艾叶挥发油提取工艺研究进展

林珍红，林 斌，张星春，郭剑恩

（闽江师范高等专科学校 化学与生物工程系，福建 福州 350100）

1 艾叶挥发油概述

挥发油又称精油，是艾叶的主要成分之一，是一类具有与水不相混溶，可随水蒸气蒸馏的挥发性油状液体的总称。外观性状为黄色、草绿色或蓝色的澄明油状液体。其成分十分复杂，随着色谱质谱联用检测技术的日益成熟，目前研究发现的艾叶挥发油成分接近100 种，主要为萜类及其含氧衍生物及少量的醛、醇、酮及芳香类化合物。其丰富的化学成分赋予挥发油多样的药理作用，具有平喘、镇咳、祛痰、抗菌和防过敏等作用[1]。本文就挥发油提取方法作如下阐述，旨在为挥发油药效成分提取的研究提供思路。

2 艾叶挥发油提取工艺

2.1 水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法（Steam Distillation,SD）作为挥发油测定法收录于《中华人民共和国药典》各版本中。目前艾叶挥发油化学成分分析研究中，对挥发油的提取多采用该法。文献[2-4]进行正交试验设计，结果均表明蒸馏（提取）时间对挥发油产率的影响很大，在提取工艺的研究中应作为重点考察因素。

陈志慧[5]从柑桔皮中提取香精油的改进实验中发现，加入3%的NaCl 可将出油率提高20%。尹彬彬[6]向水提取液添加果胶酶和氯化钠，比未经处理的得率提高了22.7%。分析原因：NaCl 的添加，可改变体系的渗透压，有利于活性成分的渗出。由此可见，强电解质的加入对水蒸气蒸馏法提取挥发油工艺的改进具有一定的可行性，目前相关研究较少，有待进一步实验探究。

水蒸气蒸馏法由于设备装置简单，运行成本低，环境污染小，无有机溶剂残留等特点，是中草药挥发油提取的有效方法。但由于提取过程中温度较高，时间较长，造成原料中的热敏性组分易被破坏及低沸点挥发性成分损失，同时该法所得挥发油收率低，一定程度上降低该法的使用价值。刘继鑫[7]等在药材的选择、处理和蒸馏提取设备等方面分析探讨水蒸汽蒸馏法存在的影响因素，并提出在中药挥发油的提取中首先要多方面了解和控制原料药的质量，合理的进行样品预处理（包含贮存、干燥和浸泡等），并改进实验设备（例如选择容量大、蒸汽可持续供应的水蒸气发生器、合理选择导气管和加热源等），以完善挥发油的水蒸气提取方法。

2.2 溶剂法

2.2.1 溶剂萃取法

溶剂萃取法(Solvent Extraction，SE)采用相似相溶原理，根据溶解性差异，合理选择对有效成分溶解度大、对非活性成分溶解度小的溶剂，将有效成分从药材组织内提取出来的方法称为溶剂提取法。目前，用于艾叶挥发油提取常见的溶剂:正己烷、乙醇、石油醚、异丙醇、乙醚等。

李玲等[8]采用正己烷为回流提取溶剂，该法提取所得艾叶的主要有效成分桉油精相对含量（13.21%）最高，进一步佐证了《中国药典》用正己烷回流提取艾叶中的桉油精，并将其含量作为艾叶质量控制标准的科学性。

何正有等[9]分别采用水蒸气蒸馏法和石油醚提取法，所得艾叶挥发油收率为0.86%和2.08%，挥发油收率得到大幅度提高。但是用石油醚提取法得到的挥发油产品品质较差，几乎无香味，提取的挥发油活性成分种类较少，杂质较多，药用价值不高。

综上，溶剂法作为一种传统的挥发油提取方法，操作简单，挥发油提取收率高，后期的研究应着重提高挥发油的品质。

2.2.2 加速溶剂法

加速溶剂萃取法（Accelerated Solvent Extraction,ASE）是通过高温和加压，使活性成分从基体上的脱附和溶解动力学过程加快，从而缩短萃取时间。其突出的优点是有机溶剂用量少、萃取时间短、回收率高，在环境、食品药品和高分子工业等领域得到广泛应用。陈军辉等[10]比较了加速溶剂萃取法、水蒸气蒸馏法、超声波提取法及索氏提取法对木香挥发油的提取效果，结果表明加速溶剂萃取法对木香挥发油的提取效果最好，优势明显。目前加速溶剂法在中药材挥发油的提取应用较少，有待进一步研究。

2.2.3 同时蒸馏法

同时蒸馏萃取法 (Simultaneous Distillation Extraction，SDE)是利用样品和萃取溶剂的蒸汽在密闭的装置中充分混合，当其中某一组分被完全蒸出后，温度才上升到留在瓶中组分的沸点。挥发性成分首先被蒸馏出来，然后和萃取剂在冷凝管上完成萃取，再根据比重差异将二者分开，最后回收萃取液。该法优点是将样品的水蒸气蒸馏和馏分的溶剂萃取两步合并，与传统水蒸气蒸馏方法相比，实验步骤减少，溶剂用量降低，同时也减少了蒸馏萃取过程中的样品损失[11]。同时精油可直接进行GC-MS 分析，能将挥发性成分从基体中浓缩数千倍，对微痕量成分萃取率较高，缺点是操作温度较高，所得精油香气有失真现象。

罗凯等[12]采用水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法和同时蒸馏法提取花椒挥发油，挥发油提取率分别为6.66%，8.37%和11.6%。同时蒸馏法提取物的种类达到了77 种，远比前述另两种方法提取的种类多。该法提取花椒挥发油的效果理想，具有优势。因此同时蒸馏法提取艾叶挥发油具有可行性，具备一定的开发潜力和价值。

2.3 超临界流体萃取法

超临界流体萃取 （Supercritical fluid extraction，SPE）是利用超临界流体为萃取剂，一般选用无毒无味、价格低廉的CO2，对物质中的有效组分进行溶解并分离的一种技术。该法具有萃取和分离的双重作用，萃取温度低，不损害活性物质；萃取能力强，提取率高，无有机溶剂残留，产品无污染，质量好等优点，适用于热敏性或挥发性物质的分离提取。CO2超临界萃取法可通过调节压力和温度，改变流体的密度，从而改变溶解度，有选择地进行多种物质的分离，以改善产品外观和质量。

文献[13-14]采用此法进行艾叶挥发油最佳工艺条件的优化研究。李静等[15]采用水蒸气蒸馏法和超临界萃取法，后法提取的艾叶挥发油得率更高。该法最大的优点是可在近常温下提取分离，几乎保留产品中全部活性有效成分，产品外观好，收率高等优点，有着不可比拟的优越性；但超临界流体萃取法也有其局限性，利用该法所得的艾叶挥发油中含有大量蜡质成分，需进行后续除杂处理[15]。CO2超临界流体萃取法较适合于亲脂性、极性较低组分[16-17]的萃取。对挥发油含量相对较低、活性成分极性较大的中药材是否适用，需进一步验证探讨。同时超临界流体萃取设备属于高压设备，投资费用高，安全性要求严格，对过程工艺、设备、仪表的综合技术提出了新的要求。

2.4 辅助萃取法

2.4.1 微波辅助萃取法

微波辅助萃取法（Microwave-assisted Extraction,MAE）与传统的热传导、热传递加热方式不同，它通过偶极子转动和离子迁移两种方式里外同时加热，与传统热萃取工艺相比，其萃取速度、萃取效率及萃取质量具有无可比拟的优势，因此在萃取分离天然产物中的应用发展迅速。

朱国华[18]采用蒸馏水代替有机溶剂进行微波辅助无溶剂萃取，平行比较水蒸汽蒸馏法萃取艾叶挥发油，二法在挥发油成分上并无太大区别，但微波萃取在收率、萃取时间和能耗上，均优于传统的水蒸汽蒸馏法，是一种值得推广的快速萃取植物挥发油的方法。

与传统萃取技术相比，优点在于溶剂用量少，萃取时间短，效率高；与超临界萃取相比，微波萃取设备用于生产，组成简单，安全可靠，投资小，适用面广等优势。但也有文献报道，如曾虹燕等[13]比较水蒸馏法、超临界CO2和微波萃取法提取艾叶挥发油，其中微波萃取收率最高，工艺简单，但存在外观品质略差，可能含有杂质，有待进一步提高品质。所以微波辅助萃取艾叶挥发油工艺还需进行参数的进一步优化[19]，包括萃取溶剂、微波功率、辐射时间、溶剂用量、萃取温度、物料含水量等因素变量的研讨。

近年来开发微波萃取与其他技术联用成为热点，其中采用微波辅助水蒸气蒸馏法[20]、微波联合纤维素酶法[21]提取艾叶挥发油的已见文献报道。

2.4.2 超声波辅助萃取法

超声波辅助萃取法（Ultrasonic-assisted Extraction,UAE）是采用超声波辅助溶剂进行提取，声波产生高速、强烈的空化效应和搅拌作用，加快细胞内有效成分的释放。该法特点为：提取效率高、温度低、时间短、杂质少、适应性广，有效成分易于分离纯化、提取工艺运行成本低，综合经济效益显著、操作简单易行，设备维护保养方便。超声波提取法是中药有效成分提取的一种非常有效的方法。在多种中药材挥发油提取研究中，如石楠藤茎挥发油提取[22]、川明参挥发油提取[23]等，都获得良好的提取率。

谢志美[24]利用超声波辐射结合异丙醇抽提提取艾叶挥发油，考察了超声时间、溶剂用量及萃取时间对挥发油得率的影响。目前超声波提取艾叶挥发油的研究，还未有对超声提取关键工艺参数[25]（如超声频率、声强、空占比等）进行更加深入的研究，超声提取工艺参数对挥发油相关组分及种类是否有影响尚待确定。

对于中药超声提取的研究通常与其他新型技术联用，如超声波-微波协同提取[26]、超声波辅助和生物酶提取[27]等技术手段陆续出现，促进中药新产品的开发和改进。目前，超声联用技术在艾叶挥发油提取的应用目前极少有相关研究报道。

2.5 其他方法

酶提取法（Enzymes Extraction，EE）是在温和的条件下，加入适宜种类和用量的酶，分解植物组织，以提取药材有效成分的方法。弓宝等[28]采用纤维素酶辅助提取沉香挥发油，发现该工艺与未添加纤维素酶提取工艺相比，沉香挥发油提取率增加257%。尹彬彬等[29]通过添加酶法有助于破除细胞壁，使有效成分更易浸出，能有效提高艾叶精油的得率。可见，酶提取法在挥发油提取具有较大的应用潜力。

半仿生提取法（Semi-bionic Extraction,SBE）是模拟药物在胃肠道转运吸收的环境，采用选定pH 的酸性水和碱性水依次连续抽提，将药材中的活性组分进行导向分离的方法。该法所得挥发油有效成分损失少，操作简单，成本低廉。谢志美等采用半仿生浸提-水蒸汽蒸馏法提取艾叶挥发油产油率达1.05%，比直接水蒸汽蒸馏法提高0.4%。经SBE 法浸提后的挥发油蒸馏时间较水蒸气蒸馏短，大为提高蒸馏效率。

固相微萃取技术（Solid Phase Microextraction,SPME）是基于提取物在两相间的分配平衡，利用涂有固定相/液的石英纤维将提取物萃取分离、富集和解吸进样为一体。可直接与气相色谱-质谱仪、高效液相色谱-质谱仪、红外光谱仪、毛细管电泳仪等联用，大大提高了分析检测的速度和效率。利用固相微萃取[30]所得的艾叶挥发油成分相较他法，所得挥发油组分丰富性和层次性上有明显的优越性。但是，该法所得的提取物组分直接进入后序仪器进行分析，无法得到挥发油，因此，只能作为一种挥发油化学成分的定性分析方法。

3 结语

水蒸汽蒸馏法和溶剂法作为挥发油提取的传统基本法，技术成熟，操作简单，便于规模化生产，但存在提取率低、提取时间长、成品品质不高等缺点。目前对传统提取方法的研究集中于对其工艺的改进，以提高产品质量和提取效率。超临界流体萃取法提取温度低，提取效率高，产品品相好，近几年迅速成为研究热点，但工业化生产时，技术操作要求高、设备投入费用高，大型生产应用受到一定的限制。辅助萃取法借助先进仪器设备大大提高萃取速度和效率，具有成本低、操作简单、适用面广等优点，目前应加强研究微波和超声波仪器操作参数对提取效果的影响。酶提取法和半仿生提取法因其萃取条件温和、成本低廉，具有一定的优越性。随着提取方法日益多样化，倾向于多方法的复合提取技术将备受青睐。挥发油提取技术将往成本低、品相高、污染小、绿色环保方向发展。

总之，艾叶挥发油的化学成分较复杂，各提取法所得的挥发油化学成分差异较大，工业化生产应综合考虑有效成分含量、挥发油收率及相应的提取操作设备和生产运行成本等因素，结合实际情况来筛选最适合的提取工艺。