挥发油提取分离研究概况

2011-02-10温悦，宋洁

中国药业 2011年5期

关键词：水蒸气超临界挥发油

温悦，宋洁

(第三军医大学第三附属医院野战外科研究所药剂科，重庆 400042)

挥发油提取分离研究概况

温悦，宋洁

(第三军医大学第三附属医院野战外科研究所药剂科，重庆 400042)

介绍了中药挥发油活性成分的水蒸气、微波、超临界提取等提取方法，以及挥发油色谱分离、分子蒸馏技术等分离方法的研究进展，并详细阐述了各种提取分离方法的特点及概况。

挥发油;提取分离;水蒸气蒸馏;超临界提取法

挥发油为中药的重要有效成分，含量一般在1%以下，主要含有萜类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物等。其提取分离的工艺至关重要，近年来相关研究更加深入。笔者在此对有关挥发油提取分离方面的研究进行综述。

1 提取方法

1.1 水蒸气蒸馏法

作为一种最常用的挥发油连续动态提取法，水蒸气蒸馏法具有操作简便、效率较高等优点，在中药的研制与生产中得到了广泛应用。其方法是将药材粗粉先用水浸泡，然后通入水蒸气，使挥发油和水蒸气一同蒸出，再通过不同方法或直接分层分取挥发油，如通过芳香水盐析分取，或用氯仿、石油醚、乙醚等有机溶剂萃取。该法的不足之处是温度较高、耗时较长、易使对湿热不稳定及易氧化的挥发油成分发生变化。为此出现了一些对其进行改进的研究报道。对于热不稳定的挥发油有效成分，用水蒸气蒸馏法时需加以改进，可采用在50～60℃浸取并减压的蒸馏工艺。如当归挥发油的提取[1]，常压下水蒸气蒸馏法挥发油得率为0.32% ～0.40%，且温度较高;藁本内酯作为当归挥发油的主要异构化成分，减压蒸馏工艺改进为50～60℃浸取，当归挥发油得率提高到0.54% ～0.64%，较常压下直接水蒸气蒸馏法提取得率高40%以上。此外，针对医院制剂生产品种多、规模小，在芳香水上难以形成油层、不易收油的问题，改进传统方法，采用加盐、降温新工艺，可降低挥发油在水中的溶解度，减少了挥发油挥发的损失。这些对水蒸气蒸馏法的改进，能使其得到更广泛的应用[2－4]。

1.2 微波提取法

关于微波法提取挥发油的报道很多，近年取得了较大进展。Pare等从植物和鱼组织中提取芳香油和其他油类，并申请了微波辅助提取天然产物及挥发油等一系列专利[5]。利用微波透明介质作为冷却剂，使提出的有机物迅速冷却并转入主体相，可达到提高提取率、减少热破坏的目的。利用这一工艺对薄荷、洋葱中的挥发油进行提取，结果证明微波具有选择性，与传统的乙醇浸提比较，微波处理得到的薄荷油几乎不含叶绿素和薄荷酮;20 s的微波诱导提取与2 h的水蒸气蒸馏、6 h的索氏提取的效果相当，且提取产物的质量优于传统方法的产物[6]。微波提取马郁兰油的产量较高(接近1%)，其原因是微波作用的选择性，尤其是它对萜烯等成分很有效;用微波萃取鱼肝油，与一般的提取方法相比，脂溶性维生素破坏较少;应用微波萃取大蒜油，在接近环境温度的情况下，萃取时间短，得到的萃取成分重复性佳，产品质量均一，热敏性成分损失少[7]。此外，微波萃取还用于蒿、茴香、千牛至、龙蒿、牛膝草、鼠尾草、百里香等物料中提取挥发性成分[8－9]，其质量相当或优于溶剂回流、水蒸气蒸馏、索氏提取及超临界CO2萃取的同类产品，而且具有操作方便、装置简单、提取时间短、提取率高、溶剂用量少、产品纯正等优点。微波协助萃取技术的研究才刚刚起步，但发展非常迅速，已成为当前和今后新型提取技术的研究热点之一。如何针对中药复方特点设计微波萃取方案，并能够在仪器设计上实现突破，需相关的科技工作者共同努力，大胆创新，深入研究[10]。

1.3 超临界提取法

超临界流体萃取(supercritical fluid extraction，SFE)是一种较新的提取分离技术。超临界流体是处于临界温度(TC)和临界压力(PC)以上的流体，如CO2、氨、乙烯、丙烷、水等，目前研究较多的是CO2。超临界CO2萃取用于中药成分的提取已有很多报道，其对脂溶性成分、热不稳定成分及易氧化成分有良好的提取效果，在工业生产的各个领域，特别是在中草药挥发油领域具有较大的应用潜力。超临界CO2萃取有以下优点:1)不仅对某些物质的溶解度有选择性，而且对分散系及分散系各成分分离较易，故萃取速度快，可缩短生产周期;2)可提高收率，降低成本;3)萃取中药挥发油时，没有残留的有机溶剂，同时可节省大量的有机溶剂;4)与传统水蒸气蒸馏法比较，具有萃取温度低、系统密闭等优点，更适合于那些对湿热不稳定的物质，以及易氧化成分的萃取，可使活性成分含量增高;5)流程简单，操作方便，可避免传统溶剂法提取时易燃易爆的危险，减少环境污染;6)与气相色谱－质谱(GC－MS)联用法结合，可成为一种较有效的分离分析手段，能高效、快速地进行药物、化学或环境分析[11]。除单独应用外，超临界流体萃取也可与高效液相层析、薄层扫描或分子蒸馏等技术联用，具有提取分离快速、回收率高、定量自动化等优点。在以超临界CO2萃取－分子蒸馏对当归的提取分离试验中[12]，提取物的得率达2.15%，而传统方法提取的挥发油得率仅为0.2%;超临界CO2萃取物在分子蒸馏前后的成分大部分相同，但相对含量有较大的改变，相对分子质量小的相对含量提高。超临界CO2萃取的局限性在于，它仅适合于萃取那些亲脂性、相对分子质量小的物质，而对于极性大、相对分子质量太大的物质，需要加夹带剂或在很高的压力下进行萃取，因此投资大，给工业化带来一定的难度和限制。

1.4 其他方法

1.4.1 溶剂提取法

是利用低沸点有机溶剂如石油醚、乙醚，与中药在连续提取器中加热提取，提取液低温蒸去溶剂即得挥发油。但所得挥发油的黏度很大，原料中脂溶性成分如树脂、油脂、蜡等也同时被提出，因此需进一步用高浓度乙醇溶解，放冷至－20℃，除去析出的固体物，减压蒸去乙醇来精制。在用不同方法提取檀香挥发油的试验中[13]，以水蒸气蒸馏法提得的檀香挥发油得率为2.34%，而经石油醚、乙醇、水回流提得的总檀香挥发油得率达3.35%，挥发油中总檀香醇含量也较高。结果提示，檀香用水蒸气蒸馏法提取6 h后，水液中仍有香气的原因是还有相当部分挥发油未能提出。由此可见，溶剂提取法较水蒸气蒸馏法的提取效率高、操作简单、应用广泛。

1.4.2 吸收法

多用无臭味的3份豚脂和牛脂2份的混合物吸收芳香成分，得“香脂”。可直接供化妆品制造用，也可加入无水乙醇自“香脂”中将挥发油提出，减压回收乙醇的净油。此外，还可用活性炭或大孔吸附树脂吸收挥发油，多用于名贵挥发油的提取，如玫瑰花油、茉莉花油等。

1.4.3 压榨法

含挥发油较多的药材，可用机械压榨法把挥发油从植物组织中挤压出来。此法因在常温下进行，其成分不至于受热分解，可保持挥发油原有的香气，但所得挥发油含有水分、黏液质及细胞组织等杂质，常呈浑浊状态，需进一步处理。同时，此法不易将药材中的挥发油压取干净，故常将压榨后的药渣再进行水蒸气蒸馏。如陈皮、橘皮、柠檬皮等含挥发油较多药材，可用此法提取。

2 分离方法

2.1 色谱法

硅胶和氧化铝吸附柱色谱适合分离挥发油中的各种成分。由于挥发油的组成较复杂，直接进行柱色谱很难获得单一成分，所以常将挥发油先经分馏或冷冻析出，进行初步分离后，再分别进行色谱分离。对于挥发性较大的成分，如挥发油中的醛、酮类，宜先制成挥发性低的衍生物，再进行色谱分离。对于含有双键异构体化合物的挥发油，用一般色谱法较难将这些异构体分开，可采用硝酸银－硅胶柱色谱制备薄层色谱来分离。气相色谱法，尤其是气液色谱的分离效果好，能成功地将微量样品的挥发油中各成分分开，获得单一成分。一般情况下，通常要把这几种分离方法联用，才能取得更好的分离效果。如在异叶青兰挥发油主要成分的分离试验中[14]，取异叶青兰挥发油1 mL柱层析，先用石油醚洗尽无氧烃，再用石油醚－乙酸乙酯(20∶1)混合溶剂冲洗过柱，收集油中主要成分的粗产品，粗产品用薄板纯化后得到一淡黄色油状物，对分离出的油状物用气相色谱仪分离，结果有52个组分。

目前，对中药材挥发油进行分析最有效的手段就是GC－MS联用。GC－MS联用技术检测灵敏度高、分离效能好，在中药分析领域的应用越来越受到重视。应用GC－MS联用技术进行中成药分析，是中药分析手段现代化的重要体现和尝试。刘密新等[15]在GC－MS联用技术对含有20个组分的乌鸡白凤丸挥发油进行分析，分离出了61个成分，并鉴定出36种化合物。王元瑜等[16]以GC－MS联用技术对中成药大承气汤的挥发油进行分析测定，鉴定出了56种化合物，并测定了各化合物在挥发油中的相对百分含量。廖亚莎等[17]对中药咳喘鼻闻安挥发性成分进行GC－MS联用分析，从中分离出50个成分，初步鉴定出15种化合物，占总量的98.53%。GC－MS联用技术已越来越趋于成熟，它结合了气相色谱的高柱效、高分离性能与质谱的定性功能，同时随着计算机技术的飞速发展，质谱谱库检索功能亦越来越强大和精确，对可挥发性未知成分与微量成分的结构确定有其独到之处。

气相色谱－傅里叶变换红外光谱(GC－FTIR)联用问世后，开始被用于分析挥发油的组成。但由于仪器灵敏度偏低、光管死体积大，很难得到理想的分析结果;加之标准气相红外图少，检索困难，使该法的应用受到很大限制，以致它仅仅作为GC－MS法的辅助手段。然而，红外光谱对一些芳烃取代基异构体、顺反异构体以及含氧萜类化合物定性的可靠性明显优于质谱，如果能解决以上缺陷，GC－FTIR联用会有更广阔的前景。刘密新等[18]用GC－MS和GC－FTIR联用技术对砂仁挥发油进行分离鉴定，该法的关键是得到好的重建色谱图，GC－FTIR重建色谱图清楚地分离出30个峰，并确定了34种化合物，其中甲苯、反式氧化芳樟醇、葑酮、爱草脑、香芹酮、橙花醇、檀香烯、橙花叔醇等13种化合物均为首次报道，两种方法取得了非常一致的结果。在鉴定过程中，以计算机给出的质谱检索结果为主，红外谱图作为辅助手段，两者大多得到了相同的结果。

2.2 分子蒸馏技术

分子蒸馏(molecular distillation，MD)又称短程蒸馏(short－path distillation)，属于一种高新技术，是较新的尚未广泛应用于工业化生产的液－液分离技术，特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物系的分离。应用分子蒸馏技术，能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题，与超临界CO2萃取联用还可用于提取、分离中药有效成分，特别是挥发油等极性物质。张忠义等[19－20]采用超临界CO2萃取与分子蒸馏两项技术对干姜和大蒜有效成分进行萃取与分离，并用GC－MS联用技术对干姜超临界CO2萃取物及其分子蒸馏液进行分析，发现干姜分子蒸馏液中有效成分含量高，且杂质含量少;而大蒜中热不稳定的有效成分也取得了良好的分离效果。与普通蒸馏相比，分子蒸馏温度低、受热时间短，适合于热敏性有效成分的分离。古维新等[21]研究独活的化学成分并建立了提取方法，采用超临界CO2流体萃取与分子蒸馏两项技术对独活的化学成分进行萃取和分离，发现独活含有挥发油，得率为0.44%，而用水蒸气蒸馏的提取率为0.2%。钟耕等[22]采用分子蒸馏法，以冷榨甜橙油为原料，提取其中的类胡萝卜素，结果表明，采用分子蒸馏法从脱蜡的甜橙油中一步提取的色素，不含外来有机溶剂，纯度高，色价高。

分子蒸馏技术具有以下优点:1)由于提取温度较低，受热时间短，能较好地保存中药有效成分，尤其适宜于热敏性、易氧化药效成分的提取分离;2)分离能力强，有效成分富集程度高，调节适宜的蒸馏温度和真空度，可获得相对含量较高的有效成分，便于质量标准控制与提高药物效能;3)利于脱溶剂与脱色，能有效改善中药成品色泽;4)分离过程中不需物料沸腾，分子蒸馏过程不可逆，是一个非平衡的蒸馏过程，故其分离率比常规蒸馏高且能耗低，能分离常规蒸馏不易分开的物质;5)物料为液态，可连续进出料，利于产业化大生产，运行成本低;6)工艺简单，操作方便，不耗用任何有机溶剂，无污染且运作安全，符合绿色、环保要求。当然，分子蒸馏技术也存在一定的局限性:由于要求在真空条件下进行，所需的设备成本过高、结构复杂，设计技术要求高，相应的配套设备也多，投资过大;此外，在大规模生产中应用也很困难。目前，分子蒸馏技术的应用还不是很多，大多集中在挥发油化学成分的分离上，对中药中其他成分的研究还鲜有报道。随着人们的深入研究，及其本身具有与传统蒸馏技术无法比拟的优点，分子蒸馏技术必将会越来越多地用于中药有效成分的提取分离[23]。

2.3 其他方法

2.3.1 冷冻法

将挥发油于0℃至－20℃放置，若有结晶析出，则分出结晶，经重结晶可得到纯品。例如，从薄荷油中分离薄荷脑[24]，将油冷至－10℃，12 h后析出第一批粗脑，粗脑加热熔融后，再置0℃冷冻，即得到较纯的薄荷脑。粗脑也可用乙醇重结晶。

2.3.2 化学法

根据挥发油中各成分的结构或特有功能基团的不同，可用化学法逐一加以处理，使各成分达到分离的目的。

2.3.3 分馏法

挥发油中成分大多属单萜、倍半萜类化合物，其化学结构、物理性质往往很接近，但由于双键数和含氧功能基团不同，各成分之间的沸点也有一定差异，但具有一定的规律性，因此可用分馏法将挥发油中各成分分离。由于挥发油的组成成分多，对热及空气中的氧较不稳定，因此分馏宜在减压下进行。挥发油按温度不同可粗略地分为3个馏分:低沸程馏分为单萜烯类化合物;中沸程馏分为单萜含氧化合物，包括醛、酮、酚、酯等;高沸程馏分为倍半萜烯及其含氧衍生物和类化合物。将以上各馏分经药理实验确定有效部位后，再进行温度间隔更小的分馏。若不是单一成分，还则需进一步粗馏或结合其他方法进行分离。

3 结语

当今，回归自然的热潮使天然药物(含中药)在治疗和保健方面备受重视，挥发油作为中药的重要有效成分，其提取分离方法研究和应用亦是中药在制剂现代化过程中不可缺少的环节。因此引入新的提取分离技术，将有利于改善传统提取分离方法的不足。

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