芫荽精油的提取方法及化学成分分析研究进展

赵冰,王秋亚,王国强,焦倩,屈彤颜,张田

(渭南师范学院 化学与材料学院,陕西 渭南 714099)

芫荽(Coriander,CoriandrumsativumL.),俗称香菜,又名胡荽、盐荽、漫天星等,属一年或两年生伞形科芫荽属草本植物[1],其原产于欧洲地中海沿岸及中亚地区,西汉时期被传入中国,现广泛栽培于全国各地[2]。芫荽是人类历史上用于药用和调味食品中最古老的一种芳香植物,芫荽茎叶常可作为调味芳香蔬菜或冷盘佐餐使用,其籽作为商品香料常用于糖果、肉类加工、焙烤食品和酒类香味调配上;其全株和种子均可供药用,具有开胃醒脾、止痛解毒等功效[3]。

芫荽精油是从芫荽茎叶、根或果实中提取出的挥发油,具有柔和与温暖的甜辛香气,由于其独特的口味,被应用在食品、香烟等物品的调味中,也被应用于化妆品等日化产品中[4]。此外,芫荽精油有着特殊的药用价值,可以治疗初期的麻疹和胃痛等疾病[5],还具有抗炎、抗糖尿病、镇静、抗抑郁、降血脂、抗癌、利尿和抗铝沉淀等作用[6],在医药领域有重要的开发应用价值。本文主要归纳总结了芫荽精油的提取方法,分析比较了不同产地和不同品种、不同提取部位、不同提取方法下所得到的芫荽精油的化学成分,为芫荽精油的进一步开发利用提供理论参考。

1 芫荽精油的提取方法

目前,芫荽精油的提取方法较多,主要有水蒸气蒸馏法、索氏提取法、超声波提取法、微波辅助提取法、亚临界萃取法和超临界CO2萃取法。

1.1 水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是植物精油提取中最为常见的一种方法,其原理是使植物中的挥发性成分随同水蒸气一同馏出。该方法所需设备简单、容易操作、成本低且对环境友好,但提取用时较长,高温下易分解,提取率也相对较低。刘信平[7]等人采用水蒸气蒸馏法对芫荽茎叶中的精油进行提取,收集得到的蒸馏产品,用无水乙醚作为萃取剂,无水硫酸钠作为干燥剂,再对干燥过滤后的产品进行负压浓缩,最终芫荽精油提取率为0.276%左右。王东营[8]等采用水蒸气蒸馏法提取了芫荽精油,并通过响应面法对其提取工艺进行了优化。结果表明最佳提取工艺条件为液料比14.0∶1(mL∶g)、蒸馏时间和浸泡时间均为9.2 h,在此条件下芫荽精油得率为0.496%±0.041%,该提取工艺切实可行,适用于芫荽精油的提取。

1.2 索氏提取法

索氏提取法是利用溶剂的回流和虹吸原理从固体物质中连续萃取有效成分的一种方法。该方法具有选择性好、设备简单、能耗低、节省溶剂等优点。陆占国[9]等人利用索氏提取法,将新鲜香菜根茎分离,洗净、沥干、切碎,放入索氏提取器中,以无水乙醇为溶剂,回流提取6 h,再将得到的提取液进行萃取,取有机相,进行负压浓缩处理。最后使用活性炭进行除杂脱色,滤液用旋转蒸发仪常压浓缩,最终芫荽精油得率为0.25%。

1.3 超声波提取法

超声提取法主要是利用超声波的热效应、机械效应和空化作用增大物质分子运动频率和速度,增加溶剂的穿透力,从而提高有效成分溶出速度和次数的一种提取方法。陆战国[10]等采用超声波法提取了芫荽茎叶中的挥发油,并通过单因素实验结果确定了最佳提取条件,即在25 ℃下,超声功率72 W,提取时间100 min,在该条件下精油得率为0.284%。廖晓峰[11]等人则在单因素实验基础上,利用正交设计实验优化了芫荽精油的超声波提取工艺,实验结果与陆战国的报道基本一致。Senrayan等[12]采用超声波辅助溶剂萃取法提取了芫荽籽中的精油,并通过响应面法优化了其提取工艺。结果表明,在料液比为1∶13(g∶mL)、温度为45 ℃、振幅水平为82%条件下,超声提取9 min,芫荽精油的提取率最高,达到30.75%±0.76%。采用该方法提取芫荽精油具有提取温度低、时间短和得油率较高等显著特点。

1.4 微波辅助提取法

微波辅助提取法主要是利用微波辐射所产生的高频电磁波,使植物细胞内部温度迅速升高,从而使细胞破裂,有效成分从胞内流出的一种新型萃取技术。通过调节微波参数,可有效加热植物中的目标成分,使其选择性被提取。Ghazanfari[13]等采用微波辅助水蒸气蒸馏法从芫荽种子中提取精油,在室温下,微波频率为0.63 kWh,提取时间60 min,精油的提取率为0.325%。该方法具有选择性高、萃取时间短、能耗低和效率高等优点。

1.5 亚临界萃取法

亚临界萃取法是指在密闭、无氧和低压的容器内,以亚临界流体为萃取剂,通过萃取物料与萃取剂在浸泡过程中的分子扩散过程,固体物料中脂溶性成分转移到液态的萃取剂中,再通过减压蒸发将目标产物分离出来的一种新型提取技术。王萍[14]等采取亚临界萃取技术提取了芫荽精油,即将芫荽籽放入提取罐底部,控制萃取压力为1.0 MPa,加热升温至45 ℃,使芫荽籽全部浸泡在溶剂中进行50 min萃取,收集底部含有油状物部分,将此部分进行减压浓缩处理,最后萃取3次,得到最终芫荽籽精油,计算得芫荽籽精油提取率为7.09%。采用该法提取芫荽籽油不但条件温和、操作简单,且提取率较高。

1.6 超临界CO2萃取法

超临界CO2萃取法是利用在二氧化碳临界点附近的温度和压力会突然导致溶质溶解度发生几个数量级的变化,从而达到物料分离的目的。范培军等[15]采用超临界CO2萃取法研究了不同粒径、温度、压力和流体密度对芫荽精油提取率的影响,最终确定其最佳提取条件为15.0 ～ 20.0 MPa、粒径0.425 mm(40目),28～35 ℃,提取时间2 h。白凌[16]等采用超临界CO2萃取法提取了芫荽籽精油,结果表明当CO2流量为33.60%,压力21.84 MPa,温度42.5 ℃,时间146.94 min时,芫荽籽精油的提取率最高。王东营等[17]采用超临界二氧化碳法,在单因素试验基础上,用响应面法优化了芫荽精油的提取工艺。结果表明最佳提取工艺条件为压力19.20 MPa、温度46.20 ℃、萃取时间2.95 h,在该条件下精油得率为0.57%±0.04%。此方法萃取温度低且萃取溶剂无毒、易挥发,能够避免部分萃取成分的热损失,确保萃取成分安全且无溶剂残留,是一种绿色的提取方法。

2 芫荽精油的化学成分分析

芫荽精油的化学成分丰富多样,不同产地和不同品种、不同生长部位、不同提取方法均对其化学成分及含量产生影响。

2.1 不同产地和不同品种芫荽精油化学成分分析

由于产地和品种的不同,所得芫荽精油含量和其中主要化学成分的含量也有差异。产生这种差异的可能性有很多,最主要的可能是由于遗传基因的些许改变,导致芫荽精油的主要成分发生了改变。任安详[18]等人在检测方法、检测仪器以及检测环境不变的条件下,采用同时蒸馏萃取法从12个品种(中国品种2个,泰国和澳大利亚品种各5个)的芫荽籽中提取精油。结果表明:12个品种的芫荽精油中共检测出了17种不同物质,其中13种是共有成分,分别是α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、α-水芹烯、对伞花烃、柠檬烯、γ-萜品烯、氧化芳樟醇、 芳樟醇、 樟脑、反-桧烯、α-萜品烯和乙酸橙花酯,即不同品种精油的化学成分相近。芳樟醇作为芫荽精油的主要成分,各品种中其相对含量存在一定的差异,如在澳洲的特选芫荽和中国的金明牌大叶芫荽中,芳樟醇含量很高,分别为93.50%和90.49%,而其他品种中芳樟醇含量则相对较低。通过对比不同产地芫荽精油含量发现,澳洲产的芫荽精油平均含量(0.830 mL/100 g干质量)远高于中国品种金明牌大叶芫荽(0.623 mL/100 g干质量)和泰国品种改良耐热芫荽品种(0.698 mL/100 g干质量);而泰国与中国品种中精油含量差异不是很大。

2.2 不同生长部位芫荽精油的化学成分分析

2.2.1 芫荽籽精油的成分分析

芫荽籽作为芫荽的一部分,但由于其部位的特殊性,从芫荽籽提取精油的研究比芫荽茎、叶要少。徐悦等[19]从芫荽籽种提取精油,其使用气质液质联用检测芫荽精油中的含量成分,检测到了有效成分有18种之多,其中以芳樟醇的含量最高为83.41%,接下来是乙酸橙花酯,含量可达3.21%,樟脑的含量是1.33%,橙花醇的含量是1.11%。Manuela[20]等采用气相色谱-质谱联用技术对超临界CO2萃取得到的芫荽籽精油进行了分析,经分析香叶醇为0.20%,芳樟醇的含量是0.35%。

2.2.2 芫荽叶精油的成分分析

新鲜的芫荽茎叶可用作调味料和蔬菜,从茎叶中得到的精油是一种淡黄绿色液体,有芳香气味,具有抗氧化、抑菌、提高记忆力和治疗神经性厌食症等功效[21]。陆占国[22]等用气相色谱-质谱联用技术对芫荽茎叶中的芳香油进行了分析,检测出60种成分,鉴别出41种成分,占94.200%。挥发油中不饱和脂肪醛含量为14.430%,饱和脂肪醛占挥发油总量的1.738%,其中2-癸醛含量最高,占挥发油总量的9.480%;烷烃共有13种组分,占原油总量的11.300%。烷烃中壬烷含量最高,占挥发油总量的8.670%;芳香化合物占8.07%,有7种成分;此外,还检测到伞花烃和柠檬烯两种单萜类化合物;醇类含量最低,3-己烯醇占0.280%。王顺民[23]等通过GC-MS分析芫荽叶的挥发油成分,共检测出160种成分,分析出80种物质,占挥发油成分的80%以上。其中醇类、醛类和酯类含量最高,分别为24.963%,16.71%和2.276%。陆战国[10]等使用CC-MS法对芫荽茎叶精油进行了成分分析,检测出了154个成分,解析出了69种物质,占芫荽叶精油的90%含量以上。其中含量最多的是酯类化合物(47.569%),然后是烷烃类化合物(18.799%),而醛类和醇类化合物含量相对较低,分别为13.406%和12.595%。

2.2.3 芫荽根部精油的成分分析

当芫荽用作调味品时,其根部很少使用,大多被丢弃。为了使芫荽根也得到有效利用,学者们对芫荽根部精油进行了提取,并对其化学成分进行了分析。Misharina[24]分析了芫荽根的芳香成分,共检测出66种成分,从中解析出39种化合物,占总挥发油的90.022%。其中,主要芳香成分为醛类和醇类,分别占49.422%和18.868%。除此之外,芫荽根中还含有大量的不饱和脂肪酸酯、糠醛和萜类等芳香成分。这些成分具有丰富的生理活性,对人体大有裨益,从而为香菜根资源的进一步开发利用提供了理论依据。

2.3 不同提取方法下芫荽精油的化学成分分析

采取相同的检测手段,不同提取方法得到的芫荽精油,其化学成分及含量也有一定差异。范培军等[25]等采用气相色谱-质谱(GC-MS)技术对超临界CO2萃取法和水蒸气蒸馏法提取所获得的芫荽挥发油化学成分进行了测定和比较。结果发现两种产物中主要成分芳樟醇的含量分别为91.08%和65.79%。水蒸气蒸馏法提取的芫荽精油中丁酸己酯含量低于超临界CO2法,这可能是由于蒸馏过程中加热的化学变化造成的。初步分析还发现,超临界CO2法萃取的芫荽精油中含有大量中性油和少量游离脂肪酸,可作为芳香稳定剂。陆战国等[9,26]采用GC-MS联用技术对索氏提取法和超声波提取法所得芫荽精油的成分进行了比较。结果索氏提取法所得芫荽精油中共检测出60个成分,有41种成分被解析,酯类化合物占了总体的57.755%,而烷烃类化合物占了其中的11.300%,醛类物质占了16.16%,然而使用相同的检测手段,超声波提取法提取的芫荽精油中共检测出了154种成分,其中的酯类化合物占了芫荽精油的47.569%,烷烃类物质占18.799%,醛类物质占13.406%,显然索氏提取法得到的芫荽精油中醛类和酯类物质占比高于超声波提取法。Sourmaghi等[27]等采用气相色谱-质谱(GC-MS)技术对微波辅助水蒸气蒸馏法及水蒸气蒸馏法提取的芫荽挥发油化学成分进行了对比。结果表明两种方法所得精油均以单萜类化合物如芳樟醇、香叶酰乙酸酯和γ-萜品烯为主,其中芳樟醇的含量分别为66.27%±0.23%和63.29%±0.38%,含氧单萜分别为74.99%±0.61%和70.95%±0.67%,微波辅助水蒸气蒸馏法提取的芫荽精油中,乙酸香叶醇含量为8.49%±0.31%,与水蒸气蒸馏法(乙酸香叶醇含量为0.065±0.00)相比,含量显著增加。

3 前景展望

芫荽作为一种产量高,且基本不受地理位置影响的草本植物,在我国资源分布广泛。以芫荽为原料开发新型食品调味料,既能填补香菜调味料的空白,又能满足市场需求,不仅提高了香菜的利用率,避免了资源的浪费,还能促进食品、调味品和农业的发展。芫荽精油是由芫荽茎叶、根和芫荽籽提取而来,在开发利用方面,芫荽整棵植株都有着利用价值。近年来,芫荽精油作为一种天然植物添加剂,比较其他化学合成添加剂而言,更加的绿色和安全,这种理念更符合现在绿色环保的理念,因此芫荽精油的提取方法和化学成分分析等备受关注。目前芫荽精油的提取方法比较多,不同的提取方法对芫荽精油的提取率、化学成分及含量均有影响。此外,芫荽的生长环境、品种和不同的部位,也造成芫荽精油中的化学成分及含量存在一定的差异。当然,芫荽精油的研究中也还存在一些问题,如有些方法不适合工业化生产、有些方法提取率较低,一些化学成分还不明确,对其生物活性的研究还不够深入。相信随着提取和分析技术的不断进步,芫荽精油的提取率会更高,化学成分和生物活性也会更加明确,其在食品、医药保健品、化妆品和烟草等领域中的应用前景也会更加广阔。