揮發(fā)油提取分離研究概況

溫 悅，宋 潔

(第三軍醫(yī)大學第三附屬醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所藥劑科，重慶 400042)

揮發(fā)油提取分離研究概況

溫 悅，宋 潔

(第三軍醫(yī)大學第三附屬醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所藥劑科，重慶 400042)

介紹了中藥揮發(fā)油活性成分的水蒸氣、微波、超臨界提取等提取方法，以及揮發(fā)油色譜分離、分子蒸餾技術(shù)等分離方法的研究進展，并詳細闡述了各種提取分離方法的特點及概況。

揮發(fā)油;提取分離;水蒸氣蒸餾;超臨界提取法

揮發(fā)油為中藥的重要有效成分，含量一般在1%以下，主要含有萜類化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物等。其提取分離的工藝至關(guān)重要，近年來相關(guān)研究更加深入。筆者在此對有關(guān)揮發(fā)油提取分離方面的研究進行綜述。

1 提取方法

1.1 水蒸氣蒸餾法

作為一種最常用的揮發(fā)油連續(xù)動態(tài)提取法，水蒸氣蒸餾法具有操作簡便、效率較高等優(yōu)點，在中藥的研制與生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。其方法是將藥材粗粉先用水浸泡，然后通入水蒸氣，使揮發(fā)油和水蒸氣一同蒸出，再通過不同方法或直接分層分取揮發(fā)油，如通過芳香水鹽析分取，或用氯仿、石油醚、乙醚等有機溶劑萃取。該法的不足之處是溫度較高、耗時較長、易使對濕熱不穩(wěn)定及易氧化的揮發(fā)油成分發(fā)生變化。為此出現(xiàn)了一些對其進行改進的研究報道。對于熱不穩(wěn)定的揮發(fā)油有效成分，用水蒸氣蒸餾法時需加以改進，可采用在50～60℃浸取并減壓的蒸餾工藝。如當歸揮發(fā)油的提取[1]，常壓下水蒸氣蒸餾法揮發(fā)油得率為0.32% ～0.40%，且溫度較高;藁本內(nèi)酯作為當歸揮發(fā)油的主要異構(gòu)化成分，減壓蒸餾工藝改進為50～60℃浸取，當歸揮發(fā)油得率提高到0.54% ～0.64%，較常壓下直接水蒸氣蒸餾法提取得率高40%以上。此外，針對醫(yī)院制劑生產(chǎn)品種多、規(guī)模小，在芳香水上難以形成油層、不易收油的問題，改進傳統(tǒng)方法，采用加鹽、降溫新工藝，可降低揮發(fā)油在水中的溶解度，減少了揮發(fā)油揮發(fā)的損失。這些對水蒸氣蒸餾法的改進，能使其得到更廣泛的應(yīng)用[2－4]。

1.2 微波提取法

關(guān)于微波法提取揮發(fā)油的報道很多，近年取得了較大進展。Pare等從植物和魚組織中提取芳香油和其他油類，并申請了微波輔助提取天然產(chǎn)物及揮發(fā)油等一系列專利[5]。利用微波透明介質(zhì)作為冷卻劑，使提出的有機物迅速冷卻并轉(zhuǎn)入主體相，可達到提高提取率、減少熱破壞的目的。利用這一工藝對薄荷、洋蔥中的揮發(fā)油進行提取，結(jié)果證明微波具有選擇性，與傳統(tǒng)的乙醇浸提比較，微波處理得到的薄荷油幾乎不含葉綠素和薄荷酮;20 s的微波誘導(dǎo)提取與2 h的水蒸氣蒸餾、6 h的索氏提取的效果相當，且提取產(chǎn)物的質(zhì)量優(yōu)于傳統(tǒng)方法的產(chǎn)物[6]。微波提取馬郁蘭油的產(chǎn)量較高(接近1%)，其原因是微波作用的選擇性，尤其是它對萜烯等成分很有效;用微波萃取魚肝油，與一般的提取方法相比，脂溶性維生素破壞較少;應(yīng)用微波萃取大蒜油，在接近環(huán)境溫度的情況下，萃取時間短，得到的萃取成分重復(fù)性佳，產(chǎn)品質(zhì)量均一，熱敏性成分損失少[7]。此外，微波萃取還用于蒿、茴香、千牛至、龍蒿、牛膝草、鼠尾草、百里香等物料中提取揮發(fā)性成分[8－9]，其質(zhì)量相當或優(yōu)于溶劑回流、水蒸氣蒸餾、索氏提取及超臨界CO2萃取的同類產(chǎn)品，而且具有操作方便、裝置簡單、提取時間短、提取率高、溶劑用量少、產(chǎn)品純正等優(yōu)點。微波協(xié)助萃取技術(shù)的研究才剛剛起步，但發(fā)展非常迅速，已成為當前和今后新型提取技術(shù)的研究熱點之一。如何針對中藥復(fù)方特點設(shè)計微波萃取方案，并能夠在儀器設(shè)計上實現(xiàn)突破，需相關(guān)的科技工作者共同努力，大膽創(chuàng)新，深入研究[10]。

1.3 超臨界提取法

超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction，SFE)是一種較新的提取分離技術(shù)。超臨界流體是處于臨界溫度(TC)和臨界壓力(PC)以上的流體，如CO2、氨、乙烯、丙烷、水等，目前研究較多的是CO2。超臨界CO2萃取用于中藥成分的提取已有很多報道，其對脂溶性成分、熱不穩(wěn)定成分及易氧化成分有良好的提取效果，在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，特別是在中草藥揮發(fā)油領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。超臨界CO2萃取有以下優(yōu)點:1)不僅對某些物質(zhì)的溶解度有選擇性，而且對分散系及分散系各成分分離較易，故萃取速度快，可縮短生產(chǎn)周期;2)可提高收率，降低成本;3)萃取中藥揮發(fā)油時，沒有殘留的有機溶劑，同時可節(jié)省大量的有機溶劑;4)與傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法比較，具有萃取溫度低、系統(tǒng)密閉等優(yōu)點，更適合于那些對濕熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，以及易氧化成分的萃取，可使活性成分含量增高;5)流程簡單，操作方便，可避免傳統(tǒng)溶劑法提取時易燃易爆的危險，減少環(huán)境污染;6)與氣相色譜－質(zhì)譜(GC－MS)聯(lián)用法結(jié)合，可成為一種較有效的分離分析手段，能高效、快速地進行藥物、化學或環(huán)境分析[11]。除單獨應(yīng)用外，超臨界流體萃取也可與高效液相層析、薄層掃描或分子蒸餾等技術(shù)聯(lián)用，具有提取分離快速、回收率高、定量自動化等優(yōu)點。在以超臨界CO2萃?。肿诱麴s對當歸的提取分離試驗中[12]，提取物的得率達2.15%，而傳統(tǒng)方法提取的揮發(fā)油得率僅為0.2%;超臨界CO2萃取物在分子蒸餾前后的成分大部分相同，但相對含量有較大的改變，相對分子質(zhì)量小的相對含量提高。超臨界CO2萃取的局限性在于，它僅適合于萃取那些親脂性、相對分子質(zhì)量小的物質(zhì)，而對于極性大、相對分子質(zhì)量太大的物質(zhì)，需要加夾帶劑或在很高的壓力下進行萃取，因此投資大，給工業(yè)化帶來一定的難度和限制。

1.4 其他方法

1.4.1 溶劑提取法

是利用低沸點有機溶劑如石油醚、乙醚，與中藥在連續(xù)提取器中加熱提取，提取液低溫蒸去溶劑即得揮發(fā)油。但所得揮發(fā)油的黏度很大，原料中脂溶性成分如樹脂、油脂、蠟等也同時被提出，因此需進一步用高濃度乙醇溶解，放冷至－20℃，除去析出的固體物，減壓蒸去乙醇來精制。在用不同方法提取檀香揮發(fā)油的試驗中[13]，以水蒸氣蒸餾法提得的檀香揮發(fā)油得率為2.34%，而經(jīng)石油醚、乙醇、水回流提得的總檀香揮發(fā)油得率達3.35%，揮發(fā)油中總檀香醇含量也較高。結(jié)果提示，檀香用水蒸氣蒸餾法提取6 h后，水液中仍有香氣的原因是還有相當部分揮發(fā)油未能提出。由此可見，溶劑提取法較水蒸氣蒸餾法的提取效率高、操作簡單、應(yīng)用廣泛。

1.4.2 吸收法

多用無臭味的3份豚脂和牛脂2份的混合物吸收芳香成分，得“香脂”。可直接供化妝品制造用，也可加入無水乙醇自“香脂”中將揮發(fā)油提出，減壓回收乙醇的凈油。此外，還可用活性炭或大孔吸附樹脂吸收揮發(fā)油，多用于名貴揮發(fā)油的提取，如玫瑰花油、茉莉花油等。

1.4.3 壓榨法

含揮發(fā)油較多的藥材，可用機械壓榨法把揮發(fā)油從植物組織中擠壓出來。此法因在常溫下進行，其成分不至于受熱分解，可保持揮發(fā)油原有的香氣，但所得揮發(fā)油含有水分、黏液質(zhì)及細胞組織等雜質(zhì)，常呈渾濁狀態(tài)，需進一步處理。同時，此法不易將藥材中的揮發(fā)油壓取干凈，故常將壓榨后的藥渣再進行水蒸氣蒸餾。如陳皮、橘皮、檸檬皮等含揮發(fā)油較多藥材，可用此法提取。

2 分離方法

2.1 色譜法

硅膠和氧化鋁吸附柱色譜適合分離揮發(fā)油中的各種成分。由于揮發(fā)油的組成較復(fù)雜，直接進行柱色譜很難獲得單一成分，所以常將揮發(fā)油先經(jīng)分餾或冷凍析出，進行初步分離后，再分別進行色譜分離。對于揮發(fā)性較大的成分，如揮發(fā)油中的醛、酮類，宜先制成揮發(fā)性低的衍生物，再進行色譜分離。對于含有雙鍵異構(gòu)體化合物的揮發(fā)油，用一般色譜法較難將這些異構(gòu)體分開，可采用硝酸銀－硅膠柱色譜制備薄層色譜來分離。氣相色譜法，尤其是氣液色譜的分離效果好，能成功地將微量樣品的揮發(fā)油中各成分分開，獲得單一成分。一般情況下，通常要把這幾種分離方法聯(lián)用，才能取得更好的分離效果。如在異葉青蘭揮發(fā)油主要成分的分離試驗中[14]，取異葉青蘭揮發(fā)油1 mL柱層析，先用石油醚洗盡無氧烴，再用石油醚－乙酸乙酯(20∶1)混合溶劑沖洗過柱，收集油中主要成分的粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品用薄板純化后得到一淡黃色油狀物，對分離出的油狀物用氣相色譜儀分離，結(jié)果有52個組分。

目前，對中藥材揮發(fā)油進行分析最有效的手段就是GC－MS聯(lián)用。GC－MS聯(lián)用技術(shù)檢測靈敏度高、分離效能好，在中藥分析領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視。應(yīng)用GC－MS聯(lián)用技術(shù)進行中成藥分析，是中藥分析手段現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)和嘗試。劉密新等[15]在GC－MS聯(lián)用技術(shù)對含有20個組分的烏雞白鳳丸揮發(fā)油進行分析，分離出了61個成分，并鑒定出36種化合物。王元瑜等[16]以GC－MS聯(lián)用技術(shù)對中成藥大承氣湯的揮發(fā)油進行分析測定，鑒定出了56種化合物，并測定了各化合物在揮發(fā)油中的相對百分含量。廖亞莎等[17]對中藥咳喘鼻聞安揮發(fā)性成分進行GC－MS聯(lián)用分析，從中分離出50個成分，初步鑒定出15種化合物，占總量的98.53%。GC－MS聯(lián)用技術(shù)已越來越趨于成熟，它結(jié)合了氣相色譜的高柱效、高分離性能與質(zhì)譜的定性功能，同時隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，質(zhì)譜譜庫檢索功能亦越來越強大和精確，對可揮發(fā)性未知成分與微量成分的結(jié)構(gòu)確定有其獨到之處。

氣相色譜－傅里葉變換紅外光譜(GC－FTIR)聯(lián)用問世后，開始被用于分析揮發(fā)油的組成。但由于儀器靈敏度偏低、光管死體積大，很難得到理想的分析結(jié)果;加之標準氣相紅外圖少，檢索困難，使該法的應(yīng)用受到很大限制，以致它僅僅作為GC－MS法的輔助手段。然而，紅外光譜對一些芳烴取代基異構(gòu)體、順反異構(gòu)體以及含氧萜類化合物定性的可靠性明顯優(yōu)于質(zhì)譜，如果能解決以上缺陷，GC－FTIR聯(lián)用會有更廣闊的前景。劉密新等[18]用GC－MS和GC－FTIR聯(lián)用技術(shù)對砂仁揮發(fā)油進行分離鑒定，該法的關(guān)鍵是得到好的重建色譜圖，GC－FTIR重建色譜圖清楚地分離出30個峰，并確定了34種化合物，其中甲苯、反式氧化芳樟醇、葑酮、愛草腦、香芹酮、橙花醇、檀香烯、橙花叔醇等13種化合物均為首次報道，兩種方法取得了非常一致的結(jié)果。在鑒定過程中，以計算機給出的質(zhì)譜檢索結(jié)果為主，紅外譜圖作為輔助手段，兩者大多得到了相同的結(jié)果。

2.2 分子蒸餾技術(shù)

分子蒸餾(molecular distillation，MD)又稱短程蒸餾(short－path distillation)，屬于一種高新技術(shù)，是較新的尚未廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的液－液分離技術(shù)，特別適用于高沸點、熱敏性及易氧化物系的分離。應(yīng)用分子蒸餾技術(shù)，能解決大量常規(guī)蒸餾技術(shù)所不能解決的問題，與超臨界CO2萃取聯(lián)用還可用于提取、分離中藥有效成分，特別是揮發(fā)油等極性物質(zhì)。張忠義等[19－20]采用超臨界CO2萃取與分子蒸餾兩項技術(shù)對干姜和大蒜有效成分進行萃取與分離，并用GC－MS聯(lián)用技術(shù)對干姜超臨界CO2萃取物及其分子蒸餾液進行分析，發(fā)現(xiàn)干姜分子蒸餾液中有效成分含量高，且雜質(zhì)含量少;而大蒜中熱不穩(wěn)定的有效成分也取得了良好的分離效果。與普通蒸餾相比，分子蒸餾溫度低、受熱時間短，適合于熱敏性有效成分的分離。古維新等[21]研究獨活的化學成分并建立了提取方法，采用超臨界CO2流體萃取與分子蒸餾兩項技術(shù)對獨活的化學成分進行萃取和分離，發(fā)現(xiàn)獨活含有揮發(fā)油，得率為0.44%，而用水蒸氣蒸餾的提取率為0.2%。鐘耕等[22]采用分子蒸餾法，以冷榨甜橙油為原料，提取其中的類胡蘿卜素，結(jié)果表明，采用分子蒸餾法從脫蠟的甜橙油中一步提取的色素，不含外來有機溶劑，純度高，色價高。

分子蒸餾技術(shù)具有以下優(yōu)點:1)由于提取溫度較低，受熱時間短，能較好地保存中藥有效成分，尤其適宜于熱敏性、易氧化藥效成分的提取分離;2)分離能力強，有效成分富集程度高，調(diào)節(jié)適宜的蒸餾溫度和真空度，可獲得相對含量較高的有效成分，便于質(zhì)量標準控制與提高藥物效能;3)利于脫溶劑與脫色，能有效改善中藥成品色澤;4)分離過程中不需物料沸騰，分子蒸餾過程不可逆，是一個非平衡的蒸餾過程，故其分離率比常規(guī)蒸餾高且能耗低，能分離常規(guī)蒸餾不易分開的物質(zhì);5)物料為液態(tài)，可連續(xù)進出料，利于產(chǎn)業(yè)化大生產(chǎn)，運行成本低;6)工藝簡單，操作方便，不耗用任何有機溶劑，無污染且運作安全，符合綠色、環(huán)保要求。當然，分子蒸餾技術(shù)也存在一定的局限性:由于要求在真空條件下進行，所需的設(shè)備成本過高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計技術(shù)要求高，相應(yīng)的配套設(shè)備也多，投資過大;此外，在大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用也很困難。目前，分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用還不是很多，大多集中在揮發(fā)油化學成分的分離上，對中藥中其他成分的研究還鮮有報道。隨著人們的深入研究，及其本身具有與傳統(tǒng)蒸餾技術(shù)無法比擬的優(yōu)點，分子蒸餾技術(shù)必將會越來越多地用于中藥有效成分的提取分離[23]。

2.3 其他方法

2.3.1 冷凍法

將揮發(fā)油于0℃至－20℃放置，若有結(jié)晶析出，則分出結(jié)晶，經(jīng)重結(jié)晶可得到純品。例如，從薄荷油中分離薄荷腦[24]，將油冷至－10℃，12 h后析出第一批粗腦，粗腦加熱熔融后，再置0℃冷凍，即得到較純的薄荷腦。粗腦也可用乙醇重結(jié)晶。

2.3.2 化學法

根據(jù)揮發(fā)油中各成分的結(jié)構(gòu)或特有功能基團的不同，可用化學法逐一加以處理，使各成分達到分離的目的。

2.3.3 分餾法

揮發(fā)油中成分大多屬單萜、倍半萜類化合物，其化學結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)往往很接近，但由于雙鍵數(shù)和含氧功能基團不同，各成分之間的沸點也有一定差異，但具有一定的規(guī)律性，因此可用分餾法將揮發(fā)油中各成分分離。由于揮發(fā)油的組成成分多，對熱及空氣中的氧較不穩(wěn)定，因此分餾宜在減壓下進行。揮發(fā)油按溫度不同可粗略地分為3個餾分:低沸程餾分為單萜烯類化合物;中沸程餾分為單萜含氧化合物，包括醛、酮、酚、酯等;高沸程餾分為倍半萜烯及其含氧衍生物和類化合物。將以上各餾分經(jīng)藥理實驗確定有效部位后，再進行溫度間隔更小的分餾。若不是單一成分，還則需進一步粗餾或結(jié)合其他方法進行分離。

3 結(jié)語

當今，回歸自然的熱潮使天然藥物(含中藥)在治療和保健方面?zhèn)涫苤匾?，揮發(fā)油作為中藥的重要有效成分，其提取分離方法研究和應(yīng)用亦是中藥在制劑現(xiàn)代化過程中不可缺少的環(huán)節(jié)。因此引入新的提取分離技術(shù)，將有利于改善傳統(tǒng)提取分離方法的不足。

[1]鄭春生，姚寶書，李 梅.當歸揮發(fā)油提取工藝的研究[J].天津輕工業(yè)學院學報，2001，36(1):32－34.

[2]陳曉蕾，袁勁松.水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)油后新收油工藝的探討[J].湖南中醫(yī)學院學報，1999，19(3):13－14.

[3]劉明樂，劉光林.簡易揮發(fā)油提取鍋的介紹[J].中成藥，1995，17(1):44.

[4]劉 峰，蘇英英.中藥揮發(fā)油提取分離方法改進[J].中成藥，1997，19(10):49.

[5]陳業(yè)高，海麗娜，畢先鈞.微波輻射在天然藥用活性成分提取分離中的應(yīng)用[J].微波學報，2003，19(2):85－89.

[6]Lopez－Avila V，Benedicto J.Microwave－assisted extraction combined with gas chromatography and enzyme－linked immunosobent assay[J].Trends in Analytical Chemistry，1996，15(8):334－340.

[7]張宏康.微波萃取技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].糧油食品科技，1999，7(5):30－33.

[8]李學堅.黃海濱.微波技術(shù)浸提丁香油的研究[J].廣西中醫(yī)藥，2000，25(3):49－50.

[9]李 艷，魯建江，王 莉，等.微波法提取新疆黨參根莖葉中的揮發(fā)油[J].藥學實踐雜志，2001，19(3):190－190.

[10]張 英，俞卓裕，吳曉琴.中草藥和天然植物有效成分提取新技術(shù)——微波協(xié)助萃取[J].中國中藥雜志，2004，29(2):104－108.

[11]全 健.超臨界流體萃取技術(shù)在提取中藥揮發(fā)油中的應(yīng)用[J].廣東微量元素科學，2001，8(7):13－16.

[12]張守堯，王 鵬，張忠義，等.超臨界CO2萃取－分子蒸餾對當歸的提取分離[J].解放軍藥學學報，2003，19(5):375－377.

[13]陳志霞，林 勵.不同提取方法對檀香揮發(fā)油含量及成分的影響[J].廣州中醫(yī)藥大學學報，2001，18(2):174－177.

[14]張國彬，王明奎.異葉青蘭揮發(fā)油主要成分的分離和鑒定[J].寧夏醫(yī)學院學報，1995，17(4):325－326.

[15]劉密新，汪 偉.GC－FTIR法分析天然小茴香揮發(fā)油[J].光譜學與光譜分析，1996，16(5):35－37.

[16]王元瑜，王 紅.大承氣湯揮發(fā)油化學成分的研究[J].中國中藥雜志，1994，19(2):93.

[17]廖亞莎，侯小虎，王建平.中藥咳喘鼻聞安揮發(fā)性成分研究[J].山西臨床醫(yī)藥，2000，9(7):509.

[18]劉密新，汪 偉.GC－MS和GC－FTIR聯(lián)用分析砂仁揮發(fā)油的成分[J].中草藥，1997，28(4):202－204.

[19]張忠義，雷正杰，王 鵬，等.超臨界CO2－分子蒸餾對干姜有效成分的萃取與分離[J].中藥材，2001，24(8):576－576.

[20]張忠義，雷正杰，王 鵬，等.超臨界CO2萃?。肿诱麴s對大蒜化學成分的提取分離[J].分析測試學報，2002，21(1):65－65.

[21]古維新，張忠義，周本杰，等.超臨界CO2－分子蒸餾對獨活化學成分的萃取與分離[J].廣東藥學院學報，2002，18(2):85.

[22]鐘 耕，吳永嫻.從甜橙油中提取類胡蘿卜素工藝及其性質(zhì)研究[J].四川日化，1995，3:6－9.

[23]宋 丹.分子蒸餾技術(shù)的特點及其在中藥有效成分分離方面的應(yīng)用[J]. 時珍國醫(yī)國藥，2004，15(3):3－4.

[24]梁光義.中藥化學[M].北京:人民衛(wèi)生出版社，1998:7.

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1006－4931(2011)05－0078－03

2010－04－16)