挥发油提取分离技术的研究进展

挥发油提取分离技术的研究进展摘要：挥发油作为一种生理活性物质，具有广泛的运用价值，目前应用于挥发油的提取技术有水蒸气蒸馏法、超临界CO2萃取法、辅助萃取法、同时蒸馏萃取法，分离方法有冷冻结晶法、色谱法、分子蒸馏法，各有不同的优势与特点，均得到了广泛的应用。关键词：挥发油；提取方法；分离方法挥发油又称精油，是存在于植物中的一类具有芳香气味、可随水蒸气蒸馏出来而又与水不相混溶的挥发性油状成分的总称。挥发油大都为一混合物，其组份较为复杂，以萜类成分多见，另外，还含有小分子脂肪族化合物和小分子芳香族化合物。含挥发油的中草药非常多，从中提取的挥发油大多都具有一定的生理活性，其不仅在医药上具有重要的作用，在化学工业、香料工业及食品工业上都具有广泛的应用。因此，对挥发油的提取分离技术的不断改进和提高就显得尤为重要。1提取方法1.1水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法是指将含挥发性成分药材的粗粉或碎片，浸泡湿润后，直火加热蒸馏或通入水蒸汽蒸馏，也可在多能式中药提取罐中对药材边煎煮边蒸馏，药材中的挥发性成分随水蒸气蒸馏而带出，经冷凝后收集馏出液，再通过不同的方法或直接分层分取挥发油，一般需再蒸馏1次，以提高馏出液的纯度和浓度，最后收集一定体积的蒸馏液；但蒸馏次数不宜过多，以免挥发油中某些成分氧化或分解。罗琴等采用正交实验法优化水蒸汽蒸馏法提取益智仁挥发油的提取工艺，其最佳提取工艺为加8倍水、浸泡4h、提取6h，挥发油气味芳香持久，具有明显的抑菌作用。王文基等采用不同的浸泡提取液优化水蒸气蒸馏法提取云木香中的挥发油，发现利用饱和氯化钠溶液可以将其提取率提高到3.80%，确定了提取云木香挥发油的最佳工艺条件。目前水蒸气蒸馏法是最常见、应用最广泛的一种挥发油的提取方法。1.2超临界CO2萃取法超临界流体萃取法是利用气体在超临界状态下兼有液体和气体的双重特点，既具有与气体相当的高扩散系数和低黏度，又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力，故能对多种物质进行溶解浸取，减压后溶解能力又极大降低，整个过程兼具提取和蒸馏双重作用，目前最常用的超临界流体为CO2。超临界CO2萃取法与传统水蒸汽蒸馏法相比，具有萃取温度低、系统密闭等优点，操作方便，大大缩短了工艺流程，提高收率，降低成本，节约能耗。卫强等采用超临界CO2萃取法和水蒸气蒸馏法从垂丝海棠叶中提取挥发油，并利用气相色谱-质谱联用法对其成分进行了分析，比较了以超临界CO2萃取与水蒸气蒸馏法提取的垂丝海棠叶挥发油成分及其抗氧化活性的差别。结果发现从超临界CO2萃取的挥发油中有效成分含量更多，抗氧化活性更强。吴玉梅等研究了不同方法提取北沙参挥发油的差别，发现超临界CO2萃取法提取挥发油的得油率高、提取时间短、有效成分含量多，是一种理想的提取方法。经过大量的实验研究，可以发现超临界CO2萃取技术与水蒸气蒸馏法相比，是一种更为理想的挥发油提取技术。1.3辅助萃取法辅助萃取法主要包括两种超声辅助萃取法和微波辅助萃取法。超声波辅助萃取法是指利用超声波的空化、冲击和振动等效应增强物质在溶剂中的扩散、迁移和释放的速率，缩短提取时间，加速和增加药材成分的提取，同时在提取过程中温度升高不明显，可抑制有效成分的挥发并保持提取物的固有风味。微波辅助萃取法是高频电磁波穿透萃取介质到达物料内部的微管束和腺胞系统的过程。由于吸收了微波能，细胞内部的温度将迅速上升，从而使细胞内部的压力超过细胞壁膨胀所能承受的能力，结果细胞破裂，其内的有效成分自由流出，并在较低的温度下溶解于萃取介质中。通过进一步的过滤和分离，即可获得所需的萃取物。潘红亮等利用超声波辅助萃取法和水蒸汽蒸馏法提取华细辛挥发油，并用气相色谱－质谱联用技术对其化学成分进行比较，发现超声辅助萃取法提取华细辛具有更好的提取效果。杨潇等分别采用水蒸气蒸馏法、无溶剂微波蒸馏法和超声辅助溶剂萃取法从韩城大红袍花椒中提取挥发油，通过对挥发油的色谱对比分析发现，采用超声辅助萃取法可以获取香味成分得率较高，风味更浓郁的花椒挥发油。许海燕等优化了微波辅助提取秦岭龙胆挥发油的工艺，并对挥发油成分进行GC-MS分析，发现微波辅助提取法用于提取秦岭龙胆挥发油具有时间短、收率高、节约能耗等优点，其优化的工艺稳定可靠，为秦岭龙胆的进一步综合开发利用提供了科学依据。吴林东等采用水蒸气蒸馏法、微波辅助提取法提取天胡荽的挥发油，用气相色谱—质谱联用仪对提取物的化学成分进行分析，结果发现，两种提取法得到的挥发油主要成分基本相同，但是相对含量上有较大差别，微波辅助提取法提取的挥发油成分种类较多，提取效率高，更适合天胡荽挥发油的提取。阿卜拉江等研究了利用超声－微波协同工艺提取野蔷薇根挥发油的最佳条件，并通过气相色谱－质谱联用技术对其成分进行了分析。发现在最佳的工艺条件下得率为3.88%，与理论计算值3.82%基本一致，说明此方法切实可行。目前对于超声-微波辅助萃取技术，已经有着大量的实验支持，已逐渐发展成为一种广泛应用的提取技术。1.4同时蒸馏萃取法同时蒸馏萃取是通过同时加热样品液相与有机溶剂至沸腾来实现的，它是把样品的浆液置于一瓶中，连接于仪器左侧，以另一烧瓶盛装溶剂，连接于仪器右侧，两瓶分别电炉加热、水浴加热，水蒸气和溶剂的蒸汽同时在仪器中被冷凝下来，水和溶剂不相混溶，在仪器U形管中被分开来，分别流向两侧的烧瓶中，结果蒸馏和提取同时进行，只需要少量溶剂就可提取大量样品，香气成分得到浓缩。付宇新等为确定樟树叶挥发油最佳的提取方法，采用传统水蒸气蒸馏法、微波辅助蒸馏法、超声波辅助蒸馏法和同时蒸馏萃取法提取樟树叶挥发油，并用GC-MS法对其化学成分进行分析比较。结果表明后三者能够提高挥发油提取率，但微波辅助蒸馏法和超声波辅助蒸馏法相较于传统方法又略显复杂，成本投入增加，条件要求提高，同时蒸馏萃取法应用于樟树挥发油提取使得提取时间缩短，提取效率显著提高，能源消耗降低，又减少了有机溶剂的使用量，同时获得挥发油的化学组成也比较稳定，从而得出同时蒸馏萃取法为一种有效提取植物性挥发油的方法，该方法既能节省时间，降低成本，操作简便快速，又能保证挥发油的品质和成分的稳定性。2分离方法2.1冷冻结晶法冷冻结晶法是在低温下使挥发油中某些化合物呈固体状结晶析出，使得固液分离，然后将固体物与其他液体成分分离开来，从而得到较纯的产品。这种方法操作简单，污染小，但是效率低，需要纯化多次，才能得到较好的效果。2.2色谱法色谱法是广泛应用于挥发油的分离及成分分析的一种方法，其中包括柱色谱、薄层色谱、气相色谱等。柱色谱中以硅胶和氧化铝吸附柱色谱应用的最为广泛，洗脱剂一般采用石油醚或者己烷混以不同比例的乙酸乙酯组成。薄层色谱使用于那些特别难分离的挥发油，吸附剂一般选择中性氧化铝。气相色谱法，尤其是气液色谱的联用的分离效果较好，能成功地将微量样品的挥发油中各成分分开，获得单一成分。目前，对中药材挥发油进行分析最有效的手段就是气相色谱－质谱联用技术，GC－MS联用技术可以对提取液进行成分分析和检测，其灵敏度高、分离效能好，在中药分析领域的应用越来越受到重视。肖炳坤等采用水蒸气蒸馏法提取山栀茶挥发油，并通过GC-MS技术分析鉴定其化学成分，结果从挥发油中共分离鉴定了56个化学成分，占挥发油总量的72.1%，并得出了各个化学成分的相应百分含量，为有效控制山栀茶药材质量、开发利用民族用药提供科学依据。程满怀等采用超临界CO2萃取技术提取了黄山花楸果、叶和茎中的挥发油，并通过GC-MS鉴定，用峰面积归一化法计算各组分的相对含量，比较其在化学成分及含量上的差异，结果首次从3种不同部位的挥发油中分别鉴定出61、41、35种化学成分，并且发现其成分在种类和含量上都存在一定差异。戴卫波采用水蒸气蒸馏法提取了12个不同产地艾叶的挥发油，并运用GC-MS对其化学成分进行定性，定量分析，比较了不同产地的艾叶挥发油的含量差异。2.3分子蒸馏法分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法，利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离，它是一种高新技术。当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质分离的目的。宋庆武等通过水蒸气蒸馏法得到细辛油，利用分子蒸馏技术对细辛油进行拆分，得到不同馏分物，并进行气相色谱-质谱分析，发现分子蒸馏技术能有效对原油成分进行拆分，为挥发油充分利用提供新的理论基础。李琼等为提高姜黄挥发油中的姜黄酮与姜黄烯的含量，采用多级分子蒸馏的方法对姜黄挥发油进行精制，最后经五次蒸馏后，将姜黄油中姜黄酮和姜黄烯的质量分数提高到80%以上，总得率为30.29%，结果表明多级分子蒸馏技术使得姜黄酮和姜黄烯分别与其他成分依次分离，为姜黄挥发油的分离提纯提供了一条新途径。3结语目前，对于挥发油的提取分离已经有许多成熟的技术，纵观上述的这些方法，在提取方面，水蒸汽蒸馏法不适用于对热不稳定成分的提取，长时间与水共沸易使一些热敏物质发生聚合、氧化等反应导致变性，并且操作时间长，提取效率低；超临界流体萃取法中二氧化碳的临界温度比较低，所以对热敏性成分比较理想，又可提高挥发油的品质；超声波辅助萃取法产生的强烈振动、高加速度、强烈空化效应、热效应、搅拌作用等，都可以加速药物有效成分进入溶剂，从而提高提取效率，缩短提取时间，节约溶剂，并且免去了高温对提取成分的破坏；微波辅助萃取法具有提取时间短、得率高、操作成本低、溶剂用量少、安全、节能、设备简单、选择性高等优点，微波辅助萃取法还可直接对新采集的药材进行提取而不需要进行干燥等预处理；同时蒸馏萃取法装备比较复杂，但提取效率比较高，并且能够直接起到分离的效果。在分离方面，冷冻法生产效率不高，有其应用限制；色谱法是目前比较常用的方法，柱色谱、薄层色谱法和气相色谱法应用比较广泛，并且可以和多种新技术联用，使得挥发油的分离鉴定迅速准确；分子蒸馏法既提取又分离，是一种高新技术途径。多种的新技术的出现，使得挥发油的提取变得更加的简单有效，相信随着各种新技术的广泛使用和联用，将会使得挥发油的提取分离变得更加广泛。参考文献：[1]温悦,宋洁.挥发油提取分离研究概况[J].综述报告,2011,20(5):78-80.[2]刘华钢等.中药挥发油类成分提取分离研究概况[J].辽宁中医药学报,2009,11(11):5-8.[3]罗琴,李星.益智仁挥发油的水蒸气蒸馏法提取工艺优化及其体外抑菌活性的研究[J].华西药学杂志,2011,26(2):147-149.[4]王文基,张震芳.水蒸气蒸馏法提取云木香中的挥发油[J].工业技术,2015(3):67-107.[5]卫强,李前荣.超临界CO2萃取法与水蒸气蒸馏法提取垂丝海棠叶挥发油成分及其抗氧化活性的比较[J].中成药,2015,37(11):2550-2554.[6]吴玉梅,冯蕾.不同方法提取北沙参挥发油的GC-MS分析[J].内蒙古中医药,2015,07(121):118-119.[7]潘红亮,欧阳天贽.水蒸气蒸馏法和超声辅助提取法提取华细辛挥发油的比较[J].食品科学,2011,32(10):190-193.[8]杨潇,芮光伟等.三种不同方法提取花椒挥发油中化学成分的GCMS/AMDIS比较分析[J].中国调味品,2014,39(5):118-122.[9]许海燕,郑伶俐等.微波辅助提取秦岭龙胆挥发油的工艺优化[J].中医药导报,2015,21(20):31-35.[10]吴林冬,杨晓艳等.水蒸气蒸馏法与微波辅助萃取法提取天胡荽挥发油的比较研究[J].遵义医学院学报,2012,35(3):196-199.[11]阿卜拉江,阿布力孜.野蔷薇根挥发油超声-微波协同提取工艺优化及GC-MS分析[J].云南大学学报（自然科学版）,2015,37(2):285-294.[12]付宇新,章挺等.GC-MS分析不同方法提取的樟树叶挥发油成分[J].南方林业科学,2015,43(3):6-11.[13]肖炳坤,杨建云,黄荣