課題目标
本課題通過設計簡易的實驗裝置來提取植物芳香油,使學生了解提取植物芳香油的基本原理,研究從生物材料中提取特定成分的方法,初步學會某些植物芳香油的提取技術。
課題重點與難點課題重點:植物芳香油的提取技術;針對原料的不同特點,采用适宜的提取方法。
課題難點:植物芳香油的提取技術;針對原料的不同特點,采用适宜的提取方法。
課題背景分析課題背景從古代人類将芳香植物或花卉制成幹品,當作藥物和香料使用談起,引入到歐洲中世紀香料貿易的發展,促成了植物芳香油提取技術的誕生,反映了社會生活的需要對科學技術的推動。随着有機化學的發展,人造香料日益普及,但人們對天然植物芳香油仍情有獨鐘,它一方面說明了科學技術的發展賦予了人類更多的自由,同時也反映了人造物依舊很難取代自然産物的事實。在充分體現了植物芳香油與人類社會生産生活的緊密聯系後,教材說明了本課題的目标:了解提取植物芳香油的原理,設計簡單的實驗裝置,從橘皮或玫瑰花中提取芳香油。
基礎知識分析與教學建議(一)植物芳香油的來源
知識要點:1.植物芳香油的來源和發展曆史;2.植物芳香油的主要化學成分。
(二)植物芳香油的提取方法
知識要點:提取植物芳香油的三種基本方法:蒸餾、壓榨和萃取。
實驗案例案例一 玫瑰精油的提取
5月上、中旬是玫瑰的盛開期,最好是選用當天采摘的鮮玫瑰花。将花瓣用清水沖洗,去掉上面的灰塵等雜質,瀝幹水分。由于玫瑰精油化學性質穩定,從玫瑰花中提取玫瑰精油可采取水中蒸餾法。本實驗的具體操作步驟如下。
1.稱取50 g玫瑰花瓣,放入500 mL的圓底燒瓶中,加入200 mL蒸餾水。按教科書圖6-2所示安裝蒸餾裝置。蒸餾裝置包括:鐵架台兩個、酒精燈、石棉網、蒸餾瓶、橡膠塞、蒸餾頭、溫度計、直型冷凝管、接液管、錐形瓶,以及連接進水口和出水口的橡皮管。所有儀器必須事先幹燥,保證無水。整套蒸餾裝置可分為左、中、右三部分,其中左邊的部分通過加熱進行蒸餾,中部将蒸餾物冷凝,右邊的部分用來接收。安裝儀器一般都按照自下而上、從左到右的順序。拆卸儀器的順序與安裝時相反。具體安裝順序和方法如下。
(1)固定熱源──酒精燈。
(2)固定蒸餾瓶,使其離熱源的距離如教科書中圖6-2所示,并且保持蒸餾瓶軸心與鐵架台的水平面垂直。
(3)安裝蒸餾頭,使蒸餾頭的橫截面與鐵架台平行。
(4)連接冷凝管。保證上端出水口向上,通過橡皮管與水池相連;下端進水口向下,通過橡皮管與水龍頭相連。
(5)連接接液管(或稱尾接管)。
(6)将接收瓶瓶口對準尾接管的出口。常壓蒸餾一般用錐形瓶而不用燒杯作接受器,接收瓶應在實驗前稱重,并做好記錄。
(7)将溫度計固定在蒸餾頭上,使溫度計水銀球的上限與蒸餾頭側管的下限處在同一水平線上。
2.蒸餾裝置安裝完畢後,可以在蒸餾瓶中加幾粒沸石,防止液體過度沸騰。打開水龍頭,緩緩通入冷水,然後開始加熱。加熱時可以觀察到,蒸餾瓶中的液體逐漸沸騰,蒸汽逐漸上升,溫度計讀數也略有上升。當蒸汽的頂端達到溫度計水銀球部位時,溫度計讀數急劇上升。在整個蒸餾過程中,應保證溫度計的水銀球上常有因冷凝作用而形成的液滴。控制蒸餾的時間和速度,通常以每秒1~2滴為宜。蒸餾完畢,應先撤出熱源,然後停止通水,最後拆卸蒸餾裝置,拆卸的順序與安裝時相反。
3.收集錐形瓶中的乳白色的乳濁液,向錐形瓶中加入質量濃度為0.1 g/mL的氯化鈉溶液,使乳化液分層。然後将其倒入分液漏鬥中,用分液漏鬥将油層和水層完全分開。打開頂塞,再将活塞緩緩旋開,放出下層的玫瑰精油,用接收瓶收集。向接收瓶中加入無水硫酸鈉,吸去油層中含有的水分,放置過夜。
為了更好地将油、水兩層液體分離,操作時應注意正确使用分液漏鬥。分液漏鬥的使用方法如下。(1)首先把活塞擦幹,為活塞均勻塗上一層潤滑脂,注意切勿将潤滑脂塗得太厚或使潤滑脂進入活塞孔中,以免污染萃取液。
(2)塞好活塞後,把活塞旋轉幾圈,使潤滑脂分布均勻。并用水檢查分液漏鬥的頂塞與活塞處是否滲漏,确認不漏水後再使用。
(3)将分液漏鬥放置在大小合适的、并已固定在鐵架台上的鐵圈中,關好活塞。将待分離的液體從上部開口處倒入漏鬥中,塞緊頂塞,注意頂塞不能塗潤滑脂。
(4)取下分液漏鬥,用右手手掌頂住漏鬥頂塞并握住漏鬥頸,左手握住漏鬥活塞處,大拇指壓緊活塞,将分液漏鬥略傾斜,前後振蕩(開始振蕩時要慢)。
(5)振蕩後,使漏鬥口仍保持原傾斜狀态,左手仍握在漏鬥活塞處,下部管口指向無人處,用拇指和食指旋開活塞,使其釋放出漏鬥内的蒸氣或産生的氣體,以使内外壓力平衡,這一步操作也稱做“放氣”。
(6)重複上述操作,直至分液漏鬥中隻放出很少的氣體時為止。再将分液漏鬥劇烈振蕩2~3 min,然後将漏鬥放回鐵圈中,待液體靜置分層。
案例二 橘皮精油的提取
課前準備:在實驗前一天,教師需要準備新鮮的、沒有黴爛的橘皮,用量可根據實驗人數來決定。用清水沖洗橘皮,去掉灰塵等雜質,瀝幹水分後,将橘皮攤放在幹燥通風處。将晾幹的橘皮浸泡在pH大于12、質量分數為7%~8%的石灰水中,時間為16~24 h,中間翻動2~3次。浸泡好的橘皮呈黃色、無白芯、稍硬、脆而不斷、具有彈性。這樣的橘皮在壓榨時不易打滑,橘油的噴射力強;壓榨後的殘渣呈顆粒狀,殘渣中的含水量低,黏稠度不太高,過濾時比較順利,不易堵塞篩孔。
提取橘皮精油的具體步驟如下。
1.将浸泡後的橘皮,用流動的水漂洗,洗淨後撈起、瀝幹。切記一定要将橘皮徹底沖洗幹淨。然後将橘皮粉碎至3 mm大小,放入家用榨汁機或手動壓榨機中粉碎。粉碎時加入與橘皮同質量的質量分數為0.25%的小蘇打和質量分數為5%的硫酸鈉溶液,并調節pH為7~8。
2.在榨出的油水混合液中加入明礬,使之沉澱并變澄清,然後用布袋過濾,除去糊狀殘渣。再将得到的混合物,用6 000 r/min~8 000 r/min的轉速進行高速離心。在正常情況下,離心後獲得的香精油将是澄清透明的。
3.分離出的香精油往往帶有少量水分和蠟質等雜質,為了進一步除去雜質,可以将分離的産品放在5 ℃~10 ℃的冰箱中,靜置5~7 d,讓雜質與水下沉。然後用吸管吸出上層澄清的油層,再通過墊有濾紙或石棉紙的漏鬥進行減壓抽濾,得到黃色油狀的橘皮精油。
課題成果評價(一)是否提取出了植物精油
觀察學生提取出的玫瑰精油或橘皮精油,從顔色、氣味等方面來評價所提取的精油的純度和質量。從玫瑰花提取的芳香油是淺黃色至黃色的液體,并帶有甜韻的玫瑰香;從橘皮提取的橘皮精油無色透明,具有誘人的橘香味。本課題隻是對兩種精油進行了初步的提取,其中仍然含有大量的雜質。
(二)出油率的計算
根據教科書提供的公式計算出油率。如果出油率高,說明實驗方案設計合理;如果出油率低,教師可以幫助學生從實驗方法的選擇、實驗過程的操作等各方面分析原因,改進後再作嘗試。
答案和提示練習1.植物芳香油一般都是由2~3種芳香油混合調配而成的,其中的基底油常取自植物的種子或果實,比如胡桃油、甜杏油。基底油與其他芳香油調配在一起,能夠加強功效。
從玫瑰花中提取出的玫瑰油稱為“液體黃金”,是世界香料工業不可取代的原料,多用于制造高級香水等化妝品。提取出的玫瑰油不含有任何添加劑或化學原料,是純天然的護膚品,具有極好的抗衰老和止癢作用,能夠促進細胞再生、防止肌膚老化、平撫肌膚細紋,還具有使人放松、愉悅心情的功效。
杏仁油富含礦物質和維生素,是一種質地輕柔、高滲透性的保濕劑。
熏衣草精油取自熏衣草花,具有怡神、助睡眠、舒緩壓力的作用,此外它還具有降壓、止痛、促進細胞再生的功能,可以用于治療燙傷和蚊蟲叮咬、預防和改善脫發。
檸檬精油取自檸檬果皮,具有消除緊張、焦慮、振奮精神的作用,可用于治療神經衰弱、關節炎,還具有促進血液循環、殺菌止痛、平衡油脂分泌、舒緩肌膚老化、滋養頭發的功效。
茶樹精油具有新鮮、強烈的藥草香味,能改善毛孔阻塞,淨化肌膚,抗感染,對治療青春痘有奇效。它也能消除疲勞、緩解壓力。
天竺葵精油能收斂皮膚,平衡、調理、潤滑中幹性皮膚和敏感性皮膚,改善橘皮樣表皮,還有助于恢複精力,平緩心情。
茉莉精油能防止肌膚老化,對中幹性皮膚和敏感性皮膚具有良好的保濕和滋潤作用,尤其對女性的妊娠紋和内分泌有獨特的改善效果。
橙花精油具有清新的水果香味,不但能使人鎮靜,還能防止中幹性肌膚的老化現象發生,給肌膚賦予青春活力,促進皮膚再生。
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