迷迭香精油提取工藝研究進(jìn)展

王秀環(huán)，孫偉衛(wèi)，季新燕，馮前進(jìn)

（山西中醫(yī)學(xué)院，山西太原030024）

迷迭香精油提取工藝研究進(jìn)展

Review on extraction of essential oil from Rosmarinus officialis L.

王秀環(huán)，孫偉衛(wèi)，季新燕，馮前進(jìn)

（山西中醫(yī)學(xué)院，山西太原030024）

迷迭香精油；提取工藝；研究進(jìn)展

迷迭香（Rosmarinus officialis L.），味辛性溫，原產(chǎn)于地中海一帶國(guó)家，為唇形科灌木，高度可達(dá)2 m，其葉子常常在枝上叢生，有極短的柄或無(wú)柄，呈線形，1981年由中國(guó)科學(xué)院植物研究所北京植物園引種至我國(guó)，并培育成功，現(xiàn)已在世界范圍內(nèi)廣泛種植。迷迭香除具有觀賞價(jià)值外，更是一種重要的天然香料植物，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于日用化工、食品添加和醫(yī)藥保健等領(lǐng)域［1］?，F(xiàn)代研究表明，迷迭香中主要的有效部位有兩個(gè)：一個(gè)是精油，即揮發(fā)性成分，主要包括單萜、倍半萜等萜類成分；另一個(gè)是抗氧化劑成分，即非揮發(fā)性成分，主要為二萜類（鼠尾草酸、鼠尾草酚、迷迭香酚、熊果酸、迷迭香酸）等成分［2-4］。其中，迷迭香精油多存在于迷迭香葉及梗中，有明顯的抑菌、抗氧化、緩解胃痙攣、胃脹、促進(jìn)腸部運(yùn)動(dòng)、增強(qiáng)食欲、消炎鎮(zhèn)痛等藥理作用，其抗痤瘡作用以丙酸桿菌較強(qiáng)，還能夠通過(guò)抑制細(xì)菌繁殖而有效抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和霍亂弧菌等多種細(xì)菌［5］。目前，迷迭香精油提取方法有很多，主要包括有機(jī)溶劑提取法、水蒸氣蒸餾法、微波輔助提取法、吸附法、壓榨法、超聲波提取法、瞬間降壓法、酶法輔助提取法和超臨界CO2萃取法等［6-9］。不同的提取方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，為了進(jìn)一步深入研究迷迭香精油，本研究將其提取方法總結(jié)歸納如下。

1 有機(jī)溶劑提取法

迷迭香精油中主要化學(xué)成分是單萜和倍半萜及其衍生物，具有脂溶性，不易溶于水，故可以根據(jù)“相似相溶”的原理，利用有機(jī)溶劑對(duì)其進(jìn)行提取。主要是利用低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑如乙醚、石油醚等冷浸提取或連續(xù)回流法提取中藥中有效成分，得提取液，再經(jīng)蒸餾或減壓蒸餾除去溶劑即可得粗制精油［10-12］。

有機(jī)溶劑提取法能夠?qū)⒅参矬w中的油脂、樹脂、蠟等同時(shí)提出來(lái)，致使精油中含雜質(zhì)較多，影響精油的質(zhì)量。而且，雖然有機(jī)溶劑法所得精油率高，但因其極易導(dǎo)致溶劑殘留，提取時(shí)間較長(zhǎng)，必須要增加蒸餾裝置來(lái)除去有機(jī)溶劑才能得到精油。所以，其成本較高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

鄭秋闿［13］采用有機(jī)溶劑法提取了迷迭香中的抗氧化成分，以溶劑、料液比、提取時(shí)間、環(huán)境等因素為指標(biāo)優(yōu)化迷迭香抗氧化劑的提取工藝條件，佐以紅外光譜、質(zhì)譜、液質(zhì)聯(lián)用、高效液相色譜分析，確定了迷迭香提取物主要成分及其在提取物中所占比重。

2 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法主要應(yīng)用于揮發(fā)油的提取，水蒸氣蒸餾分為水中蒸餾和水上蒸餾，它受到溶劑濃度、料液比、提取次數(shù)以及提取時(shí)間的影響。水中蒸餾法即直接把將要提取的藥材原料放入盛有較多水的鍋中，加熱煮沸，蒸餾；水上蒸餾法是指在鍋的下部裝上多孔板，板上放原料，板下是水，加熱過(guò)程中，水蒸氣向上走，穿過(guò)原料而進(jìn)行蒸餾，蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝器，再經(jīng)油水分離器分離，最后得到揮發(fā)油。該法可以分離沸點(diǎn)較高且不溶于水的精油物質(zhì)。

水蒸氣蒸餾法操作簡(jiǎn)單、耗資少，但是蒸餾時(shí)間長(zhǎng)，而且提取溫度高，容易使揮發(fā)油中的熱敏性成分分解和易水解的成分揮發(fā)、水解。

劉昭明等［14］采用水蒸氣蒸餾法提取迷迭香揮發(fā)油，將100 g迷迭香樣品使用水蒸氣蒸餾法提取6 h，靜置分層后得到淡黃色精油2.54 mL，并采用GCMS聯(lián)用技術(shù)分析了揮發(fā)油的化學(xué)成分，其研究結(jié)果為：迷迭香揮發(fā)油提取率為2.27%，從迷迭香揮發(fā)油中分離鑒定出20種化合物，占揮發(fā)油總量的99.5%，其主要化學(xué)成分為α-蒎烯和1，8-桉葉油素，分別占43.36%和32.10%。張俊清等［15］采用正交設(shè)計(jì)法探討了迷迭香精油水蒸氣蒸餾提取最佳工藝，以出油率、α-蒎烯含量、1，8-桉葉素含量等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、優(yōu)化提取工藝。其研究結(jié)果為：水蒸氣蒸餾法提取迷迭香精油的最佳提取工藝為迷迭香不粉碎、30倍量水、提取4 h，此時(shí)提取的精油最穩(wěn)定、有效。

王化［16］以迷迭香中迷迭香精油、3個(gè)天然活性成分為考察指標(biāo)，優(yōu)選迷迭香天然抗氧化劑水蒸氣蒸餾法提取分離工藝，當(dāng)蒸餾時(shí)間為1.5 h時(shí)，精油得率為1.93 mL/100 g；該條件下提取迷迭香精油的毛油中共鑒定出31種化合物，主要為烯萜類化合物，占毛油總量的94.74%。黃宏妙等［17］采用水蒸氣蒸餾法提取迷迭香揮發(fā)油成分，并運(yùn)用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化其提取工藝。其結(jié)果表明，迷迭香揮發(fā)油最佳提取工藝條件為：迷迭香剪成1 cm長(zhǎng)的小段、料水質(zhì)量比1∶15、浸泡3 h提取4 h，此時(shí)精油得率為1.870%。

廖俊杰等［18］通過(guò)水蒸氣蒸餾法從粵產(chǎn)迷迭香莖葉中提取精油，用GC-MS氣質(zhì)聯(lián)用儀對(duì)迷迭香精油進(jìn)行了化學(xué)成分分析，其迷迭香精油的提取率為1.1%，從精油中檢測(cè)出的32種精油成分與以往文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果基本相同。

3 微波輔助提取法

微波輔助提取法其工作原理是通過(guò)微波輻射高頻電磁波以穿透萃取介質(zhì)，藥材原料的內(nèi)部維管束和腺胞系統(tǒng)吸收微波能后細(xì)胞內(nèi)部升溫，增大細(xì)胞內(nèi)部壓力，超過(guò)細(xì)胞壁所能承受的范圍，從而使細(xì)胞破裂，胞內(nèi)有效成分流出，再在低溫條件下被介質(zhì)溶解，進(jìn)而達(dá)到提取物料有效成分的目的［19-21］。

未來(lái)一周， 臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻繁， 受其影響華北南部、東北地區(qū)中南部、黃淮北部、江南東部、華南及西南地區(qū)等地累積降雨量有50-80 毫米， 其中華南南部、江南東部、黃淮西北部、東北地區(qū)中南部及云南南部等地的部分地區(qū)有100-180 毫米， 局部地區(qū)有200-400 毫米降雨； 上述大部地區(qū)降雨量較常年同期偏多3-8 成，局地偏多1 倍以上。

微波提取是能夠提高萃取率的一種新技術(shù)，一直以來(lái)都被作為一種優(yōu)良的生物活性物質(zhì)提取方法而被廣泛應(yīng)用。具有方法簡(jiǎn)單易學(xué)、提取時(shí)間短及出油率高等特點(diǎn)。但經(jīng)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)其所得精油的品質(zhì)較差，而且操作過(guò)程中有一定程度的危險(xiǎn)性，所以將不采用此法進(jìn)行迷迭香精油的提取。

王乃馨［22］在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)定量分析了液料比、提取時(shí)間、微波功率三因素對(duì)微波輔助提取迷迭香揮發(fā)油工藝的影響，并進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)響應(yīng)曲面二次回歸方程模型方差分析，最終得到迷迭香精油微波輔助法的最佳提取工藝條件為：液料比12.3 mL/g、提取時(shí)間125 s和微波功率500 W，此時(shí)精油得率達(dá)到最大值4.05%。

4 超聲波提取法

超聲波提取技術(shù)是近年來(lái)中草藥活性成分提取方法中比較常見一種方法，其原理是利用超聲波的空化作用加強(qiáng)植物有效成分的浸出提取。天然植物藥用成分大多位于細(xì)胞內(nèi)，提取時(shí)如果不能夠使用適當(dāng)?shù)臋C(jī)械或化學(xué)方法將細(xì)胞破碎，就很難得到理想的提取效果［23-24］。超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)和高加速度可以加速分子運(yùn)動(dòng)，從而促進(jìn)藥物有效成分進(jìn)入溶劑，進(jìn)而提高提取效率，縮短提取時(shí)間，節(jié)約溶劑，同時(shí)又避免了高溫對(duì)有效成分的破壞和影響。

李大偉［25］利用超聲輔助提取法提取迷迭香葉中的主要生物活性成分，分別考察了乙醇濃度、酸穩(wěn)定劑的種類、酸穩(wěn)定劑的加入量、超聲頻率、超聲功率、超聲提取時(shí)間及固液比等影響因素，并對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化，研究結(jié)果表明，優(yōu)化的較適宜的超聲提取條件是：乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%、3%（w/w）酸穩(wěn)定劑用量（相對(duì)于乙醇）、超聲頻率28 kHz、超聲功率200 W、超聲提取時(shí)間40 min、固液比1∶16（g/mL）、超聲溫度25℃~35℃。在上述較適宜的提取條件下，鼠尾草酸的提取率可達(dá)18.64 mg/g。

超聲波提取法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、提取時(shí)間短、無(wú)須加熱，更加有利于熱不穩(wěn)定成分的提取。與此同時(shí)，超聲波提取法還受到提取溶劑、固液比、超聲處理時(shí)間、微波功率等條件的影響，在提取有效成分時(shí)必須考慮這些因素。

5 酶法輔助提取法

天然產(chǎn)物的有效成分大都存在于植物的細(xì)胞質(zhì)中，其提取受到細(xì)胞壁的影響和阻礙，以往提取過(guò)程中總會(huì)有部分有效成分不能夠被提取出而留在細(xì)胞質(zhì)中［26］。然而，纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，把纖維素酶作用于細(xì)胞壁，便可以將其分解，促使細(xì)胞內(nèi)的有效物質(zhì)溶出，從而達(dá)到提高提取率的目的［27］。根據(jù)這一原理可以將加酶處理法應(yīng)用于迷迭香干葉揮發(fā)油的提取技術(shù)中。

呂曉玲等［28］利用纖維素酶酶解迷迭香干葉輔助水蒸氣蒸餾法來(lái)提取迷迭香揮發(fā)油，并通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)其揮發(fā)油的提取工藝進(jìn)行了研究和優(yōu)化。結(jié)果表明，最佳酶解輔助提取工藝為：酶用量為0.2%、pH值為3、酶解溫度為30℃、酶解2 h。且研究發(fā)現(xiàn)，在此條件下，酶法輔助水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)油比直接水蒸氣蒸餾法提取的出油率提高了68.8%。張琳琳［29］在單因素（酶解時(shí)間、酶解溫度、pH值、酶用量）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化酶解工藝條件，對(duì)比了該法與單純水蒸氣蒸餾法。經(jīng)纖維素酶預(yù)處理迷迭香干葉后，水蒸氣蒸餾法提取精油的出油率為1.89%，與單純使用水蒸氣蒸餾法相比，出油率提高了68.8%，且經(jīng)GC-MS分析后發(fā)現(xiàn)：纖維素酶處理迷迭香葉后，沒有影響精油的品質(zhì)。

6 超臨界CO2萃取法

超臨界流體萃取就是利用某些溶劑在臨界值以上具有的特性來(lái)提取混合物中可溶性組分的一門新的分離技術(shù)。同傳統(tǒng)的溶劑相比，它具有顯著的產(chǎn)品回收率和純度，改進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗。超臨界流體（SCF）是指熱力學(xué)狀態(tài)處于臨界點(diǎn)之上的流體［30］，SCF是氣、液界面剛剛消失的狀態(tài)點(diǎn)，此時(shí)流體處于氣態(tài)與液態(tài)之間的一種特殊狀態(tài)，具有十分獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)。如超臨界CO2萃取，其原理就是在高壓超臨界狀態(tài)下，以液態(tài)CO2做抽提溶劑進(jìn)行抽提，然后減壓分離，隨著壓力下降，液態(tài)CO2不斷汽化，可分離出所要提取物的有效組分［31］。

Bensebia O等［33］使用超臨界流體萃取法提取迷迭香精油，研究結(jié)果為：以平均粒徑＜150～436.38 pm、溶劑流速1～59 mL/min、萃取壓力100～180 bar、萃取溫度40℃～60℃、乙醇添加比例3%為最佳提取條件，最大得油率為7.6%。張玉紅等［34］以萃取壓力、萃取溫度、分離壓力、萃取時(shí)間四個(gè)因素為考察因素，每個(gè)因素選取三個(gè)水平進(jìn)行了L9（34）正交試驗(yàn)研究，優(yōu)化了超臨界CO2萃取法萃取迷迭香精油的提取工藝，并利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（GC-MS）對(duì)其提取出的成分進(jìn)行了分析，經(jīng)優(yōu)化后的最佳提取工藝為：萃取壓力20 MPa，萃取溫度45℃，分離壓力6 MPa，萃取時(shí)間120 min，最大得率為4.01%。張沖等［35］將100 g迷迭香干莖葉加入到萃取釜中，采用10～15 MPa程序加壓，35℃～40℃程序升溫，萃取2 h，得黃色油狀、氣味芳香、刺激的迷迭香提取物（即為精油），計(jì)算其得率為1.2%。樂振竅等［36］采用L9（33）正交實(shí)驗(yàn)考察了萃取壓力、溫度、萃取時(shí)間三因素三水平對(duì)迷迭香精油得率的影響；在此基礎(chǔ)上對(duì)水?dāng)y帶劑進(jìn)行單因素考察，分析其對(duì)成品物性、得率以及有效成分的影響。其研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)壓力為40 MPa、溫度80℃、萃取時(shí)間2.5 h、水?dāng)y帶劑含量20%時(shí)可以達(dá)到較好的得率和有效成分含量，為最佳提取工藝，這時(shí)最大得油率可達(dá)7.2%。

此外，有相關(guān)研究者還對(duì)比研究了超臨界CO2流體萃取（SFE）與水蒸氣蒸餾法（SD）在提取迷迭香精油上的優(yōu)劣。黃景榮等［37］采用氣質(zhì)聯(lián)機(jī)（GC-MS）分析，人工解析質(zhì)譜圖與計(jì)算機(jī)譜庫(kù)檢索相結(jié)合的方法，對(duì)SFE與SD提取的迷迭香油進(jìn)行化學(xué)成分分析，采用色譜峰面積歸一化法計(jì)算各組分的相對(duì)含量，并與迷迭香油的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)比較，確定兩種方法提取的迷迭香油的成分類型，進(jìn)而對(duì)比兩種方法提取迷迭香精油的優(yōu)劣。結(jié)果表明，SFE法最大出油率達(dá)4.40%，共鑒定了52種化合物，該法提取的迷迭香油與突尼斯和摩洛哥型迷迭香油更為接近；SD法最大出油率只有1.40%，共鑒定了36種化合物，其提取的迷迭香油與西班牙型更為接近；二者得到的相同成分共有23種，主要成分都是α-蒎烯和1，8-桉葉素等。其研究結(jié)果表明，對(duì)于迷迭香精油的提取，SFE法明顯優(yōu)于SD法。

李黎等［38］對(duì)比研究了水蒸氣蒸溜法和超臨界CO2萃取法所提取迷迭香精油對(duì)白紋伊蚊的趨避作用，并利用GC/MS聯(lián)用儀分析2種精油的化學(xué)成分。結(jié)果表明：超臨界CO2提取的迷迭香精油對(duì)白紋伊蚊的驅(qū)避時(shí)間是（5.82±1.13）h，達(dá)到國(guó)標(biāo)驅(qū)避劑評(píng)價(jià)的B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)于水蒸氣蒸餾法所制得的精油。

以上研究表明，相比于水蒸氣蒸餾法，超臨界流體萃取法提取迷迭香精油的出油率更高，有效成分分離率高。超臨界流體萃取法具有無(wú)有機(jī)溶劑殘留、天然植物中活性成分和熱不穩(wěn)定成分不易被分解破壞，集提取、分離、濃縮為一體等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于保護(hù)物質(zhì)活性方面有很重要的意義［32］。超臨界流體的黏度接近于氣體，密度接近于液體，擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間，兼有氣體和液體的優(yōu)點(diǎn)，既像氣體一樣容易擴(kuò)散，又像液體一樣有很強(qiáng)的溶解能力，其常用的超臨界流體（SCF）有二氧化碳、乙烯、丙烯、丙烷、水等，因此SCF具有高擴(kuò)散性和高溶解性。但是由于該法工藝技術(shù)要求較高，設(shè)備費(fèi)用投資大，應(yīng)用還不普遍。

7 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，人工合成抗氧化劑具有一定的副作用和未知的潛在危害，使得人們對(duì)象迷迭香這樣的天然抗氧化劑更加青睞，因此對(duì)于迷迭香這種天然抗氧化物的研究也儼然變得更加深入。由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、前進(jìn)，使得超聲波、微波、超臨界流體、酶等更加廣泛地被應(yīng)用于天然產(chǎn)物的提取。目前，提取迷迭香精油的方法主要有傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法、壓榨法、溶劑法等。不同提取方法分別具有各自的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，如水蒸氣蒸餾具有設(shè)備簡(jiǎn)單、容易操作、成本低、產(chǎn)量大、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但是，其加熱時(shí)間長(zhǎng)、提取溫度高、耗能大，且油水分離困難，不適于熱敏性成分、易水解成分以及水中溶解度大的成分的提取。有機(jī)溶劑萃取法得率較高，但有機(jī)溶劑容易殘留、雜質(zhì)多。超臨界CO2流體萃取法是一種新型的提取分離技術(shù)，具有工藝簡(jiǎn)單、穿透能力強(qiáng)、萃取率高、無(wú)溶劑殘留、提取溫度低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于保護(hù)物質(zhì)活性方面有很重要的意義。

綜上所述，本文通過(guò)綜述近幾年來(lái)對(duì)迷迭香精油的不同提取方法，總結(jié)其各自優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)不同提取方法得到的揮發(fā)油組分不同，即便是相同組分，其相對(duì)含量也不盡相同，足見正確選擇提取方法的重要性，為進(jìn)一步優(yōu)化迷迭香精油的提取工藝提供參考。

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（編輯：張世霞）

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1671-0258（2015）01-0073-04

太原市中藥與生物制藥新制劑研發(fā)平臺(tái)項(xiàng)目（120250）；山西省科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目（2009091010）

王秀環(huán)，在讀碩士，E-mail：wangxiuhuan12340@163.com

馮前進(jìn)，教授，博士研究生導(dǎo)師，E-mail：xyqj728119@sina.com