揮發(fā)油提取方法的研究進展

高 梅，潘久香，賈 茹

（西南科技大學(xué) 分析測試中心， 四川 綿陽 621010）

揮發(fā)油（volatile oils）又稱精油（essential oils），是植物體內(nèi)的次生代謝物，是一類不與水混溶的揮發(fā)性油狀液體的總稱，在常溫下能揮發(fā)，多數(shù)具有芳香氣味。揮發(fā)油所含成分極其復(fù)雜，一種揮發(fā)油常含有數(shù)十種至數(shù)百種成分，主要有脂肪類化合物、萜類化合物、芳香族化合物、含硫含氮化合物。揮發(fā)油具有廣泛生物活性，多具有舒緩、鎮(zhèn)痛、抗菌消炎、抗自由基、抗衰老等作用。同時它還是天然香精、香料的重要組成部分。由于揮發(fā)油的獨特性、藥理作用和合成香料無法代替的天然芳香氣味，使其在中藥制劑、食品、化妝品等行業(yè)應(yīng)用廣泛。隨著這些行業(yè)的發(fā)展，揮發(fā)油的需求量不斷增加，其提取和保留就成為保障產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。近年來許多工作者對動植物中揮發(fā)油的提取做了大量的研究工作，現(xiàn)將揮發(fā)油提取方法的研究進展作一綜述。

1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法（Steam distillation，SD）是將原料置于有孔隔層板網(wǎng)上，當(dāng)?shù)撞克軣岙a(chǎn)生蒸氣通過原料時，揮發(fā)油受熱隨水蒸氣蒸餾出來，收集餾出液，冷卻后分離出油層。水蒸氣蒸餾適合于水中溶解度不大的揮發(fā)性成分的萃取。此方法設(shè)備簡單、易操作、成本低、揮發(fā)油回收率高，是目前使用最多的方法之一。但其提取時間長，加熱溫度較高時會使熱敏性、易分解、易氧化成分損失和原料焦化，使其揮發(fā)油品質(zhì)降低[1-2]。

2 吸收法

吸收法是利用油脂、活性炭或大孔吸附樹脂具有吸收揮發(fā)油的性質(zhì)，將揮發(fā)油吸收到這些吸附性材料中，再用低沸點的有機溶劑將被吸附的物質(zhì)提取出來。此法常用于提取貴重的揮發(fā)油，如玫瑰油、茉莉花油。但是吸收法所用設(shè)備投資大，操作技術(shù)要求較高，提取時間較長。

3 溶劑萃取法

溶劑萃取法（Solvent extraction，SE）是根據(jù)物質(zhì)中各種成分在溶劑中的溶解性質(zhì)不同，將有效成分從體系內(nèi)溶解出來的方法。對于不宜用水蒸氣蒸餾的揮發(fā)油，可采用低沸點有機溶劑提取。提取方法有浸提法、滲漉法、煎煮法、回流提取法、連續(xù)提取法等。SE 法操作過程繁瑣，有機溶劑用量大，且此法得到的揮發(fā)油常含有樹脂、油脂、蠟、葉綠素等雜質(zhì)，需進一步精制提純。

4 冷壓法

冷壓法（Mechanical pressing，MP）又稱壓榨法，是最傳統(tǒng)、最簡單的提取方法。此法適用于新鮮原料，如柑橘屬果皮含揮發(fā)油較多的原料。原料先經(jīng)搗碎冷壓后靜置分層，或離心分離出油分。張學(xué)愈等[3]采用壓榨法提取溫莪術(shù)鮮品中揮發(fā)油，粗油收率可達5.64 %，粗油中揮發(fā)油的含量13.75%。操作所需時間短和成本低，減少了熱敏物質(zhì)的變化，更好地保存了莪術(shù)油的品質(zhì)。冷壓法操作簡便，能有效地保留揮發(fā)性成分，能耗低、污染少且所得揮發(fā)油可保持原有新鮮香味，但此法所得揮發(fā)油多不純，也不能全部將揮發(fā)油壓榨出來。

5 同時蒸餾萃取法

同時蒸餾萃取法（Simultaneous Distillation Extraction, SDE）是1964 年由 Likens 和 Nickerson 設(shè)計成功并廣泛應(yīng)用于揮發(fā)油提取的一種方法，該方法將蒸餾與萃取合二為一，操作方便，有良好的重復(fù)性和較高的萃取量，而且操作簡便。閆克玉等[4]分別用SD 法和SDE 法提取款冬花的揮發(fā)油，SDE 法揮發(fā)油得率為1.936 %，而SD 法揮發(fā)油得率為1.023%。用SDE 法所得揮發(fā)油產(chǎn)率有所提高，但由于揮發(fā)油組分復(fù)雜，當(dāng)蒸餾溫度過高時，樣品也可能發(fā)生水解、氧化或熱分解，同時高沸點的組分也難以蒸餾出來。

6 微波輔助萃取法

微波輔助萃?。∕icrowave-assisted extraction,MAE）的基本原理是利用不同組分吸收微波能力的差異，使待提取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使得待提取物質(zhì)從體系中分離，進入萃取劑中，達到較高的提取率。婁方明等[5]比較微波輔助水蒸氣蒸餾法和傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法提取走馬胎揮發(fā)油的異同。從SD 法提取的揮發(fā)油中共檢出32個色譜峰，鑒定出22個成分；從微波輔助水蒸氣蒸餾法提取的揮發(fā)油中共檢出73個色譜峰，鑒定出66個成分。使用微波輔助水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)油具有更高的收率和更多的化學(xué)成分。章亞芳等[6]采用微波輔助蒸氣蒸餾提取矮化芳樟枝葉揮發(fā)油成分，結(jié)果與傳統(tǒng)蒸氣蒸餾提取法所得數(shù)據(jù)對比，兩種方法所得枝葉揮發(fā)油主要成分和含量基本相同；但微波輔助蒸氣蒸餾提取法僅需37.5 min即可達到最高提取率。MAE法方法具有操作時間短、溶劑用量少、能耗少、污染小、產(chǎn)率高、揮發(fā)油純度高等特點，是一種值得推廣的揮發(fā)油提取方法。

7 超聲波輔助萃取法

超聲輔助萃取法(Ultrasonic-assisted extraction，UAE)是指利用超聲波的空化、沖擊和振動等效應(yīng)提高動植物組織中的有效成分在溶劑中的擴散、遷移和釋放的速率，使萃取充分。張迪等[7]利用超聲波輔助萃取杭白菊揮發(fā)油，發(fā)現(xiàn)隨著超聲時間的延長，揮發(fā)油得率增加，但雜質(zhì)量也增加，提取時間25 min時最好；隨著超聲溫度的升高，杭白菊揮發(fā)油得率先上升后下降, 在50 ℃時提取效果最好。龐啟華等[8]用SD、SE 和UAE 法提取高良姜揮發(fā)油，發(fā)現(xiàn)超聲波輔助石油醚提取揮發(fā)油具有溫和、省時、提取的揮發(fā)性成分較多等優(yōu)點。UAE 法有省時、節(jié)能、提取率高、損失小，適應(yīng)性廣等優(yōu)點，但隨著超聲時間的增加可能存在有機物的合成分解，使揮發(fā)油損失，且雜質(zhì)含量也會相應(yīng)增加。

8 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃?。⊿upercritical fluid extraction,SFE) 是近二三十年迅速發(fā)展起來的一項化工分離工藝，其原理是超臨界流體在臨界壓力和臨界溫度附近具有的良好的溶解性、穿透性，通過調(diào)節(jié)溫度、壓力、加入適宜夾帶劑等方法，發(fā)揮萃取和分離功能，提取出各種有效成分的方法。常用的超臨界流體有CO2、氨、乙烯、丙烷、丙烯和水等。由于CO2的臨界溫度和臨界壓力較易達到，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒、無味、無腐蝕性，容易得到較純產(chǎn)品，因此CO2是最常用的超臨界流體。SFE-CO2可以有效保護精油中熱敏性、易氧化分解成分不被破壞，保持精油原有成分和品質(zhì)，故可用于萃取小分子、低極性、親脂性活性物質(zhì)。謝麗莎等[9]采用SFE-CO2及SD 法從香茅草中提取揮發(fā)油，用氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)對其化學(xué)成分進行定性定量分析。在超臨界CO2流體萃取法提取的揮發(fā)油中共鑒定了31 種成分，占揮發(fā)油總成分的91 %以上；在水蒸氣蒸餾法提取的揮發(fā)油中共鑒定了17 種成分，占揮發(fā)油的94 %以上。用超臨界CO2流體萃取法比用水蒸氣蒸餾法提取的揮發(fā)油能更真實、全面的反映原料揮發(fā)油的化學(xué)成分，但SFE-CO2對設(shè)備要求較高、一次性投資費用較高、操作技術(shù)要求較高等。

9 亞臨界水萃取法

亞臨界水萃取（Sub-critical water extraction，SWE）是采用水作為提取溶劑，溫度在100 ℃以上臨界溫度374 ℃以下的高溫，壓力足夠高使水保持在液體狀態(tài)的一種新型提取技術(shù)。水在亞臨界狀態(tài)下極性隨溫度升高而降低，因此可通過控制亞臨界水的溫度和壓力，使水的極性、表面張力和粘度變化，從而實現(xiàn)天然產(chǎn)物中有效成分從水溶性成分到脂溶性成分的連續(xù)萃取，并可實現(xiàn)選擇性萃取。Jim nez-Carmona M M等[10]采用亞臨界水提取粉碎的香花薄荷葉，在優(yōu)化的實驗條件下，提取15 min 所得到的油量與水蒸氣蒸餾3h 所得相當(dāng)。亞臨界水萃取技術(shù)是一種簡單、快速、環(huán)境友好、高效率、重復(fù)性好的綠色提取技術(shù)。

10 固相微萃取法

固相微萃取（Solid Phase Microextraction，SPME）根據(jù)有機物與溶劑之間“相似相溶”的原理，利用萃取頭表面的萃取涂層的吸附作用，將組分從樣品基質(zhì)中分離、富集，完成樣品的前處理過程。此法簡便、快速、經(jīng)濟安全、無溶劑、選擇性好且靈敏度高，可直接與氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）、高效液相色譜（HPLC）、毛細管電泳儀（CE）等聯(lián)用，能快速有效地分析樣品中的痕量有機物。SPME的操作方式有兩種：一種是將SPME 萃取頭直接插入較潔凈的液體樣品中，稱為直接SPME 法；另一種是將SPME 萃取纖維置于液體或固體樣品的頂空進行萃取，即頂空固相微萃取法（Headspace SPME，HSSPME）。薛月芹等[11]采用SFE-CO2法、SD 法及SPME法3種方法提取淡竹葉中的揮發(fā)油，利用GC-MS 對化學(xué)成分進行分離鑒定。采用SFE-CO2法共鑒定出32個成分，所鑒定的組分占揮發(fā)油總成分的73.52%；采用SD 法提取共鑒定出56個成分，所鑒定的組分占揮發(fā)油總成分的86.84%；采用SPME 法共鑒定出35個成分。SPME 提取鑒定的化合物種類雖較少，但某些成分如棕櫚酸、硬脂炔酸和油酸等只能由SPME 得到，彌補了其他提取方法的不足。周志等[12]采用HSSPME 法和SDE 法提取野生刺梨汁中揮發(fā)性成分，經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，HS-SPME 法和SDE 法分別鑒定出37 種和19 種揮發(fā)性組分。兩種提取方法相比較，HS-SPME 具有快速簡便、不使用溶劑、檢測組分豐富和樣品檢測非破壞性等優(yōu)點，更適宜于野生刺梨汁揮發(fā)性成分的分析。

11 分子蒸餾法

分子蒸餾法（Molecular Distillation，MD）是一種在高真空下（絕對壓力0.133 Pa）操作的連續(xù)蒸餾，利用料液中各組分蒸發(fā)速率的差異，對液體混合物進行分離的方法?，F(xiàn)MD 主要用于分離和純化天然產(chǎn)物中沸點高、粘度大、具熱敏性的物質(zhì)。崔剛[13]采用分子蒸餾技術(shù)提取大蒜中大蒜精油。所得大蒜精油的外觀質(zhì)量明顯提高，平均總提取率可達0.476 %，大蒜精油中水分為0.15 %，純度達99.85 %?？朔似渌崛》椒ù嬖诖笏馑睾康?、產(chǎn)率低、色澤差、風(fēng)味差或溶劑殘留等問題。

12 酶解提取法

酶解提取法（Enzymes extraction，EE）是在樣品中加入適宜的酶，酶在溫和的條件下可以分解植物組織，經(jīng)酶處理后再提取有效成分的方法。丁興紅等[14]研究了用木聚糖酶提取溫莪術(shù)揮發(fā)油的工藝條件。該工藝條件下溫莪術(shù)揮發(fā)油提取得率為2.42%，與未添加木聚糖酶提取工藝相比，溫莪術(shù)揮發(fā)油提取得率增加3.40 倍。湯海鷗等[15]用了兩種酶解處理方法研究了酶解對中草藥類飼料添加劑松針粉揮發(fā)油提取率的影響。研究結(jié)果說明在最優(yōu)酶解條件下，復(fù)合酶法提取松針粉有效成分揮發(fā)油比常規(guī)方法的提取量高出37.9%。

13 微膠囊－雙水相萃取法

微膠囊-雙水相萃取法( Microcapsule-aqueous two－phase extraction，MATPE)是通過溶質(zhì)在兩水相之間分配系數(shù)的差異而進行萃取，并選用β－環(huán)糊精做為包裹材料，避免提取過程中的高溫、氧化、聚合等不良影響，有效地保護了揮發(fā)油的天然成分。王娣等[16]把微膠囊技術(shù)和雙水相萃取技術(shù)相結(jié)合，采用β－環(huán)糊精－硫酸鈉雙水相萃取體系提取百里香精油，優(yōu)化了精油的萃取工藝，即最佳萃取條件為β－環(huán)糊精0.45 g/mL，硫酸鈉0.20 g/mL，萃取溫度45 ℃，精油平均收率高達95 %以上。該項技術(shù)不僅可以簡化提取步驟，降低能耗，還能避免提取過程中由高溫引起的氧化和聚合，有效地保護精油中的組分，為百里香精油的提取和應(yīng)用提供一定理論依據(jù)。

14 多方法聯(lián)合萃取

現(xiàn)今為達到提高揮發(fā)油產(chǎn)率、純度、減少提取時間和降低成本的要求，多方法聯(lián)合應(yīng)用已越來越多，其提取率也越來越高。YE Qing 等[17]采用紅外輔助蒸餾-頂空固相微萃取GC-MS 法快速分析干白芷揮發(fā)油，同傳統(tǒng)的HS-SPME 測定同種樣品的結(jié)果進行了比較，發(fā)現(xiàn)此種方法萃取時間較短、效率較高，故這種方法可以作為提取中藥揮發(fā)油的較快的可供選擇的方式。Deng等[18]采用微波蒸餾-固相微萃取 (MD-SPME)在線聯(lián)用方法對蘆蒿中的香精油進行萃取，結(jié)合GC-MS進行分析，并與傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法進行對比，MD-SPME 法在 3min內(nèi)分離確定了 49 種化合物，RSD小于9%，而傳統(tǒng) SD法在 6h內(nèi)只檢測到26種化合物。

展望

縱觀揮發(fā)油提取的研究進展，提取方法各有特色，并取得了一定成果。但傳統(tǒng)方法有提取率低、加熱時間長、溫度高，污染大等問題；新型分離技術(shù)大多具有較好選擇性，能在比較溫和的條件下，較大程度提高揮發(fā)油產(chǎn)率和純度，但仍存在技術(shù)操作要求高、成本高、難以規(guī)模化生產(chǎn)等問題。 因此多種方法聯(lián)合更能實現(xiàn)分離、提取、檢測一體化，使揮發(fā)油提取朝著無污染、高精度、低成本方向發(fā)展。同時繼續(xù)探索新的簡便、綠色提取技術(shù)和方法，以期廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)，使揮發(fā)油這一生物資源在日用化工、醫(yī)藥、保健品、食品等方面有更大開發(fā)和應(yīng)用前景。

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