及应用
(1)天然香料的主要来源
来自动物和植物.植物芳香油可以从50多个科的植物中提取.某些植物的根、茎、叶、花、果实、种子等器官均可用于提取植物芳香油.
(2)特点
植物芳香油具有很强的挥发性,组成复杂,主要包括萜类化合物及其衍生物.
(3)应用
广泛应用于轻工、化妆品、饮料和食品制造等方面.
2．植物芳香油的提取方法
(1)水蒸气蒸馏法
①原理：利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来、形成油水混合物,冷却后,混合物又会重新分出油层和水层.
②分类：根据蒸馏过程中原料放置的位置,可分成水中蒸馏、水上蒸馏和水气蒸馏.玫瑰精油的提取可使用该方法.
③适用范围：只适用于具有挥发性的,能随水蒸气蒸馏而不被破坏,与水不发生反应,且难溶或不溶于水的成分的提取.
(2)压榨法
利用机械压力榨出芳香油.柑橘、柠檬芳香油的制备可使用该方法.
(3)萃取法
①原理：植物芳香油不仅挥发性强,而且易溶于有机溶剂.
②方法、步骤：将粉碎、干燥的植物原料用有机溶剂浸泡,使芳香油溶解在有机溶剂中之后,只需蒸发出有机溶剂,就可以获得纯净的植物芳香油了.胡萝卜素的提取可使用该方法.
③缺点：用于萃取的有机溶剂必须事先精制,除去杂质,否则会影响芳香油的质量.
知识贴士
关于植物芳香油提取方法的两个误区
(1)不要认为挥发性强就可以利用蒸馏法提取：因为有些芳香油不耐高温或原料易焦糊,不能采用蒸馏法提取,只能考虑用压榨或萃取的方法提取.
(2)不要认为原料易焦糊就可以利用压榨法提取：因为利用压榨法提取的植物芳香油必须是芳香油含量高,否则不易榨取.
┃┃典例评析__■
典例1 柑橘不适于用哪种提取方法( B )
A．水气蒸馏B．水中蒸馏
C．水上蒸馏D．压榨法
[解析]它不适于用水中蒸馏的方法,因为水中蒸馏会导致原料焦糊和有效成分水解等问题.
┃┃变式训练__■
1．我们选择提取玫瑰精油的方法是 ( C )
A．水气蒸馏B．压榨法
C．水中蒸馏D．萃取法
[解析]玫瑰精油能随水蒸气一同蒸馏,所以可以选择水蒸气蒸馏法,又由于它的化学性质稳定,因此选择水中蒸馏.
知识点
植物芳香油的提取 ┃┃要点归纳__■
1．玫瑰精油的提取
(1)提取方法的选择
根据玫瑰精油的性质可知,水中蒸馏不会导致原料焦糊和有效成分水解等,因此采取水中蒸馏提取玫瑰精油更加简便易行.
(2)水蒸气蒸馏的装置
①加热装置：包括铁架台、酒精灯、铁圈、石棉网、蒸馏烧瓶、铁夹、单孔塞及温度计. a ．温度计的位置：温度计水银球应与蒸馏烧瓶的支管口下沿保持水平；
b ．加热时要防爆沸：垫石棉网,向液体中加入几片碎石或瓷片；
c ．烧瓶内液体量：占烧瓶容积的13～23
. ②冷凝装置：由铁架台和冷凝管组成,冷凝管中水流应从下方进水,上方出水,与蒸汽流向相反.
③接收装置：由接液管和接收器(通常用锥形瓶)组成,收集冷凝后的液体.
(3)实验流程及注意事项. 流程
注意事项 鲜玫瑰花＋清水
二者比例为1∶4 水蒸气蒸馏 蒸馏温度太高、时间太短,产品质量就较差,若要提高产品品质,就要延长
蒸馏时间
油水混合物分层 加入NaCl,分层明显
分离油层
用分液漏斗分液 除水
加入无水Na 2SO 4除水 过滤得玫瑰油
——
2．橘皮精油的提取
(1)提取方法的选择
由于橘皮精油的有效成分在用水蒸气蒸馏时会发生部分水解,使用水中蒸馏法又会产生原料焦糊的问题,所以一般采用压榨法.
(2)实验流程及关键点
①橘皮的处理：
为了提高出油率,需要将橘皮干燥去水,并用石灰水浸泡,浸泡时间为10 h 以上.橘皮要浸透,这样压榨时不会滑脱,出油率高,过滤时不会堵塞筛眼.
②橘皮的压榨：
a ．压榨前要充分考虑容器能够承受的压力范围,防止容器破裂,导致实验失败.
b ．为了使橘皮精油易于与水分离,还要分别加入相当于橘皮质量的0.25%的小苏打和5%的硫酸钠,并调节pH 至7～8.
③压榨液的处理：压榨液⎩⎪⎨⎪⎧橘皮精油大量水分糊状残渣果蜡等
具体操作如下：压榨液
――→普通布袋过滤过滤液――→离心处理分离液――→分液漏斗分液粗制橘皮油――→低温处理过滤
橘皮精油 a ．两次过滤：第一次用普通布袋过滤,第二次用滤纸过滤.
b ．低温处理要掌握好温度(5～10 ℃)和时间(5～7 d).
④注意事项：
压榨是机械加压的过程,既要将原料压紧,防止原料滑脱,又要将油分挤压出来. ┃┃典例评析__■
典例2 下列对植物芳香油的理解正确的是( C )
A ．组成成分主要是烃类化合物及其衍生物
B ．来源广泛,几乎所有植物的任何器官都可提取芳香油
C ．具有较强的挥发性且易溶于有机溶剂,不溶于水
D ．植物芳香油可从野生真菌中提取
[解析] 植物芳香油组成较复杂,主要包括萜类化合物及其衍生物,A 错误；植物芳香油主要来源于某些植物的特殊器官,如玫瑰油从玫瑰花中提取,B 错误；植物芳香油具有较强的挥发性,且易溶于有机溶剂,不溶于水,C 正确；野生真菌可以产生芳香化合物,但植物芳香油只从植物中提取,D 错误.
┃┃变式训练__■
2．(2019·康杰中学高二期中)下列有关玫瑰精油、橘皮精油两种植物芳香油提取方法的
叙述,正确的是 ( C )
A．在橘皮精油提取过程中石灰水的作用是漂去橘皮颜色
B．两种提取过程中都加入了Na2SO4,并且所起作用都相同
C．玫瑰精油提取时分液漏斗的作用是分离油层和水层
D．所用的两种原料玫瑰花瓣和橘皮均需干燥去水处理
[解析]在橘皮精油提取过程中石灰水的作用是破坏细胞结构,分解果胶,防止橘皮压榨时滑脱,提高出油率,A项错误；提取橘皮精油时,加入Na2SO4的作用是使橘皮油易与水分离,提取玫瑰精油时,加入无水Na2SO4吸收水分,B项错误；玫瑰精油提取时通过分液漏斗分离油层和水层,C项正确；玫瑰精油易挥发,提取时应选择鲜玫瑰花为原料,D项错误
.
指点迷津·拨云见日
蒸馏法、压榨法和萃取法的比较
比较
方法
优点局限性实验原理适用范围方法步骤
水蒸气蒸馏法简单易行,便
于分离
水中蒸馏会
导致某些原
料焦糊和有
效成分水解
利用水蒸气
将挥发性较
强的芳香油
携带出来
适用于提取玫
瑰油、薄荷油等
挥发性强的芳
香油
①水蒸气蒸
馏
②分离油层
③除水过滤
压榨法生产成本低,
易保持原料
原来的结构
和功能
分离较为困
难,出油率相
对较低
通过机械加
压,压榨出果
皮中的芳香
油
适用于柑橘、柠
檬等易焦糊原
料的提取
①石灰水浸
泡、漂洗
②压榨、过
滤、静置
③再次过滤
萃取法产量高,易分
离
使用有机溶
剂处理不当
会影响提取
物的质量
使芳香油溶
解在有机溶
剂中,蒸发溶
剂后就可获
得芳香油
适用范围广,要
求原料的颗粒
要尽可能细小,
能充分浸泡在
有机溶剂中
①粉碎、干燥
②萃取、过滤
③浓缩
知识贴士
(1)水蒸气蒸馏法有水中蒸馏、水上蒸馏和水气蒸馏三种方法,应根据不同的提取原料选择不同的蒸馏方法.
(2)压榨法必须在常温条件下进行,否则会影响产物产量和质量.
(3)萃取法就是根据相似相溶原理,根据不同物质的不同沸点来蒸发或分液.
典例 3 (2019·山西应县一中高二期中)在植物有效成分的提取过程中,常用萃取法、蒸馏法和压榨法.下列关于这三种方法的叙述,错误的是( A )
A．蒸馏法的实验原理是利用水将芳香油溶解,然后把水蒸发掉,剩余部分即芳香油
B．压榨法的实验原理是通过机械加压,压榨出原料中的芳香油
C．萃取法的实验原理是使芳香油溶解在有机溶剂中,蒸发掉有机溶剂后就可以获得芳香油
D．蒸馏法适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油
[解析]蒸馏法的实验原理是利用水不能溶解芳香油,而是利用水蒸气将挥发性强的芳香油携带出来,再把芳香油蒸发掉,再冷却得到就是芳香油,故A错误；压榨法是通过机械加压,压榨出果皮中的芳香油,适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取,故B正确；萃取法是使芳香油溶解在有机溶剂中,蒸发掉溶剂后就可获得芳香油,适用范围较广,故C正确；蒸馏法适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油,故D正确.
核心素养·技能培优
案例许多植物含有天然香料,如薄荷叶中含有薄荷油.现用薄荷叶提取薄荷油.回答问题：
(1)薄荷油是挥发性物质,提取薄荷油时应选用__鲜__(填“鲜”或“干”)薄荷叶作原料,其原因是__薄荷油易挥发,鲜薄荷叶中薄荷油含量高__.
(2)用萃取法提取薄荷油时,采用的溶剂是__乙醚__,原理是__薄荷油能溶于乙醚,且乙醚沸点低、易蒸发__.
(3)用水蒸气蒸馏法提取薄荷油时,在油水混合物中加入氯化钠的作用是__使乳浊液分层__.常用于分离油层和水层的器皿是__分液漏斗__.分离出的油层中加入无水硫酸钠的作用是__吸去油层中的水分__,除去固体硫酸钠的常用方法是__过滤__.
[思维过程]思考提取薄荷油的材料、方法、原理及试剂的用途.
[解析](1)薄荷油易挥发,鲜薄荷叶中薄荷油含量高,更易提取.(2)薄荷油是有机物,易溶于有机溶剂乙醚,且乙醚沸点低、易蒸发,故常用乙醚作为萃取剂.(3)氯化钠的作用是使乳浊液分层；用于分离油层和水层的常用器皿是分液漏斗；无水硫酸钠可吸去油层中的水分,使油层分离；除去固体硫酸钠常用过滤法.
[方法技巧] (1)水中蒸馏设备简单、成本低、易操作；水上蒸馏和水气蒸馏时间短,出油率高.
(2)用于萃取的有机溶剂必须事先精制,除去杂质,否则会影响芳香油的质量.
问题释疑·探究升华
[练习]
1．从古代人类将芳香植物或花卉制成干品,当作药物和香料使用谈起,引入到欧洲中世纪香料贸易的发展,促成了植物芳香油提取技术的诞生,反映了社会生活的需要对科学技术的推动.随着有机化学的发展,人造香料日益普及,但人们对天然植物芳香油仍情有独钟,它一方面说明了科学技术的发展赋予了人类更多的自由,同时也反映了人造物依旧很难取代自然产物的事实.在充分体现了植物芳香油与人类社会生产生活的紧密联系后,教材说明了本课题的目标：了解提取植物芳香油的原理,设计简单的实验装置,从橘皮或玫瑰花中提取芳香油.老师在教学中可充分利用上述素材,对学生进行生动的科学、技术、社会的教育,并激发学生动手实践的兴趣.
植物芳香油一般都是由2～3种芳香油混合调配而成的,其中的基底油常取自植物的种子或果实,比如胡桃油、甜杏油.基底油与其他芳香油调配在一起,能够加强功效.从玫瑰花中提取出的玫瑰油称为“液体黄金”,是世界香料工业不可取代的原料,多用于制造高级香水和化妆品等.提取出的玫瑰油不含有任何添加剂或化学原料,是纯天然的护肤品,具有极好的抗衰老和止痒作用,能够促进细胞再生、防止肌肤老化、抚平肌肤细纹,还具有使人放松、愉悦心情的功效.杏仁油富含矿物质和维生素,是一种质地轻柔、高渗透性的保湿剂.薰衣草精油取自薰衣草花,具有怡神、助睡眠、舒缓压力的作用,此外它还具有降压、止痛、促进细胞再生的功能,可以用于治疗烫伤和蚊虫叮咬、预防和改善脱发.柠檬精油取自柠檬果皮,具有消除紧张、焦虑和振奋精神的作用,可用于治疗神经衰弱、关节炎,还具有促进血液循环、杀菌止痛、平衡油脂分泌、舒缓肌肤老化、滋养头发的功效.茶树精油具有新鲜、强烈的药草香味,能改善毛孔阻塞,净化肌肤,抗感染,对治疗青春痘有奇效.它也能消除疲劳、缓解压力.天竺葵精油能收敛皮肤,平衡、调理、润滑中干性皮肤和敏感性皮肤,改善橘皮样表皮,还有助于恢复精力,平缓心情.茉莉精油能防止肌肤老化,对中干性皮肤和敏感性皮肤具有良好的保湿和滋润作用,尤其对女性的妊娠纹和内分泌有独特的改善效果.橙花精油具有清新的水果香味,不但能使人镇静,还能防止中干性肌肤的老化现象发生,给肌肤赋予青春活力,促进皮肤再生.
2．建议：可以在老师的组织下进行一次社会调查,并写出详细的调查报告.
知识构建·条分缕析
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