植物挥发油的提取技术研究进展

兰州交通大学化学与生物工程学院

综合能力训练Ⅰ——文献综述

题目：植物挥发油的提取技术研究进展

姓名：赵珍

学号：201107124

指导教师：刘老师

完成日期：2011-7-24

植物挥发油的提取技术研究进展

【摘 要】 本文对植物挥发性油的提取技术的研究进展作了简要的介绍，包括传统的提取方法和现代提取技术如同时蒸馏萃取、 超声提取、 微波提取、 超临界CO2提取、 亚临界水萃取、 酶法提取、 联合提取法等，旨在为植物挥发油的研究、 开发、 应用提供参考。

【关键词】 植物；挥发油 ；提取技术；研究进展

前言

在自然界，由植物合成和释放的低分子质量次生代谢物超过 10 万种， 其中挥发性物质占很大比例[1]。植物挥发性化学成分又称挥发油、 精油，由相对分子质量较小的简单化合物组成，具有芳香气味，在常温下可挥发，具有杀菌、 刺激、 放松等效应， 能使人适度兴奋、减缓疲劳及产生松弛感等， 日益受到药物化学、 药物学和分析化学等领域专家学者的关注[2]。提取植物挥发油不仅对香料、食品工业、日用化妆品工业的生产具有实用价值， 而且对人类保健也有十分重要的意义。植物精油多具有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热、镇痛、抗菌消炎等作用。 精油还是天然香精、香料的重要组成部分，由于天然香料有着合成香料无法代替的、独特的香韵以及大多不存在毒副作用等原因，其生产和销售经久不衰。 在天然香料和食品添加剂的研制和生产中，提取和保留挥发油成分是保障其效用的重要步骤之一。 现现代仪器分析技术及相关学科技术的迅猛发展， 为研究植物挥发油提取提供了日益坚实的基础。 正文

1. 植物挥发油性质及类型

1.1植物挥发油的性质

植物挥发油，又称植物精油，是一类具有挥发性且可随水蒸气蒸馏出来的油状液体，多呈无色或淡黄色，具有特殊气味( 多为香气) 或辛辣味，一般在室温下可挥发，难溶于水，完全溶解于无水乙醇、乙醚、氯仿、脂肪油。

1.2植物挥发油的类型

在化学结构上主要分为萜类、烷烃、烯烃、醇类、酯类、含羰基和羧基类物质［4］。 由植物花、果实合成释放的挥发性物质，主要包括芳香化合物、萜类化合物、酯类物质以及一些含氮、硫化合物，一般具有一定的香气; 由营养组织如叶片等释放的挥发性物质，包括萜类、脂肪酸衍生物，如醛类和醇类化合物等; 此外还有一些特殊物质如含氮化合物吲哚等。

2. 植物挥发油的提取方法

2.1传统提取方法

2.1.1水蒸气蒸馏法（SD)

天然药物中挥发油常采用水蒸气蒸馏法( SD 法) 来提取，将药材粉碎后， 加水浸泡，采用特制挥发油提取装置直接加热蒸馏或者通入水蒸气，使挥发油随导入的蒸气一同馏出, 馏出液分为油水两层，经盐析并用乙醇萃取，旋转蒸发回收溶剂，固体Na 2SO 4干燥去水，即可得到挥发性成分。SD 法设备简单，成本低廉，

操作容易，回收率较高，为工业生产中的常用方法。但由于其系统开放，温度较高，易导致原料受强热而焦化或成分改变，回收物中还可能含有少量蒸馏过程中产生的挥发性分解产物，甚至植物精油的芳香气味也可能发生变化，从而降低提

[3]取物的价值。

2.1.2压榨法

压榨法即将含挥发油较丰富的原料经机械撕裂粉粹压榨，将挥发油从植物组织中挤压出来，然后静置分层或用离心机分出油分，即得粗品挥发油。谢练武等

【4】用压榨法与蒸馏法分别提取柑橘中的香精油，结果表明利用压榨法生产的香精油，色泽为淡黄色液体，出油率略低于蒸馏法，但有较佳的气味，其香气更接近于天然鲜橘果香，压榨后的残渣仍可用水蒸气蒸馏法提取得到部分橘油， 压榨法更适合于工业大规模连续生产柑橘香精油。张学愈等【5】以温莪术药材鲜品为原料，压榨所得的粗油收率高达5.64%，粗油中挥发油的质量分数为 13.75%，不仅省去了由鲜药材加工成药材干品的时间和成本，而且缩短了水蒸汽蒸馏的时间，减少了热敏物质的变化，从而更好地保证了莪术油的品质. 此法所得植物精油可持原有的新鲜香味，但可能溶出原料中的不挥发性物质。

2.1.3溶剂萃取法( SE 法)

溶剂萃取法( SE 法) 是根据植物中各种成分在溶剂中的溶解性质，将有效成分从植物组织内溶解出来的方法。对不宜用水蒸气蒸馏法提取的植物精油原料，有时直接利用有机溶剂浸取，常用有机溶剂有石油醚，二硫化碳，四氯化碳， 苯等，提取方法有浸提法 渗漉法 煎煮法 回流提取法 连续提取法等。其优点在于仅通过一步萃取即可提取植物所含挥发油，但该法需消耗大量高纯度有机溶剂，工作量大，提取时间长，提取物需要进一步浓缩，必然导致部分挥发油损失， 此外溶剂杂质也可能会对色谱分析结果造成影响。

2.1.4油脂吸收法(OA)

油脂一般具有吸收植物精油的性质，可利用此性质提取贵重的植物油，此法适用于热敏性的贵重挥发油，如玫瑰油 茉莉花油等的提取。通常分为冷吸收法和温浸吸收法两种。 冷吸收法即用某种特制的脂肪涂抹玻璃板进行香气成分吸收， 充分吸收芳香成分的脂肪即为香脂；温浸吸收法是将原料浸泡于油脂中，于 50 ～ 60 ℃低温加热，让植物挥发油成分溶于油脂中吸收植物挥发油后的油脂可直接用于香料工业，也可加入无水乙醇，醇溶液减压蒸去乙醇，再得到精油。该法可持久吸收挥发油，但设备投资相对较大，操作技术要求高， 提取时间长。

2.2现代提取方法

2.2.1酶解辅助提取法

酶解辅助提取法是在样品中加入适宜的酶处理后再提取有效成分的方法。酶可以在温和条件下分解植物组织，较大幅度提高收率。目前，用于中草药提取的主要是纤维素酶。 纤维素酶作用于植物细胞，使细胞壁及细胞间质中的纤维素降解， 引起细胞壁及细胞间质结构产生局部疏松 膨胀 崩溃等变化， 减小细胞壁 细胞间质等传质屏障对挥发性成分从细胞内向提取介质扩散的传质阻力， 从而提高挥发性化学成分的提取率。回瑞华等【6】用纤维素酶处理卷柏提取挥发油， 提取率比水蒸汽蒸馏 －萃取法提高了3．0%，气相色谱 －质谱法( GC /MS) 分析提取物， 结果加酶处理后提取物组分增多， 大部分组分相对含量提高。刘晓庚等【7】以新鲜松针为原料比较了水蒸气蒸馏法( SD)微波法( MAD)酶法( EE)微波辅助酶法( MAEZ) 和微波辅助离子液体酶法( MAILEZ) 提取精油的效果， 结果证明EE 法MAEZ 法和MAILEZ 法应用于松针精油提取更高效可行。目前，酶解辅助提取法在提取挥发性成分方面，应用于提取芹菜籽精油 大蒜挥发油 橄榄油 琉璃苣油 麻疯树籽仁油等效果良好[8]。

2.2.2亚临界水萃取法（SWE ）

常温常压下，水是极性很大的溶剂，它能很好地溶解极性化合物，但对低极性化合物的溶解性很低 在适度的压力下，将水加热到100℃以上，临界温度374℃以下的高温，水体仍然保持在液体状态，这种水称为亚临界水，也称之为高温水，超加热水，高压热水或热液态水【9】。水在亚临界状态下极性随温度升高而降低，因此可通过控制亚临界水的温度和压力，使水的极性在较大范围内变化，从而实现天然产物中有效成分从水溶性成分到脂溶性成分的连续萃取，并可实现选择性萃取。亚临界水萃取（SWE ）具有以下优点：设备简单 萃取时间短 萃取能力强 精油得率高 精油品质好；用纯水作萃取剂，绿色环保；不用或很少用有机溶剂，对环境无污染或污染很少。 因此， SWE满足了绿色，健康的萃取新观念，是一种绿色安全前景广阔的萃取技术 SWE主要用于萃取香菜籽精油，麦冬叶精油，牛膝草精油，茴香精油[10]，牛至油，叶精油，砂仁精油等。

2.2.3超声波辅助提取法（UAE ）

超声波萃取（UAE ）的原理是利用超声波的强烈空化效应和一系列的特殊效应如力学效应，热学效应，化学效应和生物效应等，提高萃取成分分子的运动速度和频率，增强溶剂穿透力，从而使萃取成分与溶剂充分混合，加大了萃取的效率。 目前此方法已应用于植物精油的萃取，如提取大蒜敏感的芳香化合物，薰衣草香精化合物，月桂，迷迭香，百里香，牛至和晚香玉中芳香成分，留兰香中香气成分，亚麻籽油，柑橘和柑橘花蜂蜜中挥发性成分等。此方法最大的优点就是萃取温度较低，时间短，得油率高，节约能源，尤其对天然产物和生物活性成分的萃取有着广阔的应用前景。 但受容器的器壁厚度及位置的影响较大，目前多用于室内小规模研究，设备的放大问题尚待解决，一定程度上限制了该技术在工业生产中的应用。

2.2.4微波辅助萃取法（MAE ）

微波辅助萃取（MAE ）是利用微波能来提高萃取率的一种新技术。微波属于电磁波， 具有穿透力强、选择性强、 加热效率高等特点。该方法具有投资少、

设备简单、适用范围广、重现性好、选择性高、 操作时间短、溶剂耗量少、热效率高、污染小和易于自动化等特点，是值得推广的方法。 微波辅助萃取包括微波辅助水蒸气提取法、微波水散重力法、无溶剂微波萃取等。 微波辅助水蒸气提取法（MAHD ）是将微波法与水蒸气蒸馏萃取方法有机结合的一种新型萃取技

[11]术。其优点是萃取快速、高效、减少浪费、节省能源。 该方法已应用于提取麝香草精油、牛至精油、姜油、薰衣草花油、橘皮精油等 微波水散重力法（ MHG）是利用微波作用使生物材料的精油从内往外扩散，利用地球的引力作用收集分离精油。该法在常压下无须加溶剂或水、无污染且节能。该法已应用于提取迷迭香叶精油、薄荷精油、橘皮精油等[12]。无溶剂微波萃取（SFME ）是最近发展起来的绿色技术，它在大气条件下进行不加任何溶剂或水。无溶剂微波萃取已经应用于提取新鲜或预先湿化的干燥的植物原料中的挥发油，该法提取时精油随植物原料原位水蒸发，也可用吸收微波的固体介质与样本混合的方法直接处理干植物原料料提取挥发油。如用无溶剂微波萃取孜然和花椒所得的精油与微波辅助水蒸气提取和传统的水蒸气提取精油比较，品质没有明显改变。

2.2.5超临界CO 2流体萃取法（SFE －CO 2 ）

超临界CO 2流体萃取技术（SFE －CO 2 ）是目前应用于植物精油萃取和天然产

物开发利用最为广泛的一种先进的萃取分离技术。 超临界流体是指在热力学状态临界点（PC TC ）之上的可压缩的高密度流体，这种流体兼有液体和气体的优点，密度接近于流体而有良好的溶解性能，扩散系数和黏稠度接近于气体，表面张力接近于零，因而有良好的穿透性，易进入固体的孔隙，能深入到萃取原料的基质中，发挥非常有效的萃取和分离功能，而且这种溶解能力随着压力的升高而急剧增大 这些特性使超临界流体成为一种非常好的萃取剂，而超临界流体萃取就是利用超临界流体的这一强溶解能力特性，从植物原料中萃取各种有效成分，再通过减压分离将其释放出来的过程. 超临界CO 2流体萃取法具有许多独特的优

点：萃取和分离合二为一；萃取能力强、萃取率高、过程易于控制；萃取温度低、萃取热敏性强、易氧化分解成分效果最佳；超临界CO2便宜易得、可循环使用；产品中无残留溶剂、无害、无臭、安全性高等；特别是SFE-CO 2可以有效保护精

油中热敏性、易氧化分解成分不被破坏，保持精油原有成分和品质，但是SFE-CO 2也有其局限性：因在高压下操作，对设备要求较高，一次性投资费用较高 操作技术要求较高。目前国内外广泛用此方法从植物原料中萃取香精油，已成功应用于提取缬草根精油、巴豆精油、薄荷精油、黑胡椒精油、香根草精油、唇形科植物精油、胡萝卜果精油、意大利香菜籽精油、洋甘菊精油[13]、橘皮精油、西洋蓍草精油、西班牙鼠尾草精油、黑色小茴香籽和枸杞籽精油、肉豆蔻精油、香菇精油、等植物挥发性成分[14]。

2.2.6固相萃取法（SPME ）

SPME 技术是近年来出现的一种新型无溶剂样品预处理技术，可与气相色谱－质谱技术联用，从而快速、高效地进行样品的提取、分离和分析【15】。SPME 技术通过注射器内石英纤维表面的色谱固定相或吸附剂对样品组分进行萃取和富集， 再利用气相色谱进样口的高温将吸附的组分从固定相中解吸下来进行分析 SPME 的萃取方式有两种， 一种为顶空式， 适用于所有基质的试样中挥发性 半挥发性组分分析，这种方法无需溶剂，集采样、萃取、浓缩、进样于一体；分析速度快（一般2～30 min 可达吸附平衡，整个分析周期一般1。5h ），灵敏度高，

重现性好而广泛应用分析测定挥发性化学成分，如西番莲果挥发成分、佛手柑精油成分、初榨橄榄油中单萜和倍半萜成分、橄榄油挥发成分、烟草中挥发成分[16]、温莪术挥发成分、复方中药小成齐堂挥发成分、雪莲叶挥发成分等; 另一种为直接浸入式，仅适用于气体样品及洁净液体样品的分析，SPME 需要样本量小，采样时间非常短，可最大限度保护植物化学成分，尤其适用于花粉中挥发性物质的提取【17】。

2.2.7同时蒸馏萃取法

同时蒸馏萃取（SDE ）法是近二十年来发展起来的提取挥发性和半挥发性成分的分离方法，其原理是利用样品蒸汽和萃取溶剂的蒸汽在密闭的装置中充分混合，各组分在低于各自沸点时能被蒸馏出来，蒸馏时混合物的沸点将保持不变，当其中某一组分被完全蒸出后，温度才上升到留在瓶中组分的沸点 挥发性成分首先被蒸馏出来，然后和萃取剂在螺旋形冷凝管上完成萃取，根据萃取剂与水比重的差异将两者分开，最后回收萃取液。 SDE法的优点为将样品的水蒸气蒸馏和馏分的溶剂萃取两步过程合二为一，与传统的水蒸气蒸馏方法相比，减少了实验步骤，节约了大量溶剂，同时也降低了样品在转移过程中的损失，精油可直接进行GC-MS 分析，能把mg/L级挥发性成分从脂质或水质介质中浓缩数千倍，对微量成分萃取率较高，但是 SDE 法也有一定的局限性， 如易发生高温热解 氧化等副反应， 而且对水溶性好挥发性低的成分萃取效率较低。

目前同时蒸馏萃取法应用于萃取牛至、 紫苏和薄荷香料、葡萄汁、中国杏、野生乌颊鱼真鲷、法国豆（菜豆）、岩玫瑰挥发成分和蒿精油的提取，效果理想。

2.2.8双水相萃取法( MATPE)

微胶囊 －双水相萃取( MATPE) 是利用被提取物质在不同的两相系间分配行为的差异进行分离，选用－环糊精做为包裹材料，提高了囊心的耐热稳定性， 与环境中的水分、氧气及紫外线等不良环境因子隔离，从而避免受其不良影响， 能有效地保护目标产物在提取过程中的化学和物理性质指标，在常温下可得到性能稳定、香味均一的挥发油成分[18]。采用微胶囊－ 双水相法可提取薄荷油、丁香油、柠檬油等，具有较高的选择性和专一性，能提取醛、酮、醇等弱极性及无极性香味成分，适合混合香料的提取。MATPE 法把微胶囊技术和双水相萃取技术相结合，用于提取植物精油， 能避免提取过程中的高温、氧化、聚合等情况发生， 不仅提高精油的提取率和纯度， 而且有效地保护了精油的天然成分[19]。

2.2.9联合萃取法

联合萃取法是两种以上的萃取方法结合使用，以达到方便、快捷、准确测定原材料中的挥发性成分的目的。如水蒸气蒸馏与固相微萃取结合、测定大蒜油中的挥发成分、闪蒸和水蒸气蒸馏结合固相微萃取和测定鱼腥草挥发成分、微波水蒸气蒸馏结合固相微萃取和测定传统中药精油挥发成分、亚临界水萃取结合固相微萃取和测定石菖蒲精油成分、超声辅助萃取结合固相微萃取和测定孜然芹精油成分、超声波结合水相酶萃取麻疯树籽仁油、酶解预处理结合超临界流体萃取葡萄籽油等[23]。

3. 展望

植物挥发油的提取方法较多，植物挥发油的含量和化学组成不仅与原料来源

有关，也与提取方法有关。对同一原料采用不同的提取方法所得挥发油的得率和化学组成不完全相同，我们可以根据植物的含油部位油中成分的性质以及经济价值和用途等方面进行综合考虑，选择合适的提取方法。植物挥发油传统提取方法技术成熟，便于规模化生产，但存在萃取成分不足，杂质多，香气不持久，热敏性成分易破坏、选择性差等缺点。现代分离分离技术借助先进仪器设备，大多具有选择性好，条件温和，污染少，能耗低，提取挥发油成分足，品质高等优点，但也存在技术操作要求高、仪器设备昂贵、成本相对较高、难以规模化生产等缺点。随着科学技术的不断进步，提取方法已越来越多样化，倾向于多种方法的联合应用，且与色谱 质谱等联机， 实现分离、提取、 检测一体化，向无污染、高精度、 低成本逐步发展。 新型分离技术必将会给企业注入新的活力，通过不断优化提取工艺，将有更多的挥发油提取实现产业化， 广泛应用于香料、医药、食品的生产，同时市场需求也将极大地推动植物挥发油提取方法的研究与探索。 参考文献

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