芫荽精油的提取方法及化學成分分析研究進展

趙冰,王秋亞,王國強,焦倩,屈彤顏,張田

(渭南師范學院 化學與材料學院,陜西 渭南 714099)

芫荽(Coriander,CoriandrumsativumL.),俗稱香菜,又名胡荽、鹽荽、漫天星等,屬一年或兩年生傘形科芫荽屬草本植物[1],其原產于歐洲地中海沿岸及中亞地區,西漢時期被傳入中國,現廣泛栽培于全國各地[2]。芫荽是人類歷史上用于藥用和調味食品中最古老的一種芳香植物,芫荽莖葉常可作為調味芳香蔬菜或冷盤佐餐使用,其籽作為商品香料常用于糖果、肉類加工、焙烤食品和酒類香味調配上;其全株和種子均可供藥用,具有開胃醒脾、止痛解毒等功效[3]。

芫荽精油是從芫荽莖葉、根或果實中提取出的揮發油,具有柔和與溫暖的甜辛香氣,由于其獨特的口味,被應用在食品、香煙等物品的調味中,也被應用于化妝品等日化產品中[4]。此外,芫荽精油有著特殊的藥用價值,可以治療初期的麻疹和胃痛等疾病[5],還具有抗炎、抗糖尿病、鎮靜、抗抑郁、降血脂、抗癌、利尿和抗鋁沉淀等作用[6],在醫藥領域有重要的開發應用價值。本文主要歸納總結了芫荽精油的提取方法,分析比較了不同產地和不同品種、不同提取部位、不同提取方法下所得到的芫荽精油的化學成分,為芫荽精油的進一步開發利用提供理論參考。

1 芫荽精油的提取方法

目前,芫荽精油的提取方法較多,主要有水蒸氣蒸餾法、索氏提取法、超聲波提取法、微波輔助提取法、亞臨界萃取法和超臨界CO2萃取法。

1.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是植物精油提取中最為常見的一種方法,其原理是使植物中的揮發性成分隨同水蒸氣一同餾出。該方法所需設備簡單、容易操作、成本低且對環境友好,但提取用時較長,高溫下易分解,提取率也相對較低。劉信平[7]等人采用水蒸氣蒸餾法對芫荽莖葉中的精油進行提取,收集得到的蒸餾產品,用無水乙醚作為萃取劑,無水硫酸鈉作為干燥劑,再對干燥過濾后的產品進行負壓濃縮,最終芫荽精油提取率為0.276%左右。王東營[8]等采用水蒸氣蒸餾法提取了芫荽精油,并通過響應面法對其提取工藝進行了優化。結果表明最佳提取工藝條件為液料比14.0∶1(mL∶g)、蒸餾時間和浸泡時間均為9.2 h,在此條件下芫荽精油得率為0.496%±0.041%,該提取工藝切實可行,適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劑的回流和虹吸原理從固體物質中連續萃取有效成分的一種方法。該方法具有選擇性好、設備簡單、能耗低、節省溶劑等優點。陸占國[9]等人利用索氏提取法,將新鮮香菜根莖分離,洗凈、瀝干、切碎,放入索氏提取器中,以無水乙醇為溶劑,回流提取6 h,再將得到的提取液進行萃取,取有機相,進行負壓濃縮處理。最后使用活性炭進行除雜脫色,濾液用旋轉蒸發儀常壓濃縮,最終芫荽精油得率為0.25%。

1.3 超聲波提取法

超聲提取法主要是利用超聲波的熱效應、機械效應和空化作用增大物質分子運動頻率和速度,增加溶劑的穿透力,從而提高有效成分溶出速度和次數的一種提取方法。陸戰國[10]等采用超聲波法提取了芫荽莖葉中的揮發油,并通過單因素實驗結果確定了最佳提取條件,即在25 ℃下,超聲功率72 W,提取時間100 min,在該條件下精油得率為0.284%。廖曉峰[11]等人則在單因素實驗基礎上,利用正交設計實驗優化了芫荽精油的超聲波提取工藝,實驗結果與陸戰國的報道基本一致。Senrayan等[12]采用超聲波輔助溶劑萃取法提取了芫荽籽中的精油,并通過響應面法優化了其提取工藝。結果表明,在料液比為1∶13(g∶mL)、溫度為45 ℃、振幅水平為82%條件下,超聲提取9 min,芫荽精油的提取率最高,達到30.75%±0.76%。采用該方法提取芫荽精油具有提取溫度低、時間短和得油率較高等顯著特點。

1.4 微波輔助提取法

微波輔助提取法主要是利用微波輻射所產生的高頻電磁波,使植物細胞內部溫度迅速升高,從而使細胞破裂,有效成分從胞內流出的一種新型萃取技術。通過調節微波參數,可有效加熱植物中的目標成分,使其選擇性被提取。Ghazanfari[13]等采用微波輔助水蒸氣蒸餾法從芫荽種子中提取精油,在室溫下,微波頻率為0.63 kWh,提取時間60 min,精油的提取率為0.325%。該方法具有選擇性高、萃取時間短、能耗低和效率高等優點。

1.5 亞臨界萃取法

亞臨界萃取法是指在密閉、無氧和低壓的容器內,以亞臨界流體為萃取劑,通過萃取物料與萃取劑在浸泡過程中的分子擴散過程,固體物料中脂溶性成分轉移到液態的萃取劑中,再通過減壓蒸發將目標產物分離出來的一種新型提取技術。王萍[14]等采取亞臨界萃取技術提取了芫荽精油,即將芫荽籽放入提取罐底部,控制萃取壓力為1.0 MPa,加熱升溫至45 ℃,使芫荽籽全部浸泡在溶劑中進行50 min萃取,收集底部含有油狀物部分,將此部分進行減壓濃縮處理,最后萃取3次,得到最終芫荽籽精油,計算得芫荽籽精油提取率為7.09%。采用該法提取芫荽籽油不但條件溫和、操作簡單,且提取率較高。

1.6 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法是利用在二氧化碳臨界點附近的溫度和壓力會突然導致溶質溶解度發生幾個數量級的變化,從而達到物料分離的目的。范培軍等[15]采用超臨界CO2萃取法研究了不同粒徑、溫度、壓力和流體密度對芫荽精油提取率的影響,最終確定其最佳提取條件為15.0 ～ 20.0 MPa、粒徑0.425 mm(40目),28～35 ℃,提取時間2 h。白凌[16]等采用超臨界CO2萃取法提取了芫荽籽精油,結果表明當CO2流量為33.60%,壓力21.84 MPa,溫度42.5 ℃,時間146.94 min時,芫荽籽精油的提取率最高。王東營等[17]采用超臨界二氧化碳法,在單因素試驗基礎上,用響應面法優化了芫荽精油的提取工藝。結果表明最佳提取工藝條件為壓力19.20 MPa、溫度46.20 ℃、萃取時間2.95 h,在該條件下精油得率為0.57%±0.04%。此方法萃取溫度低且萃取溶劑無毒、易揮發,能夠避免部分萃取成分的熱損失,確保萃取成分安全且無溶劑殘留,是一種綠色的提取方法。

2 芫荽精油的化學成分分析

芫荽精油的化學成分豐富多樣,不同產地和不同品種、不同生長部位、不同提取方法均對其化學成分及含量產生影響。

2.1 不同產地和不同品種芫荽精油化學成分分析

由于產地和品種的不同,所得芫荽精油含量和其中主要化學成分的含量也有差異。產生這種差異的可能性有很多,最主要的可能是由于遺傳基因的些許改變,導致芫荽精油的主要成分發生了改變。任安詳[18]等人在檢測方法、檢測儀器以及檢測環境不變的條件下,采用同時蒸餾萃取法從12個品種(中國品種2個,泰國和澳大利亞品種各5個)的芫荽籽中提取精油。結果表明:12個品種的芫荽精油中共檢測出了17種不同物質,其中13種是共有成分,分別是α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、α-水芹烯、對傘花烴、檸檬烯、γ-萜品烯、氧化芳樟醇、 芳樟醇、 樟腦、反-檜烯、α-萜品烯和乙酸橙花酯,即不同品種精油的化學成分相近。芳樟醇作為芫荽精油的主要成分,各品種中其相對含量存在一定的差異,如在澳洲的特選芫荽和中國的金明牌大葉芫荽中,芳樟醇含量很高,分別為93.50%和90.49%,而其他品種中芳樟醇含量則相對較低。通過對比不同產地芫荽精油含量發現,澳洲產的芫荽精油平均含量(0.830 mL/100 g干質量)遠高于中國品種金明牌大葉芫荽(0.623 mL/100 g干質量)和泰國品種改良耐熱芫荽品種(0.698 mL/100 g干質量);而泰國與中國品種中精油含量差異不是很大。

2.2 不同生長部位芫荽精油的化學成分分析

2.2.1 芫荽籽精油的成分分析

芫荽籽作為芫荽的一部分,但由于其部位的特殊性,從芫荽籽提取精油的研究比芫荽莖、葉要少。徐悅等[19]從芫荽籽種提取精油,其使用氣質液質聯用檢測芫荽精油中的含量成分,檢測到了有效成分有18種之多,其中以芳樟醇的含量最高為83.41%,接下來是乙酸橙花酯,含量可達3.21%,樟腦的含量是1.33%,橙花醇的含量是1.11%。Manuela[20]等采用氣相色譜-質譜聯用技術對超臨界CO2萃取得到的芫荽籽精油進行了分析,經分析香葉醇為0.20%,芳樟醇的含量是0.35%。

2.2.2 芫荽葉精油的成分分析

新鮮的芫荽莖葉可用作調味料和蔬菜,從莖葉中得到的精油是一種淡黃綠色液體,有芳香氣味,具有抗氧化、抑菌、提高記憶力和治療神經性厭食癥等功效[21]。陸占國[22]等用氣相色譜-質譜聯用技術對芫荽莖葉中的芳香油進行了分析,檢測出60種成分,鑒別出41種成分,占94.200%。揮發油中不飽和脂肪醛含量為14.430%,飽和脂肪醛占揮發油總量的1.738%,其中2-癸醛含量最高,占揮發油總量的9.480%;烷烴共有13種組分,占原油總量的11.300%。烷烴中壬烷含量最高,占揮發油總量的8.670%;芳香化合物占8.07%,有7種成分;此外,還檢測到傘花烴和檸檬烯兩種單萜類化合物;醇類含量最低,3-己烯醇占0.280%。王順民[23]等通過GC-MS分析芫荽葉的揮發油成分,共檢測出160種成分,分析出80種物質,占揮發油成分的80%以上。其中醇類、醛類和酯類含量最高,分別為24.963%,16.71%和2.276%。陸戰國[10]等使用CC-MS法對芫荽莖葉精油進行了成分分析,檢測出了154個成分,解析出了69種物質,占芫荽葉精油的90%含量以上。其中含量最多的是酯類化合物(47.569%),然后是烷烴類化合物(18.799%),而醛類和醇類化合物含量相對較低,分別為13.406%和12.595%。

2.2.3 芫荽根部精油的成分分析

當芫荽用作調味品時,其根部很少使用,大多被丟棄。為了使芫荽根也得到有效利用,學者們對芫荽根部精油進行了提取,并對其化學成分進行了分析。Misharina[24]分析了芫荽根的芳香成分,共檢測出66種成分,從中解析出39種化合物,占總揮發油的90.022%。其中,主要芳香成分為醛類和醇類,分別占49.422%和18.868%。除此之外,芫荽根中還含有大量的不飽和脂肪酸酯、糠醛和萜類等芳香成分。這些成分具有豐富的生理活性,對人體大有裨益,從而為香菜根資源的進一步開發利用提供了理論依據。

2.3 不同提取方法下芫荽精油的化學成分分析

采取相同的檢測手段,不同提取方法得到的芫荽精油,其化學成分及含量也有一定差異。范培軍等[25]等采用氣相色譜-質譜(GC-MS)技術對超臨界CO2萃取法和水蒸氣蒸餾法提取所獲得的芫荽揮發油化學成分進行了測定和比較。結果發現兩種產物中主要成分芳樟醇的含量分別為91.08%和65.79%。水蒸氣蒸餾法提取的芫荽精油中丁酸己酯含量低于超臨界CO2法,這可能是由于蒸餾過程中加熱的化學變化造成的。初步分析還發現,超臨界CO2法萃取的芫荽精油中含有大量中性油和少量游離脂肪酸,可作為芳香穩定劑。陸戰國等[9,26]采用GC-MS聯用技術對索氏提取法和超聲波提取法所得芫荽精油的成分進行了比較。結果索氏提取法所得芫荽精油中共檢測出60個成分,有41種成分被解析,酯類化合物占了總體的57.755%,而烷烴類化合物占了其中的11.300%,醛類物質占了16.16%,然而使用相同的檢測手段,超聲波提取法提取的芫荽精油中共檢測出了154種成分,其中的酯類化合物占了芫荽精油的47.569%,烷烴類物質占18.799%,醛類物質占13.406%,顯然索氏提取法得到的芫荽精油中醛類和酯類物質占比高于超聲波提取法。Sourmaghi等[27]等采用氣相色譜-質譜(GC-MS)技術對微波輔助水蒸氣蒸餾法及水蒸氣蒸餾法提取的芫荽揮發油化學成分進行了對比。結果表明兩種方法所得精油均以單萜類化合物如芳樟醇、香葉酰乙酸酯和γ-萜品烯為主,其中芳樟醇的含量分別為66.27%±0.23%和63.29%±0.38%,含氧單萜分別為74.99%±0.61%和70.95%±0.67%,微波輔助水蒸氣蒸餾法提取的芫荽精油中,乙酸香葉醇含量為8.49%±0.31%,與水蒸氣蒸餾法(乙酸香葉醇含量為0.065±0.00)相比,含量顯著增加。

3 前景展望

芫荽作為一種產量高,且基本不受地理位置影響的草本植物,在我國資源分布廣泛。以芫荽為原料開發新型食品調味料,既能填補香菜調味料的空白,又能滿足市場需求,不僅提高了香菜的利用率,避免了資源的浪費,還能促進食品、調味品和農業的發展。芫荽精油是由芫荽莖葉、根和芫荽籽提取而來,在開發利用方面,芫荽整棵植株都有著利用價值。近年來,芫荽精油作為一種天然植物添加劑,比較其他化學合成添加劑而言,更加的綠色和安全,這種理念更符合現在綠色環保的理念,因此芫荽精油的提取方法和化學成分分析等備受關注。目前芫荽精油的提取方法比較多,不同的提取方法對芫荽精油的提取率、化學成分及含量均有影響。此外,芫荽的生長環境、品種和不同的部位,也造成芫荽精油中的化學成分及含量存在一定的差異。當然,芫荽精油的研究中也還存在一些問題,如有些方法不適合工業化生產、有些方法提取率較低,一些化學成分還不明確,對其生物活性的研究還不夠深入。相信隨著提取和分析技術的不斷進步,芫荽精油的提取率會更高,化學成分和生物活性也會更加明確,其在食品、醫藥保健品、化妝品和煙草等領域中的應用前景也會更加廣闊。