何 穎

(天津中醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院，天津 300150)

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中藥揮發(fā)油提取方法分析

何 穎

(天津中醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院，天津 300150)

揮發(fā)油是存在于植物體中的一類具有揮發(fā)性、可隨水蒸汽蒸餾得到的油狀液體。目前，揮發(fā)油的提取方法有蒸餾法、溶劑提取法、壓榨法、超聲波輔助萃取法、微波輔助萃取法、亞臨界水萃取法、超臨界流體萃取法、酶解提取法等方法。本文對近年來有關(guān)揮發(fā)油的提取方法，以及如何根據(jù)揮發(fā)油的性質(zhì)和用途篩選適合的提取方法進(jìn)行總結(jié)，以提高中藥揮發(fā)油的提取率。

揮發(fā)油，提取工藝，問題分析

揮發(fā)油是存在于植物體中的一類具有揮發(fā)性、可隨水蒸汽蒸餾得到的油狀液體的總稱，因其大部分具有芳香氣味，所以又稱為芳香油或精油，其主要成分為單萜類和倍半萜類化合物。揮發(fā)油在植物界分布較廣，作為中藥使用的植物就有數(shù)百種含有揮發(fā)油。目前我國已知有56個科136屬植物含有揮發(fā)油，大多分布在傘形科、唇形科、樟科、菊科、姜科、蕓香科等科屬中，是中草藥發(fā)揮藥效的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。大量藥理實(shí)驗(yàn)表明揮發(fā)油在臨床上具有多方面的藥理活性，如抗菌消炎、解熱鎮(zhèn)痛、止咳平喘、抗病毒、抗過敏、抗突變和抗腫瘤等藥理作用。本文對近年來有關(guān)揮發(fā)油的提取方法，以及如何根據(jù)揮發(fā)油的性質(zhì)和用途篩選適合的提取方法進(jìn)行總結(jié)，以提高中藥揮發(fā)油的提取率。

1 揮發(fā)油化學(xué)成分和性質(zhì)

揮發(fā)油中所含化學(xué)成分復(fù)雜，按化學(xué)結(jié)構(gòu)分為脂肪族、芳香族和萜類三大類化合物及其含氧衍生物等。揮發(fā)油多數(shù)為無色或淡黃色的透明油狀液體，少數(shù)有顏色，難溶于水，絕大多數(shù)揮發(fā)油比水輕。其大多存在于植物體的特殊分泌組織中，如植物表皮的腺毛、油室、油管或油細(xì)胞中，有時與樹脂共存于樹脂道內(nèi)[1]。

2 揮發(fā)油提取分離方法

目前，揮發(fā)油的提取方法有蒸餾法、溶劑提取法、壓榨法、超聲波輔助萃取法、微波輔助萃取法、亞臨界水萃取法、超臨界流體萃取法和酶解提取法等方法。

2.1 蒸餾法 蒸餾法分為水蒸餾法與水蒸汽蒸餾法。水蒸餾法是提取中藥揮發(fā)油最常用的方法，也是《中國藥典》收載的方法。其方法是將中藥粉碎，加水浸泡，裝冷凝器煮沸，使揮發(fā)油與水蒸汽一起蒸出。此法簡單、易操作、避免了有機(jī)溶劑的污染，但加熱溫度較高時會使藥物成分氧化、分解和藥材焦化，使其揮發(fā)油品質(zhì)降低。水蒸汽蒸餾法是將藥物預(yù)先用水濕潤，然后通過熱水蒸汽使揮發(fā)油經(jīng)冷凝器餾出，或在蒸餾器內(nèi)安裝一個多孔隔板，將藥物置于隔板上，器底的水不與原料接觸進(jìn)行加熱蒸餾，蒸出揮發(fā)油。水蒸汽蒸餾法可避免水蒸餾法的缺點(diǎn)，對熱不穩(wěn)定的揮發(fā)油，可采用減壓蒸餾工藝提取，一般適用于大規(guī)模生產(chǎn)。鄭春生[2]等在50～60 ℃浸取，采用減壓水蒸汽蒸餾法提取當(dāng)歸揮發(fā)油，揮發(fā)油提取率可達(dá)0.54%～0.64%，較常壓下水蒸汽蒸餾法高40%以上。羅琴等[3]采用正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化水蒸汽蒸餾法提取益智仁揮發(fā)油的提取工藝，其最佳提取工藝為加8倍水、浸泡4 h、提取6 h，揮發(fā)油氣味芳香持久，具有明顯的抑菌作用。水蒸汽蒸餾法方法簡單，避免了溶劑萃取過程中有機(jī)溶劑污染的弊端。但水蒸汽蒸餾也有一定的缺點(diǎn)：提取時間長、溫度高、系統(tǒng)不密閉，對熱不穩(wěn)定和易氧化成分易造成破壞及揮發(fā)性物質(zhì)的損失，對部分組分有破壞作用，揮發(fā)油收率低[4]。

2.2 溶劑萃取法

2.2.1 普通溶劑法 即利用低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑如石油醚、乙醚等與中藥在連續(xù)提取器中加熱提取，提取液再低溫蒸去溶劑。此法操作溫度低，可避免對熱不穩(wěn)定物質(zhì)的變化，更好地保存藥物的天然品質(zhì)，在揮發(fā)油得率上明顯高于水蒸汽蒸餾法。但溶劑提取法對環(huán)境有污染，且黏度大、雜質(zhì)多，還須進(jìn)一步精制。潘年松等[5]用水蒸汽蒸餾法和石油醚浸提法兩種不同方法提取莪術(shù)粗粉揮發(fā)油，結(jié)果表明水蒸汽蒸餾法的平均提油率為1.646 5%；石油醚回流提取法的平均提油率為2.688 6%，提油效率是水蒸汽蒸餾法的1.63倍。劉瑞來等[6]采用水蒸汽蒸餾法和溶劑(正己烷)萃取法從金錢草鮮葉和干葉中提取揮發(fā)油，并對其揮發(fā)油進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水蒸汽蒸餾法提取的揮發(fā)油中鮮葉鑒定出19種、干葉鑒定出14種化合物，溶劑萃取法提取的揮發(fā)油中鮮葉鑒定出20種、干葉鑒定出11種化合物。

2.2.2 加速溶劑法 又稱快速溶劑萃取法，是近年來發(fā)展起來的一種全新的萃取方法，是一種從固體和半固體基質(zhì)中提取分析物的樣品萃取技術(shù)[7]。其方法是在高溫、高壓、密閉條件下用有機(jī)溶劑提取樣品，與常規(guī)提取方法比較具有提取效率高、時間短、溶劑消耗少、操作模式多樣化以及操作過程自動化等優(yōu)點(diǎn)。但該法儀器成本高、不適用于對熱敏感的化合物、對操作者要求也較高。齊天等[8]用加速溶劑萃取法和經(jīng)典水蒸汽蒸餾法分別提取辛夷中揮發(fā)油成分，并結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜法對其揮發(fā)油進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：加速溶劑萃取法(甲醇為溶劑)萃取辛夷揮發(fā)油的最佳溫度為80 ℃，靜態(tài)萃取時間為6 min，其揮發(fā)油中含77種成分，峰面積歸一化計(jì)算占揮發(fā)油總量的94.55%；采用2010年版《中國藥典》“揮發(fā)油測定法”項(xiàng)下規(guī)定的水蒸汽蒸餾法提取，其揮發(fā)油中含43種成分，峰面積歸一化計(jì)算占揮發(fā)油總量的99.21%。

2.3 壓榨法 壓榨法又稱冷壓法，是最簡單、最傳統(tǒng)的提取方法。適用于含揮發(fā)油較多的新鮮植物，藥材經(jīng)撕裂粉碎壓榨，將揮發(fā)油從植物組織中擠壓出來，然后靜置分層或用離心機(jī)分出油即得。此法操作方便、成本低、能耗低、污染少，因在常溫下進(jìn)行，能有效地保留揮發(fā)性成分，并可保持揮發(fā)油原有的香氣。但此法只適用于鮮品揮發(fā)油的提取，其所得揮發(fā)油經(jīng)常含有黏液質(zhì)、水分、細(xì)胞組織等雜質(zhì)，需進(jìn)一步加工處理。同時，此法不易將藥材中的揮發(fā)油全部提取干凈，所以經(jīng)常將壓榨后的藥渣再進(jìn)行水蒸汽蒸餾，如鮮橘皮等含揮發(fā)油較多的藥材可用此法提取。謝練武等[9]用水蒸汽蒸餾和壓榨法兩種方法提取柑橘香精油，進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水蒸汽蒸餾的柑橘油為無色液體，出油率為1.2%～2.1%，增加破碎度和添加氯化銨可以提高出油率；利用壓榨法生產(chǎn)的香精油，色澤為淡黃色液體，出油率為1.0%～1.6%，但氣味較佳，香氣更接近于天然鮮橘果香，壓榨后的殘?jiān)钥捎盟羝麴s法提取得到部分橘油。張學(xué)愈等[10]采用壓榨法提取鮮品溫莪術(shù)，其所得的粗油收率為5.64%，其中粗油中揮發(fā)油的含量為13.75%，并將提取的揮發(fā)油進(jìn)行體外抗腫瘤實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明癌細(xì)胞成活率在96 h時低于環(huán)磷酰胺。

2.4 超聲波輔助萃取法 超聲波輔助萃取法是指利用超聲波的空化、沖擊和振動等效應(yīng)增強(qiáng)物質(zhì)在溶劑中的擴(kuò)散、遷移和釋放的速率，縮短提取時間，加速和增加藥材成分的提取，同時在提取過程中溫度升高不明顯，可抑制有效成分的揮發(fā)并保持提取物的固有風(fēng)味。潘紅亮等[11]采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對超聲波輔助萃取法和水蒸汽蒸餾法提取的華細(xì)辛揮發(fā)油進(jìn)行化學(xué)成分比較，發(fā)現(xiàn)水蒸汽蒸餾法提取的揮發(fā)油部分成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于超聲輔助萃取法提取的1.2～24 倍，超聲輔助萃取法提取華細(xì)辛具有更好的提取效果。朱兆友等[12]采用超聲輔助萃取法、微波輔助法、水蒸汽蒸餾法分別提取藿香揮發(fā)油，對其進(jìn)行比較，結(jié)果顯示：超聲輔助法提取2 h，提取率為1.322%；微波輔助法提取0.5 h，提取率為0.973%；水蒸汽蒸餾法提取6 h，其提取率為0.525%。綜合考慮，超聲輔助法提取率最高,微波輔助法提取時間雖短,但其提取率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于超聲輔助法。張珈郡等[13]采用超聲波輔助法提取北五味子揮發(fā)油，研究其最佳提取工藝，試驗(yàn)結(jié)果表明：北五味子最佳提取工藝條件為超聲功率800 W、超聲溫度60 ℃、超聲時間10 min、料液比(g/ml)為1∶14，對揮發(fā)油得率影響因素為超聲功率>時間>溫度>固液比。

2.5 微波輔助萃取法 微波輔助萃取法是指使用合適的溶劑在微波反應(yīng)器中從天然藥用植物、動物、礦物組織中提取各種化學(xué)成分的技術(shù)和方法。其原理是利用不同組分吸收微波能力的差異，使待提取物質(zhì)中某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從體系中分離進(jìn)入到微波吸收能力相對較差的萃取劑中，并達(dá)到較高的產(chǎn)率[14]。該方法具有設(shè)備簡單、提取時間短、提取效率高、選擇性高、操作成本低、污染小等優(yōu)點(diǎn)[15]。余漢謀等[16]通過比較微波輔助溶劑萃取和傳統(tǒng)水蒸汽蒸餾兩種方法提取千年健揮發(fā)油，發(fā)現(xiàn)微波輔助溶劑萃取法更節(jié)省時間，揮發(fā)油得率高，其化學(xué)成分與傳統(tǒng)水蒸汽蒸餾法提取的成分差異不大，完全可以替代水蒸汽蒸餾法提取千年健揮發(fā)油。吳林冬等[17]采用微波輔助提取法和水蒸汽蒸餾法提取天胡荽中揮發(fā)油， 對其提取物進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜分析，其結(jié)果表明采用微波輔助提取法提取1.5 h，其揮發(fā)油中鑒定出43種成分，占總峰面積的94.88%；水蒸汽蒸餾法提取4 h，其揮發(fā)油中共鑒定出39種成分，占總峰面積的93.63%。焦士龍等[18]采用微波萃取法提取石菖蒲揮發(fā)油，使用溶劑充分浸泡后微波輻射2 h，揮發(fā)油得率為1.2%，在同樣揮發(fā)油提取率時，水蒸汽蒸餾法提取要用6～7 h完成，其提取時間是水蒸汽蒸餾法的1/3倍。

2.6 亞臨界水萃取法 亞臨界水萃取法是采用水作為提取溶劑，在適度的壓力下，將水的溫度加熱在100 ℃以上，臨界溫度374 ℃以下的高溫，使水保持在液體狀態(tài)的一種新型提取技術(shù)。水在常溫常壓下是極性很大的溶劑，但隨著溫度的變化，水的極性也會改變，從而可以有選擇地從樣品中萃取不同極性的有機(jī)化合物。這種水稱為亞臨界水，也稱之為超加熱水、高溫水、高壓熱水或熱液態(tài)水。亞臨界水萃取以純水作萃取劑，具有設(shè)備簡單、萃取時間短、揮發(fā)油得率高、油質(zhì)干凈純正、對環(huán)境無污染的優(yōu)點(diǎn)，比用有機(jī)溶劑提取更接近于中國傳統(tǒng)的熬中藥，是一種非常有前景的純綠色萃取技術(shù)[19]。但亞臨界水提取揮發(fā)油需要在高溫下進(jìn)行，對熱不穩(wěn)定的揮發(fā)油成分需要進(jìn)行提取溫度下的穩(wěn)定性預(yù)實(shí)驗(yàn)。張燦等[20]采用水蒸汽蒸餾法、乙醚索氏提取法和亞臨界水萃取法提取馬蘭中的揮發(fā)油，并對其3種工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，亞臨界水萃取法提取馬蘭揮發(fā)油，在提取率和時間上均優(yōu)于水蒸汽蒸餾法和乙醚索氏提取法，而且亞臨界水萃取法提取的馬蘭揮發(fā)油對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和酵母菌均有較強(qiáng)的抑制作用。

2.7 超臨界流體萃取法 超臨界流體萃取法是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。其原理是利用氣體在超臨界狀態(tài)下兼有液體和氣體的雙重特點(diǎn)，既具有與氣體相當(dāng)?shù)母邤U(kuò)散系數(shù)和低黏度，又具有與液體相近的密度和對物質(zhì)良好的溶解能力[21]，故能對多種物質(zhì)進(jìn)行溶解浸取，減壓后溶解能力又極大降低，整個過程兼具提取和蒸餾雙重作用，目前最常用的超臨界流體為CO2。超臨界CO2萃取法與傳統(tǒng)水蒸汽蒸餾法相比，具有萃取溫度低、系統(tǒng)密閉等優(yōu)點(diǎn)，操作方便，大大縮短了工藝流程，降低成本，節(jié)約能耗，更適合于那些對濕、熱不穩(wěn)定的物質(zhì)及易氧化成分的萃取。陽一蘭等[22]采用水蒸汽蒸餾法和超臨界流體萃取法分別提取湖南干艾葉中的揮發(fā)油，并用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對其進(jìn)行化學(xué)成分及含量測定。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：水蒸汽蒸餾法提取干艾葉5 h，揮發(fā)油得率為2.0～4.0 mg/g；超臨界流體萃取法提取，耗時1 h，揮發(fā)油得率為6.0～10.0 mg/g，與水蒸汽蒸餾法相比，超臨界流體萃取法提取率較高。林文津等[23]采用超臨界CO2萃取法和水蒸餾提取法提取太子參中揮發(fā)油，并對其進(jìn)行含量測定，結(jié)果顯示兩種提取方法提取的揮發(fā)油組分和含量差異較大，超臨界CO2萃取法提取的太子參揮發(fā)油中初步鑒定出33種成分，水蒸餾提取法提取的太子參揮發(fā)油中初步鑒定出17種成分，二者僅有 6 種組分相同，超臨界CO2萃取法可以提取出較多的醇、不飽和酸、酯及對熱不穩(wěn)定成分，與傳統(tǒng)水蒸汽蒸餾法相比，更能全面地反映藥材中的化學(xué)組分。金建忠[24]采用超臨界CO2萃取法提取紫蘇葉揮發(fā)油，觀察萃取溫度、萃取壓力、CO2流量和萃取時間對揮發(fā)油得率的影響，結(jié)果顯示，超臨界流體萃取紫蘇葉的最佳條件為：溫度 35 ℃、壓力20 MPa、時間150 min、流量10 kg/h，影響揮發(fā)油得率因素由小至大的順序?yàn)椋狠腿毫?萃取時間<萃取溫度

超臨界流體萃取雖具有節(jié)省試劑、無污染的優(yōu)點(diǎn)，但對于極性大、相對分子質(zhì)量太大的物質(zhì)，要加夾帶劑或在很高的壓力下進(jìn)行萃取，一次性投資較大，運(yùn)行成本高，對操作技術(shù)要求較高，對工業(yè)化生產(chǎn)有一定的難度和限制。

2.8 酶解提取法 酶解提取法系加入適宜的酶以提取藥材的有效成分。適當(dāng)?shù)拿缚梢越到馑幱弥参锏募?xì)胞壁及細(xì)胞間質(zhì)中的纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等物質(zhì)，破壞細(xì)胞壁的致密構(gòu)造，減小細(xì)胞壁、細(xì)胞間質(zhì)等傳質(zhì)屏障對有效成分從胞內(nèi)向提取介質(zhì)擴(kuò)散的傳質(zhì)阻力，有利于溶出有效成分。酶法提取對實(shí)驗(yàn)要求較高，需通過實(shí)驗(yàn)確定酶的最適溫度、pH值以及最佳作用時間。孟利娜等[25]通過酶解技術(shù)提取北蒼術(shù)揮發(fā)油，并采用氣質(zhì)聯(lián)用法對其揮發(fā)油成分進(jìn)行比較，結(jié)果顯示：提取北蒼術(shù)揮發(fā)油的最佳酶解工藝為加入藥材重量1.0% 的半纖維素酶，在45 ℃、pH 4.5的條件下酶解1 h，揮發(fā)油得率提高20.82%，酶解后β-桉葉醇和蒼術(shù)酮含量分別增加34.61%和32.79%。

3 討論

揮發(fā)油提取的方法很多，包括蒸餾法、溶劑提取法、壓榨法、超聲波輔助萃取法、微波輔助萃取法、亞臨界水萃取法、超臨界流體萃取法和酶解提取法等。蒸餾法經(jīng)濟(jì)適用，適合中小型實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行揮發(fā)油提取的實(shí)驗(yàn)研究，但水蒸汽蒸餾法不適用于對熱不穩(wěn)定成分的提取，長時間與水共沸易使一些熱敏物質(zhì)發(fā)生聚合、氧化等反應(yīng)導(dǎo)致變性；有機(jī)溶劑提取法多采用低沸點(diǎn)的親脂性有機(jī)溶劑石油醚、乙醚提取，由于其溶劑易燃、易爆，故僅作為實(shí)驗(yàn)方法；適用于壓榨法的植物種類不多，應(yīng)用的面也不如水蒸汽蒸餾法廣泛，但壓榨法能有效保留揮發(fā)性成分，且污染少、能耗低，適用于制取含油量高的新鮮藥材的揮發(fā)油；超聲波輔助萃取法產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動、高加速度、強(qiáng)烈空化效應(yīng)、熱效應(yīng)、攪拌作用等，都可以加速藥物有效成分進(jìn)入溶劑，從而提高提取效率，縮短提取時間，節(jié)約溶劑，并且免去了高溫對提取成分的破壞；微波輔助萃取法具有提取時間短、得率高、操作成本低、溶劑用量少、安全、節(jié)能、設(shè)備簡單、選擇性高等優(yōu)點(diǎn)，微波輔助萃取法還可直接對新采集的藥材進(jìn)行提取而不需要進(jìn)行干燥等預(yù)處理；超臨界流體萃取法中二氧化碳的臨界溫度比較低，所以對熱敏性成分比較理想，又可提高揮發(fā)油的品質(zhì)；酶解提取法與其他方法相比較，具有特異性高、高效、反應(yīng)條件溫和且易于控制等優(yōu)點(diǎn)，但酶解提取法的最佳溫度和pH值在一個很窄的范圍內(nèi)，所以對提取設(shè)備具有較高的要求。各種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)揮發(fā)油的性質(zhì)和用途篩選適合的提取方法，以提高中藥揮發(fā)油的提取率。

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22 陽一蘭，石峰,詹國平,等.艾葉揮發(fā)油的提取及其化學(xué)成分分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013,41(12):5267-5271

23 林文津，徐榕青，張亞敏. 超臨界 CO2萃取與水蒸汽蒸餾法提取太子參揮發(fā)油化學(xué)成分氣質(zhì)聯(lián)用研究[J].藥物分析雜志，2011,31(7):1300-1303

24 金建忠.超臨界CO2萃取紫蘇葉揮發(fā)油及其成分分析[J].藥物分析雜志，2011,31(5):826

25 孟利娜,于敬,許靜,等.酶法輔助提取北蒼術(shù)揮發(fā)油的工藝及成分分析[J].中成藥,2013,35(4):844-847

The analysis of methods for extracting essential oils

He Ying, Zou Aiying, Meng Qingan

(The Second Affiliated Hospital of Tianjin University of TCM, Tianjin 300150)

volatile oil was a kind of component existing in plant possessing volatility and obtained by steam distillation. The extraction method of volatile oil had steam distillation, solvent extraction, squeeze method,μltrasonic-assisted extraction, microwave aided extraction, subcritical water extraction method, supercritical fluid extraction and enzymatic hydrolysis extraction and so on at present. We discussed the extraction method of volatile oil in recent years, and screened relevant method according to the property and use of volatile oil, which would increase the extraction rate of volatile oil.

volatile oil, extraction process, problem analysis

2014-11-07

天津市中醫(yī)藥管理局資助項(xiàng)目(No.11052)

R282.4

A

1006-5687(2015)01-0047-04