植物中挥发性风味物质提取工艺及组分分析研究进展

潘宏伟，周鸿立

(吉林化工学院 化学与制药工程学院，吉林 吉林 132002)

芳香植物的挥发油通常由许多风味物质组成[1-3].虽然从水果、蔬菜、中药等提取分离天然风味物质提取率低、成本高，但从卫生、安全角度考虑，人们依然倾向于天然物质，在各个行业的应用越来越多.这些风味物质主要由萜烯类及其含氧衍生物类、无环和环状化合物、芳烃、酚、硫和氮的化合物等组成，对其挥发油的气味和味道的形成起到了重要的作用[4].传统提取挥发油的工艺方法应用广泛、对设备要求较低，但得率低、能耗大、在提取过程中易造成环境污染等缺点.现代新型提取技术有更新换代之势，主要的方法有：超临界流体萃取法、固相微萃取法、超声波辅助和同时蒸馏萃取法等.尽管这些提取工艺的原理都有所不同，但最终目的都是为了提高植物中挥发性风味物质的纯度与活性.

挥发油中芳香物质在多数情况下是复杂的混合物，由一些挥发性芳香物质和不挥发的物质组成[5].其中嗅觉感觉到的物质取决于挥发性芳香物质的种类和含量.植物中的风味物质是由多种芳香挥发物质共同作用的结果，但其典型香味仅决定于一种或极少数几种特定挥发性物质[6].本文对近年来植物中挥发性风味物质的提取工艺及化学组成研究进展进行综述.

1　传统提取法

1.1　水蒸气蒸馏法(Hydrodistillation)

水蒸气蒸馏法是指将样品粉碎或者经过适当的预处理，浸泡一段时间后直接加热蒸馏，植物中的挥发性成分可以随水蒸气蒸馏带出，具体可分为水中蒸馏法、水上蒸馏法、直接蒸汽蒸馏法、水扩散蒸汽蒸馏法(近年国外应用的一种新颖的蒸馏技术).蒲凤琳等[7]采用水蒸气蒸馏法分别提取四川汉源青花椒、红花椒的挥发性物质，经GC-MS鉴定分析得出两种花椒中具有特征性香气物质基本相同，其中汉源青花椒中芳樟醇的含量要比红花椒中的高.引起两种花椒香气差异的主要原因可能是汉源红花椒中的酯类物质比汉源青花椒的含量高.

罗勒为药食两用芳香植物，其特殊香味特征主要被用作调香原料及食用香精等.Santosh Shiwakoti[8]等用水蒸气直接蒸汽蒸馏法和水中蒸馏法提取了罗勒(O.basilicum)和圣罗勒(O.tenuiflurom)中的挥发油，表1分析对比了两种方法的提取率、挥发油主要化学组份.

由表1可以看出，不同的提取方法挥发油的组成和提取率有差异，水蒸气蒸馏法具有设备简单、操作容易、成本低等优点.需注意温度过高挥发油会变质，建议在提取过程中要根据所提植物的性质以及所需挥发性风味物质的成分的需求来选择提取方法.

表1　两种水蒸气蒸馏法对罗勒、圣罗勒挥发油提取率及其主要成分对比

1.2　溶剂萃取法(Solvent extraction)

溶剂法[9]常采用石油醚(30～60 ℃)、乙醚、四氯化碳等有机溶剂连续提取或回流提取，常压蒸馏或者减压蒸馏回收有机溶剂后即得含有植物蜡类等物质的浸膏.刘金磊等[10]采用冷冻乙醚提取新鲜罗汉果风味物质并用GC-MS分析分离出42个组份，鉴定出26种化合物.相对质量分数较高的组分是2-甲基-2-丁酸丁酯(30.76%)、2,4-乙酰氧戊烷(11.05%)、2-庚醇(10.58%)、乙酸丁酯(4.93%)、正己醇(3.81%)、醋酸仲丁酯(3.05%).该法较水蒸气蒸馏法提高了新鲜罗汉果风味物质的提取率，但溶剂萃取法成本较高，有机溶剂用量大，不宜于工业化生产，现多用于实验室.

2　植物挥发性风味物质的现代提取法

2.1　同时蒸馏萃取法( Simultaneous Distillation Extraction)

同时蒸馏萃取法[11]是将样品蒸气与萃取溶剂蒸气同时进行混合蒸馏、萃取的提取方法.

孙玉琼等[12]采用简易同时蒸馏萃取法提取八角茴香中的挥发油，同时蒸馏萃取法和水蒸气蒸馏法挥发油平均收率分别为7.30%和6.67%，该法较水蒸气蒸馏法平均收率提高了0.63%.经GC-MS测定分析，两种方法所提取挥发油组分含量基本一致.同时蒸馏萃取法重现性较高、收率高，具有很明显的优势.Yin Zhu等[13]采用同时蒸馏萃取法结合气相-质谱分析了55种西湖龙井茶，鉴定出78种成分，其中37种与其香气品质密切相关.实验结果改善了茶叶香气的科学认知并为其质量的改善和控制奠定了基础.同时蒸馏萃取法具有可以减少样品在转移过程中的损失、节约溶剂、缩短实验步骤的优点.但是在某些挥发性风味物质提取分析方面的敏感度较低，不如固相微萃取等方法[14].

2.2　超临界流体萃取法(Supercritical fluid extraction)

超临界流体萃取法是用超临界流体作为萃取溶剂将一种成分(目标萃取物)从另一种(基质)中分离出来的方法.该法比传统的提取方法具有更多的操作优势.因为超临界流体具有低粘度和较高的扩散系数，比液体更容易通过植物物料内部进行扩散，可以大大提高植物中挥发性风味物质的萃取率[15].二氧化碳超临界萃取可以避免受热、氧化分解，保持其活性成分，故可用于萃取小分子、低极性、亲脂性活性物质.该方法可对多种较复杂的混合物进行提取分离，对具风味及香气的香料研究应用广泛，效率高.如：辣椒、生姜、多香果等[16].SFE法提取植物中挥发性风味物质总结见表2.

表2　SFE在提取植物中挥发性风味物质的应用

超临界流体萃取法较传统的溶剂萃取有许多优点，包括萃取速度快、选择性广、清洁度高、低溶剂量等.提取的风味物质易分离且在萃取过程中可以保持挥发油的活性成分，不会有溶剂残留.但由于提取设备、器材等数量较庞大，且价格昂贵，所以使用时需要考虑生产成本.

2.3　超声波辅助提取法( Ultrasound-assisted extraction)

超声提取法是利用超声空化作用、机械效应和热效应等，破碎植物细胞的细胞壁、细胞膜，使溶剂渗透到药材的细胞内或使细胞内的化学成分扩散到细胞外，从而使更多的细胞内含物溶解到溶剂中[23].

Carla Da Porto等[24]分别采用超声辅助结合真空蒸馏提取法与传统的水蒸气蒸馏法两种方法提取不同品种留兰香.挥发性风味物质的提取率前者为0.04～0.13%，后者为0.01～0.02%.经GC-MS分析鉴定，使用超声辅助结合真空蒸馏提取法得到的风味物质浓度要更高，这是由于含氧化物多，含量增加了5～8倍.

超声波辅助提取法具有缩短萃取时间，减少有机溶剂的消耗，操作简单易行，节约能源和成本等优点，最终可以得到纯度较高产品.随着现代提取技术与设备的发展，超声辅助提取衍生出多种创新技术，如超声辅助索氏提取法、超声波辅助结合真空蒸馏装置，连续超声辅助提取，并结合超声波与其他技术，如微波、超临界流体萃取等[25].

2.4　固相微萃取法(Solid-Phase Micro extraction)

固相微萃取技术是集采样、分离、浓缩于一步的简单有效的样品制备技术[26].此法较常规操作简单、成本低、溶剂消耗低、灵敏度高且测定快速、高浓缩、易实现自动化.Gonçalves.J等[27]利用顶空固相微萃取法结合气质联用技术对啤酒花挥发油成分进行分析，该方法鉴定出27种萜类代谢产物，占啤酒花挥发油总萜类成分的92.5%，为啤酒花挥发油进一步开发与利用提供了数据支撑.毛雪金等[28]采用固相微萃取法提取赣南脐橙果皮和果肉中的风味物质，经GC-MS分析鉴定得出果皮和果肉中的化学物质分别为42和45种，其中烯烃类、醇类、酯类依次为果皮中主要的挥发性风味物质，而烯烃类、酯类、醇类依次为果肉中主要挥发性风味物质，虽然两者的主要成分均为柠檬烯，但是其相对含量是有区别的，前者为41.87%，后者为49.32%.

由于固相微萃取法的高灵活性，使其在植物挥发性风味物质的分析中应用越来越广泛，为其在今后的综合开发和利用提供了科学合理的依据.

3　结　　论

随着食品行业对风味物质的需求日益增多，其提取工艺研究和应用成为现代生产制造过程中的重要环节.传统提取方法技术成熟，应用较普遍，但存在提取率低、能耗高、污染大、步骤复杂等问题.新型提取方法利用先进的仪器设备能在比较温和的条件下，较大程度提高植物中挥发性风味物质的产率和纯度，污染少、能耗低，但存在着成本高、难以规模化生产等问题.每种方法各有优缺点，应根据植物中风味物质的化学成分和生物活性筛选最适合的提取方法，同时应该结合生产中的实际情况开展研究，并对生产中现有的提取工艺及提取设备进行进一步优化.因此一方面可以进一步完善一些新的提取技术的工艺和参数，同时可以采用多种提取方法联合，使其提取向低能耗、无污染、高纯度的方向发展.

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