陳皮揮發(fā)油提取、成分分析及應用的研究進展

李俊健，林錦銘，高杰賢，黎攀，杜冰,2*

(1.華南農(nóng)業(yè)大學 食品學院，廣州 510642；2.嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室，廣州 510642)

陳皮(Citrireticulataepericarpium)是蕓香科植物CitrusreticulataBlanco及其栽培變種的成熟干燥果皮，作為我國的傳統(tǒng)藥材被收載于《中國藥典》，是一種藥食同源的植物性食材，因其具有理氣健脾、燥濕化痰等功效而被廣泛應用。

陳皮的化學組成成分較多，主要活性物質(zhì)包括黃酮類、揮發(fā)油類、生物堿類、多糖類等，其中揮發(fā)油是重要的藥效成分，主要包括D-檸檬烯、γ-松油烯、β-月桂烯、α-蒎烯等，具有抗菌、抗炎、抗腫瘤、平喘鎮(zhèn)咳等功效[1]。陳皮揮發(fā)油主要集中于外果皮中，屬于柑橘類精油，氣味芳香宜人，作為一種重要的香原料和抗氧化劑已被廣泛應用于食品、藥品、衛(wèi)生等領域[2-4]。陳皮揮發(fā)油具有廣泛的應用價值，本文對陳皮揮發(fā)油的提取方法、成分分析及應用研究進展進行了綜述，為該揮發(fā)油的進一步開發(fā)利用提供了理論依據(jù)。

1 陳皮的品種及分布

《中國藥典》明確記載，陳皮分為陳皮和廣陳皮；其中陳皮的栽培變種有大紅袍(Citrusreticulata“Dahongpao”)、溫州蜜柑(Citrusreticulata“Unshiu”)和福橘(Citrusreticulata“Tangerina”)；廣陳皮則來源于茶枝柑(Citrusreticulata“Chachi”)，常三瓣相連，對光透視點狀油室透明清晰，質(zhì)地較為柔軟[5]。陳皮在全國各地均有分布，其中又以廣東、四川、福建等地的產(chǎn)量最為豐富；茶枝柑主產(chǎn)于廣東新會，故廣陳皮也被稱為新會陳皮，傳統(tǒng)認為新會陳皮為道地藥材。不同品種和產(chǎn)地的陳皮雖然藥理作用相差不大, 但其在化學成分組成和含量上仍有差別[6]。

2 陳皮揮發(fā)油的提取方式

目前常用的陳皮揮發(fā)油提取方法有水蒸氣蒸餾法、共水蒸餾法、超臨界CO2萃取法、連續(xù)相變萃取法和酶解輔助法5種，各種方法的提取率相差較大且純度不一。一般陳皮揮發(fā)油的提取率取決于陳皮的品種，皮的厚薄和皮上油泡數(shù)量及油泡含油量的多少。

2.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法(steam distillation，SD)是最常見的揮發(fā)油提取方法之一，原理是利用水沸騰產(chǎn)生水蒸氣，將揮發(fā)性成分一同蒸餾出來后冷凝收集，該方法操作簡便，適合大規(guī)模生產(chǎn)使用，但存在著高溫破壞部分揮發(fā)性物質(zhì)使香味失真、提取用時過長和水蒸氣分布不均勻的缺點。李瑞明等[7]研究表明最佳提取工藝為蒸餾水浸泡1 h，料液比1∶8，蒸餾5 h，此條件下?lián)]發(fā)油得率為5.41%。陳琳等[8]利用響應面法研究陳皮揮發(fā)油提取率，結(jié)果表明最佳工藝條件為粉碎后陳皮過60目篩，10倍液料比，提取5 h，此條件下?lián)]發(fā)油得率為3.40%。

2.2 共水蒸餾法

共水蒸餾法(water distillation)是將原料完全浸泡于水中并加熱至沸騰，水蒸氣和揮發(fā)性成分共同被餾出分離而得到揮發(fā)油的一種方法，常被應用于實驗室中，該方法設備簡單便宜，缺點是長時間的高溫和水解作用會使熱敏性揮發(fā)性物質(zhì)發(fā)生變化，導致香味變差。Clevenger分離器是共水蒸餾法中最普遍使用的精油分離器，高蓓[9]的研究改進了Clevenger分離器并與原Clevenger分離器進行了對比，結(jié)果表明在水蒸氣蒸餾2 h的工藝條件下，改進的Clevenger分離器可顯著提高廣陳皮揮發(fā)油的出油率，且各年份廣陳皮揮發(fā)油得率差異較大。

2.3 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法(supercritical CO2extraction，SFE)是一種綠色的揮發(fā)油提取技術(shù)，其操作溫度相對較低，因此適合于熱敏性物質(zhì)的提取，現(xiàn)已被廣泛應用于中藥揮發(fā)油提取領域。CO2極性類似于正己烷，該技術(shù)實質(zhì)上為溶劑提取法，該提取方法能最大限度地保持揮發(fā)油的香氣，缺點是生產(chǎn)設備昂貴，提取所得揮發(fā)油包含了其他非極性物質(zhì)，因此質(zhì)地較為黏稠，顏色深，需要結(jié)合其他分離手段進行精制。黃景晟等[10]研究表明，最佳提取工藝為萃取溫度35 ℃,萃取壓力16 MPa，萃取時間120 min，原料顆粒度為陳皮粉碎過30目篩,在此條件下，陳皮揮發(fā)油得率為3.96%。廖金花等[11]研究對比了超臨界流體萃取法和水蒸氣蒸餾法提取到的陳皮揮發(fā)油，結(jié)果表明SFE揮發(fā)油主要成分是相對分子質(zhì)量較大、揮發(fā)性較弱的棕櫚酸，SD揮發(fā)油主要成分則是相對分子質(zhì)量較小、揮發(fā)性較強的D-檸檬烯，兩種方法所得揮發(fā)油成分不完全相同，且SFE法揮發(fā)油的提取率比SD法高。

2.4 低溫連續(xù)相變萃取法

低溫連續(xù)相變萃取法是在45 ℃左右低溫和0.2～2 MPa較低壓力下，使用氣-液連續(xù)相變的萃取溶劑對原料進行萃取，經(jīng)減壓蒸發(fā)氣化分離得到揮發(fā)油的一種技術(shù)。該技術(shù)可以在室溫條件下對原料進行連續(xù)的逆流萃取，不會對熱敏性物質(zhì)產(chǎn)生破壞。周國海等[12]優(yōu)化了低溫連續(xù)相變萃取法提取陳皮揮發(fā)油的工藝，結(jié)果表明最佳工藝為原料顆粒度40目,萃取時間70 min, 解吸溫度75 ℃,萃取溫度30 ℃,萃取壓力0.5 MPa，此工藝下?lián)]發(fā)油得率為3.31%，形態(tài)為黃色至紅棕色的半固體膏狀物。

2.5 酶解輔助法

酶解輔助法是在水蒸氣蒸餾法的基礎上，加入適宜的酶(一般為纖維素酶)以提高揮發(fā)油得率的一種方法。在酶的作用下，植物細胞壁組織水解,有效成分溶出，酶解法不僅能提高揮發(fā)油得率, 且無需特殊設備、操作簡便，目前已有相關(guān)文獻報道利用酶解法輔助提取植物原料中的精油[13]。周容等[14]公開了一種使用酶解輔助提取陳皮精油的方法，其使用β-葡聚糖酶、纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶組合成的復合酶對陳皮進行酶解，隨后進行連續(xù)回流提取3 h，陳皮精油得率最高為2.37%，GC-MS結(jié)果顯示酶解法比水蒸氣蒸餾法提取出了更多的揮發(fā)性成分，有助于豐富陳皮精油的香氣。

綜上所述，陳皮揮發(fā)油的提取工藝均存在著不同的優(yōu)缺點(見表1)，生產(chǎn)上可以結(jié)合實際情況進行選擇。

表1 陳皮揮發(fā)油提取工藝優(yōu)缺點比較Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of essential oils extracted from Citrus reticulata Blanco

3 陳皮揮發(fā)油的成分分析

陳皮揮發(fā)油的成分及含量與陳皮的不同品種、貯藏時間、炮制方法和揮發(fā)油提取方式息息相關(guān)。

3.1 陳皮品種對成分的影響

不同品種的陳皮是決定其揮發(fā)油香氣成分的基礎。楊元豐等[15]對《中國藥典》中4個品種來源的陳皮揮發(fā)油成分進行了GC/MS檢測和主成分(PCA)與聚類分析，結(jié)果表明4個陳皮樣品中的揮發(fā)油化學成分組成基本相似，但同一地區(qū)不同品種、不同地區(qū)不同品種的樣品相似性均存在較大差異，茶枝柑樣品與其他陳皮樣品的α-蒎烯、β-蒎烯、g-萜品烯、萜品油烯、D-檸檬烯含量區(qū)分明顯。何靜等[16]采用GC/MS對廣陳皮精油的特異性進行分析，提取廣陳皮和來自廣西、浙江、四川地區(qū)陳皮的精油，其中廣陳皮精油含量更高，組分種類也遠比其他地區(qū)陳皮豐富；廣陳皮精油中還檢測出了特征性化合物2-(甲氨基)苯甲酸甲酯、2,6,6-三甲基雙環(huán)庚-2-烯和6,6-二甲基-2-亞甲基-雙環(huán)庚烷。陳彤[17]應用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)、相似度分析法和PCA分析法尋找不同產(chǎn)地陳皮揮發(fā)油之間的相似性及差異性，結(jié)果表明不同產(chǎn)地陳皮揮發(fā)油得到了良好區(qū)分，其中左旋-α-蒎烯、α-法尼烯、β-蒎烯和大根香葉烯變化較大，可作為分類陳皮揮發(fā)油產(chǎn)地和質(zhì)量指標。由此說明不同品種的陳皮揮發(fā)油成分種類和含量不盡相同，廣陳皮與陳皮的揮發(fā)油存在著差異，這也為廣陳皮的獨立區(qū)分提供了證據(jù)。

3.2 貯藏時間對成分的影響

“一兩陳皮一兩金，百年陳皮勝黃金”，陳皮的貯藏時間是決定其價格和消費者購買意愿的重要因素，陳皮素有“陳久者良”的說法。段慶[18]研究發(fā)現(xiàn)新會陳皮的揮發(fā)油含量隨著存儲時間的延長呈下降趨勢。梁天一等[19]采用氣相-離子遷移譜(GC-IMS)技術(shù)分別比較了新會陳皮貯藏1，3，7，12年的揮發(fā)性風味物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)糠醛、環(huán)己酮、庚醛、1-丁醇、己醛、2-己醇等為共同風味物質(zhì)；1年陳皮的萜烯類物質(zhì)的含量相對較少，12年陳皮的特征性風味物質(zhì)松油醇和芳樟醇明顯高于其他3個年份，3年和7年的陳皮風味物質(zhì)較為相似，主要風味物質(zhì)為松油醇、癸醛、庚醛等；樣品陳皮最主要的風味物質(zhì)還是醇、酮、醛三類，但是不同陳化年份陳皮的揮發(fā)性風味物質(zhì)差異顯著。丘芷柔等[20]以1978年、2000年、2013年陳皮為原料，采用頂空固相微萃取結(jié)合GC-MS的方法檢測出了44種揮發(fā)性成分，隨著陳皮貯藏年限的延長,揮發(fā)性物質(zhì)的種類會明顯增多, 其中以烴類、醛酮類和酚類等物質(zhì)變化最為明顯。陳榮榮[21]對不同陳化年份陳皮的香氣和揮發(fā)油組分進行了系統(tǒng)比較；感官評價結(jié)果表明不同陳化年份的陳皮在果香、油味和霉味強度上存在顯著差異；不同年份陳皮香氣多數(shù)為萜烯類、醇類及醛類化合物，陳化3年陳皮中檢測到特征性組分橙花醇、2,4-癸二烯醛及乙酸橙花酯，而陳化10年陳皮揮發(fā)油中α-甜橙醛及N-甲基鄰氨基苯甲酸甲酯相對含量明顯高于其他年份陳皮樣品。陳皮的貯藏時間對其香氣成分的變化有著顯著影響，眾多研究表明醇類、酚類、醛酮類及萜烯類化合物的變化是陳皮香氣變化的物質(zhì)基礎，為陳皮的“久置醇香”之說提供了科學依據(jù)。

3.3 炮制方法對成分的影響

最早被記錄在冊的陳皮炮制方法“去赤脈,去瓤”出現(xiàn)在唐代孫思邈的《備急千金要方》中，在隨后的1400多年間，陳皮的炮制方法逐漸發(fā)展至20余種，以滿足在臨床上的不同需求。《中國藥典》中陳皮的炮制方法為“除去雜質(zhì),噴淋水,潤透,切絲,干燥”，其余地方的中藥炮制規(guī)范還有蒸制、麩炒、土炒、鹽制、蜜制等方法，經(jīng)不同炮制方法制得的陳皮在揮發(fā)油的含量及成分上均有不同的變化[22]。潘盼盼等[23]利用GC/MS對比醋制、麩炒、蜜制、土炒4種炮制陳皮的揮發(fā)油成分的種類及其差異，發(fā)現(xiàn)4種炮制陳皮中測得的揮發(fā)性成分共有180種，其中含量最高的揮發(fā)性成分均為D-檸檬烯，其他含量較高的還有麩炒中的(4R)-1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)-環(huán)己烯，土炒中的萜品烯，蜜制中的松油醇；通過不同輔料炮制后揮發(fā)油新增成分達94種。姜瓊等[24]研究對比了噴水切絲干燥和蒸制后干燥兩種不同炮制方法的陳皮揮發(fā)油成分，發(fā)現(xiàn)蒸制后陳皮揮發(fā)油含量下降，新增了古巴烯、檜烯、香茅醇等9種化合物，麝香草酚、4-蒈烯、橙花醇等9種化合物消失。以上說明陳皮的炮制對其揮發(fā)性成分的影響較為顯著，這可能是影響不同陳皮炮制品藥效作用的物質(zhì)基礎。

3.4 提取方式對成分的影響

通過不同的制備方法得到的陳皮揮發(fā)油成分有所不同，其中以超臨界CO2萃取法和低溫連續(xù)相變萃取法得到的揮發(fā)油成分最復雜，除了萜烯、醛酮、醇類等化合物外，還包含脂肪酸及其酯類等脂溶性成分。陳琳等用水蒸氣蒸餾法制得的陳皮揮發(fā)油主要成分為D-檸檬烯、散花烴、γ-萜品烯等，GC/MS鑒定出來的化合物共有40個；黃景晟等用超臨界CO2萃取法制得的陳皮揮發(fā)油鑒定出了31種化合物，含量較高的分別有9,12-十八烷二烯酸甲酯、反-9-十八碳烯酸甲酯及亞麻酸甲酯等。

續(xù) 表

4 陳皮揮發(fā)油的應用

因陳皮揮發(fā)油具有抗氧化、抑菌、抗腫瘤、護肝、減輕消化道潰瘍等作用而被廣泛應用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領域，其藥理作用與揮發(fā)油主要成分有一定的關(guān)系，其主要活性成分見表2。

表2 陳皮揮發(fā)油主要活性成分結(jié)構(gòu)及其功能Table 2 The structure and function of main active components of essential oils from Citrus reticulata Blanco

4.1 在食品方面的應用

陳皮是藥食同源食物，既可以作為中藥使用，也可以應用在日常的飲食烹飪中。陳皮經(jīng)過精深加工可制成陳皮酵素、柑普茶等產(chǎn)品，產(chǎn)品的香味和保健功能與陳皮揮發(fā)油息息相關(guān)。在食品工業(yè)中，陳皮精油具有重要用途，原理是基于它的抑菌性和增香性。He Qi等[25]用提取出來的陳皮揮發(fā)油對新鮮鯛魚進行浸泡保鮮試驗，結(jié)果表明陳皮揮發(fā)油可以有效減緩魚肉的水分、微生物、感官和質(zhì)構(gòu)等特性變化，提示陳皮揮發(fā)油對水產(chǎn)品有良好的保鮮作用。Wilma du Plooy等[26]研究發(fā)現(xiàn)部分萜烯類化合物抗青霉菌活性較強，水果經(jīng)精油涂抹保護后水分損失明顯降低。除了延長食品的貨架期，陳皮精油還可以作為天然香料添加至食品中，賦予食品和飲料天然的陳皮香氣。

4.2 在醫(yī)藥上的應用

陳皮揮發(fā)油在醫(yī)學上有一定的用途，其抗氧化能力隨著陳皮儲存時間的延長而增強，并且對革蘭氏陽性菌具有較強的抗菌活性[27]。陳皮的黃酮類物質(zhì)抗腫瘤活性已被研究較多，但較少有陳皮揮發(fā)油抗腫瘤的報道；曾臣紅等[28]證實了陳皮揮發(fā)油可抑制卵巢癌HO-8910PM細胞的增殖,并通過活化Caspase-3酶、改變細胞膜通透性等方式導致癌細胞的凋亡。此外，陳皮揮發(fā)油還有促消化、止咳祛痰等功效，是日常保健、治療消化不良和痰多咳嗽的佳品。

4.3 在農(nóng)業(yè)上的應用

植物精油是一種天然的次生代謝產(chǎn)物，具有廣譜的殺蟲活性，其含有的多種揮發(fā)性物質(zhì)可以抑制昆蟲的發(fā)育、進食、產(chǎn)卵等行為，是一種天然綠色的殺蟲劑。章振等[29]研究發(fā)現(xiàn)陳皮精油對小菜蛾的孵卵行為產(chǎn)生了抑制作用，因此陳皮精油可用于小菜蛾的綠色防控中。陳皮精油中含有的芳樟醇對許多昆蟲具有毒性、產(chǎn)卵威懾性和驅(qū)避性，可以作為環(huán)保型昆蟲控制劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)農(nóng)藥，具有廣泛的應用潛在價值[30]。

4.4 在其他方面的應用

陳皮揮發(fā)油在香精、化工、衛(wèi)生等領域也有著巨大的潛在應用價值。楊雪燕等[31]開發(fā)了一種陳皮電子煙霧化液，將陳皮精油按照一定配比加入電子煙霧化溶劑中，可以賦予電子煙陳皮頭香香氣特征并增加電子煙的香氣豐滿度，GC-MS數(shù)據(jù)顯示陳皮精油中的有效成分能隨著電子煙煙液加熱產(chǎn)生的蒸氣進入口腔，有望在享受抽吸感的同時達到一定的止咳化痰療效。陳皮精油對人腦電波和睡眠活動有促進影響，實驗結(jié)果表明陳皮精油具有鎮(zhèn)靜作用，吸入一定量的精油將會使腦電波發(fā)生變化，有助于改善人的睡眠活動[32]。葛永紅等[33]開發(fā)一種空氣清新劑模型，對比研究了5種中藥揮發(fā)油對大腸桿菌等有害菌的體外最低抑菌濃度，結(jié)果顯示陳皮揮發(fā)油的最低抑菌濃度為1 g/mL,與薄荷揮發(fā)油效果一致。

5 展望

近年來，隨著人們健康意識的提升，陳皮作為一種傳統(tǒng)的藥食同源食物，對其活性成分進行分離提取研究具有廣泛的潛在應用價值，也為陳皮產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了機遇和挑戰(zhàn)。陳皮揮發(fā)油作為其發(fā)揮化痰止喘、健脾開胃功能的主要成分，已被研究得較為深入，但是對于陳皮揮發(fā)油的產(chǎn)品開發(fā)及其他活性物質(zhì)的分離提取還有待進一步的研究，今后可將研究重點放在陳皮揮發(fā)油的代謝途徑、風味解析和二次加工產(chǎn)品開發(fā)上。另外,陳皮揮發(fā)油成分受品種、儲存時間、提取方式等因素影響較大，下一步有必要對陳皮優(yōu)良品種的果樹進行育種和栽培工作，以保證陳皮揮發(fā)油的活性與功效。