薄荷油的提取、藥理作用及微膠囊化研究進展

邵 佩

張雨迎2

鐘 琳3

王 盼1

苗麗坤1

(1. 武漢黃鶴樓香精香料有限公司，湖北 武漢 430040；2. 武漢黃鶴樓新材料科技開發(fā)有限公司，湖北 武漢 430040；3. 湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430040)

薄荷屬(MenthaLinn.)在全球分布廣泛，原產(chǎn)于地中海地區(qū)，多分布于北半球的溫帶地區(qū)，少數(shù)見于南半球，全球約有30種，而在中國就有12種，主要產(chǎn)于江蘇、浙江和安徽等地[1]。薄荷油是薄荷中的主要揮發(fā)性成分，在薄荷干莖葉和鮮葉中含油率分別為1.3%～2.0%，0.8%～1.0%[2]，可用作牙膏、香水、糖果和煙草工業(yè)的原料[3-5]。薄荷油中的主要揮發(fā)性成分是薄荷醇(33%～60%)、薄荷酮(15%～32%)以及其他幾個次要成分，包括胡薄荷酮、薄荷腦和檸檬烯等，因植物成熟度、地理區(qū)域和加工條件不同其成分含量存在差異[6]。此外，精油具有較強揮發(fā)性，性質(zhì)不穩(wěn)定，在氧氣、光、濕氣和高溫存在的情況下容易降解。將薄荷油揮發(fā)性成分在使用前微膠囊化是一種常用的方法，以減少加工及貯藏過程中風(fēng)味和香氣的損失、降解，達到延長貯藏期，方便運輸?shù)哪康腫7]。

目前對薄荷油的相關(guān)研究較多，如薄荷油提取、藥理作用和微膠囊制備等，但缺乏對薄荷油研究的系統(tǒng)歸納和總結(jié)。文章匯總了薄荷油的提取方法、藥理作用及微膠囊化方法，以期為制備穩(wěn)定的薄荷油及其合理利用提供理論參考。

1 薄荷油的提取

1.1 水蒸氣蒸餾法

目前薄荷油的提取多采用水蒸氣蒸餾法。該法將植物原料加水蒸餾，其中揮發(fā)性成分會隨水蒸氣一起餾出，經(jīng)冷凝后即可獲得植物精油。蒲維維等[8]研究了蒸餾時間、粉碎度、加水量和浸泡時間4個因素對薄荷油提取率的影響，結(jié)果表明，料液比(m薄荷飲片粉：V水)為1∶10 (g/mL)，蒸餾8 h時，提取率最高，為0.53%。祖里皮亞·塔來提等[9]以歐薄荷油得率為指標(biāo)，選擇浸泡時間、加水量和提取時間3個因素進行單因素和正交試驗，在加水18倍，浸泡12 h的條件下進行薄荷油的提取，發(fā)現(xiàn)加熱提取3 h后得到歐薄荷揮發(fā)油的提取率最高，為0.80%。

綜上，薄荷油提取率的主要影響因素有：蒸餾時間、料液比、提取時間等，因原料來源及研究者設(shè)定的工藝參數(shù)不同，薄荷油最佳提取率也不相同。

1.2 有機溶劑萃取法

有機溶劑萃取法是用低沸點的有機溶劑浸提植物原料，利用化合物在兩種互不相溶的溶劑中分配系數(shù)的不同，使化合物從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中從而實現(xiàn)分離。陳燕[10]30-38采用有機溶劑提取人工種植薄荷精油，以提取溶劑、提取時間、提取溫度、料液比和提取次數(shù)為考察因素，通過響應(yīng)面分析法得到薄荷精油的最佳提取工藝為：以正己烷為溶劑，料液比(m薄荷∶V正己烷)為1∶7 (g/mL)，提取溫度50 ℃，提取時間40 min，此時薄荷精油的得油率為1.56%。梁呈元等[11]采用冷浸法提取薄荷油，以石油醚為溶劑，在料液比(m薄荷∶V石油醚)為1∶10 (g/mL)，浸泡時間為3 h條件下浸泡3次，薄荷油的提取率為1.27%。

綜上，影響薄荷油提取率的因素主要有：提取溫度、提取時間、料液比及提取次數(shù)，與水蒸氣蒸餾法相比，有機溶劑萃取法明顯縮短了提取時間，薄荷油提取率更高。

1.3 超聲波輔助提取法

超聲波輔助法是利用超聲波的空化作用、機械效應(yīng)和熱效應(yīng)，加快植物細胞中有效成分的析出，以此顯著提高提取率的方法。張國棟等[12]采用超聲波輔助結(jié)合水蒸氣蒸餾法提取薄荷揮發(fā)油，考察粉碎目數(shù)、浸泡時間、超聲功率、超聲時間、蒸餾時間等因素對薄荷油提取率的影響。結(jié)果表明，在粉碎120目，浸泡20 h，超聲功率300 W條件下超聲10 min，蒸餾135 min，對應(yīng)的薄荷油得率為3.42%。高燕[13]31-36采用超聲波輔助提取法提取野生薄荷精油，研究萃取時間、液料比、溫度和提取功率4個因素對薄荷油提取率的影響，結(jié)果表明在超聲波輻射功率250 W，料液比1∶4 (g/mL)，處理時間60 min，萃取溫度40 ℃時，平均得油率為2.02%。

綜上，與傳統(tǒng)提取方法相比，超聲波提取法進一步縮短了提取時間，提高薄荷油提取率。當(dāng)超聲功率升高時，薄荷油提取率得到提高。但超聲功率過高時，超聲波空化作用會影響薄荷油成分的析出，降低提取率。因而選擇超聲波提取法時，應(yīng)采用合適的超聲功率、超聲溫度和超聲時間，以提高薄荷油提取率。

1.4 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法是利用CO2對天然產(chǎn)物的溶解作用，通過壓力和溫度來改變CO2的溶解能力來實現(xiàn)分離的。梁呈元等[14]采用超臨界CO2法萃取薄荷油，研究表明萃取壓力20 MPa，萃取溫度60 ℃，CO2流量30 kg/h，萃取時間2 h時，薄荷油萃取率為7.26%。高宇明等[15]以薄荷葉為原料，采用超臨界CO2法進行萃取，研究萃取時間、CO2流量、萃取溫度和萃取壓力4個因素對薄荷油得油率的影響，結(jié)果表明，萃取時間為1.5 h，萃取溫度為50 ℃，萃取壓力為40 MPa，CO2流量為40 kg/h時得油率最佳，為3.32%。陳燕[10]42采用水蒸氣蒸餾法、有機溶劑萃取法和超臨界CO2萃取法提取人工種植的薄荷精油，發(fā)現(xiàn)超臨界CO2萃取法制備薄荷油得率最高，為2.24%；而水蒸氣蒸餾法制備薄荷油得油率最低，為1.30%。并且3個不同品種薄荷精油得油率高低排序為椒樣薄荷>青莖薄荷>香檸檬薄荷。由此可見，不同品種、不同提取方法薄荷油提取率存在差異，一般情況下，各提取方法薄荷油得油率大小排序為：超臨界CO2萃取法>超聲波輔助提取法>微波輔助提取法>冷浸法>水蒸氣蒸餾法。

綜上，與超聲輔助提取法相比，超臨界CO2萃取法提取效率高。而薄荷油的提取工藝均存在著不同的優(yōu)缺點(見表1)，在生產(chǎn)中可以根據(jù)具體情況進行選擇。

表1 薄荷油提取工藝優(yōu)缺點比較Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of essential oils extracted frompeppermint oil

2 薄荷油的藥理作用

目前，國內(nèi)外針對薄荷油藥理作用的相關(guān)研究較多。大量體外和動物試驗[16-17]研究表明，薄荷油營養(yǎng)價值豐富，具有抗炎、抗氧化、抗菌和抗病毒等藥理作用。

2.1 抗氧化作用

關(guān)于薄荷油抗氧化作用的研究是當(dāng)前比較熱門的話題，薄荷油因含有大量抗氧化活性物質(zhì)，達到一定質(zhì)量濃度時可抑制并清除自由基。呂爽等[18]采用水蒸氣蒸餾法提取椒樣薄荷精油，并進行了清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基和鐵離子還原法(FRAP)測定，結(jié)果表明，椒樣薄荷精油提取后殘渣的醇提物有較強的清除DPPH自由基能力，質(zhì)量濃度為1.25 mg/mL時抑制率為93.5%。高燕[13]37-42研究表明，在一定的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，野生薄荷精油的總抗氧化性、清除超氧陰離子和羥基自由基能力隨質(zhì)量濃度升高而逐漸增強，這可能是因抗氧化物質(zhì)增多導(dǎo)致的；而野生薄荷精油清除DPPH自由基的能力較低，主要是因為野生薄荷精油所含的黃酮類化合物大多為水溶性，影響了DPPH自由基的穩(wěn)定性。Abdellatief等[19]測定了薄荷油的DPPH自由基清除能力，并與抗壞血酸和丁基羥基茴香醚(BHA)進行了比較，結(jié)果表明薄荷油的IC50(測試樣品的質(zhì)量濃度導(dǎo)致初始DPPH濃度降低50%)為(45.0±3.2) μg/mL，而抗壞血酸和BHA分別為(32.0±3.5)，(53.0±3.1) μg/mL。綜上，薄荷油具有較強的抗氧化活性，但薄荷生長環(huán)境中的光照、溫度、濕度等因素，都會影響薄荷精油的提取率，進而影響其抗氧化能力。

2.2 抗菌作用

薄荷油具有較好的抗菌性，除可作為香料外，還可以作為天然防腐劑，被應(yīng)用于食品領(lǐng)域。有研究[20]表明薄荷油可以劑量依賴性地抑制細菌、真菌等的生長和繁殖。周露等[21]研究了云南薄荷精油對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、煙曲霉菌和白念珠球菌4種菌的最低抑菌濃度(MIC)和最低殺菌濃度(MBC)，發(fā)現(xiàn)薄荷精油對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白念珠菌有明顯的抗菌效果，而對煙曲霉菌的抗菌效果不明顯。楊倩[22]50-56測定了4種化學(xué)型薄荷油對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、表皮葡萄球菌和銅綠假單胞菌5種供試菌的MIC和MBC，結(jié)果表明L-薄荷醇型薄荷油和胡薄荷酮型薄荷油對5種供試菌有明顯的抑制作用，而香芹酮型薄荷油和L-薄荷酮型薄荷油的抑制作用較弱。Rajinder等[23]研究了椒樣薄荷精油對不同菌株的抗菌作用，結(jié)果表明，薄荷油對兩種革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌和釀膿鏈球菌比較敏感，抑菌圈直徑為17.2，13.1 mm；而對革蘭氏陰性菌的敏感性略差，抑菌圈直徑范圍為5.1～12.4 mm。由此可見，薄荷油對細菌的抗菌效果較好，且對革蘭氏陽性菌的抗菌活性優(yōu)于革蘭氏陰性菌，這可能是由于革蘭氏陰性菌中有脂多糖，增強了它們對抗菌物質(zhì)的抵抗力；另外，抗菌效果與薄荷油不同產(chǎn)地或地理環(huán)境、栽培品種類型、季節(jié)性和植物生理年齡和提取方法存在相關(guān)性。

2.3 抗炎作用

現(xiàn)代研究表明薄荷油還具有一定的抗炎活性。苑如等[24]用高、中、低劑量的薄荷油乳化劑喂養(yǎng)40只雄性小白鼠，發(fā)現(xiàn)薄荷油乳化劑高、中、低劑量組均有一定的消炎效果，其中高劑量組消炎效果最明顯，且薄荷油對小鼠耳腫脹有減輕作用。楊倩[22]44-49研究表明4種不同化學(xué)型的薄荷揮發(fā)油對二甲苯致小鼠耳腫脹與蛋清致大鼠足腫脹模型具有不同程度的炎癥抑制活性，且活性大小為：胡薄荷酮型>L-薄荷醇型>L-薄荷酮型>香芹酮型，胡薄荷酮型薄荷揮發(fā)油抗炎效果最顯著。綜上，薄荷油類型不同時，其抗炎效果存在差異，而其作用主要是通過顯著降低大鼠炎癥組織中的PGE2含量，并能夠降低血液中脂質(zhì)的MDA與NO含量，從而達到炎癥的抑制作用。

2.4 其他

此外，薄荷油還有祛痰、利膽、解痙和促滲透等多方面藥理作用。Vo等[25]發(fā)現(xiàn)一次性給大鼠灌服830 mL/kg薄荷油時，可以使膽汁分泌流量增加70%，這表明薄荷油有明顯的利膽作用，可以促進膽汁分泌增加。另外，劉紅杰等[26]給小鼠口服2.3 mL/kg薄荷油，在6～48 h血清中TB、ALP、ALT、AST值均顯著升高，并且給藥12 h 后小鼠出現(xiàn)肝臟腫大，肝臟指數(shù)顯著升高，表明薄荷油劑量過高時會導(dǎo)致急性肝損傷，甚至加速肝臟細胞死亡。Abdellatief等[19]通過在大鼠腹膜內(nèi)施用煙酰胺然后用單劑量的鏈脲佐菌素(STZ)在禁食過夜誘導(dǎo)糖尿病，72 h后，進行薄荷油(PEO)治療后觀察到糖尿病引起的貧血得到糾正，白細胞和血小板計數(shù)增加，血糖水平降低，血清胰島素和C肽水平升高，大鼠的抗氧化狀態(tài)增加。組織學(xué)分析顯示肝和胰腺組織再生，退行性變化程度減少。免疫組織化學(xué)檢查顯示Bcl-2和胰島素表達上調(diào)，這些發(fā)現(xiàn)證明了PEO的潛在抗糖尿病能力。

3 薄荷油的微膠囊化制備技術(shù)

薄荷油是最受歡迎和使用最廣泛的精油之一，但由于易揮發(fā)、水溶性差，導(dǎo)致其在醫(yī)藥和食品領(lǐng)域的應(yīng)用受限。微膠囊是指其中一種材料或材料的混合物(即核或活性成分)被另一種壁材或殼包覆或夾帶在其中，保護活性成分(精油)免受外部環(huán)境影響的成熟技術(shù)[27]。目前已有多種微膠囊化方法被應(yīng)用于香料和香氣的封裝，這些方法可分為三類：物理法、物理化學(xué)法和化學(xué)法，在生產(chǎn)中常用的薄荷油微膠囊化技術(shù)主要有噴霧干燥法[28]、復(fù)凝聚法[29]、界面聚合法[30]和包結(jié)絡(luò)合法[31]等。

3.1 噴霧干燥法

噴霧干燥法是目前使用最廣泛的微膠囊制備方法，指將芯材均勻分散在液化的壁材溶液中，然后霧化料液并快速蒸發(fā)溶劑，從而使壁材固化并最終包埋芯材[32]。董志儉[33]97-105采用噴霧干燥法制備復(fù)合凝聚球狀多核薄荷油微膠囊，發(fā)現(xiàn)當(dāng)芯壁質(zhì)量比為1∶2，1∶1，2∶1時，制備的微膠囊呈球狀、多核結(jié)構(gòu)，并且應(yīng)用于曲奇中的風(fēng)味強度明顯優(yōu)于直接加入薄荷油的曲奇。朱衛(wèi)紅[34]34-45以辛烯基琥珀酸酯化淀粉HI-CAP100和N-LOK作為壁材，采用噴霧干燥法優(yōu)化薄荷油微膠囊制備工藝，在固形物質(zhì)量分數(shù)45%，均質(zhì)壓力35 MPa，進風(fēng)溫度195 ℃，薄荷油載量高達40%時，采用HI-CAP100制備的微膠囊化薄荷油產(chǎn)品的微膠囊化產(chǎn)率和效率均高于95%。另外，氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)和掃描電子顯微鏡結(jié)果顯示微膠囊能有效避免薄荷油中主要風(fēng)味成分發(fā)生變化[34]33。

3.2 復(fù)凝聚法

與噴霧干燥法相比復(fù)凝聚法可提供更高的有效載荷(高達99%)，有更好的耐水熱性和控釋性能[35]。該法以帶相反電荷的水溶性高分子溶液為壁材，在適當(dāng)條件下由于電荷中和使壁材從溶液中凝聚，從而包裹芯材形成微膠囊[36]。通常是蛋白質(zhì)和多糖通過復(fù)凝聚產(chǎn)生的微膠囊形成核殼結(jié)構(gòu)[37-38]。由于核心在外相中不受水的影響，因此復(fù)凝聚法非常適合封裝疏水性物質(zhì)，如精油等。壁材材料通常是選擇明膠作為蛋白質(zhì)，結(jié)合阿拉伯膠[39]、果膠[29]或含有殼聚糖的混合物[28]，明膠和金合歡膠的蛋白質(zhì)—多糖組合是目前研究最廣泛的一組壁材材料[35]。Glomm等[40]使用牛血清白蛋白(BSA)和阿拉伯膠為壁材，通過復(fù)凝聚作用封裝薄荷油，結(jié)果表明復(fù)凝聚法過程產(chǎn)生分散良好的球形單核微膠囊，其尺寸與母體乳液相似，最高微膠囊化產(chǎn)率為54%。董志儉[33]30-46采用復(fù)合凝聚法制備薄荷油微膠囊，發(fā)現(xiàn)以明膠和阿拉伯膠為壁材時，能夠生成球狀多核結(jié)構(gòu)的微膠囊，得到最佳制備工藝條件為芯壁質(zhì)量比低于2∶1，壁材濃度1%，明膠與阿拉伯膠質(zhì)量比1∶1，pH值4.0，攪拌速度400 r/min，此時微膠囊產(chǎn)率為90%，并具有較好的貯藏穩(wěn)定性。李宏英等[41]以明膠和海藻酸鈉為壁材，薄荷油為芯材用復(fù)凝聚法制備微膠囊。在復(fù)凝聚pH值為4.3，m明膠∶m海藻酸鈉為4∶1，乳化劑體積分數(shù)為0.5%，均質(zhì)時間為9 min，壁材濃度為1.75%，復(fù)凝聚速度為600 r/min條件下制備得到的微膠囊形態(tài)為規(guī)則、完整的圓球狀，具有較好的熱穩(wěn)定性，產(chǎn)率為85.64%，包埋率為50%，壁材利用率為78.75%。

3.3 包結(jié)絡(luò)合法

包結(jié)絡(luò)合法主要是以β-環(huán)糊精作為壁材材料，將疏水性芯材束縛在其內(nèi)部疏水空腔中，形成牢固穩(wěn)定的絡(luò)合物，即分子水平的微膠囊化。陳燕[10]選用β-環(huán)狀糊精包埋薄荷精油制備微膠囊，通過單因素和正交試驗，確定了mβ-環(huán)狀糊精∶m精油為8∶1，攪拌時間為2 h，溫度為40 ℃時，薄荷精油的包埋率為78.18%，微膠囊化產(chǎn)率為85.13%。朱衛(wèi)紅[34]13-21以β-環(huán)狀糊精為壁材，薄荷油為芯材制備微膠囊，進行正交試驗得到最佳工藝條件：芯壁比(m薄荷油∶mβ-環(huán)狀糊精)為1∶8，反應(yīng)溫度為50 ℃，反應(yīng)時間為4 h，此時微膠囊化產(chǎn)率為93.16%，包埋量為10.35%，對微膠囊進行熱重分析結(jié)果表明囊壁具有較好的保護作用，在溫度不超過200 ℃時，能阻止薄荷油受熱時揮發(fā)損失，提高薄荷油的熱穩(wěn)定性。

3.4 納米微膠囊法

納米微膠囊法主要包括乳液聚合法、界面聚合法、層層自組裝等，其中乳液聚合法是指將芯材溶解到含有乳化劑的壁材中，通過攪拌形成穩(wěn)定的乳化液，經(jīng)加熱后形成微膠囊的方法。鄒雨辰[42]采用高壓微射流優(yōu)化制備橙皮納米乳液，并通過控制粒徑大小制備不同的微膠囊，發(fā)現(xiàn)初始乳液粒徑越小，微膠囊性質(zhì)越穩(wěn)定，芯材的損失就越小。李景彤[43]采用乳液聚合法制備松仁油微膠囊，在固形物質(zhì)量分數(shù)為15.5%，壁芯材質(zhì)量比為2.1∶1.0，乳化劑體積分數(shù)為3.4%時，包埋率為60.79%，平均載油量為21.60%。

綜上所述，薄荷油微膠囊的制備工藝存在著不同的優(yōu)缺點(見表2)，實際應(yīng)用中可以結(jié)合具體情況選擇。

表2 薄荷油微膠囊制備工藝優(yōu)缺點比較Table 2 Comparison of advantages and disadvantages of essential oils extracted frompeppermint oil microcapsules

4 展望

薄荷精油作為一種非常有潛力的生物資源，選擇合適的方法，制備薄荷油微膠囊，對延長其貯藏期、保持生物活性作用具有重大的意義。目前對薄荷油微膠囊制備方法的研究主要集中在傳統(tǒng)微膠囊技術(shù)，如噴霧干燥、復(fù)凝聚法、銳孔法等，而對于新型微膠囊技術(shù)的研究鮮有報道。因此，后續(xù)可對薄荷精油納米微膠囊的制備和表征展開研究。