植物精油的开发利用现状.doc

植物精油的开发利用现状 罗晓晖海南大学 食品学院 食品科学与工程07（4） 学号3073003摘 要：植物精油是一类纯天然的植物提取混合物，化学组成较为复杂。本文概述了植物精油的提取、化学成分分析和成分分离等方面的传统方法及近几年的最新研究成果和进展。综述了植物精油在食品、医学领域、害虫防治、化妆品、果蔬保鲜、日常生活、人体保健等方面的开发利用状况。预计在不久的将来植物精油在人类生活中必将有广阔的应用前景。关键词：植物精油 食品 提取方法 研究开发 应用前景Luo XiaohuiCollege of Food Science and Food Engineering 07(4), Hainan UniversityAbstract: The essential oils are a class of natural plant extract mixture, the chemical composition is more complex. This article summarizes the extraction of essential oils, chemical composition analysis and composition of separation of the traditional methods and the latest research results in recent years and progress. An overview of plant essential oils in the food, medicine, pest control, cosmetics, fresh fruits and vegetables, daily life, human health and other aspects of development and utilization of the situation. Its expected that plant essential oils in human life is bound to have broad application prospects in the near future.Keywords: plant essential oils; foodstuffs; extraction method; research and development; application prospects植物精油是植物体内的次级代谢产物，有分子量较小的简单化合物组成，具有一定芳香气味，在常温下能挥发的油状液体物质。主要是以自然界中植物的花朵、叶、枝、根、皮、树胶、全草和果实为原料，经水蒸汽蒸馏法、压榨法或溶剂萃取法制取。精油含量较丰富的植物有：木兰科、樟科、芸香科、禾本科植物等1。我国每年精油总产量达1500020000吨。植物精油所含化学成分比较复杂，按其化学结构的不同可分为脂肪族、芳香族和萜类三大类以及它们的含氧衍生物如醇、醛、酮、酸、醚、酯、内酯等，此外还有含氮和含硫的化合物，这些化合物均有沸点低且易挥发的特点。植物精油被广泛应用于医学领域，在化妆品领域也有很大的应用价值。但随着人们生活质量的飞速提高和环保意识的不断加强，植物精油的应用也逐渐扩大，其在食品添加剂、害虫防治、果树保藏、防腐等方面的功能也日益受到人们的关注与重视。1 植物精油的提炼萃取工艺 植物精油（Essential oil）指的是通过蒸馏方式萃取出的植物的挥发性芳香分子。尽管如此，精油这个名词也被泛指用各种方法萃取出来的各种植物芳香物质。(1) 传统方法1.1 溶剂浸提有机溶剂萃取是用挥发性有机溶剂将植物原料中的某些成分浸提出来。此过程主要是液固萃取过程，所得产物为浸膏、香树脂、油树脂、净油和酊剂等。该技术可以使用纯有机溶剂，也可以使用有机溶剂的混合物。前者常有溶剂有石油醚、乙醇、甲醇、二氯乙烷等。对于后者，国内外已有成功的例子2萃取的有机溶剂残留、有毒、萃取时间长、效率低，不能自动操作。1.2 水萃取 水萃取（常温常压下，无辅助能源）也是提取植物精油的有效方法3。主要缺点是速度慢、不能自动操作，不适用于定量分析。1.3 蒸汽蒸馏法 蒸馏法是应用历史最为悠久的制取精油的方法，人类在3000年前就发明了用原始蒸馏器提取精油。一般说来叶子、花等较为柔软的植物组织不经事前处理即可直接蒸馏，但像树皮之类教坚硬的植物组织则要经过切割、压碎的处理来帮助精油的释放。蒸馏过程分为两种：一种是把植物浸在水中加热产生水蒸气；一种是把植物浸在水蒸气中4。经过研究后者可以更有效的保留精油的疗效和特殊气味。蒸气蒸馏法也不可避免的存在弊端，那就是在蒸馏过程中水及高温会破坏植物精油中较为脆弱的成分。使得萃取出精油的香味和原有植物中所蕴含的芳香精质有所不同。1.4 压榨法这种方法是最传统，最简单的方法，即利用机械器具施加压力使植物汁液流出的方法，基本所有的柑橘属植物都采用此法。最高级的柑橘类精油是由简单的压榨法所取得的，虽然以前纯粹是以手工进行，现在则是以离心机来取代。由于压榨过程中完全不用加热，萃取出的精油香味和化学组成则完全来自于植物本身。不像蒸馏的精油，压榨法萃取的精油包含有蜡等挥发性物质，相对使得压榨精油的保存期限较短。 (2)新技术工艺2.1 超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术是20世纪60年代兴起的一种新型分离技术。超临界流体（SCF）分子的传递性质兼有气、液两种流体的特点，密度接近于液体，粘度、扩散系数接近于气体，因此其不仅具有与液体溶剂相当的溶解能力，还有很好的流动性和优良的传递性能，有利于提高物质的扩散和传递5。Graziella Cherchi 等对SFE提纯神圣亚麻精油进行了深入的研究，作者以SCF CO2为溶剂，采取一萃二分的工艺流程分离得到提纯的精油。他们通过实验获得了最佳工艺条件，萃取P=9Mpa，T=50；一级分离P1=9Mpa，T1=12，二级分离P2=2Mpa，T2=150。Reverchon等分两步对超临界CO2萃取茴香种籽和精油进行了研究，第一步：9Mpa，50选择性地萃取茴香精油，第二步：20Mpa，40萃取蔬菜油，并根据实验结果和蔬菜物质结构的扫描电镜结果，提出了基于质量微分方程和完整细胞、破碎细胞的概念模型的茴香蔬菜油的萃取模型。2.2 微波辅助萃取微波辅助萃取(MAE)是近几年发展得从天然物中提取香料的一种方法。该法最大的特点是萃取时间短，产物收率高6。由于微波射线穿透性极好，可施加与任何天然物如银莲花属、锐也木兰、海藻、地衣以及动物组织如肝、肾、蛋黄等，进而提取有用物质。国内外学者的研究表明，MAE的优点是节省萃取时间和所用的萃取溶剂。一些研究指出，微波确实能在很短的时间内使基体内部的细胞发生破裂从而加速目标产物的提取。文献是新鲜薄荷在未经处理，用己烷索氏萃取6h，用己烷微波萃取20s(功率为625W)三种情况下得到的扫描电子显微照片，可以看到，传统方法提取6h后的叶子中显微结构破坏程度与微波辐射30s后的相同，所以，微波萃取过程确实能够加快基体内部细胞的破裂。2.3 连续亚临界水萃取 连续亚临界水萃取(CSWE)技术是萃取固体样品非常有前途的技术，亚临与常温常压下的水在性质上有较大区别，它更类似于有机溶剂，这为它的应用开辟了一个新的领域。该技术显著特点是介电常数()易于控制，该参数在压力一定时，随温度升高而降低。在国外，CSWE技术已成功的应用于环境样品中有机污染物的萃取7-10最近在国内也有报道。该技术用于植物精油的提取，是近几年才兴起的。已有报道，用亚临界水萃取药用植物小茴香的精油，快速、有效，可通过改变萃取参量的选择萃取成分，并可为药物生产自动化做出新的贡献7。CSWE的突出优点是无毒性溶剂残留，经济节省，具有潜在的应用前景。但两个主要的缺点是：水的活性本质可能损坏萃取器；其次，该技术用于萃取植物精油需要高温，必须事先对萃取化合物的热稳定性进行初步研究。另外，CSWE无需植物原料的预干燥处理，这样，其设备比SC-CO2便宜许多。但萃取速度还是不如MAE快。2 植物精油的应用 2.1 食品添加剂方面的应用随着生活水平和消费水平的提高，人们对自身健康和保健等方面的关注意识越来越强烈，尤其是食品加工方面，也越来越向“绿色”和“”天然的方向转变。防腐剂是食品工业中重要的添加剂之一，目前世界上食品工业常用的防腐剂以化学合成防腐剂居多，而其诱癌性、致畸性和易引起食品慢性中毒等问题已引起了社会的广泛关注。因此，天然、安全的功能性食品防腐剂的研究开发就显得越来越重要。开发天然营养多功能食品添加剂是食品工业的发展方向，其中的植物精油是一类天然的植物性添加剂，能够矫正食品的异味、赋予香气，有的还有着色、抗氧化、抗菌防腐以及生理药理作用。植物精油作为天然防腐剂的重要来源之一，从中筛选出高效、经济、安全的防腐物质用作食品添加剂，具有广阔的应用前景。如肉桂油在食品中作为天然的食用香料广泛应用，几乎涉及各个方面，主要用于软饮料、糖果、罐头食品、焙烧食品、酒类和烟草类等。在饮料、肉制品和调味品中，允许用量分别为300、290和100mg/kg，而在胶姆糖中用量可达到1900mg/kg。另外，肉桂油也可以用于水果和糕点食品的保鲜。虽然许多精油成分已列入对人体无害成分或批准为食品香料添加剂，但有一些研究表明，其中的一些成分具有某种刺激性和毒性。某些精油或其单组份经常使用，会导致过敏性皮炎。2.2 医药方面的研究应用精油是中草药中的一类重要的活性成分，应用范围很广。其药理活性主要有：(1)抗菌活性。精油大多有抑菌活性，有的种类具有很强的抑菌活性，如丁香油，对革兰氏阴性菌、阳性菌都有很强的抑制作用。牛至油对真菌、细菌具有强的广谱抗菌活性，对白色念珠菌(Candida albicans)的最小抑菌浓度为2500ppm。紫苏油对金黄色葡萄球菌( Staphy lococcus aureaus)的MIC值为500ppm，对大肠杆菌(Escherichia coli)的MIC值为1250ppm。肉桂和当归的精油对血液中的炭疽杆菌具有致死作用。(2)抗炎活性：如荆芥油对慢性动物炎症都有效果。大蒜新素能抑制血小板聚集。(3)解热镇痛作用。如细辛精油、柴胡精油具有解热镇痛作用。(4)安神镇定作用。山鸡椒精油在治疗冠心病、心绞痛等方面较好的疗效。(5)抗肿瘤活性：如莪术油及其榄香烯，对多种癌细胞具有抑制活性。其它如大蒜新素，野山药，桉叶油醇，香茅油的萜烯类化合物等有抗肿瘤作用。此外，植物精油还广泛应用于抗病毒、驱虫、抗氧化、抗过敏等许多方面。2.3 害虫防治领域的应用植物精油气味芬芳，对害虫生物活性很高，又不易产生抗药性，且对人畜毒性很小，不污染。另外，作用方式多种多样，已报道的有：熏蒸、忌避、拒食、触杀、杀卵、抑制生长发育和繁殖等。张海燕等用9种植物精油对谷蠹成虫熏蒸活性的研究表明：剂量为160L/L的9种植物精油对谷蠹的熏蒸效果随时间的延长而增加。在24h熏蒸条件下，蓝桉叶、柠檬叶、互叶白千层及红桔油等4种精油表现出较好的熏杀活性，谷蠹成虫的校正死亡率达到或超过50%，其中蓝桉叶油作用效果最优，在24h致死率就达到96.67%，致死率显著高于其它8种精油。美国专利通过大量事例介绍了柑橘属精油的萜烯部分可以用于制取各类杀虫剂，其配方是由4 7%的柠檬烯和3.5 4.5%的表面活性剂和乳化剂，其余加水，可杀灭各种小害虫如蚊子、臭虫、飞虱等。将150g精油加入350g苄绿菊酯、150g胺菊酯和100kg95%酒精在150L的搪瓷衬里的反应锅中，于25 30搅拌1h可得芳香灭害灵，只是一种有国际红十字会推荐的一种高效、低毒、多功能的卫生消毒杀虫剂。精油作用机制新颖，对人及哺乳动物低毒，且残留低，不污染粮食和环境，有望开发成为新型绿色的储粮保护剂。植物精油作为一种新型的植物源农药有其潜在的价值和广阔的市场，随着精油类农药商品化的成功，必将大力促进精油的科研和精油类植物源农药的创制和工业化的持续快速发展。可以预见植物精油用于病虫害的防治将是今后的一大趋势。2.4 日化用品方面的应用长久以来，天然精油就是化妆品等日化产品的原料之一，自1900年起，天然精油的研究就和化妆品等的制造联系在一起，为了增加日化产品的魅力，人们在其配方中增加了天然香料成分，使其产生独特的宜人香气8。现代香料工业能提供的天然香料达数百种，日化产品中的常用植物性香料包括茴香油、桉叶油、肉桂皮油、白兰油、茉莉精油、玫瑰精油等70多种，另外，还能合成出上千种有机香原料，广泛用作香精成分。日化工业除利用植物精油的赋香功能之外，还充分利用各种天然提取物独特的生物活性来提高产品的质量和开发其多种功能9。尤其是现在的美容行业中，更是出现了各式各样的精油产品以及芳香疗法。这些都是利用植物精油的活性，起到美容、护发、抗衰老等效果10。天然冷杉精油由于独特的化学组成和香味特性，已被确定了应用于膏霜类化妆品的可行性，并研制出了气味特异、留香持久和具有保健作用的面膜、润肤膏等化妆品11。月季精油具有强烈的玫瑰香味，是玫瑰型香精的主要来源，是素心兰型香水的主香之一，也是清香的现代百花型香韵的主要调料，可用于调配各种食用香精、沐浴皂、洗发香波、润肤露等，芳樟果精油主要用于牙膏、口香糖和较低价格的香皂中12。罗汉橙是近年来发现的一种新的香料资源，其叶精油主要成分为N 甲基邻氨基苯甲酸甲酯，具橙花、葡萄等花果香气，如此富含含氮化合物的植物精油自然界并不多见，不仅可调配各种花精油，还可以用于香皂、香波等日用品，极具开发利用价值。所以开发和利用植物精油在日化领域具有非常广阔的前景。2.5 果蔬保鲜方面的应用食用香精植物提取物精油中含有多种低分子的抗菌物质和抗氧化成分，作为果蔬类天然保鲜剂，能有效地抑菌防腐。这些低分子的抗菌物质，如肉桂酸、阿魏酸、咖啡酸、桂醛、香茅醇、百里酚、丁香酚等，可抵抗大量的细菌、霉菌和酵母菌。另外，中草药以煎煮、浸泡的方法提取其成分，并配合其他药合剂，用于处理采后的果蔬，都有一定的保鲜效果。用于果蔬保鲜的天然保鲜剂种类很多，只要经过适当的处理和合理的搭配，一般都能有效抑制微生物的活动，调节果蔬采后生理代谢，起到较好的保鲜效果。目前，国内外对果蔬保鲜的研究有了较大的进展，而植物精油因为无毒无害，且具有较好的效果，将成为一个热门的研究课题，前景相当广阔。2.6 其他方面的应用植物精油除了在医药、防虫、添加剂、化妆品等方面有广泛的用途外，近几年，它在对紫外线的防护，帮助疤痕的修复及伤口的愈合，空气消毒、生态旅游、按摩、浸浴。蒸熏等很多方面都有相关的报道。研究表明：薰衣草油、橙花油及纯的芳樟醇、乙酸芳樟酯和香茅醇在吸入1h后具有明显的降低小鼠能动性的作用；橙油萜、麝香草酚、异龙脑和异丁香酚具有明显的增强小鼠能动性的作用。这充分表明部分植物精油具有镇静和兴奋作用。日本大阪市立工业研究所开发了一种新型环保粘合剂的使用桉树油等植物精油成分替代化学合成添加物，不仅具有优良的粘合效能，而且能够有效防霉13。这种新型粘合剂主要用于墙壁和地板，含有植物精油的特有香味。空气消毒是净化室内空气、预防疾病、控制疾病传播的重要措施。目前医院内使用的空气消毒方法多对人体有不同程度的副作用，且使用不方便。为寻求一种简便易行，对人体无刺激、无副作用的空气消毒法，根据中医辛表解理、去时瘟古方，研制出纯天然中药植物精油室内空气消毒片，并对其进行了试验观察，消毒效果满意14。3 结语和前景展望纵观植物精油的研究，植物精油的应用已越来越广泛。很多学者在植物精油的提取、分离、理化性质、生物活性、机理等方面做了不少工作。成果也比较可观。但也存在以下需要进一步研究的问题：(1)植物精油是一类天然混合物，对其在很多方面的作用机理以及进一步的分子机理研究很少。因而在未能明确其作用机理的情况下，精油的深入应用受到限制，特别是在作为药物应用时，中国应用精油的历史长、种类多，精油在各个方面的作用机理还需要进一步进行研究。(2)植物精油由于很有多种结构相似、分子质量相同的化合物甚至是同分异构体，完全分离单体化合物相对较难。由于现代社会越来越精确化、定量化，有效单体化合物的低成本高效分离仍然是植物精油成分分离需要解决的问题，也为机理研究提供可靠材料，为精油及其有效单体化合物的广泛应用提供依据。(3)精油在用途广泛的同时，是否有其副作用,其安全性范围如何，很少有研究报道。在生命第一，安全第一的现代社会，精油的安全性也是必须研究的一个方面。我国植物种类繁多，植物精油资源相当丰富。目前，随着各种分离和检测技术的不断进步以及精油商品化的成功，植物精油的组成、结构和功能越来越被人们所认知。但是，科学人员对植物精油应用方面的研究和开发都远远没有