挥发油提取综述

挥发油提取工艺概况 摘要：介绍了中药挥发油活性成分提取方法的研究进展，阐述各种 提取方法的特点及概况。 挥发油（volatile oil）又称精油，是植物体内的次生代谢物。临床及现 代药理学研究表明，常用的解表、行气活血、芳香化湿等中药所含的挥发油具 有显著疗效。在中药制剂的研制和生产中，提取和保留挥发油成分是保障药物 疗效的重要步骤之一。现将中药挥发油提取方法的研究进展作一综述。 1 1 中药挥发油的质量标准 目前对中药挥发油的定量定性分析方法主要是指纹图谱色谱法, 包括薄层 色谱、气相色谱-质谱联用仪、高效液相色谱、高效毛细管电泳、高速逆流色谱 其中又以 GC-MS 和 HPLC 测定中药挥发油含量较为常用。 2 2 中药挥发油的提取方法 2.1 水蒸气蒸馏法 水蒸气蒸馏法是最常用的挥发油连续动态提取法，具有操作简便、效率较 高等优点，在中药的研制与生产中应用广泛。其方法是将药材粗粉先用水浸泡， 然后通入水蒸气，使挥发油和水蒸气一同蒸出，再通过不同方法或直接分层分 取挥发油。分取挥发油的方法有芳香水析分取，或用氯仿、石油醚、乙醚等有 机溶剂萃取。其不足之处是温度较高，耗时较长，易使对湿热不稳定和易氧化 的挥发油成分发生变化，为此，许多人对此不足进行了改进。对于热不稳定的 挥发油有效成分，用水蒸气蒸馏法时需加以改进，可采用 50 60浸取并减 压的蒸馏工艺。如当归挥发油提取川，常压下水蒸气蒸馏法的挥发油得率为 0. 32%一 0. 400lc，而且所需温度较高，作为当归挥发油的主要成分蔓木内酷会 异构化;改进减压蒸馏工艺，在 50 60浸取当归挥发油，得率可提高到 0. 540lc0. 640lc，较常压下直接水蒸气蒸馏法的得率高出了 400lc。针对医院制 剂生产品种多、规模小，而采用芳香水上盐析分取时难以形成油层、不易收油 的问题，许多研究者对传统方法进行了改进，采用加盐、降温的新工艺，降低 了挥发油在水中的溶解度，从而减少了损失。改进后的水蒸气蒸馏法，能得到 更广泛的应用。 3 2.2 超临界流体萃取法 超临界流体萃取（SFE）是利用超临界状态下的流体作为萃取溶剂，从液体 或固体物料中萃取出某种或某些组分的一种新型分离技术。超临界流体（SCF） 是指物质的一种特殊存在状态。当温度和压力达到某一点时，物质气液两相的 相界面消失，成为均相体系，在这个体系中存在的流体就是 SCF。SCF 的密度接 近于液体，而溶质在溶剂中的溶解度一般与溶剂的密度成正比，因而 SCF 具有 与液体溶剂相当的萃取能力。SCF 的黏度和扩散系数与气体相近，因而 SCF 具 有气体的低黏度和高渗透能力，故在萃取过程中的传质能力远大于液体溶剂的 传质能力。SFE 在临界点附近操作，此时温度和压力的微小变化将引起流体溶 解能力的显著变化。利用这一性质，可在较高压力下，使溶质溶解于 SCF 中， 然后通过降压或升温的办法来降低流体的密度，从而使溶解的溶质因溶解度下 降而析出，溶质和溶剂分离，达到萃取的目的（目前使用的 SCF 是二氧化碳） 。 4方颖等对不同提取方法提取的缬草油化学成分进行比较研究，采用超临界 C0,萃 取法和水蒸气蒸 馏法从撷草中提取撷草油，用气相色谱领谱联用(GC-MS)法进行化学成分定性和 相对含量的比较，结果超临界 C0,萃取法提取出的挥发油鉴定出 98 种成分，水 蒸气蒸馏法提取出的挥发油经鉴定出 67 种成分，共有成分 47 种，且超临界法 所得撷草油的收率约为水蒸气蒸馏收率的 1. 8 倍。金建忠c. i对超临界 C0,萃 取紫苏叶挥发油工艺进行了研究，以挥发油得率为考察指标，研究了萃取压力、 萃取温度、C0,流量和萃取时间对挥发油得率的影响，结合单因素试验与正交试 验，确定最佳工艺条件为萃取压力 20 MPa,萃取温度 35 0C , CO=流量 10 kg“h-,萃取时间 2h，在此条件下紫苏叶挥发油得率可达 3. 2 %，实验结果证 明超临界 C0,萃取紫苏叶挥发油萃取效率远高于水蒸气蒸馏法。 超临界萃取温度低，能有效防止热敏性成分的氧化分解和逸散，完整保留 生物活性，适合于热敏性挥发油的提取，而且提取速度快#效率高#选择性好#无 溶剂残留“然而，对于极性较大或以结合状态存在的挥发油，不能被超临界技术 提取。而且超临界提取的挥发油成分与水蒸气蒸馏法有较大差异，生产应用还 需要深入开展相关研究。 2.3 微波提取法 微波提取法( microwave ssistedextrac;tion MAE)，又称微波萃取技术 或微波辅助提取。微波是波长在 1 mm-1 m 的高频电磁波，微波具有很强的穿透 力，可以在物料内外均匀快速的加热，促使细胞破裂，细胞内成分自由流出， 传递到溶剂而被溶解Cizl。如鲁建江 Cisl 和陈宏伟等 Cial 分别用微波法提取 红花和荆芥中的挥发油，装置简单，操作方便，反应时间由传统水蒸气蒸馏法 的 Sh 减为 20 min 缩短了 15 倍，红花和荆芥的挥发油含量分别由 1. 772 0% 0. 89%提高到了 4. 20% 1. 10%，提取速度大大加快，收率提高。药材的浸 泡时间、萃取溶剂和辐射时间会影响挥发油的提取结果。朱兆友等 Cisl 用微波 法提取蕾香挥发油，采用单因素实验、分别考察提取溶剂、溶剂用量、提取时 间、提取功率、浸泡时间和药材粒度对蕾香挥发油提取率的影响，确定最佳提 取工艺为:采用 8 倍量环己烷作提取溶剂，将粒径为 0. 38 mm (40 口)药材浸泡 18 h，在功率 528 W 下提取 30 min，按最佳工艺平行实验 3 次，蕾香挥发油提 取率均在 0. 95%以上，平均提取率为 0. 973 %。该法的选择性高、能极大缩短 提取时间、降低能耗、减少溶剂用量和废物的产生，有很高的应用价值和广阔 的前景。 5 2.4 超声提取法 超声提取的机制包括机械机制、热学机制及空化机制。由于超声波振动的 空化、机械粉碎、搅拌以及热学等作用，在震荡过程中，空化泡周围的微流对 溶液中药材产生的切向力以加速溶剂向细胞中的渗透，根据 Sinisterra.J.V 等 人的研究低频超声不仅可使细胞周围形成微流，还可使植物药材细胞被击破， 使细胞壁不完整，有利于溶剂浸入细胞中，加速药材中有效成分进入溶剂，以 增加有效成分在溶剂中的溶解度，以便有效成分提取。所以超声振动促进了溶 剂向细胞中的浸透，因此提高了有效成分的提出率。 超声波机械破砰过程中是一个物理过程，浸提过程中尤化学反应，被浸提 的生物活性物质在短时间内保持不变，生物活性不减，同时提高了破碎速度， 缩短了破碎时间，可极人地提高提取效率。 赵文彬等采用均匀设计法优选了公杏仁油的超声提取工艺，确定公杏仁油 的最佳超声提取条件为:石油醚体积与苦杏仁质量的比为 8-10，超声提取时间 10-20min，超声频率为 45kHz，优化条件下的公杏仁油的平均超声提取率达 44.356 2.5 压榨法和吸收法 压榨法是一种最传统、最简单的方法，该法适用于含挥发油较多的新鲜药 材。一般将药材撕裂粉碎后压榨，使得挥发油从植物组织中被挤压出来，然后 用离心机离心或静置分层分出油，即得粗品，压榨后的残渣还可用蒸馏法继续 提取挥发油。文红梅等采用水蒸气蒸馏法、压榨法两种提取方法，对同一批次 的生姜样品进行提取，采用高效液相色谱法和气相色谱法对提取液进行成分分 析，证明压榨法提取出的生姜挥发油与传统工艺提取的生姜挥发油成分一致， 含量相当，压榨法用于生姜挥发油的提取工艺研究，为生姜挥发油提供了能耗 低、污染少的新提取方法。压榨法所得的挥发油最大特点是可保留植物原有的 新鲜香味，香气天然，但挥发油得率不高，还可能含有水分、叶绿素及细胞组 织等杂质，呈现混浊状态。 吸收法较少应用，油脂类一般具有吸收挥发油的性质，常利用该性质来提 取比较贵重的挥发油，如玫瑰油、茉莉花油等。 7 2.6 分子蒸馏法 分子蒸馏(MD)是一种在高真空下(绝对压力 0.133 Pa)分离操作的连续蒸馏， 可用于分离和提纯天然产物中时其他常规分离手段难以得到的成分，特别适用 于高附加值成分的分离。青篙油和金银花油均为热敏性物质，常规蒸馏会致某 些成分分解或聚合。MD 蒸馏温度低，受热时间短，SFE-MD 联用提取青篙油和金 银花油，总得率分别为 0.47%和 0.56%，且精油品质好。谷雨龙等用水蒸气蒸馏 法提取地椒挥发油，用 MD 后相对分子质量小的成分相对含量增加。MD 已成为 分离目的产物最温和的蒸馏方法，特别适合分离高沸点、钻度大、具热敏性的 天然物料。 2.7 酶法提取 酶法提取系加入适宜的酶以提取药材的有效成分。适当的酶可以降解药用 植物的细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素、果胶质等物质，破坏细胞壁 的致密构造，减小细胞壁、细胞间质等传质屏障对有效成分从胞内向提取介质 扩散的传质阻力，有利于溶出有效成分。张福维等为了提高天然植物挥发油提 取率，利用在反应过程中分批添加底物的酶解方法，破坏植物细胞壁，并对分 批添料的作用机制做了进一步的讨论。研究表明，分批添料使菊花挥发油的提 取率提高到 0.45%，大部分组分的相对含量增多。汤海鸥等用复合酶提取松针 粉的有效成分挥发油，结果显示比常规方法的提取量高出 37.9%。刘晓庚用单 纯酶法、微波辅助酶法、微波辅助离子液体酶法提取松针中的挥发油，结果表 明，得油率比水蒸气蒸馏法提高了 48 %-67 %,且成分更丰富，菇烯、菇醇、酮 的含量更高。 8 3 结语 挥发油的提取方法有水蒸气蒸馏法、溶剂法、微波法、超声法、超临界流 体萃取法等多种方法，各种方法都有优缺点，应根据挥发油的不同用途和性质 来筛选最适合的提取方法。 新提取技术用于提取中药挥发油主要具有提取时间短、效率高、条件较温 和、活性组分含量高、污染小等优点，能很好地解决中药材挥发油含量较低， 传统的水蒸气法提取率低、加热时间长、温度高等问题。目前，两种技术结合， 如 SFE-MD, SPME-GC-MS 技术联用，可较好地控制挥发油的质量。目前我国正 在强调提高公民的健康素养，中药挥发油这一生物资源在医药、保健品、美容 等方面将有更大的应用和开发前景，新的提取、分离工艺的发展将加快实现这 一前景。目前一些新提取技术的工艺和参数还在完善阶段，进一步的优化和改 革将是工作的重点，同时将继续探索新的技术和方法，以期广泛地用于工业化 生产，进一步推进传统中医药的发展。 参考文献： 1 张庆华，王志萍，中药挥发油提取技术研究进展J，食品与药品 Food and Drug ,2009 年第 11 卷第 03 期，62 2 于 赟， 陈 川，中药挥发油提取技术及生物活性的研究进展J,上海中医药大学学报 第 28 卷 第 2 期 2014 年 3 月，75 3 温 悦，挥发油提取方法研究概况J，综述报告，2010 年第 19 卷第 12 期，84-85 4 范群红，超临界流体萃取技术在中药挥发油提取中的应用J，中国药房 2014 年第 25 卷第 31 期，2964 5 伍振峰等，中药挥发油提取工艺与装备现状及问题分析J，中国实验方剂学杂志，第 20 卷第 14 期 2014 年 7 月，225