植物花香氣成分提取方法的比較研究進(jìn)展

包秀霞，廉 勇，包秀平

（1.呼和浩特民族學(xué)院環(huán)境工程系，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031；3.江西省進(jìn)賢縣三中，江西 南昌 331700）

植物香氣成分是一個(gè)分子量較小的次生代謝物質(zhì)，是揮發(fā)性的液體，在植物學(xué)界把它稱之為植物精油。植物體中有很多精油類化合物，到目前為止，人們已知的含精油較豐富的主要植物為以下幾個(gè)科類，分別是木蘭科、柏科、桃金娘、禾本科、樟科、蕓香科、姜科和龍腦香科等[1]。精油分布于植物的營(yíng)養(yǎng)器官（根、蓮、葉部），也分布于生殖器官（花、果），并且不同部位的精油含量有所不同。

有些植物的花、枝、葉、草、根、皮、莖、籽或果實(shí)等可作為天然香料。植物香氣的種類較多，但植物花香的香氣最為突出。因此，本文對(duì)植物花香氣成分的提取方法進(jìn)行比較，以便提供不同植物香氣成分更有效的提取方法。

1 植物花香氣成分提取方法的比較

對(duì)植物花香氣的提取方法有很多，主要有壓榨法、同時(shí)蒸餾-萃取法（SDE）、減壓蒸餾萃取法（VDE）、頂空吸附法（HAS）、水蒸汽蒸餾法、吸附法、有機(jī)溶劑萃取法、超臨界CO2流體萃取法（SFE）、微波萃取法和固相微萃取法（SPME）等[2-5]。

1.1 壓榨法

據(jù)最新資料表明，利用壓榨法生產(chǎn)的香精油，色澤為淡黃色液體，出油率較低，為1.0%～1.6%，但有較佳的氣味，其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，壓榨法適合于工業(yè)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)柑橘香精油，是通常采用手工法或機(jī)械法施加壓力后植物流出汁、液的一種方法，是一個(gè)傳統(tǒng)而又簡(jiǎn)單的方法，一般柑橘屬植物采用壓榨方法[6]。人們常用的壓榨法有海綿法、銼榨法和機(jī)械壓榨法等，其中機(jī)械壓榨法是應(yīng)用最廣的一種壓榨法[7]。該提取方法最大優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)條件要求低，操作簡(jiǎn)單，能在室溫條件下提?。辉摲椒ㄌ崛〉木统煞种饕醒躅惢衔?、醛類和萜類物質(zhì)，最終提取的精油里可能含有雜質(zhì)。

1.2 同時(shí)蒸餾-萃取法（SDE）

同時(shí)蒸餾-萃取法是對(duì)易揮發(fā)植物成分提取的一種方法，該方法先把水蒸汽和餾出液溶劑的蒸汽在密閉裝置中充分混合，操作較方便，而且香氣的回收率和提取率都較高[8]。同時(shí)蒸餾-萃取法是把低濃度的揮發(fā)性有機(jī)物濃縮成高濃度，該方法對(duì)生物體微量成分的提取效率較高，是一種全組分提取香精油的方法[9]。謝超等[10]采用這種方法萃取不同開放程度的臘梅花精油；熊敏等[11]提取蠟梅鮮花和干花中的揮發(fā)油時(shí)，采用了同時(shí)蒸餾-萃取法。SDE法是采用長(zhǎng)時(shí)間的高溫蒸餾，對(duì)提取植物花中沸點(diǎn)較高的揮發(fā)性、半揮發(fā)性成分更為有效，但對(duì)水溶性的成分提取效果不明顯。

采用同時(shí)蒸餾-萃取法提取植物精油，僅需要少量的溶劑就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)精油的高效率萃取，不但節(jié)約了成本，而且縮短了除去溶劑過(guò)程中所采用的高溫加熱的時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)精油中易揮發(fā)組分較大程度的保留，無(wú)疑是精油提取較為理想的方法。

1.3 減壓蒸餾萃取法（VDE）

李小福等[12]比較同時(shí)蒸餾-萃取與減壓蒸餾萃取兩種方法提取香氣成分的檢測(cè)結(jié)果可以看出，同時(shí)蒸餾-萃取法回收率高，重復(fù)性較好，有利于香氣物質(zhì)的定量分析；減壓蒸餾萃取法雖然重復(fù)性和回收率較差，但能使香氣物質(zhì)在較低的溫度下?lián)]發(fā)逸出，避免香氣成分在高溫下可能發(fā)生的理化反應(yīng)，可見(jiàn)減壓蒸餾萃取法能較真實(shí)地反映香氣成分的原始信息，可用于香氣成分的初步定性分析。

減壓蒸餾萃取法是一種常用的香氣提取方法。提取主要步驟是首先把樣品放入燒瓶中（連接于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀），再加入蒸餾水，加熱至微沸后停止，然后把燒瓶放入水浴鍋中（溫度50℃），減壓蒸餾后收集冷凝液，再利用重蒸乙醚進(jìn)行萃取。減壓蒸餾萃取法是在較低溫度下運(yùn)行，因此避免了高溫對(duì)植物花香氣成分的影響，最終提取的植物精油能較好地反映原料的香氣特征[13]。采用減壓蒸餾萃取法提取植物香氣成分時(shí)，消耗大量的樣品和藥品，而且樣品處理時(shí)間也長(zhǎng)。因此，該方法已經(jīng)被其他提取方法所代替。

1.4 頂空吸附法（HAS）

早在20世紀(jì)70年代，Jennings等人首次報(bào)道了頂空氣體捕集分析的方法，是直接取液體或固體物質(zhì)中的揮發(fā)性成分的方法（聯(lián)用氣相色譜分析的一種方法），該方法分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)頂空分析方法。靜態(tài)頂空分析方法——直接吸取樣品頂空的氣體注入氣相色譜儀進(jìn)行分析的方法，該方法主要定性分析于復(fù)雜樣品揮發(fā)性成分，其優(yōu)點(diǎn)是操作較簡(jiǎn)便，能省水、避免高沸點(diǎn)或非揮發(fā)性物質(zhì)引起污染；缺點(diǎn)是所提取的香氣量相對(duì)較少，限制了植物花中有些微量成分的提取。動(dòng)態(tài)頂空法——對(duì)香氣物質(zhì)進(jìn)行吸附濃縮后加熱，采用GC-MS進(jìn)行測(cè)定分析。朱旗等提取綠茶的香精油時(shí)采用了同時(shí)蒸餾-萃取法和頂空吸附法兩種方法，并進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，頂空吸附法提取的香精油具有綠茶的板栗香味，能較好地反映綠茶香氣的特征，但在吸入空氣的過(guò)程中也產(chǎn)生了一些反面作用[14]。雖然頂空吸附法能全面地反映植物花花香的真實(shí)成分，但對(duì)花香氣的真實(shí)氣味有一定的影響。因此，頂空分析技術(shù)的關(guān)鍵是如何富集足夠濃度的試樣。

1.5 水蒸汽蒸餾法

歐洲水蒸汽蒸餾技術(shù)早在16世紀(jì)已普遍應(yīng)用于提取植物香精油實(shí)驗(yàn)過(guò)程中。水蒸汽蒸餾方法——先把植物組織放入蒸餾裝置中，然后加蒸餾水，通過(guò)蒸餾揮發(fā)性成分，經(jīng)過(guò)冷凝后獲取植物的精油。該方法優(yōu)點(diǎn)是：操作較簡(jiǎn)便、成本較低、提取量較大，至今大多數(shù)研究者們也采用該方法來(lái)提取植物香氣成分，是目前實(shí)驗(yàn)室中對(duì)植物精油定量、定性分析最為廣泛的一種提取方法。由于其具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作安全、不污染環(huán)境、成本低、避免了提取過(guò)程中有機(jī)溶劑殘留對(duì)油質(zhì)造成影響等特點(diǎn)，是有效提取植物揮發(fā)油的重要方法。但是，由于存在原料易受熱、易焦化，或使成分發(fā)生變化，所得揮發(fā)油的芳香氣味也可能變味，往往降低作為香料的價(jià)值等局限性，降低了其一定的使用價(jià)值[15]。

楊少馀[16]等對(duì)薰衣草香氣成分提取時(shí)，采用了水蒸汽蒸餾法，提取了58種組分，并對(duì)水蒸汽蒸餾裝置進(jìn)行了優(yōu)化、創(chuàng)新，該優(yōu)化裝置提高了精油出油率，降低了能耗，并保持了精油的品質(zhì)。

1.6 吸附法

通常的吸附法分為油脂冷吸法、吹氣吸附法和過(guò)柱吸附法。油脂冷吸法——首先把花蕾平鋪于涂有脂肪基的玻璃板上24 h后，把脂肪基刮下來(lái)，然后用石油醚浸提，用乙醇進(jìn)行低溫條件下冷凍和過(guò)濾后除去脂肪和蠟，最終得理想的精油。吹氣吸附法——是采用樹脂來(lái)吸附，按照物質(zhì)的相似相溶原理，吸附樹脂骨架內(nèi)表面性質(zhì)不同的吸附物質(zhì)，從而分離不同的香氣。過(guò)柱吸附法——采用吸附能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、力學(xué)強(qiáng)度高的活性炭作為吸附材料，可提取香氣成分[17]。目前，已開發(fā)出了用微波加熱輔以惰性氣體吹掃放出吸附于活性炭的香氣成分的裝置，即熱解析儀。同理，可把一些具有強(qiáng)擴(kuò)散性的易揮發(fā)物質(zhì)在低溫條件下收集到冷捕管中，然后在常溫下脫附，如郭友嘉等將parapak-Q制備柱插入到-30℃的半導(dǎo)體冷陷中，低溫捕集到了茉莉花的頭香，然后用重蒸乙醚收集香氣成分，再于室溫下短時(shí)間揮發(fā)乙醚[18]，此法需根據(jù)提取物質(zhì)的不同選擇合適的吸附劑。

1.7 溶劑萃取法

溶劑萃取法——低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑與植物材料放入提取器中，進(jìn)行加熱并提取，通過(guò)減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑，最后提取精油的方法。劉寶全等[19]對(duì)柚皮精油進(jìn)行提取時(shí)，采用石油醚、正己烷和環(huán)己烷等三種有機(jī)溶劑進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明，溶劑為石油醚的提取效率為最高。麥秋君[20]以乙醇為溶劑，采用GC-MS測(cè)定方法萃取桂花凈油的香氣成分，并分析出酮類、醇類、高級(jí)脂肪酸和酯類等成分。揮發(fā)性有機(jī)溶劑萃取法由于加工受熱溫度低，能保持植物原料原有的香氣，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，可以提高精油質(zhì)量。但揮發(fā)性有機(jī)溶劑萃取法也會(huì)造成浸提溶劑的殘留，從而影響浸膏或精油的真實(shí)香氣。

該方法優(yōu)點(diǎn)為：設(shè)備較簡(jiǎn)單，提取率較高；缺點(diǎn)為：溶劑的消耗量較大，殘留浸提溶劑，所以影響精油的真實(shí)香氣。

1.8 超臨界CO2流體萃取法（SFE）

超臨界CO2流體萃取法在1975年就已應(yīng)用于茶葉香氣成分的提取，隨著該法在應(yīng)用上的不斷發(fā)展，技術(shù)也越來(lái)越趨于完善[21]。因?yàn)镃O2的臨界溫度為31℃，超臨界CO2萃取法可以在接近室溫的狀態(tài)下對(duì)茶葉的香氣物質(zhì)進(jìn)行提取，而且整個(gè)過(guò)程都是在CO2的籠罩下進(jìn)行的，能有效地防止熱敏性物質(zhì)的氧化和降解，它萃取出來(lái)的香精油成分與原料中的幾乎完全相同，但它對(duì)設(shè)備的要求較高。

目前，國(guó)外應(yīng)用于植物精油萃取和天然產(chǎn)物開發(fā)上最廣泛、最先進(jìn)的萃取分離技術(shù)為超臨界CO2流體萃取法，其中CO2是最常用的超臨界流體。該方法設(shè)備投資較大，工藝技術(shù)要求較高。桂花、菊花[22]、含笑[23]等植物花提取香精油時(shí)，利用超臨界CO2萃取技術(shù)萃取天然香精香料，可以有效地保持所提取芳香成分的純度和天然香味。該方法與常規(guī)的水蒸汽蒸餾法和有機(jī)溶劑萃取法相比較，具有速度快、效益高、無(wú)污染、質(zhì)量好、有選擇性和適合熱敏性及生物活性物質(zhì)提取等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有潛在力的分離提取方法。

1.9 微波萃取法

微波輔助萃取是利用微波能加熱來(lái)提高萃取效率的一種新技術(shù)，它是通過(guò)偶極子旋轉(zhuǎn)和離子傳導(dǎo)兩種方式里外同時(shí)加熱的技術(shù)[24]。微波萃取法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、萃取效率高、節(jié)省試劑和污染小等優(yōu)點(diǎn)，可以避免長(zhǎng)時(shí)間高溫引起的物質(zhì)分解，升溫快速均勻，大大縮短萃取的時(shí)間[23]。李焱等人采用微波萃取法、水蒸汽蒸餾法和同時(shí)蒸餾-萃取法提取花椒葉中揮發(fā)油，結(jié)果顯示，微波萃取法的提取率為最高。早在20世紀(jì)20年代末，Jean等對(duì)薰衣草精油進(jìn)行提取時(shí)，采用微波提取法，并獲得了比水?dāng)U散技術(shù)多的乙酸芳樟醋和芳樟醇。研究者們對(duì)微波輻照誘導(dǎo)萃取法與常規(guī)蒸餾法和萃取法之間進(jìn)行了比較研究，結(jié)果顯示，微波輻照誘導(dǎo)萃取法提取到的精油品質(zhì)為最佳。

1.10 固相微萃取法（SPME）

固相微萃取法是采樣、萃取、濃縮的非溶劑型萃取的先進(jìn)綜合技術(shù)，首先從樣品中或樣品上方的頂空氣體中直接吸附萃取的待測(cè)物，然后在色譜儀上進(jìn)行分析。由于萃取頭和溫度的不同，香氣成分提取率也有差異，曹慧等[25]從金桂中分析出20種香氣成分，采用了50/30 um DVB/CAR/PDMS萃取頭。Li等[26]對(duì)臘梅花揮發(fā)油進(jìn)行提取時(shí)，采用了頂空固相微萃取技術(shù)。該方法優(yōu)點(diǎn)為：檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)便而且不用溶劑；主要提取揮發(fā)性、半揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)使用該方法的較多。Wang等[27]從桂花花朵香氣中檢測(cè)出了11種化合物（分子量＞250），主要采用固相微萃取法。李祖光等[28]在室溫條件下測(cè)定了桂花花朵的香氣成分，主要采用固相微萃取法，最終提取的化合物（分子量＞250）很少。

2 不同提取方法的比較

不同的提取方法對(duì)植物花香氣成分的提取率存在一定的差異，各有利弊。如壓榨法所提取得到的植物精油主要成分為含氧類化合物、醛類及萜類物質(zhì)，該物質(zhì)在高溫條件下很容易被破壞或變質(zhì)；同時(shí)，蒸餾-萃取法采用長(zhǎng)時(shí)間高溫蒸餾，對(duì)提取植物花中沸點(diǎn)較高的揮發(fā)性、半揮發(fā)性成分更為有效，但對(duì)水溶性成分的提取率相對(duì)較低；減壓蒸餾萃取法對(duì)植物花香氣物質(zhì)的提取需要大量的試樣和試劑，而且樣品處理周期也較長(zhǎng)；頂空吸附法在一定程度上能反映出植物花花香的真實(shí)成分，但對(duì)植物花香氣還有一定的影響；水蒸汽蒸餾法因要求的溫度過(guò)高導(dǎo)致鮮花內(nèi)一些芳香物質(zhì)被破壞，該方法操作簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量大；溶劑（如石油醚、乙醇）萃取法能保留植物花的主要香氣成分，最后殘留下的有機(jī)溶劑影響花香成分的真實(shí)性；微波蒸餾萃取法的提取率較高，其中有效成分比例較低，也影響植物花朵的香氣成分；超臨界CO2萃取法的優(yōu)點(diǎn)為提取香氣成分的相對(duì)含量高于其他的提取法，且香氣成分更濃郁逼真，缺點(diǎn)為要求高檔次設(shè)備，因此很難產(chǎn)業(yè)化；固相微萃取法由于采用的萃取頭和溫度的不同，植物花香氣成分提取率有所差異。

3 展望

香氣作為花朵重要品質(zhì)指標(biāo)之一，越來(lái)越受到人們的關(guān)注，植物花香氣提取技術(shù)正在趨于完善和成熟，但仍然受到溫度、壓力等因素的影響?，F(xiàn)有的提取方法在生產(chǎn)中都具有一定的可行性，但是都存在一定的不足。因此，我們要利用各種提取方法的優(yōu)點(diǎn)來(lái)綜合分析植物花香氣的全組分。

近年來(lái)，利用基因工程的方法改良植物花香已有報(bào)道，如臘梅的法呢基焦磷酸合成酶基因[29]、白姜花的倍半萜合成酶基因[30]等花香基因相繼被克隆。因此，為了更完整地提取不同植物花香氣成分，本研究對(duì)前人研究的植物花香氣成分的提取方法進(jìn)行了比較，并探索適合于各類花香氣成分提取的綜合性、創(chuàng)新性的方法。

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