植物花香气成分提取方法的比较研究进展

包秀霞，廉 勇，包秀平

（1.呼和浩特民族学院环境工程系，内蒙古呼和浩特 010051；2.内蒙古农牧业科学院蔬菜研究所，内蒙古呼和浩特 010031；3.江西省进贤县三中，江西 南昌 331700）

植物香气成分是一个分子量较小的次生代谢物质，是挥发性的液体，在植物学界把它称之为植物精油。植物体中有很多精油类化合物，到目前为止，人们已知的含精油较丰富的主要植物为以下几个科类，分别是木兰科、柏科、桃金娘、禾本科、樟科、芸香科、姜科和龙脑香科等[1]。精油分布于植物的营养器官（根、莲、叶部），也分布于生殖器官（花、果），并且不同部位的精油含量有所不同。

有些植物的花、枝、叶、草、根、皮、茎、籽或果实等可作为天然香料。植物香气的种类较多，但植物花香的香气最为突出。因此，本文对植物花香气成分的提取方法进行比较，以便提供不同植物香气成分更有效的提取方法。

1 植物花香气成分提取方法的比较

对植物花香气的提取方法有很多，主要有压榨法、同时蒸馏-萃取法（SDE）、减压蒸馏萃取法（VDE）、顶空吸附法（HAS）、水蒸汽蒸馏法、吸附法、有机溶剂萃取法、超临界CO2流体萃取法（SFE）、微波萃取法和固相微萃取法（SPME）等[2-5]。

1.1 压榨法

据最新资料表明，利用压榨法生产的香精油，色泽为淡黄色液体，出油率较低，为1.0%～1.6%，但有较佳的气味，其香气更接近于天然鲜橘果香，压榨后的残渣仍可用水蒸汽蒸馏法提取得到部分橘油，压榨法适合于工业大规模连续生产柑橘香精油，是通常采用手工法或机械法施加压力后植物流出汁、液的一种方法，是一个传统而又简单的方法，一般柑橘属植物采用压榨方法[6]。人们常用的压榨法有海绵法、锉榨法和机械压榨法等，其中机械压榨法是应用最广的一种压榨法[7]。该提取方法最大优点为生产条件要求低，操作简单，能在室温条件下提取；该方法提取的精油成分主要有氧类化合物、醛类和萜类物质，最终提取的精油里可能含有杂质。

1.2 同时蒸馏-萃取法（SDE）

同时蒸馏-萃取法是对易挥发植物成分提取的一种方法，该方法先把水蒸汽和馏出液溶剂的蒸汽在密闭装置中充分混合，操作较方便，而且香气的回收率和提取率都较高[8]。同时蒸馏-萃取法是把低浓度的挥发性有机物浓缩成高浓度，该方法对生物体微量成分的提取效率较高，是一种全组分提取香精油的方法[9]。谢超等[10]采用这种方法萃取不同开放程度的腊梅花精油；熊敏等[11]提取蜡梅鲜花和干花中的挥发油时，采用了同时蒸馏-萃取法。SDE法是采用长时间的高温蒸馏，对提取植物花中沸点较高的挥发性、半挥发性成分更为有效，但对水溶性的成分提取效果不明显。

采用同时蒸馏-萃取法提取植物精油，仅需要少量的溶剂就可以实现对精油的高效率萃取，不但节约了成本，而且缩短了除去溶剂过程中所采用的高温加热的时间，可以实现对精油中易挥发组分较大程度的保留，无疑是精油提取较为理想的方法。

1.3 减压蒸馏萃取法（VDE）

李小福等[12]比较同时蒸馏-萃取与减压蒸馏萃取两种方法提取香气成分的检测结果可以看出，同时蒸馏-萃取法回收率高，重复性较好，有利于香气物质的定量分析；减压蒸馏萃取法虽然重复性和回收率较差，但能使香气物质在较低的温度下挥发逸出，避免香气成分在高温下可能发生的理化反应，可见减压蒸馏萃取法能较真实地反映香气成分的原始信息，可用于香气成分的初步定性分析。

减压蒸馏萃取法是一种常用的香气提取方法。提取主要步骤是首先把样品放入烧瓶中（连接于旋转蒸发仪），再加入蒸馏水，加热至微沸后停止，然后把烧瓶放入水浴锅中（温度50℃），减压蒸馏后收集冷凝液，再利用重蒸乙醚进行萃取。减压蒸馏萃取法是在较低温度下运行，因此避免了高温对植物花香气成分的影响，最终提取的植物精油能较好地反映原料的香气特征[13]。采用减压蒸馏萃取法提取植物香气成分时，消耗大量的样品和药品，而且样品处理时间也长。因此，该方法已经被其他提取方法所代替。

1.4 顶空吸附法（HAS）

早在20世纪70年代，Jennings等人首次报道了顶空气体捕集分析的方法，是直接取液体或固体物质中的挥发性成分的方法（联用气相色谱分析的一种方法），该方法分为静态和动态顶空分析方法。静态顶空分析方法——直接吸取样品顶空的气体注入气相色谱仪进行分析的方法，该方法主要定性分析于复杂样品挥发性成分，其优点是操作较简便，能省水、避免高沸点或非挥发性物质引起污染；缺点是所提取的香气量相对较少，限制了植物花中有些微量成分的提取。动态顶空法——对香气物质进行吸附浓缩后加热，采用GC-MS进行测定分析。朱旗等提取绿茶的香精油时采用了同时蒸馏-萃取法和顶空吸附法两种方法，并进行对比，结果表明，顶空吸附法提取的香精油具有绿茶的板栗香味，能较好地反映绿茶香气的特征，但在吸入空气的过程中也产生了一些反面作用[14]。虽然顶空吸附法能全面地反映植物花花香的真实成分，但对花香气的真实气味有一定的影响。因此，顶空分析技术的关键是如何富集足够浓度的试样。

1.5 水蒸汽蒸馏法

欧洲水蒸汽蒸馏技术早在16世纪已普遍应用于提取植物香精油实验过程中。水蒸汽蒸馏方法——先把植物组织放入蒸馏装置中，然后加蒸馏水，通过蒸馏挥发性成分，经过冷凝后获取植物的精油。该方法优点是：操作较简便、成本较低、提取量较大，至今大多数研究者们也采用该方法来提取植物香气成分，是目前实验室中对植物精油定量、定性分析最为广泛的一种提取方法。由于其具有设备简单、操作安全、不污染环境、成本低、避免了提取过程中有机溶剂残留对油质造成影响等特点，是有效提取植物挥发油的重要方法。但是，由于存在原料易受热、易焦化，或使成分发生变化，所得挥发油的芳香气味也可能变味，往往降低作为香料的价值等局限性，降低了其一定的使用价值[15]。

杨少馀[16]等对薰衣草香气成分提取时，采用了水蒸汽蒸馏法，提取了58种组分，并对水蒸汽蒸馏装置进行了优化、创新，该优化装置提高了精油出油率，降低了能耗，并保持了精油的品质。

1.6 吸附法

通常的吸附法分为油脂冷吸法、吹气吸附法和过柱吸附法。油脂冷吸法——首先把花蕾平铺于涂有脂肪基的玻璃板上24 h后，把脂肪基刮下来，然后用石油醚浸提，用乙醇进行低温条件下冷冻和过滤后除去脂肪和蜡，最终得理想的精油。吹气吸附法——是采用树脂来吸附，按照物质的相似相溶原理，吸附树脂骨架内表面性质不同的吸附物质，从而分离不同的香气。过柱吸附法——采用吸附能力强、化学稳定性好、力学强度高的活性炭作为吸附材料，可提取香气成分[17]。目前，已开发出了用微波加热辅以惰性气体吹扫放出吸附于活性炭的香气成分的装置，即热解析仪。同理，可把一些具有强扩散性的易挥发物质在低温条件下收集到冷捕管中，然后在常温下脱附，如郭友嘉等将parapak-Q制备柱插入到-30℃的半导体冷陷中，低温捕集到了茉莉花的头香，然后用重蒸乙醚收集香气成分，再于室温下短时间挥发乙醚[18]，此法需根据提取物质的不同选择合适的吸附剂。

1.7 溶剂萃取法

溶剂萃取法——低沸点的有机溶剂与植物材料放入提取器中，进行加热并提取，通过减压旋转蒸发除去溶剂，最后提取精油的方法。刘宝全等[19]对柚皮精油进行提取时，采用石油醚、正己烷和环己烷等三种有机溶剂进行了对比分析，结果表明，溶剂为石油醚的提取效率为最高。麦秋君[20]以乙醇为溶剂，采用GC-MS测定方法萃取桂花净油的香气成分，并分析出酮类、醇类、高级脂肪酸和酯类等成分。挥发性有机溶剂萃取法由于加工受热温度低，能保持植物原料原有的香气，化学稳定性强，可以提高精油质量。但挥发性有机溶剂萃取法也会造成浸提溶剂的残留，从而影响浸膏或精油的真实香气。

该方法优点为：设备较简单，提取率较高；缺点为：溶剂的消耗量较大，残留浸提溶剂，所以影响精油的真实香气。

1.8 超临界CO2流体萃取法（SFE）

超临界CO2流体萃取法在1975年就已应用于茶叶香气成分的提取，随着该法在应用上的不断发展，技术也越来越趋于完善[21]。因为CO2的临界温度为31℃，超临界CO2萃取法可以在接近室温的状态下对茶叶的香气物质进行提取，而且整个过程都是在CO2的笼罩下进行的，能有效地防止热敏性物质的氧化和降解，它萃取出来的香精油成分与原料中的几乎完全相同，但它对设备的要求较高。

目前，国外应用于植物精油萃取和天然产物开发上最广泛、最先进的萃取分离技术为超临界CO2流体萃取法，其中CO2是最常用的超临界流体。该方法设备投资较大，工艺技术要求较高。桂花、菊花[22]、含笑[23]等植物花提取香精油时，利用超临界CO2萃取技术萃取天然香精香料，可以有效地保持所提取芳香成分的纯度和天然香味。该方法与常规的水蒸汽蒸馏法和有机溶剂萃取法相比较，具有速度快、效益高、无污染、质量好、有选择性和适合热敏性及生物活性物质提取等优点，是一种具有潜在力的分离提取方法。

1.9 微波萃取法

微波辅助萃取是利用微波能加热来提高萃取效率的一种新技术，它是通过偶极子旋转和离子传导两种方式里外同时加热的技术[24]。微波萃取法具有设备简单、适用范围广、萃取效率高、节省试剂和污染小等优点，可以避免长时间高温引起的物质分解，升温快速均匀，大大缩短萃取的时间[23]。李焱等人采用微波萃取法、水蒸汽蒸馏法和同时蒸馏-萃取法提取花椒叶中挥发油，结果显示，微波萃取法的提取率为最高。早在20世纪20年代末，Jean等对薰衣草精油进行提取时，采用微波提取法，并获得了比水扩散技术多的乙酸芳樟醋和芳樟醇。研究者们对微波辐照诱导萃取法与常规蒸馏法和萃取法之间进行了比较研究，结果显示，微波辐照诱导萃取法提取到的精油品质为最佳。

1.10 固相微萃取法（SPME）

固相微萃取法是采样、萃取、浓缩的非溶剂型萃取的先进综合技术，首先从样品中或样品上方的顶空气体中直接吸附萃取的待测物，然后在色谱仪上进行分析。由于萃取头和温度的不同，香气成分提取率也有差异，曹慧等[25]从金桂中分析出20种香气成分，采用了50/30 um DVB/CAR/PDMS萃取头。Li等[26]对腊梅花挥发油进行提取时，采用了顶空固相微萃取技术。该方法优点为：检测速度快、操作简便而且不用溶剂；主要提取挥发性、半挥发性物质时使用该方法的较多。Wang等[27]从桂花花朵香气中检测出了11种化合物（分子量＞250），主要采用固相微萃取法。李祖光等[28]在室温条件下测定了桂花花朵的香气成分，主要采用固相微萃取法，最终提取的化合物（分子量＞250）很少。

2 不同提取方法的比较

不同的提取方法对植物花香气成分的提取率存在一定的差异，各有利弊。如压榨法所提取得到的植物精油主要成分为含氧类化合物、醛类及萜类物质，该物质在高温条件下很容易被破坏或变质；同时，蒸馏-萃取法采用长时间高温蒸馏，对提取植物花中沸点较高的挥发性、半挥发性成分更为有效，但对水溶性成分的提取率相对较低；减压蒸馏萃取法对植物花香气物质的提取需要大量的试样和试剂，而且样品处理周期也较长；顶空吸附法在一定程度上能反映出植物花花香的真实成分，但对植物花香气还有一定的影响；水蒸汽蒸馏法因要求的温度过高导致鲜花内一些芳香物质被破坏，该方法操作简单、成本低、产量大；溶剂（如石油醚、乙醇）萃取法能保留植物花的主要香气成分，最后残留下的有机溶剂影响花香成分的真实性；微波蒸馏萃取法的提取率较高，其中有效成分比例较低，也影响植物花朵的香气成分；超临界CO2萃取法的优点为提取香气成分的相对含量高于其他的提取法，且香气成分更浓郁逼真，缺点为要求高档次设备，因此很难产业化；固相微萃取法由于采用的萃取头和温度的不同，植物花香气成分提取率有所差异。

3 展望

香气作为花朵重要品质指标之一，越来越受到人们的关注，植物花香气提取技术正在趋于完善和成熟，但仍然受到温度、压力等因素的影响。现有的提取方法在生产中都具有一定的可行性，但是都存在一定的不足。因此，我们要利用各种提取方法的优点来综合分析植物花香气的全组分。

近年来，利用基因工程的方法改良植物花香已有报道，如腊梅的法呢基焦磷酸合成酶基因[29]、白姜花的倍半萜合成酶基因[30]等花香基因相继被克隆。因此，为了更完整地提取不同植物花香气成分，本研究对前人研究的植物花香气成分的提取方法进行了比较，并探索适合于各类花香气成分提取的综合性、创新性的方法。

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