植物精油的主要提取技術(shù)、應(yīng)用及研究進(jìn)展

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1.植物精油提取背景

植物精油是通過提取技術(shù)獲得植物特有的芳香物質(zhì)，通過蒸餾、壓榨等方法將草本植物的花、葉、根、樹皮等提取出來。由于植物精油揮發(fā)性高且分子較小，因此很容易被人體吸收，并且快速滲透到人體內(nèi)將不需要的成分排出體外。植物精油本身的香味也可以刺激腦下垂體激素以及荷爾蒙的分泌，從而平衡體內(nèi)機能，達(dá)到美容護膚的作用。植物精油的組成成分復(fù)雜，主要由萜類、萜類氧化物、芳香性化合物和脂肪族化合物等構(gòu)成[2]，植物精油不僅有香味，而且具有抗菌、抗氧化性、抗病毒性等作用，廣泛應(yīng)用于化妝品、食品、醫(yī)藥、日化等行業(yè)。植物精油又被稱為液體黃金，足以看出它的珍貴。在精油生產(chǎn)中，提取技術(shù)對提取質(zhì)量和提取率的影響最大，在精油提取之后，植物殘渣的處理方式也十分重要，因此，無論是精油的提取還是植物殘渣的處理，提取技術(shù)都占有十分重要的地位，本文對目前主要的一些提取技術(shù)進(jìn)行介紹，并引入了一些最新的研究進(jìn)展。

2.植物精油性質(zhì)

植物精油是由分子量相對較小的化合物組合而成，是植物體內(nèi)的揮發(fā)性次生代謝物，可隨水蒸氣蒸餾且具有一定氣味的揮發(fā)性油狀液體物質(zhì)。大部分精油是由幾十種或幾百種化合物組合而成的復(fù)雜混合物，按化學(xué)成分可以分為萜類衍生物、芳香族化合物、脂肪族化合物、含氮硫類化合物，其中萜烯類化合物是精油的主要成分，又可以分為單萜衍生物類、倍半萜衍生物類、二萜衍生物類；芳香族化合物為精油中的第二大類化合物，主要有兩類衍生物，一類為萜源衍生物，如百里草酚，另一類是苯丙烷類衍生物，如桂皮醛等，還有苯乙醇等少部分具有C2-C6骨架化合物[3]；脂肪族化合物幾乎存在所有的精油中，但含量較少，如桔子、香茅等精油中的異戊醛；在含氮、含硫類化合物中含硫類化合物較多，存在于辛辣刺激的植物精油中，例如洋蔥中的三硫化物等等。精油在常溫環(huán)境下易揮發(fā)，具有芳香氣味，大多具有光學(xué)活性，可溶于乙醇等有機溶劑，具有殺菌消毒等作用，對人體無害且環(huán)境友好。精油類化合物在植物界分布廣泛，在植物體內(nèi)隨種類不同而分布不同，有的全株都有，而有的只在花、葉子中存在，植物精油在各個行業(yè)都有應(yīng)用。

3.植物精油傳統(tǒng)提取方法

(1)壓榨法

壓榨法是植物精油提取方法中最傳統(tǒng)的一種方法，其原理是利用壓力將原料壓榨，使其細(xì)胞破裂，油分流出。大部分柑橘類的精油都是采用壓榨法提取，具體的操作過程就是利用設(shè)備對原材料進(jìn)行壓榨，收集榨取物，通過靜止分層或者過濾、離心等方法得到粗產(chǎn)物。該方法是在室溫中操作，避免了受熱導(dǎo)致精油化學(xué)成分和功能的變化，所以所得精油的質(zhì)量較好，可以保持植物精油原有的味道，但是缺點就是產(chǎn)品不夠純凈，可能有水分、細(xì)胞組織等雜質(zhì)，而且很難將油分完全榨出。常見的壓榨法包括海綿法、銼榨法、機械壓榨法，但是由于出油率低，成品保存時間短，因此不利于工業(yè)生產(chǎn)。

(2)水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是利用水蒸氣帶走易揮發(fā)油分的原理來制備精油的，是最常用的一種方法，一般分為共水蒸餾法和水蒸氣蒸餾法，共水蒸餾法是將植物浸漬在水中加熱產(chǎn)生水蒸氣，而水蒸氣蒸餾法是把植物浸在水蒸氣中，后者可以更好的保留植物精油的療效和氣味[4]。水蒸氣蒸餾法適用于在水中溶解度不大、揮發(fā)性強的油分的提取。由于該方法設(shè)備簡單，操作方便因此國內(nèi)外都廣泛使用，國外有研究表明水蒸氣蒸餾操作在所有蒸餾方法中最為簡單，不僅可以防止精油組分分解或者變質(zhì)，而且也可以降低成分的餾出溫度。但是缺點是由于水蒸氣蒸餾溫度過高，很容易造成精油中熱敏性化合物的熱分解和易水解成分的水解，目前人們也根據(jù)水蒸氣蒸餾存在的問題對蒸餾設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，大大改善了這一問題。

(3)溶劑浸提法

溶劑浸提法是利用低沸點的有機溶劑，如乙醚等連續(xù)回流提取或冷浸提取，通過減壓蒸餾除去溶劑得到精油粗產(chǎn)品。溶劑浸提法具有設(shè)備簡單，精油提取率高等優(yōu)點，國內(nèi)有研究人員用正己烷提取火龍果花精油，制得的精油香氣更接近于天然精油的香氣。該方法的缺點是容易生成難分離的乳濁液，而且所得精油含有樹脂、油脂等，需要進(jìn)行二次處理來提煉精油，因此成本較高。

(4)吸收法

吸收法是利用一些吸附性材料例如油脂、活性炭等對植物中的香氣進(jìn)行吸收，在通過低沸點的有機溶劑將被吸收的成分提取出來[5]。通常用該方法提取熱敏性的貴重?fù)]發(fā)油，例如玫瑰花油或者茉莉花油的提取，將鮮花壓入油脂層中，根據(jù)不同花的種類調(diào)整時間，然后經(jīng)過一段時間，將花朵分散，在鋪上一層花瓣，如此反復(fù)步驟三十次，最后再用酒精將精油提取出來，便可以得到品質(zhì)優(yōu)良的精油。

4.植物精油提取的最新技術(shù)

(1)連續(xù)亞臨界水萃取

連續(xù)亞臨界水萃取是一項在國外取得重大突破的提取技術(shù)，該技術(shù)的顯著特點是介電常數(shù)易于控制，在壓力一定時，隨溫度升高而降低。亞臨界水也叫過熱水，是溫度在100℃以上在374℃以下通過高壓保持液態(tài)的水，由于溫度的升高使得水的極性逐漸減小[6]。目前亞臨界水萃取已經(jīng)用于多種植物精油的提取，例如香菜籽精油，薰衣草精油等，并且已經(jīng)成功建立了亞臨界水提取精油的模型。相關(guān)研究者通過對各種參數(shù)如溫度、壓力等調(diào)試，發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵影響因素為溫度，并通過不斷優(yōu)化，取得了相關(guān)突破。但是缺點是亞臨界水提取設(shè)備還需要進(jìn)一步改進(jìn)，而且亞臨界水溫度過高時會對精油中熱敏性成分造成破壞，因此還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

(2)超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法是利用超臨界流體為萃取劑提取液體或固體中的有效成分，由于CO2做超臨界流體方便回收萃取劑，故常用CO2，超臨界CO2萃取法適合提取脂溶性、高沸點的成分，萃取率較高，廣泛應(yīng)用于揮發(fā)性成分的研究，用超臨界萃取技術(shù)提取芳香精油具有防氧化，高品質(zhì)等優(yōu)點，例如用超臨界CO2萃取法提取紫蘇中精油，可以使其特殊香味保存完好。雖然超臨界CO2萃取法具有環(huán)境友好，精油品質(zhì)高等優(yōu)點，但是由于超臨界CO2萃取法工藝技術(shù)要求高，設(shè)備費用投資大，成本較高，因此在我國的應(yīng)用還不普遍。

(3)微波萃取

微波萃取是利用微波來提高植物精油萃取率的一種新方法，主要是利用電磁場的作用使得固體或者半固體中的有機成分與機體有效的分離，并且可以保持分析對象原有化合物狀態(tài)的分離方法。微波萃取具有設(shè)備簡單、適用范圍廣等優(yōu)點，目前我國應(yīng)用較多的微波萃取工藝有微波加速蒸餾法、微波輔助有機溶劑法以及微波水?dāng)U散重力法等。微波萃取特別適用于天然物質(zhì)中熱敏性成分的萃取。但是缺點是難以有效的防止微波泄露。

(4)超聲波萃取

超聲波萃取是代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝的一種新型、高效、節(jié)能環(huán)保的提取技術(shù)，主要是利用超聲波的空化作用，破壞植物組織中的細(xì)胞，使溶劑滲入細(xì)胞內(nèi)，利用超聲波的多次級作用加速細(xì)胞內(nèi)有效成分的擴散溶解，從而加速精油的提取。由于超聲波萃取適用于各種溶劑，提取速度快，方法簡單，對一些遇熱不穩(wěn)定的成分提取較為適宜。

(5)微膠囊雙水相萃取

微膠囊雙水相萃取是用特殊的技術(shù)將固體、液體或氣體物質(zhì)包埋封存在一種微型膠囊內(nèi)而成為固體微粒產(chǎn)品[7]。在利用某些親水性高分子聚合物水溶液超過一定濃度后可以形成兩相，并且在兩相中水分占有很大比例，形成雙水相系統(tǒng)。二者結(jié)合提取出的植物精油質(zhì)量高、提取率高，例如結(jié)合用于提取柑桔精油，有效的保護了柑桔精油中的有效成分，防止了精油在提取過程中氧化、聚合等現(xiàn)象的發(fā)生。

(6)分子蒸餾

分子蒸餾是一種新型的蒸餾技術(shù)，在真空下操作，主要利用液料中各組分蒸餾速率的差異，對液體混合物進(jìn)行分離。提取效率高、獲得的植物精油品質(zhì)好，但是由于分子蒸餾設(shè)備價格昂貴，而且工藝條件要求高，設(shè)備加工難度大，因此對其工業(yè)化造成了阻礙，難以廣泛應(yīng)用。

5.展望

綜上所述，植物精油的提取技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，有很多學(xué)者在植物精油的理化性質(zhì)、作用機理等方面做了不少研究，日后植物精油的適用方向?qū)⒉粌H限于傳統(tǒng)的醫(yī)藥、食品、日化等方面，還需要向多個方向，多個領(lǐng)域發(fā)展。目前我國為了增強植物精油的提取效果，將不再使用單一的提取方法，而是轉(zhuǎn)向各種提取技術(shù)聯(lián)用，向高效，高科技的方向邁進(jìn)，此外，很多新的提取方法只能在實驗室使用，難以向工業(yè)化轉(zhuǎn)變，植物精油提取技術(shù)的研究、開發(fā)以及工業(yè)生產(chǎn)中仍然存在著工藝能耗大，綜合利用率低，提取效率低等缺點，仍然需要科學(xué)工作者們進(jìn)一步解決這些問題。