艾葉揮發(fā)油提取工藝研究進展

林珍紅，林 斌，張星春，郭劍恩

（閩江師范高等?？茖W(xué)校 化學(xué)與生物工程系，福建 福州 350100）

1 艾葉揮發(fā)油概述

揮發(fā)油又稱精油，是艾葉的主要成分之一，是一類具有與水不相混溶，可隨水蒸氣蒸餾的揮發(fā)性油狀液體的總稱。外觀性狀為黃色、草綠色或藍色的澄明油狀液體。其成分十分復(fù)雜，隨著色譜質(zhì)譜聯(lián)用檢測技術(shù)的日益成熟，目前研究發(fā)現(xiàn)的艾葉揮發(fā)油成分接近100 種，主要為萜類及其含氧衍生物及少量的醛、醇、酮及芳香類化合物。其豐富的化學(xué)成分賦予揮發(fā)油多樣的藥理作用，具有平喘、鎮(zhèn)咳、祛痰、抗菌和防過敏等作用[1]。本文就揮發(fā)油提取方法作如下闡述，旨在為揮發(fā)油藥效成分提取的研究提供思路。

2 艾葉揮發(fā)油提取工藝

2.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法（Steam Distillation,SD）作為揮發(fā)油測定法收錄于《中華人民共和國藥典》各版本中。目前艾葉揮發(fā)油化學(xué)成分分析研究中，對揮發(fā)油的提取多采用該法。文獻[2-4]進行正交試驗設(shè)計，結(jié)果均表明蒸餾（提取）時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響很大，在提取工藝的研究中應(yīng)作為重點考察因素。

陳志慧[5]從柑桔皮中提取香精油的改進實驗中發(fā)現(xiàn)，加入3%的NaCl 可將出油率提高20%。尹彬彬[6]向水提取液添加果膠酶和氯化鈉，比未經(jīng)處理的得率提高了22.7%。分析原因：NaCl 的添加，可改變體系的滲透壓，有利于活性成分的滲出。由此可見，強電解質(zhì)的加入對水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)油工藝的改進具有一定的可行性，目前相關(guān)研究較少，有待進一步實驗探究。

水蒸氣蒸餾法由于設(shè)備裝置簡單，運行成本低，環(huán)境污染小，無有機溶劑殘留等特點，是中草藥揮發(fā)油提取的有效方法。但由于提取過程中溫度較高，時間較長，造成原料中的熱敏性組分易被破壞及低沸點揮發(fā)性成分損失，同時該法所得揮發(fā)油收率低，一定程度上降低該法的使用價值。劉繼鑫[7]等在藥材的選擇、處理和蒸餾提取設(shè)備等方面分析探討水蒸汽蒸餾法存在的影響因素，并提出在中藥揮發(fā)油的提取中首先要多方面了解和控制原料藥的質(zhì)量，合理的進行樣品預(yù)處理（包含貯存、干燥和浸泡等），并改進實驗設(shè)備（例如選擇容量大、蒸汽可持續(xù)供應(yīng)的水蒸氣發(fā)生器、合理選擇導(dǎo)氣管和加熱源等），以完善揮發(fā)油的水蒸氣提取方法。

2.2 溶劑法

2.2.1 溶劑萃取法

溶劑萃取法(Solvent Extraction，SE)采用相似相溶原理，根據(jù)溶解性差異，合理選擇對有效成分溶解度大、對非活性成分溶解度小的溶劑，將有效成分從藥材組織內(nèi)提取出來的方法稱為溶劑提取法。目前，用于艾葉揮發(fā)油提取常見的溶劑:正己烷、乙醇、石油醚、異丙醇、乙醚等。

李玲等[8]采用正己烷為回流提取溶劑，該法提取所得艾葉的主要有效成分桉油精相對含量（13.21%）最高，進一步佐證了《中國藥典》用正己烷回流提取艾葉中的桉油精，并將其含量作為艾葉質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性。

何正有等[9]分別采用水蒸氣蒸餾法和石油醚提取法，所得艾葉揮發(fā)油收率為0.86%和2.08%，揮發(fā)油收率得到大幅度提高。但是用石油醚提取法得到的揮發(fā)油產(chǎn)品品質(zhì)較差，幾乎無香味，提取的揮發(fā)油活性成分種類較少，雜質(zhì)較多，藥用價值不高。

綜上，溶劑法作為一種傳統(tǒng)的揮發(fā)油提取方法，操作簡單，揮發(fā)油提取收率高，后期的研究應(yīng)著重提高揮發(fā)油的品質(zhì)。

2.2.2 加速溶劑法

加速溶劑萃取法（Accelerated Solvent Extraction,ASE）是通過高溫和加壓，使活性成分從基體上的脫附和溶解動力學(xué)過程加快，從而縮短萃取時間。其突出的優(yōu)點是有機溶劑用量少、萃取時間短、回收率高，在環(huán)境、食品藥品和高分子工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。陳軍輝等[10]比較了加速溶劑萃取法、水蒸氣蒸餾法、超聲波提取法及索氏提取法對木香揮發(fā)油的提取效果，結(jié)果表明加速溶劑萃取法對木香揮發(fā)油的提取效果最好，優(yōu)勢明顯。目前加速溶劑法在中藥材揮發(fā)油的提取應(yīng)用較少，有待進一步研究。

2.2.3 同時蒸餾法

同時蒸餾萃取法 (Simultaneous Distillation Extraction，SDE)是利用樣品和萃取溶劑的蒸汽在密閉的裝置中充分混合，當(dāng)其中某一組分被完全蒸出后，溫度才上升到留在瓶中組分的沸點。揮發(fā)性成分首先被蒸餾出來，然后和萃取劑在冷凝管上完成萃取，再根據(jù)比重差異將二者分開，最后回收萃取液。該法優(yōu)點是將樣品的水蒸氣蒸餾和餾分的溶劑萃取兩步合并，與傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾方法相比，實驗步驟減少，溶劑用量降低，同時也減少了蒸餾萃取過程中的樣品損失[11]。同時精油可直接進行GC-MS 分析，能將揮發(fā)性成分從基體中濃縮數(shù)千倍，對微痕量成分萃取率較高，缺點是操作溫度較高，所得精油香氣有失真現(xiàn)象。

羅凱等[12]采用水蒸氣蒸餾法、溶劑萃取法和同時蒸餾法提取花椒揮發(fā)油，揮發(fā)油提取率分別為6.66%，8.37%和11.6%。同時蒸餾法提取物的種類達到了77 種，遠比前述另兩種方法提取的種類多。該法提取花椒揮發(fā)油的效果理想，具有優(yōu)勢。因此同時蒸餾法提取艾葉揮發(fā)油具有可行性，具備一定的開發(fā)潛力和價值。

2.3 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取 （Supercritical fluid extraction，SPE）是利用超臨界流體為萃取劑，一般選用無毒無味、價格低廉的CO2，對物質(zhì)中的有效組分進行溶解并分離的一種技術(shù)。該法具有萃取和分離的雙重作用，萃取溫度低，不損害活性物質(zhì)；萃取能力強，提取率高，無有機溶劑殘留，產(chǎn)品無污染，質(zhì)量好等優(yōu)點，適用于熱敏性或揮發(fā)性物質(zhì)的分離提取。CO2超臨界萃取法可通過調(diào)節(jié)壓力和溫度，改變流體的密度，從而改變?nèi)芙舛龋羞x擇地進行多種物質(zhì)的分離，以改善產(chǎn)品外觀和質(zhì)量。

文獻[13-14]采用此法進行艾葉揮發(fā)油最佳工藝條件的優(yōu)化研究。李靜等[15]采用水蒸氣蒸餾法和超臨界萃取法，后法提取的艾葉揮發(fā)油得率更高。該法最大的優(yōu)點是可在近常溫下提取分離，幾乎保留產(chǎn)品中全部活性有效成分，產(chǎn)品外觀好，收率高等優(yōu)點，有著不可比擬的優(yōu)越性；但超臨界流體萃取法也有其局限性，利用該法所得的艾葉揮發(fā)油中含有大量蠟質(zhì)成分，需進行后續(xù)除雜處理[15]。CO2超臨界流體萃取法較適合于親脂性、極性較低組分[16-17]的萃取。對揮發(fā)油含量相對較低、活性成分極性較大的中藥材是否適用，需進一步驗證探討。同時超臨界流體萃取設(shè)備屬于高壓設(shè)備，投資費用高，安全性要求嚴(yán)格，對過程工藝、設(shè)備、儀表的綜合技術(shù)提出了新的要求。

2.4 輔助萃取法

2.4.1 微波輔助萃取法

微波輔助萃取法（Microwave-assisted Extraction,MAE）與傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)、熱傳遞加熱方式不同，它通過偶極子轉(zhuǎn)動和離子遷移兩種方式里外同時加熱，與傳統(tǒng)熱萃取工藝相比，其萃取速度、萃取效率及萃取質(zhì)量具有無可比擬的優(yōu)勢，因此在萃取分離天然產(chǎn)物中的應(yīng)用發(fā)展迅速。

朱國華[18]采用蒸餾水代替有機溶劑進行微波輔助無溶劑萃取，平行比較水蒸汽蒸餾法萃取艾葉揮發(fā)油，二法在揮發(fā)油成分上并無太大區(qū)別，但微波萃取在收率、萃取時間和能耗上，均優(yōu)于傳統(tǒng)的水蒸汽蒸餾法，是一種值得推廣的快速萃取植物揮發(fā)油的方法。

與傳統(tǒng)萃取技術(shù)相比，優(yōu)點在于溶劑用量少，萃取時間短，效率高；與超臨界萃取相比，微波萃取設(shè)備用于生產(chǎn)，組成簡單，安全可靠，投資小，適用面廣等優(yōu)勢。但也有文獻報道，如曾虹燕等[13]比較水蒸餾法、超臨界CO2和微波萃取法提取艾葉揮發(fā)油，其中微波萃取收率最高，工藝簡單，但存在外觀品質(zhì)略差，可能含有雜質(zhì)，有待進一步提高品質(zhì)。所以微波輔助萃取艾葉揮發(fā)油工藝還需進行參數(shù)的進一步優(yōu)化[19]，包括萃取溶劑、微波功率、輻射時間、溶劑用量、萃取溫度、物料含水量等因素變量的研討。

近年來開發(fā)微波萃取與其他技術(shù)聯(lián)用成為熱點，其中采用微波輔助水蒸氣蒸餾法[20]、微波聯(lián)合纖維素酶法[21]提取艾葉揮發(fā)油的已見文獻報道。

2.4.2 超聲波輔助萃取法

超聲波輔助萃取法（Ultrasonic-assisted Extraction,UAE）是采用超聲波輔助溶劑進行提取，聲波產(chǎn)生高速、強烈的空化效應(yīng)和攪拌作用，加快細胞內(nèi)有效成分的釋放。該法特點為：提取效率高、溫度低、時間短、雜質(zhì)少、適應(yīng)性廣，有效成分易于分離純化、提取工藝運行成本低，綜合經(jīng)濟效益顯著、操作簡單易行，設(shè)備維護保養(yǎng)方便。超聲波提取法是中藥有效成分提取的一種非常有效的方法。在多種中藥材揮發(fā)油提取研究中，如石楠藤莖揮發(fā)油提取[22]、川明參揮發(fā)油提取[23]等，都獲得良好的提取率。

謝志美[24]利用超聲波輻射結(jié)合異丙醇抽提提取艾葉揮發(fā)油，考察了超聲時間、溶劑用量及萃取時間對揮發(fā)油得率的影響。目前超聲波提取艾葉揮發(fā)油的研究，還未有對超聲提取關(guān)鍵工藝參數(shù)[25]（如超聲頻率、聲強、空占比等）進行更加深入的研究，超聲提取工藝參數(shù)對揮發(fā)油相關(guān)組分及種類是否有影響尚待確定。

對于中藥超聲提取的研究通常與其他新型技術(shù)聯(lián)用，如超聲波-微波協(xié)同提取[26]、超聲波輔助和生物酶提取[27]等技術(shù)手段陸續(xù)出現(xiàn)，促進中藥新產(chǎn)品的開發(fā)和改進。目前，超聲聯(lián)用技術(shù)在艾葉揮發(fā)油提取的應(yīng)用目前極少有相關(guān)研究報道。

2.5 其他方法

酶提取法（Enzymes Extraction，EE）是在溫和的條件下，加入適宜種類和用量的酶，分解植物組織，以提取藥材有效成分的方法。弓寶等[28]采用纖維素酶輔助提取沉香揮發(fā)油，發(fā)現(xiàn)該工藝與未添加纖維素酶提取工藝相比，沉香揮發(fā)油提取率增加257%。尹彬彬等[29]通過添加酶法有助于破除細胞壁，使有效成分更易浸出，能有效提高艾葉精油的得率。可見，酶提取法在揮發(fā)油提取具有較大的應(yīng)用潛力。

半仿生提取法（Semi-bionic Extraction,SBE）是模擬藥物在胃腸道轉(zhuǎn)運吸收的環(huán)境，采用選定pH 的酸性水和堿性水依次連續(xù)抽提，將藥材中的活性組分進行導(dǎo)向分離的方法。該法所得揮發(fā)油有效成分損失少，操作簡單，成本低廉。謝志美等采用半仿生浸提-水蒸汽蒸餾法提取艾葉揮發(fā)油產(chǎn)油率達1.05%，比直接水蒸汽蒸餾法提高0.4%。經(jīng)SBE 法浸提后的揮發(fā)油蒸餾時間較水蒸氣蒸餾短，大為提高蒸餾效率。

固相微萃取技術(shù)（Solid Phase Microextraction,SPME）是基于提取物在兩相間的分配平衡，利用涂有固定相/液的石英纖維將提取物萃取分離、富集和解吸進樣為一體?？芍苯优c氣相色譜-質(zhì)譜儀、高效液相色譜-質(zhì)譜儀、紅外光譜儀、毛細管電泳儀等聯(lián)用，大大提高了分析檢測的速度和效率。利用固相微萃取[30]所得的艾葉揮發(fā)油成分相較他法，所得揮發(fā)油組分豐富性和層次性上有明顯的優(yōu)越性。但是，該法所得的提取物組分直接進入后序儀器進行分析，無法得到揮發(fā)油，因此，只能作為一種揮發(fā)油化學(xué)成分的定性分析方法。

3 結(jié)語

水蒸汽蒸餾法和溶劑法作為揮發(fā)油提取的傳統(tǒng)基本法，技術(shù)成熟，操作簡單，便于規(guī)模化生產(chǎn)，但存在提取率低、提取時間長、成品品質(zhì)不高等缺點。目前對傳統(tǒng)提取方法的研究集中于對其工藝的改進，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和提取效率。超臨界流體萃取法提取溫度低，提取效率高，產(chǎn)品品相好，近幾年迅速成為研究熱點，但工業(yè)化生產(chǎn)時，技術(shù)操作要求高、設(shè)備投入費用高，大型生產(chǎn)應(yīng)用受到一定的限制。輔助萃取法借助先進儀器設(shè)備大大提高萃取速度和效率，具有成本低、操作簡單、適用面廣等優(yōu)點，目前應(yīng)加強研究微波和超聲波儀器操作參數(shù)對提取效果的影響。酶提取法和半仿生提取法因其萃取條件溫和、成本低廉，具有一定的優(yōu)越性。隨著提取方法日益多樣化，傾向于多方法的復(fù)合提取技術(shù)將備受青睞。揮發(fā)油提取技術(shù)將往成本低、品相高、污染小、綠色環(huán)保方向發(fā)展。

總之，艾葉揮發(fā)油的化學(xué)成分較復(fù)雜，各提取法所得的揮發(fā)油化學(xué)成分差異較大，工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)綜合考慮有效成分含量、揮發(fā)油收率及相應(yīng)的提取操作設(shè)備和生產(chǎn)運行成本等因素，結(jié)合實際情況來篩選最適合的提取工藝。