揮發油提取分離研究概況

溫 悅，宋 潔

(第三軍醫大學第三附屬醫院野戰外科研究所藥劑科，重慶 400042)

揮發油提取分離研究概況

溫 悅，宋 潔

(第三軍醫大學第三附屬醫院野戰外科研究所藥劑科，重慶 400042)

介紹了中藥揮發油活性成分的水蒸氣、微波、超臨界提取等提取方法，以及揮發油色譜分離、分子蒸餾技術等分離方法的研究進展，并詳細闡述了各種提取分離方法的特點及概況。

揮發油;提取分離;水蒸氣蒸餾;超臨界提取法

揮發油為中藥的重要有效成分，含量一般在1%以下，主要含有萜類化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物等。其提取分離的工藝至關重要，近年來相關研究更加深入。筆者在此對有關揮發油提取分離方面的研究進行綜述。

1 提取方法

1.1 水蒸氣蒸餾法

作為一種最常用的揮發油連續動態提取法，水蒸氣蒸餾法具有操作簡便、效率較高等優點，在中藥的研制與生產中得到了廣泛應用。其方法是將藥材粗粉先用水浸泡，然后通入水蒸氣，使揮發油和水蒸氣一同蒸出，再通過不同方法或直接分層分取揮發油，如通過芳香水鹽析分取，或用氯仿、石油醚、乙醚等有機溶劑萃取。該法的不足之處是溫度較高、耗時較長、易使對濕熱不穩定及易氧化的揮發油成分發生變化。為此出現了一些對其進行改進的研究報道。對于熱不穩定的揮發油有效成分，用水蒸氣蒸餾法時需加以改進，可采用在50～60℃浸取并減壓的蒸餾工藝。如當歸揮發油的提取[1]，常壓下水蒸氣蒸餾法揮發油得率為0.32% ～0.40%，且溫度較高;藁本內酯作為當歸揮發油的主要異構化成分，減壓蒸餾工藝改進為50～60℃浸取，當歸揮發油得率提高到0.54% ～0.64%，較常壓下直接水蒸氣蒸餾法提取得率高40%以上。此外，針對醫院制劑生產品種多、規模小，在芳香水上難以形成油層、不易收油的問題，改進傳統方法，采用加鹽、降溫新工藝，可降低揮發油在水中的溶解度，減少了揮發油揮發的損失。這些對水蒸氣蒸餾法的改進，能使其得到更廣泛的應用[2－4]。

1.2 微波提取法

關于微波法提取揮發油的報道很多，近年取得了較大進展。Pare等從植物和魚組織中提取芳香油和其他油類，并申請了微波輔助提取天然產物及揮發油等一系列專利[5]。利用微波透明介質作為冷卻劑，使提出的有機物迅速冷卻并轉入主體相，可達到提高提取率、減少熱破壞的目的。利用這一工藝對薄荷、洋蔥中的揮發油進行提取，結果證明微波具有選擇性，與傳統的乙醇浸提比較，微波處理得到的薄荷油幾乎不含葉綠素和薄荷酮;20 s的微波誘導提取與2 h的水蒸氣蒸餾、6 h的索氏提取的效果相當，且提取產物的質量優于傳統方法的產物[6]。微波提取馬郁蘭油的產量較高(接近1%)，其原因是微波作用的選擇性，尤其是它對萜烯等成分很有效;用微波萃取魚肝油，與一般的提取方法相比，脂溶性維生素破壞較少;應用微波萃取大蒜油，在接近環境溫度的情況下，萃取時間短，得到的萃取成分重復性佳，產品質量均一，熱敏性成分損失少[7]。此外，微波萃取還用于蒿、茴香、千牛至、龍蒿、牛膝草、鼠尾草、百里香等物料中提取揮發性成分[8－9]，其質量相當或優于溶劑回流、水蒸氣蒸餾、索氏提取及超臨界CO2萃取的同類產品，而且具有操作方便、裝置簡單、提取時間短、提取率高、溶劑用量少、產品純正等優點。微波協助萃取技術的研究才剛剛起步，但發展非常迅速，已成為當前和今后新型提取技術的研究熱點之一。如何針對中藥復方特點設計微波萃取方案，并能夠在儀器設計上實現突破，需相關的科技工作者共同努力，大膽創新，深入研究[10]。

1.3 超臨界提取法

超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction，SFE)是一種較新的提取分離技術。超臨界流體是處于臨界溫度(TC)和臨界壓力(PC)以上的流體，如CO2、氨、乙烯、丙烷、水等，目前研究較多的是CO2。超臨界CO2萃取用于中藥成分的提取已有很多報道，其對脂溶性成分、熱不穩定成分及易氧化成分有良好的提取效果，在工業生產的各個領域，特別是在中草藥揮發油領域具有較大的應用潛力。超臨界CO2萃取有以下優點:1)不僅對某些物質的溶解度有選擇性，而且對分散系及分散系各成分分離較易，故萃取速度快，可縮短生產周期;2)可提高收率，降低成本;3)萃取中藥揮發油時，沒有殘留的有機溶劑，同時可節省大量的有機溶劑;4)與傳統水蒸氣蒸餾法比較，具有萃取溫度低、系統密閉等優點，更適合于那些對濕熱不穩定的物質，以及易氧化成分的萃取，可使活性成分含量增高;5)流程簡單，操作方便，可避免傳統溶劑法提取時易燃易爆的危險，減少環境污染;6)與氣相色譜－質譜(GC－MS)聯用法結合，可成為一種較有效的分離分析手段，能高效、快速地進行藥物、化學或環境分析[11]。除單獨應用外，超臨界流體萃取也可與高效液相層析、薄層掃描或分子蒸餾等技術聯用，具有提取分離快速、回收率高、定量自動化等優點。在以超臨界CO2萃取－分子蒸餾對當歸的提取分離試驗中[12]，提取物的得率達2.15%，而傳統方法提取的揮發油得率僅為0.2%;超臨界CO2萃取物在分子蒸餾前后的成分大部分相同，但相對含量有較大的改變，相對分子質量小的相對含量提高。超臨界CO2萃取的局限性在于，它僅適合于萃取那些親脂性、相對分子質量小的物質，而對于極性大、相對分子質量太大的物質，需要加夾帶劑或在很高的壓力下進行萃取，因此投資大，給工業化帶來一定的難度和限制。

1.4 其他方法

1.4.1 溶劑提取法

是利用低沸點有機溶劑如石油醚、乙醚，與中藥在連續提取器中加熱提取，提取液低溫蒸去溶劑即得揮發油。但所得揮發油的黏度很大，原料中脂溶性成分如樹脂、油脂、蠟等也同時被提出，因此需進一步用高濃度乙醇溶解，放冷至－20℃，除去析出的固體物，減壓蒸去乙醇來精制。在用不同方法提取檀香揮發油的試驗中[13]，以水蒸氣蒸餾法提得的檀香揮發油得率為2.34%，而經石油醚、乙醇、水回流提得的總檀香揮發油得率達3.35%，揮發油中總檀香醇含量也較高。結果提示，檀香用水蒸氣蒸餾法提取6 h后，水液中仍有香氣的原因是還有相當部分揮發油未能提出。由此可見，溶劑提取法較水蒸氣蒸餾法的提取效率高、操作簡單、應用廣泛。

1.4.2 吸收法

多用無臭味的3份豚脂和牛脂2份的混合物吸收芳香成分，得“香脂”?？芍苯庸┗瘖y品制造用，也可加入無水乙醇自“香脂”中將揮發油提出，減壓回收乙醇的凈油。此外，還可用活性炭或大孔吸附樹脂吸收揮發油，多用于名貴揮發油的提取，如玫瑰花油、茉莉花油等。

1.4.3 壓榨法

含揮發油較多的藥材，可用機械壓榨法把揮發油從植物組織中擠壓出來。此法因在常溫下進行，其成分不至于受熱分解，可保持揮發油原有的香氣，但所得揮發油含有水分、黏液質及細胞組織等雜質，常呈渾濁狀態，需進一步處理。同時，此法不易將藥材中的揮發油壓取干凈，故常將壓榨后的藥渣再進行水蒸氣蒸餾。如陳皮、橘皮、檸檬皮等含揮發油較多藥材，可用此法提取。

2 分離方法

2.1 色譜法

硅膠和氧化鋁吸附柱色譜適合分離揮發油中的各種成分。由于揮發油的組成較復雜，直接進行柱色譜很難獲得單一成分，所以常將揮發油先經分餾或冷凍析出，進行初步分離后，再分別進行色譜分離。對于揮發性較大的成分，如揮發油中的醛、酮類，宜先制成揮發性低的衍生物，再進行色譜分離。對于含有雙鍵異構體化合物的揮發油，用一般色譜法較難將這些異構體分開，可采用硝酸銀－硅膠柱色譜制備薄層色譜來分離。氣相色譜法，尤其是氣液色譜的分離效果好，能成功地將微量樣品的揮發油中各成分分開，獲得單一成分。一般情況下，通常要把這幾種分離方法聯用，才能取得更好的分離效果。如在異葉青蘭揮發油主要成分的分離試驗中[14]，取異葉青蘭揮發油1 mL柱層析，先用石油醚洗盡無氧烴，再用石油醚－乙酸乙酯(20∶1)混合溶劑沖洗過柱，收集油中主要成分的粗產品，粗產品用薄板純化后得到一淡黃色油狀物，對分離出的油狀物用氣相色譜儀分離，結果有52個組分。

目前，對中藥材揮發油進行分析最有效的手段就是GC－MS聯用。GC－MS聯用技術檢測靈敏度高、分離效能好，在中藥分析領域的應用越來越受到重視。應用GC－MS聯用技術進行中成藥分析，是中藥分析手段現代化的重要體現和嘗試。劉密新等[15]在GC－MS聯用技術對含有20個組分的烏雞白鳳丸揮發油進行分析，分離出了61個成分，并鑒定出36種化合物。王元瑜等[16]以GC－MS聯用技術對中成藥大承氣湯的揮發油進行分析測定，鑒定出了56種化合物，并測定了各化合物在揮發油中的相對百分含量。廖亞莎等[17]對中藥咳喘鼻聞安揮發性成分進行GC－MS聯用分析，從中分離出50個成分，初步鑒定出15種化合物，占總量的98.53%。GC－MS聯用技術已越來越趨于成熟，它結合了氣相色譜的高柱效、高分離性能與質譜的定性功能，同時隨著計算機技術的飛速發展，質譜譜庫檢索功能亦越來越強大和精確，對可揮發性未知成分與微量成分的結構確定有其獨到之處。

氣相色譜－傅里葉變換紅外光譜(GC－FTIR)聯用問世后，開始被用于分析揮發油的組成。但由于儀器靈敏度偏低、光管死體積大，很難得到理想的分析結果;加之標準氣相紅外圖少，檢索困難，使該法的應用受到很大限制，以致它僅僅作為GC－MS法的輔助手段。然而，紅外光譜對一些芳烴取代基異構體、順反異構體以及含氧萜類化合物定性的可靠性明顯優于質譜，如果能解決以上缺陷，GC－FTIR聯用會有更廣闊的前景。劉密新等[18]用GC－MS和GC－FTIR聯用技術對砂仁揮發油進行分離鑒定，該法的關鍵是得到好的重建色譜圖，GC－FTIR重建色譜圖清楚地分離出30個峰，并確定了34種化合物，其中甲苯、反式氧化芳樟醇、葑酮、愛草腦、香芹酮、橙花醇、檀香烯、橙花叔醇等13種化合物均為首次報道，兩種方法取得了非常一致的結果。在鑒定過程中，以計算機給出的質譜檢索結果為主，紅外譜圖作為輔助手段，兩者大多得到了相同的結果。

2.2 分子蒸餾技術

分子蒸餾(molecular distillation，MD)又稱短程蒸餾(short－path distillation)，屬于一種高新技術，是較新的尚未廣泛應用于工業化生產的液－液分離技術，特別適用于高沸點、熱敏性及易氧化物系的分離。應用分子蒸餾技術，能解決大量常規蒸餾技術所不能解決的問題，與超臨界CO2萃取聯用還可用于提取、分離中藥有效成分，特別是揮發油等極性物質。張忠義等[19－20]采用超臨界CO2萃取與分子蒸餾兩項技術對干姜和大蒜有效成分進行萃取與分離，并用GC－MS聯用技術對干姜超臨界CO2萃取物及其分子蒸餾液進行分析，發現干姜分子蒸餾液中有效成分含量高，且雜質含量少;而大蒜中熱不穩定的有效成分也取得了良好的分離效果。與普通蒸餾相比，分子蒸餾溫度低、受熱時間短，適合于熱敏性有效成分的分離。古維新等[21]研究獨活的化學成分并建立了提取方法，采用超臨界CO2流體萃取與分子蒸餾兩項技術對獨活的化學成分進行萃取和分離，發現獨活含有揮發油，得率為0.44%，而用水蒸氣蒸餾的提取率為0.2%。鐘耕等[22]采用分子蒸餾法，以冷榨甜橙油為原料，提取其中的類胡蘿卜素，結果表明，采用分子蒸餾法從脫蠟的甜橙油中一步提取的色素，不含外來有機溶劑，純度高，色價高。

分子蒸餾技術具有以下優點:1)由于提取溫度較低，受熱時間短，能較好地保存中藥有效成分，尤其適宜于熱敏性、易氧化藥效成分的提取分離;2)分離能力強，有效成分富集程度高，調節適宜的蒸餾溫度和真空度，可獲得相對含量較高的有效成分，便于質量標準控制與提高藥物效能;3)利于脫溶劑與脫色，能有效改善中藥成品色澤;4)分離過程中不需物料沸騰，分子蒸餾過程不可逆，是一個非平衡的蒸餾過程，故其分離率比常規蒸餾高且能耗低，能分離常規蒸餾不易分開的物質;5)物料為液態，可連續進出料，利于產業化大生產，運行成本低;6)工藝簡單，操作方便，不耗用任何有機溶劑，無污染且運作安全，符合綠色、環保要求。當然，分子蒸餾技術也存在一定的局限性:由于要求在真空條件下進行，所需的設備成本過高、結構復雜，設計技術要求高，相應的配套設備也多，投資過大;此外，在大規模生產中應用也很困難。目前，分子蒸餾技術的應用還不是很多，大多集中在揮發油化學成分的分離上，對中藥中其他成分的研究還鮮有報道。隨著人們的深入研究，及其本身具有與傳統蒸餾技術無法比擬的優點，分子蒸餾技術必將會越來越多地用于中藥有效成分的提取分離[23]。

2.3 其他方法

2.3.1 冷凍法

將揮發油于0℃至－20℃放置，若有結晶析出，則分出結晶，經重結晶可得到純品。例如，從薄荷油中分離薄荷腦[24]，將油冷至－10℃，12 h后析出第一批粗腦，粗腦加熱熔融后，再置0℃冷凍，即得到較純的薄荷腦。粗腦也可用乙醇重結晶。

2.3.2 化學法

根據揮發油中各成分的結構或特有功能基團的不同，可用化學法逐一加以處理，使各成分達到分離的目的。

2.3.3 分餾法

揮發油中成分大多屬單萜、倍半萜類化合物，其化學結構、物理性質往往很接近，但由于雙鍵數和含氧功能基團不同，各成分之間的沸點也有一定差異，但具有一定的規律性，因此可用分餾法將揮發油中各成分分離。由于揮發油的組成成分多，對熱及空氣中的氧較不穩定，因此分餾宜在減壓下進行。揮發油按溫度不同可粗略地分為3個餾分:低沸程餾分為單萜烯類化合物;中沸程餾分為單萜含氧化合物，包括醛、酮、酚、酯等;高沸程餾分為倍半萜烯及其含氧衍生物和類化合物。將以上各餾分經藥理實驗確定有效部位后，再進行溫度間隔更小的分餾。若不是單一成分，還則需進一步粗餾或結合其他方法進行分離。

3 結語

當今，回歸自然的熱潮使天然藥物(含中藥)在治療和保健方面備受重視，揮發油作為中藥的重要有效成分，其提取分離方法研究和應用亦是中藥在制劑現代化過程中不可缺少的環節。因此引入新的提取分離技術，將有利于改善傳統提取分離方法的不足。

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2010－04－16)