高二生物集体备课-选一-专题6 植物有效成分的提取

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，不仅能够加深学生对植物有效成分的认识、增进对实验原理的理解，而且能够锻炼学生设计和安装实验装置的能力。
专题分析
一、 教学目的要求
本专题中两个课题均依照课程标准中的具体内容标准编排，其对应关系如下表。
具体内容标准 对应课题
研究从生物材料中提取某些特定成分 课题1、课题2
在本专题的学习中，学生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。
二、技术要项
本专题围绕植物有效成分的提取展开，主要操作技术归纳如下。
1.蒸馏法。
2.压榨法。
3.萃取法。
三、设备条件
本专题中，玫瑰精油和胡萝卜素的提取都需要用到蒸馏装置，其中胡萝卜素的提取还需要冷凝回流装置。如果没有现成的仪器用具，可以根据实验原理，自己设计简易的装置。橘皮精油的提取需要家用搅拌机或自制的手动压榨装置。
四、教学安排
本专题的2个课题相对独立，没有严格的先后顺序。在课题1中，学生可以从玫瑰精油和橘皮精油的提取中选做1个。做橘皮精油的提取，教师需要事先准备好橘皮，洗净后摊开晾干。做玫瑰精油的提取，教师最好能通过预实验摸索蒸馏装置的使用方法。如果课时紧张，教师可以在实验前一天完成橘皮的浸泡和清洗，再由学生完成后续步骤。课题2需要用到冷凝回流装置和蒸馏装置，教师需要事先熟悉这两种装置的安装、拆卸和使用。如果课时紧张，教师可以事先将胡萝卜粉碎、干燥，学生在课堂上就可以直接进入萃取步骤的操作。

课题1 植物芳香油的提取

一、课题目标
本课题通过设计简易的实验装置来提取植物芳香油，使学生了解提取植物芳香油的基本原理，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。
二、课题重点与难点
课题重点：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。
课题难点：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。
三、课题背景分析
课题背景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。教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。
四、基础知识分析与教学建议
（一）植物芳香油的来源
知识要点：1.植物芳香油的来源和发展历史；2.植物芳香油的主要化学成分。
教学建议：教师在介绍植物芳香油的来源时，宜结合教材提供的旁栏资料进行讲解，让学生对植物芳香油的广泛来源有一个初步的了解。教师还可以采取学生查阅资料和介绍相关的小故事等方式，使学生大致了解植物芳香油的发展历史。
（二）植物芳香油的提取方法
知识要点：提取植物芳香油的三种基本方法：蒸馏、压榨和萃取。
教学建议：教师可以通过列举日常生活中的一些具体事例，帮助学生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。此外，教师还应引导学生分析这三种方法的优点与不足，让学生尝试根据不同的原料，选用适宜的提取方法。
五、实验案例
案例一 玫瑰精油的提取
5月上、中旬是玫瑰的盛开期，最好是选用当天采摘的鲜玫瑰花。将花瓣用清水冲洗，去掉上面的灰尘等杂质，沥干水分。由于玫瑰精油化学性质稳定，从玫瑰花中提取玫瑰精油可采取水中蒸馏法。本实验的具体操作步骤如下。
1.称取50 g玫瑰花瓣，放入500 mL的圆底烧瓶中，加入200 mL蒸馏水。按教科书图6-2所示安装蒸馏装置。蒸馏装置包括：铁架台两个、酒精灯、石棉网、蒸馏瓶、橡胶塞、蒸馏头、温度计、直型冷凝管、接液管、锥形瓶，以及连接进水口和出水口的橡皮管。所有仪器必须事先干燥，保证无水。整套蒸馏装置可分为左、中、右三部分，其中左边的部分通过加热进行蒸馏，中部将蒸馏物冷凝，右边的部分用来接收。安装仪器一般都按照自下而上、从左到右的顺序。拆卸仪器的顺序与安装时相反。具体安装顺序和方法如下。
（1）固定热源──酒精灯。
（2）固定蒸馏瓶，使其离热源的距离如教科书中图6-2所示，并且保持蒸馏瓶轴心与铁架台的水平面垂直。
（3）安装蒸馏头，使蒸馏头的横截面与铁架台平行。
（4）连接冷凝管。保证上端出水口向上，通过橡皮管与水池相连；下端进水口向下，通过橡皮管与水龙头相连。
（5）连接接液管（或称尾接管）。
（6）将接收瓶瓶口对准尾接管的出口。常压蒸馏一般用锥形瓶而不用烧杯作接受器，接收瓶应在实验前称重，并做好记录。
（7）将温度计固定在蒸馏头上，使温度计水银球的上限与蒸馏头侧管的下限处在同一水平线上。
2.蒸馏装置安装完毕后，可以在蒸馏瓶中加几粒沸石，防止液体过度沸腾。打开水龙头，缓缓通入冷水，然后开始加热。加热时可以观察到，蒸馏瓶中的液体逐渐沸腾，蒸气逐渐上升，温度计读数也略有上升。当蒸气的顶端达到温度计水银球部位时，温度计读数急剧上升。在整个蒸馏过程中，应保证温度计的水银球上常有因冷凝作用而形成的液滴。控制蒸馏的时间和速度，通常以每秒1～2滴为宜。蒸馏完毕，应先撤出热源，然后停止通水，最后拆卸蒸馏装置，拆卸的顺序与安装时相反。
3.收集锥形瓶中的乳白色的乳浊液，向锥形瓶中加入质量浓度为0.1 g/mL的氯化钠溶液，使乳化液分层。然后将其倒入分液漏斗中，用分液漏斗将油层和水层完全分开。打开顶塞，再将活塞缓缓旋开，放出下层的玫瑰精油，用接收瓶收集。向接收瓶中加入无水硫酸钠，吸去油层中含有的水分，放置过夜。
为了更好地将油、水两层液体分离，操作时应注意正确使用分液漏斗。分液漏斗的使用方法如下。
（1）首先把活塞擦干，为活塞均匀涂上一层润滑脂，注意切勿将润滑脂涂得太厚或使润滑脂进入活塞孔中，以免污染萃取液。
（2）塞好活塞后，把活塞旋转几圈，使润滑脂分布均匀。并用水检查分液漏斗的顶塞与活塞处是否渗漏，确认不漏水后再使用。
（3）将分液漏斗放置在大小合适的、并已固定在铁架台上的铁圈中，关好活塞。将待分离的液体从上部开口处倒入漏斗中，塞紧顶塞，注意顶塞不能涂润滑脂。
（4）取下分液漏斗，用右手手掌顶住漏斗顶塞并握住漏斗颈，左手握住漏斗活塞处，大拇指压紧活塞，将分液漏斗略倾斜，前后振荡（开始振荡时要慢）。
（5）振荡后，使漏斗口仍保持原倾斜状态，左手仍握在漏斗活塞处，下部管口指向无人处，用拇指和食指旋开活塞，使其释放出漏斗内的蒸气或产生的气体，以使内外压力平衡，这一步操作也称做“放气”。
（6）重复上述操作，直至分液漏斗中只放出很少的气体时为止。再将分液漏斗剧烈振荡2～3 min，然后将漏斗放回铁圈中，待液体静置分层。
案例二 橘皮精油的提取
课前准备
在实验前一天，教师需要准备新鲜的、没有霉烂的橘皮，用量可根据实验人数来决定。用清水冲洗橘皮，去掉灰尘等杂质，沥干水分后，将橘皮摊放在干燥通风处。将晾干的橘皮浸泡在pH大于12、质量分数为7%～8%的石灰水中，时间为16～24 h，中间翻动2～3次。浸泡好的橘皮呈黄色、无白芯、稍硬、脆而不断、具有弹性。这样的橘皮在压榨时不易打滑，橘油的喷射力强；压榨后的残渣呈颗粒状，残渣中的含水量低，黏稠度不太高，过滤时比较顺利，不易堵塞筛孔。
提取橘皮精油的具体步骤如下。
1.将浸泡后的橘皮，用流动的水漂洗，洗净后捞起、沥干。切记一定要将橘皮彻底冲洗干净。然后将橘皮粉碎至3 mm大小，放入家用榨汁机或手动压榨机中粉碎。粉碎时加入与橘皮同质量的质量分数为0.25%的小苏打和质量分数为5%的硫酸钠溶液，并调节pH为7～8。
2.在榨出的油水混合液中加入明矾，使之沉淀并变澄清，然后用布袋过滤，除去糊状残渣。再将得到的混合物，用6 000 r/min～8 000 r/min的转速进行高速离心。在正常情况下，离心后获得的香精油将是澄清透明的。
3.分离出的香精油往往带有少量水分和蜡质等杂质，为了进一步除去杂质，可以将分离的产品放在5 ℃～10 ℃的冰箱中，静置5～7 d，让杂质与水下沉。然后用吸管吸出上层澄清的油层，再通过垫有滤纸或石棉纸的漏斗进行减压抽滤，得到黄色油状的橘皮精油。
六、课题成果评价
（一）是否提取出了植物精油
观察学生提取出的玫瑰精油或橘皮精油，从颜色、气味等方面来评价所提取的精油的纯度和质量。从玫瑰花提取的芳香油是浅黄色至黄色的液体，并带有甜韵的玫瑰香；从橘皮提取的橘皮精油无色透明，具有诱人的橘香味。本课题只是对两种精油进行了初步的提取，其中仍然含有大量的杂质。
（二）出油率的计算
根据教科书提供的公式计算出油率。如果出油率高，说明实验方案设计合理；如果出油率低，教师可以帮助学生从实验方法的选择、实验过程的操作等各方面分析原因，改进后再作尝试。
七、答案和提示
练习
1.答：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等化妆品。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、平抚肌肤细纹，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。
熏衣草精油取自熏衣草花，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、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：教师可以组织学生进行一次社会调查，并要求学生写出详细的调查报告。
八、参考资料
1.植物芳香油的用途
植物芳香油是植物有效成份的提取液，其特点是有特殊的植物香味和分子结构。芳香油种类繁多，如玫瑰花油、玉兰树油、八角油、桂油、薄荷油等。目前已开发利用的植物芳香油有近百种。
芳香油是贵重的工业原料。食品工业，造酒工业、香水工业、制药工业都离不开芳香油。我国是芳香油出口大国，每年出口的桂油、八角油、樟油、玫瑰花油、薄荷油等，创汇超过数亿美元。植物芳香油散发出的芬芳气味，使人身心爽快，有助于消除疲劳，恢复精力；植物芳香油还可以不同程度地提高人体神经系统、内分泌系统的功能，帮助人体提高免疫力，具有保健、美容、治疗的作用。在今日崇尚回归自然、预防污染的风气下，人们对来自植物本体的芳香油越来越青睐。
2.植物芳香油的来历
最早，人们是通过加工植物和动物体来获取香料的。古代贵妇人所用的化妆品，很多都加有芳香植物的粉末，但涂抹起来并不方便，芳香油比植物干品好用多了。14世纪，药剂师便开始尝试从芳香植物中蒸馏芳香油，用来治病。后来，芳香油的用途不断扩大，又被人们用作香皂和食品的香料添加剂。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。目前风行全世界的芳香疗法也是以植物芳香油为中心载体的一类技术。
3.提取植物芳香油的方法
植物芳香油具有较强的挥发性，还能随水蒸气蒸发，因此可以利用蒸馏法提取植物芳香油。法国香水业作为一种工业生产，最初就是通过蒸馏法来获得芳香油的。玫瑰油、薄荷油、肉桂油、熏衣草油、檀香油等主要由蒸馏法获得。后来，人们又利用压榨法和萃取法来提取芳香油。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。萃取法的大致过程是，将新鲜的植物材料浸泡在低沸点的有机溶剂中，如乙醚、苯、石油醚等，几小时后，取出残渣，蒸去溶剂，留下蜡质的膏状物。茉莉浸膏、桂花浸膏、白兰花浸膏、玳玳花浸膏等都是用萃取法制成的。除了上述方法以外，植物芳香油的提取还有吸香法、浸泡法。吸香法利用的是油脂可以吸附油剂的原理。所选用的脂肪要经过特别处理，以防止变质变臭。吸香法采用的脂肪一般都含有猪油和牛油的成分。浸泡法与吸香法类似，但改用液体的油脂而不是吸香法中用到的膏状油脂。浸泡法通常用来提炼树脂、树胶及花瓣中的芳香精油。