1、第 9 期 杨君等 : 天然植物精油提取方法研究进展 31中国食物与营养 2012， 18( 9): 31-35Food and Nutrition in China基金项目 : 中央高校基本科研业务费专项资金资助 农产品交叉研究中心 、浙江中烟工业有限责任公司科技项目 ( 项目编号 : 81000134) 。作者简介 : 杨君 ( 1972 ) ， 男 ， 硕士 ， 工程师 ， 主要从事烟草化学研究 。通讯作者 : 叶兴乾 ( 1962 ) ， 浙江宁波人 ， 博士生导师 ， 教授 ， 从事果蔬加工研究 。天然植物精油提取方法研究进展杨 君1， 张献忠2， 高宏建2， 尹 洁1， 叶兴乾2(
2、1浙江中烟工业有限责任公司 ， 杭州 310008;2浙江大学生物系统工程与食品科学学院 ， 杭州 310058)摘 要 : 植物精油是一类天然植物次生代谢物，由于其具有增香、杀菌、抗病毒和抗氧化等生物活性，在香料、化妆品、食品工业、制药、医疗及农业害虫等方面得到了广泛应用。植物精油的提取方法多种多样，且不同用途的精油产品需要用不同的提取方法来生产。就植物精油传统提取方法及新兴提取方法进行综述，并且总结了这些方法的原理、优缺点以及适用范围，对未来植物精油提取方法的发展进行展望。关键词 : 植物精油; 提取方法; 研究进展植物精油是植物体内的次生代谢物质 ， 由分子量相对较小的简单化合物组成 ，
3、 具有一定芳香气味 ， 在常温下能挥发的油状液体物质 1。由于其具有增香 、杀菌 、抗病毒和抗氧化等生物活性 ， 在香料 、化妆品 、食品工业 、制药 、医疗及农业害虫等方面得到了广泛应用 2。植物精油的提取技术由来已久 ， 早在中世纪 ， 阿拉伯人就用水蒸汽蒸馏的方法得到了较纯的植物精油 3。目前 ， 由于工业生产规模不断扩大 ， 植物精油提取分离技术已成为研究植物精油的热点之一 。精油提取方法繁多 ， 包括传统的提取方法如水蒸汽蒸馏法和溶剂提取法等 ， 以及新兴的绿色提取方法如超临界萃取法和亚临界水提取法等 4， 不同的提取方法所制备的精油其化学分子组成 、数量和结构有很大不同 ， 因此应
4、当根据精油的实际用途来选择合适的提取方法 3。本文就目前常用及新兴的植物精油提取技术进行综述 ， 总结其原理 、优缺点以及主要用途 ， 以期为实际生产中植物精油提取技术的研究和选择提供参考 。1 植物精油的提取方法1. 1 水蒸汽蒸馏法水蒸汽蒸馏法 ( Hydrodistillation， HD) 是利用植物精油各组分蒸汽压力的不同利用水蒸汽将精油从原料中提取出来的方法 。该法适合于具有挥发性 、能随水蒸汽蒸出而不被破坏 、与水不发生反应 、又难溶于水的有效成分的提取 。用水蒸汽提取挥发性成分一般认为是水通过水散作用使待提取成分从植物中渗透出来 ， 被带到原料表面的成分呈油斑状 ， 与水组成两
5、相混合物而被水带出 ， 最后油水分离后得到植物精油 。水蒸汽蒸馏是一种比较成熟的分离方法 ， 所用溶剂为水 ， 其作用机理是水携带油 ， 而水对人无害 ， 是环境友好的溶剂 。综上 ， HD 法仍然是目前提取植物精油最常用的方法 ， 并且是植物挥发性成分提取和检测的重要前处理方法 。Okoh 等 5用 HD 法对迷迭香精油进行提取 ， 得率为 0. 31%， 并鉴定出 24 种芳香物质 ， 并与其它方法所对比 ， 结果证明 ， HD 法所提取的迷迭香精油质量最好 ;Zhang 等 6用 HD 法对中国秦岭地区三个野生糙苏品种精油进行了萃取并进行成分鉴定 ， 分别鉴定出 22、26和 19 个主
6、要组分 ; Porto 等 7也用 HD 法对留兰香精油进行了提取 ， 提取产率为 0. 01%0. 02%。HD 方法具有设备简单 、容易操作 、成本低 、对环境友好等优点 ， 并且许多植物原料用 HD 法所得精油质量最好 ， 但由于植物材料长时间的处于高温之下 ， 可能会使其含有的热敏性成分发生热分解 ， 易水解成分发生水解及原料焦化等 ， 对精油产品质量造成不利影响 。但是目前 HD 方法仍是试验室中对植物精油成分鉴定 、定量以及工业生产中应用较多的一种传统方法 。因此 ， 对于试验室中植物精油分离和成分鉴定的初步研究应用HD 方法最为适宜 ， 其它方法的开发和应用也应以 HD方法为基础
7、进行研究 。1. 2 溶剂提取法溶剂提取法是利用有机溶剂如石油醚 、正己烷 、乙酸乙酯 、丙酮等进行连续回流提取或冷浸 、热浸提取32 中 国 食 物 与 营 养 第 18 卷等 ， 提取液蒸馏或减压蒸馏除去溶剂即可得粗制精油 。该法提取精油的产率较高 ， 但因植物体中的树脂 、蜡等也同时被提出 ， 致使精油含杂质较多 ， 从而掩盖主要致香成分 ， 故必须进一步通过醇沉和柱分离等技术精制 。赵志峰等人 8采用乙醇 、乙醚 、丙酮和水提取花椒精油 ， 精油在颜色 、状态和气味上有一定的差别 ， 但是用无水乙醚和丙酮作溶剂提取的精油感官上较为接近 ;Cao 等 9用石油醚作为容积提取拳卷地钱精油
8、， 并鉴定出 10 种总含量高于 74. 04%的芳香物质 ; 由于溶剂提取法所得精油含有植物树脂和蜡等物质 ， 侯旭杰等 10开发了一种溶剂提取联合水蒸气蒸馏的方法来提取孜然精油的技术 ， 利用该联合技术所得孜然精油相比于单独溶剂提取和水蒸气蒸馏法 ， 产率和质量均有所提高 ， 产品具有良好的应用前景 ; 此外 ， 溶剂提取法中有机溶剂的选择也非常重要 ， 黄诚等 11利用环己烷 丙酮复合溶剂进行大蒜精油的提取 ， 结果显示环已烷 丙酮复合溶剂质量配比为 73 时大蒜精油得率最高 。虽然溶剂提取法制备植物精油具有设备简单 、廉价 、产率高等特点 ， 但制备过程中需要使用大量的有机溶剂 ， 并
9、且最终精油产品中的溶剂残留也很难除去 ， 因此该方法适用于精油粗制品的制备 ， 高质量植物精油产品的获得需要进一步精制 。同时溶剂提取法所选用的溶剂必须对有效组份有良好的选择性 ， 使有效组份在溶剂中有相对大的溶解度 ， 并且要有较低的粘度使有效组份在溶剂中有较大的扩散系数 ， 并使溶剂能够较快地循环流动以加快提取速率 12， 另外所选溶剂既要价廉 、低毒 、易得 ， 还必须容易回收 。1. 3 同时蒸馏 萃取法同时蒸馏萃取法 ( SDE， Simultaneous distillationand solvent extraction) 是 Nickerson 和 Likens 在 1996
10、年发展起来的一种植物易挥发成分提取法 ， 该法将水蒸汽蒸馏和馏出液的溶剂萃取两步合二为一 13。SDE 法操作简便 ， 提取时间短 ， 并且避免了传统水蒸汽蒸馏法由于精油含量低而导致部分精油在器壁上的吸附 ， 目前广泛应用于植物精油成分的提取和检测 。Barra 等 14用 SDE 法分析了法国大豆中的挥发性化学成分 ， 发现 SDE 法可以更好的提取出大豆中全部的芳香成分 ， 并且对于烹调后的样品提取效果也比水蒸气蒸馏法要好 ; Teixeira 等 15利用 SDE 法提取蔷薇中的挥发性精油成分 ， 结果显示利用正戊烷提取 1h 达到良好的效果 ， 在最佳提取条件下 ， 挥发性物质的回收率
11、大于90%， 优于水蒸汽蒸馏法 ; Selli 等 16用 SDE 法提取海鲤中的挥发性成分 ， 提取物经感官鉴定 ， 极大的代表了海鲤的风味 ， 并且鉴定出了 46 种芳香组分 。尽管 SDE 法具有许多优点 ， 且目前应用也比较广泛 ， 但是 ， 仅限于试验室中对植物精油的提取以及作为植物挥发性成分检测的前处理方法 ， 且 SDE 法所用设备为全玻璃器皿 ， 工业化应用还比较困难 。1. 4 超临界 CO2流体提取法超临界流体 CO2萃取技术 ( supercritical carbon diox-ide fluid extraction， SFE-CO2) 是近 30 年来发展比较迅速的
12、一种高新提取分离技术 。其主要工作原理是将超临界流体控制在超过临界温度和临界压力的条件下 ， 从目标物中萃取目标成分 ， 当恢复到常温和常压时 ， 溶解在超临界流体中的目标成分即与超临界流体分开 17。SFE-CO2具有萃取能力强 、收率高 、生产周期短有效成分不被破坏 、工艺简单 、操作参数容易控制 、没有溶剂残留等优点 ， 广泛应用在食品加工 、医药品和保健食品等领域 18。近年来国内外在研究 SFE-CO2萃取植物精油方面做了许多研究 。国内学者分别研究了利用 SFE-CO2方法提取丁香精油 、葱头精油 、茴香精油 、大蒜精油等 ， 都对提取工艺参数进行优化 ， 得到良好的效果 19-2
13、2， 其中王虹等 23用 SFE-CO2提取苍耳子油并对其成分进行分析 ，研究发现 SFE-CO2提取方法并不能完全替代传统的水蒸汽蒸馏法 ; Donelian 等 24研究发现 ， 利用 SFE-CO2提取的广藿香精油具有更好的质量和更高的产率 ; Dker等 25利用 SFE-CO2技术提取了芝麻籽油 ， 与传统的索氏提取相比 ， 产率高达 85%。SFE-CO2可以有效保护精油中热敏性 、易氧化分解成分不被破坏 ， 保持精油原有的风格 ， 因此传统精油的萃取是无法与之相比的 。这在崇尚天然 、追求自然的香料香精界 ， 可以制备出几近完美的天然精油而倍受重视 ， 现已成为获得高品质精油的一
14、种有效手段 ; 但是也有其局限性 : 因在高压下操作 ， 对设备要求较高 、一次性投资费用较高 、对工艺操作人员及技术要求均较高 。1. 5 亚临界水提取法亚临界水是指在一定的压力下 ， 将水加热到 100以上临界温度 374以下的高温 ， 水仍然保持液体状态 。在亚临界状态下 ， 维持适当的压力使水呈液态 ， 随着温度的上升减弱了水分子之间的氢键作用 ， 使水的极性大大降低 ， 由强极性逐渐变为非极性 ， 利用这一特性可以从原料中选择性地萃取出不同极性的目标物质 26。通过调节萃取时温度 、压力 、水的流速和夹带剂等因素可以缩短提取时间 ， 提高萃取效率 。Basile 等 27于 1998
15、 年第一次用亚临界水萃取迷迭香叶子中的精油 ， 此后该技术在天然产物提取等领域得到广泛应用 ; 郭娟等 28通过对水蒸汽蒸馏 、亚临界水第 9 期 杨君等 : 天然植物精油提取方法研究进展 33萃取和超声辅助提取洋葱精油的比较 ， 发现亚临界水萃取的精油含硫化合物含量较高 ， 且具有省时 、高效 、节能等优点 。亚临界水提取技术是近 10 年来刚刚发展起来的一种新型提取技术 ， 具有提取时间短 、效率高 、环境友好等优点 ， 在国外作为一种绿色环保技术已应用于环境样品中有机污染物的萃取 、部分植物精油及有效成分的提取等领域 ， 而国内对该技术的研究刚刚起步 ， 鉴于其具有许多优势 ， 亚临界水
16、提取技术在植物精油提取分离方面具有很好的应用前景 。1. 6 分子蒸馏技术分子蒸馏 ( Molecular Distillation， MD) 又称短程蒸馏 ， 是在高真空度下 ， 根据分子运动平均自由程的不同 ， 实现混合组分分离的一项高新技术 29。目前 ， 分子蒸馏技术作为精制手段在植物精油提取领域应用较多 。张忠义等 30利用分子蒸馏技术对超临界 CO2所提取的白术精油进行精制并分析其主要成分 ，结果超临界萃取物检测出 33 个化合物 ， 分子蒸馏蒸出物检测出 27 个化合物 ， 主要成分均为 : -芹子烯 、大根香叶烯等 ， 但相对含量有区别 ， 分子蒸馏精制后白术精油主要致香成分相
17、对含量明显升高 ; 韩荣伟等 31也利用分子蒸馏技术对超临界提取的玫瑰精油进行精制 ，避免了高温的不良影响 ， 得到颜色淡黄 、香气浓烈的玫瑰精油 。分子蒸馏操作温度远低于物质常压下的沸点温度 ，同时物料被加热的时间非常短 ， 不会对物质本身造成破坏 ， 因此分子蒸馏作为植物精油的一种纯化 、除蜡手段 ， 值得深入研究 、应用及推广 。2 植物精油的辅助提取方法2. 1 超声波辅助提取方法超 声 波 辅 助 萃 取 ( ultrasonic-assisted extraction，UAE) 是应用超声波强化提取植物的有效成分 ， 是一种物理破碎过程 。原理是利用超声波的空化作用加速植物有效成分
18、溶出 ; 另外超声波次级效应 ， 如机械震动 、乳化 、扩散 、击碎 、化学效应等 ， 也能加速提取成分的扩散 、释放并与溶剂充分混合而利于提取 。该法最大的优点是提取时间短 、温度较低 、收率高 。目前 UAE 倍受广大研究者的关注 ， 并且大量应用于开发植物精油的提取 ， 如 Porto 等利用超声波辅助萃取技术提取留兰香精油 ， Roldn-Gutirrez 等 32-34应用超声波技术提取了多种芳香植物精油 ( 月桂 、迷迭香 、百里香 、牛至和晚香玉 ) 、Kimbaris 等则对大蒜挥发油进行提取 。UAE 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
19、然产物和生物活性成分的提取有着广阔的应用前景 。2. 2 微波辅助提取技术微波 辅 助 提 取 法 ( microwave-assisted extraction，MAE) 就是利用微波加热的特性来对物料中目标成分进行选择性提取的方法 。通过调节微波的参数 ， 可有效加热目标成分 ， 以利于目标成分的提取与分离 。MAE的原理是植物样品在微波场中吸收大量的能量 ， 细胞内部含水量及其它物质的存在 ， 对微波能吸收较多 ， 而周围的非极性萃取剂则吸收少 ， 从而在细胞内部产生热应力 ， 被萃物料的细胞结构因细胞内部产生的热应力而破裂 ， 使细胞内部的物质直接与相对冷的萃取剂接触 ， 因而加速了目
20、标产物由细胞内部转移到萃取剂中 ， 从而强化了提取过程 。MAE 提取植物精油方法也是目前国内外研究较多方法之一 ， 已有多个微波辅助提取技术应用到植物精油提取领域 。如 Golmakani 等 35利用微波辅助水蒸气蒸馏法提取了百里香精油 ; Ferhat 等 36和 Tigrine-Kordjani等 37利用微波加速蒸馏法分别提取了橘皮精油和迷迭香精油 ; Chemat 等 38利用微波加速蒸汽蒸馏方法提取了薰衣草精油 ; Vian 等 39利用微波辅助水扩散重力法提取了薄荷精油 。微波辅助提取方法共同的优点就是提取快速 、高效 ， 减少浪费 ， 节省能源等 ， 为植物精油资源的提取技术
21、提供了一个新的研究方向 。2. 3 生物酶制剂辅助提取法酶法辅助提取精油是一种新型的提取方法 ， 是根据植物细胞壁的构成 ， 利用酶反应具有高度专一性的特点选择相应的酶 ， 将细胞壁的组成成分 ( 纤维素 、半纤维素和果胶质 ) 水解或降解 ， 破坏细胞壁结构 ， 使细胞内的成分溶解 、混悬或胶溶于溶剂中 ， 从而达到提取目的 ， 且有利于提高提取率 。酶可以在温和条件下分解植物组织 ， 较大幅度地提高收率 ， 是一项很有前途的新技术 。Passos 等 40利用酶预先处理的葡萄籽进行精油的提取 ， 产率为 13. 7%， 比没有酶处理的样品产率提高了106%， 研究还表明 ， 样品经酶处理的
22、时间越长 ， 精油的产率越高 。与其它方法相比 ， 酶辅助提取法具有提取时间短 、有效成分破坏少的优点 ， 是一种很有应用前途的植物精油提取方法 。3 小结与展望植物精油作为一种天然产物 ， 被广泛应用于食品 、化工 、医药等领域 。被称为 “液体黄金 ”之美誉的植34 中 国 食 物 与 营 养 第 18 卷物精油的开发利用必将迎来更加广阔的前景 。随着工业化的发展 ， 各种植物资源精油的提取技术必将趋向于成熟 ， 并且向着环保 、高效的方向发展 。为了获得更多的并且保持原有植物风味的精油 ， 精油提取方法中快速 、耗能少 、对环境友好 、产率高的方法值得提倡 。但是现有的植物精油提取方法各
23、有其优缺点 ， 不同植物精油应根据其主要用途用不同的方法来提取 。目前 ， 各种技术的联合应用进行植物精油的萃取是一个重要研究方向 ，有着巨大的开发潜力和应用前景 。如何发展一种高效 、安全 、环保的精油提取方法并适用于所有植物精油的提取有待进一步的研究 。参考文献 1 Lubbe Andrea， Verpoorte Robert. Cultivation of medicinaland aromatic plants for specialty industrial materials. Indus-trial Crops and Products， 2011， 34( 1) : 785-8
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