挥发油成分的分析剖析

挥发油成分的分析

摘要 挥发油是存在于植物体中的一类可随水蒸汽蒸馏、具有芳香气味的挥发性油状液体的总称。主要包括萜类化合物，脂肪族类化合物和芳香族化合物。提取方法主要为水蒸气蒸馏法，油脂吸收法，浸取法等。分析方法主要为全二维气相色谱-飞行时间质谱、顶空气相色谱 、固相微萃取-气质联用等。随着这些技术的发展，挥发油的分析必将进一步得到完善。

关键词：挥发油 全二维气相色谱-飞行质谱 顶空气相色谱 固相微萃取-气质联用

1概述

挥发油（volatile oils）又称精油（essential oils），是存在于植物体中的一类可随水蒸汽蒸馏、具有芳香气味的挥发性油状液体的总称1。挥发油是具有广泛生物活性的一类常见的重要成分，是古代医疗实践中较早注意到的药物，《本草纲目》中记载着世界上最早提炼、精制樟油和樟脑的详细方法。含挥发油的中草药非常多，尤以唇形科（薄荷、紫苏、藿香等）、伞形科（茴香、当归、芫荽、白芷、川芎等）、菊科（艾叶、茵陈篙、苍术2、白术、木香等）、芸香科（橙、桔、花椒等）、樟科（樟、肉桂等）、姜科（生姜、姜黄、郁金等）等科更为丰富。含挥发油的中草药或提取出的挥发油大多具有发汗、理气、止痛、抑菌、矫味等作用。

1.1.理化性质

（1）在常温下可自行挥发而不留任何痕迹，这是挥发油与脂肪油的本质区别；（2）大多数具有香气或其它特异气味，常温下为透明液体，有的在冷却时其主要成分可能结晶析出。这种析出物习称为“脑”，如薄荷脑、樟脑等； （3）不溶于水，而易溶于各种有机溶剂中，如石油醚、乙醚、二硫化碳、油脂等，也能溶于高浓度乙醇中；

（4）多数比水轻，也有比水重的（如丁香油、桂皮油），相对密度在0.85-1.065之间；

（5）几乎均有光学活性，比旋度在+99o～177o范围内，且具有强的折光性，折

光率在1.43～1.61之间；

（6）对空气、日光及温度较敏感，易分解变质。

1.2挥发油的化学成分 1.2.1萜类化合物

萜类化合物是挥发油的主成分，根据其基本结构又可以分为三类：单萜、倍 半萜和它们的含氧衍生物。其中含氧衍生物多半是生物活性较强或具有芳香气味 的主要组成成分。单鸣秋等人发现β-香叶烯、D-柠檬烯、薄荷酮、薄荷呋喃、胡薄荷酮和β-石竹烯这6种单萜类化合物在荆芥挥发油中占有很高的比例，为其主要成分3。 1.2.2 芳香族化合物

在挥发油中，芳香族化合物仅次于萜类，存在也相当广泛。挥发油中的芳香 族化合物，有的是萜类衍生物，如百草香酚（thymol）、孜然芹烯（p-cymene）、α-姜黄烯（α-curcumenc）等。有一些是苯丙烷类衍生物，其结构多具有C6-C3骨架、多有一个丙烷基的苯酚化合物或酯类。例如桂皮醛（cinnamaldehyde）存在于桂皮油中，茴香醚（anethole）为八角茴香油及茴香油中的主成分，丁香酚（eugenol）为丁香油中的主成分，α-细辛醚及β-细辛醚（α-asarone，β-asarone）为菖蒲及石菖蒲挥发油中的主成分4。廖彭莹等人从石仙桃挥发油中发现α-甲基苯丙醇等芳香族化合物5。 1.2.3 脂肪族化合物

一些小分子脂肪族化合物在挥发油中常有存在。例如甲基正壬酮（methylnonylketone）在鱼腥草、黄柏果实及芸香挥发油中存在，正庚烷（n-kcptane）存在于松节油。在一些挥发油中还常含有小分子醇、醛及酸类化合物。如正壬醇存在于陈皮挥发油中，异戊醛（isovaleraldehyde）存在于桔子、柠檬、薄荷、桉叶、香茅等挥发油中，癸酰乙醛（decanoylacetaldehyde），异戊酸（isovalede acid）存在于啤酒花、缬草、桉叶迷迭香等挥发油中。赵长胜等6从五加皮挥发油中分离出软脂酸甲酯、亚油酸甲酯等脂肪族化合物。

1.2.4 其他类化合物

除上述三类化合物外，还有一些挥发油样物质，如芥子油（mustard oil）、挥发杏仁油（volatile bitter almond oil），原白头翁素（protoanemonin）、大蒜油（garlic oil）等，也能随水蒸气蒸馏，故也称之为“挥发油”。黑芥子油是芥子苷经芥子酶水解后产生的异硫氰酸烯丙酯，挥发杏仁油是苦杏仁苷水解后产生的苯甲醛，原白头翁素是毛茛苷水解后产生的物质，大蒜油则是大蒜中大蒜氨酸经酶水解后产生的物质，如大蒜辣素（allicin）等。 2 挥发油的提取工艺 2.1 水蒸气蒸馏法

水蒸汽蒸馏法是一种传统的植物挥发油或其它有效成分的提取方法，也是一种比较成熟的分离方法，所用溶剂为水，其作用机理是水携带油，而水对人无害，是环境友好的溶剂7。马戎8等采用单因素试验和正交试验相结合的方法对橘皮精油提取工艺进行了研究，得出最佳工艺。

但水蒸汽蒸馏也有其局限性，高温时热敏性成分的热分解和易水解成分的水 解，不利于保留药材中的药用有效成分；获得的产品主要为萜类挥发油等成分， 组分相对较少；水的存在易导致产品水解和水溶作用的发生，而降低产品的产量 和质量，因此所提取的挥发油还必须除去所夹带的水分，以防止霉变，延长产品 的储存和保质期“提取时间长，能耗高，工业化成本高”。 2.2浸取法

2.2.1 有机溶剂萃取

溶剂萃取是一种提取挥发油的常见方法。溶剂萃取的优点是可以避免水溶液 pH值影响、水解反应的产生。使用溶剂萃取得到的溶液通常需要将使用的溶剂蒸发浓缩，在溶剂的蒸发浓缩过程不可避免会出现部分易挥发成分的损失。溶剂萃取的缺点是一些挥发性不强的亲脂性成分如脂肪、腊质等也可同时被萃取，这些成分的存在直接影响色谱分析，导致色谱峰重叠，干扰或基线漂移。潘年松9等采用石油醚回流提取法与水蒸汽蒸馏法，对过50目筛温羲术药材粉末中的挥发油提取作一工艺优化比较，石油醚回流提取法的平均提油效率是水蒸汽蒸馏法的1.63倍。

微波辅助溶剂萃取（Mierowave-Assisted Solvent Extraction，MAE）是在溶剂萃取的基础上，采用微波辅助加热的方式进行萃取，MAE的特点为投资少，

设备简单，适用范围广，操作时间短，热效率高，不产生噪音。污染和易于自动化，可用于植物挥发油的萃取。MAE需使用到大量溶剂，与传统萃取方式一样会污染环境，不适合广泛应用。 2.2.2超临界流体萃取

超临界流体萃取（supercritical fluid extraction，SFE）是20世纪30年代兴起的一种绿色提取分离技术。超临界流体（临界温度TC=31.3 ℃，临界压力 PC=7.38 MPa）具有与液体相近的密度，黏度与气体相近，扩散系数为液体的上百倍，对许多物质有较好的渗透性和较强的溶解能力，并且惰性安全、环境友好，适合不稳定、易氧化的挥发性成分和脂溶性成分的提取分离，克服了传统溶剂萃取法、加热蒸馏法存在溶剂残留、氧化变质等缺陷10。

周鸣谦等11人用超临界CO2萃取柑橘落果中的辛弗林。确定其最佳工艺条件为粉碎度50～60目、萃取温度50℃、萃取压力30 MPa、流体流量12L/h、夹带剂（乙醇）含量12%、萃取时间5h。此时辛弗林提取率达35.8%，超临界CO2萃取物中辛弗林含量为44.7%，远高于溶剂法萃取物（4.6%）。 2.2.3油脂吸收法

油脂类一般具有吸收挥发油的性质，往往利用此性质提取贵重的挥发油，如 玫瑰油、茉莉花油常采用吸附法进行。通常用无臭味的猪油3份与牛油2份的混 合物，均匀地涂在面积50cm×l00cm的玻璃板两面，然后将此玻璃板嵌入高5～l0cm的木制框架中，在玻璃板上面铺放金属网，网上放一层新鲜花瓣，这样一个个的木框玻璃板重叠起来，花瓣包围在两层脂肪的中间，挥发油逐渐被油脂所吸收，待脂肪充分吸收芳香成分后，刮下脂肪，即为“香脂”，谓之冷吸收法。或者将花等原料浸泡于油脂中，于50～60℃条件下低温加热让芳香成分溶于油脂中，此则为温浸吸收法。 2.3冷压法

此法适用于新鲜原料，如桔、柑、柠檬果皮含挥发油较多的原料，可经撕裂、 捣碎冷压后静置分层，或用离心机分出油分，即得粗品。此法所得挥发油可保持 原有的新鲜香味，但可能溶出原料中的不挥发性物质。 2.4酶法提取

酶可以在温和条件下分解植物组织，较大幅度提高得率，是一项很有前途的

新技术。目前，用于中草药提取的主要是纤维素酶。王乃馨12用水酶法提取杜衡挥发油的工艺，并研究其抗菌作用。 2.5微胶囊-双水相萃取

双水相萃取技术（ATPE）是利用被提取物质在不同的两相系统间分配行为的差异迸行分离，具有较高的选择性和专一性，能提取醛、酮、醇等弱极性至无极性香味成分，应用于挥发油的提取颇有前景。目前该技术应用于挥发油提取的报道还较少。如刘品华13采用微胶囊双水相法提取了薄荷油、丁香油、柠檬油、柑橘油等。 2.6 微波萃取方法

微波技术的应用，近年来得到很大发展微波具有穿透力强、选择性高、加热 效率高等特点。微波技术应用于植物细胞破壁，有效地提高了得率，取得了较大 进展。杨丽娟14采用微波萃取法提取云南金平草果精油，发现该法的收油率明显 高于水蒸汽蒸馏法和常规溶剂提取法，且所用时间短，溶剂用量少。且微波萃取 法与常规法提取得到的化合物基本相同，对精油的化学成分没有破坏，认为该法 是值得应用的精油萃取法。 2.7超声波辅助提取

利用超声振动的空化、粉碎、搅拌等特殊作用，破坏植物细胞，使溶媒渗透 到药材细胞中，加速有效成分进入溶剂，强化传质。采用超声法提取吴茱萸挥发 油，节省了溶剂，缩短提取时间，提高了出油率。超声提取能避免高温高压对 活性成分的破坏，但受容器的器壁厚度及放置位置的影响很大。目前研究都是小 规模的，有关设备的放大问题尚待解决。 2.8分子蒸馏技术

分子蒸馏技术（Molecular Distillation Technology）属于一种特殊的高真空蒸馏技术，是一种特殊的液-液分离技术。其最显著的特点是蒸馏物料分子由蒸发面到冷凝面的行程不受分子间碰撞阻力的影响，蒸发面与冷凝面之间的距离小于蒸馏物质分子在该条件下的分子运动平均自由程。分子蒸馏装置根据形成蒸发液膜的不同设计可分为降膜式分子蒸馏（falling-film evaporator）、刮膜式分子蒸馏 （wiped-filmevaporator）和离心式分子蒸馏（Centrifugal evaporator）3 种，也可以统称为短程蒸馏（Short-path distillation）。