植物精油的研究与应用

张志旭，刘东波，2，赖锡湖，2，李 坚

（1．国家中医药管理局亚健康干预技术实验室，湖南 长沙410128；2．湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙410128）

1 引言

精油普遍存在于植物的各个部位，在植物的生长中扮演了重要的角色。根据来源用途，精油分为6大类，分别是香料精油、工业精油、食用精油、药物精油、芳香精油、芳疗精油。其中又以提炼芳疗用的精油最为严谨，除了这些植物必须是有机植物（就是栽种期间不能添加农药及杀虫剂）外，而且提炼的精油还必须通过GC－MS测试，化学成分比例必须合乎标准值，才能归类为芳疗精油。所以有些植物闻起来虽然很香，若不符合标准值，充其量只是芳香植物，并不属于芳疗植物。我们所熟知的精油，简单说就是从植物的叶子、花朵、种子、果实、根部、树皮、树脂、木材等以水蒸馏法、冷压榨法、脂吸法和溶剂萃取法，提炼出来的，具调试芳香性及挥发性的物质［1］。

2 植物精油的概念及理化性质

植物精油是一类植物源次生代谢物质，分子量较小且可随水蒸气蒸出，具有一定挥发性。精油具备调节湿度和预防疾病的保护功能，并能保护植物免受细菌及其他病菌的侵害，花瓣中的精油还可以吸引对自己有益的昆虫靠近，利用精油的这项特质，人们开始在生活中越来越多的应用精油以改善家居环境，预防疾病和保健身体。一般植物精油具有以下理化性质：常温下易挥发，在纸片上不遗留永久的油迹；有特殊而强烈的气味，常温下多为液体；大多具有较高的折光率和一定的旋光度；一般比水轻，比重在0．85～1．065g／mL之间；易溶于石油醚等极性小的有机溶剂中，也能溶于高浓度乙醇中，几乎不溶于水；对空气、日光及温度较敏感，易分解变质；有些植物精油在常温下可析出固体成分（俗称“脑”）［2～3］。

2．1 植物精油分类

按化学成分和含量多少可将植物精油分为4大类，即萜烯类衍生物，芳香族化合物，脂肪族化合物，含氮、含硫类化合物。

2．2 植物精油的分布

精油类化合物在植物界中分布广泛，在植物科属中含精油较为丰富的有松柏科、樟科、芸香科、伞形科、唇形科、姜科、菊科、禾本科、毛茛科、百合科、夹竹桃科、石蒜科、蔷薇科、胡椒科、杜鹃科、术犀科等植物。

精油在植物体内的分布随种类不同而有所差异，有的全株中都含有，有的则在花、果、叶、根等部分器官中含量较多，如唐菖蒲、水杨梅鸢尾等属植物精油集中分布在根部和块茎内；松科、柏科、樟科则以茎中精油含量最高；香叶天竺葵、薄荷、香茅叶中含量高；八角茴香和芫荽以果实中含量最高；重瓣玫瑰、茉莉、白兰、桂花、晚香玉的精油以花中含量最多。有的同一植物不同部位所含精油的成分也不同，如樟科桂属植物的树皮精油多含桂皮醛，叶中主要含丁香酚，而根和茎内木质部主要含樟脑。甚至有些植物采集时间不同，同一部位的精油成分也不完全一样。

2．3 植物精油的功效作用

抗菌活性，精油大多有抑菌活性，有的种类具有很强的抑菌活性，如丁香油，对革兰氏阴性菌、阳性菌都有很强的抑制作用。牛至油对真菌、细菌具有强的广谱抗菌活性，肉桂和当归的精油对血液中的炭疽杆菌具有致死作用；抗炎活性，如荆芥油对急慢性动物炎症都有效果；解热镇痛：如细辛精油、柴胡精油；安神镇定：如营蒲精油中的细辛脑具有镇静抗惊作用，山鸡椒精油在治疗冠心病，心绞痛等方面较好的疗效；抗肿瘤活性：如获术油及其榄香烯，对多种癌细胞具有抑制活性。其它如大蒜新素，野山药，p一桉叶油醇，香茅油的菇烯类化合物等都有抗肿瘤作用；抗病毒活性：如万寿菊叶精油，松针油有很好的抗甲型流感病毒的作用，木篙精油对疙疹病毒具有较好的效果，艾叶挥发油对呼吸道合胞病毒具有一定的抑制作用；驱虫活性：如桉叶油对蚊虫具有驱避作用；镇静作用：如撷草挥发油；抗氧化活性：如紫苏油；抗过敏活性：如陈皮挥发油可以通过抑制过敏介质释放的某个环节或是直接对抗过敏介质进行抑制而发挥抗过敏活性。此外，有的精油在药理上还可以起到祛痰止咳、祛风健胃等作用。正是因为精油广泛的功效，因而得到了越来越多的广泛应用［4～7］。

3 植物精油的应用

随着生物技术的迅速发展，国内外研究人员先后将纯天然的植物提取液制成生物消毒剂，将其应用到消毒领域，多种具有良好杀菌效果、无刺激、无环境污染和毒副作用小的精油制品日益受到重视，在消毒方面展现出令人瞩目的前景。研究表明精油主要是通过影响菌类的呼吸作用及胞膜功能起到抑菌消毒作用的。Mardin Bard等发现精油成分香叶醇可以干扰细胞膜的功能，提高K＋的细胞外渗透，还可以降低细胞膜脂质层的相变温度、影响膜脂的流动性。Cox SD等对茶树油的研究表明，导致微生物最终死亡的机理是破坏了细胞膜的通透屏障，并伴随化学渗透控制作用的丧失，阻碍细菌细胞呼吸并增加了细胞质的透性，导致大肠杆菌的K＋大量渗漏。

但总的来说，由于植物精油是多种成分的混合物，因而对植物精油整体的药理研究较少。普遍认为，植物精油主要作用于高等动物的神经系统，大部分植物精油在药理中为多作用位点，植物精油由于含有很多结构相似、分子质量相同的化合物甚至是同分异构体，完全分离单体化合物相对较难。由于现代社会越来越精确化、定量化，有效单体化合物的低成本高效分离仍然是植物精油成分分离需要解决的问题，也为机理研究提供可靠材料，为精油及其有效单体化合物的广泛应用提供依据。

3．1 植物精油在室内环境改善的应用

近年来，精油抑菌作用的研究更加深入，Nobuyuki Kurita分析了40种精油成分后发现精油中的醛类和醇类如柠檬醛、葵醛、香叶醇、香草醇、葵醇、芳樟醇具有很强的抑菌性，而烯类如柠檬烯、α－蒎烯、β－蒎烯、莰烯和β－石竹烯无抑菌性。Friendman等证明丁子香花油、月桂叶油等6种精油以及精油中的一些成分，如肉桂醛、紫苏醛、丁子香酚、百里香酚、香荆芥酚对大肠杆菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠沙门氏菌离体抑菌活性进行测定，发现均有强烈抑制作用。

国内的学者也通过研究发现桉树、松树、柏树、樟树等自然释放的挥发物具有较强的杀菌能力，其它常见的植物挥发物如松脂、肉桂油、丁香酚等也能够直接杀死细菌、真菌等微生物。谢慧玲等采用室内水插枝法研究了27种植物的分泌物的杀菌效果，结果表明：杀菌效果大于40%的占供试植物的66．67%，香芹酚、百里香酚和丁香酚等有较强抑菌作用，单萜醇的抑菌活性仅次于酚类化合物，醛类、醚类也均有抑菌活性。由于精油抑菌成分具有较强的挥发作用，大部分可扩散到空气中，把飘浮在大气中的病原菌杀死，从而起到杀菌、净化空气的作用，因而逐步开始用于制作空气消毒剂［8］。

3．2 植物精油在防腐保鲜中的应用

植物精油由于其较强的抑菌活性和低毒、环境友好等特点，也开始被应用到农产品特别是直接食用的果蔬病虫害防治和保鲜防腐上。研究人员使用百里香精油、肉桂精油、肉豆蔻精油、桉树精油和鼠尾草精油等五种精油通过熏蒸的方法对樱桃番茄、枣、葡萄、梨、苹果、桃、金桔和柑桔等八种果蔬进行处理，表现了较好的抑菌效果。同时，植物精油单独使用或是和其它防治手段结合使用时，对自然腐烂也具有较好的抑制作用，特别是百里香精油和肉桂精油对抑制果蔬采后病害和降低果蔬腐烂率有较强的作用，因此，利用植物精油进行果蔬采后病害的防治具有良好的开发前景，成为新的研究热点［9］。

3．3 植物精油在其他方面的应用

天然植物精油最早是在日化产品中使用的，近年来除了利用植物精油的赋香功能之外，还充分利用各种天然提取物独特的生物活性来提高产品的质量和开发多种保健功能。研究结果表明迷迭香和柠檬草的精油以及活体香气，具有一定的抗抑郁作用；肉桂油具有驱虫、防霉和杀菌的作用，能够制成衣物、鞋袜和高档日用品的驱虫剂和防霉剂，广泛使用的天然精油还有茶树油、椰子油、澳洲坚果油、芒果脂、甘草提取物等。尤其是现在的美容行业中，更是出现了各式各样的精油产品以及芳香疗法。这些均是利用植物精油的活性，起到美容、护发、抗衰老等效果。

4 植物精油化学成分的研究

4．1 精油提取方法

精油提取技术发展至今，主要有水蒸气蒸馏法、浸提法、压榨法、吸收法、超临界流体萃取法等，不同的方法有不同的特点。水蒸气蒸馏法应用最为广泛，设备简单、容易操作、成本低，包括水中蒸馏、水上蒸馏、水汽蒸馏3种；超临界流体萃取法（SFE）常采用CO2作溶剂，CO2无毒，无残留，不污染产品；SFE在较低温度下进行，适合于对热不稳定物质的提取和分离，因此所得的产品能很好的保持其纯天然特性，防止有效成分的破坏。但超临界技术萃取中，有关流体相和固相间的分离因子的数据比较缺乏，而不同植物的结构造成精油在过程中的传质机理各不相同，因此只有具有更广泛和更可靠的精油组分溶解度数据才能精确分离各精油组分；浸提法又称为挥发性有机溶剂萃取法，该方法常用于不适合用水蒸汽蒸馏法或精油含量低的芳香植物，提取的是浸膏，然后可用来制取净油，或再经水蒸汽蒸馏法提取得精油；压榨法一般主要用于柑桔类植物精油的提取。压榨法的最大特点是生产过程可在室温下进行［10～11］。

除了提取方法之外，植物的生长环境、生长季节、提取部位和前处理也会影响到最终提取精油的组成成分以及含量的变化。

4．2 分析鉴定

近年来大多数采用气相色谱与质谱分析仪或与气相色谱仪结合鉴定的方法对精油中各成分的分析鉴定。一般采用气相色谱－质谱－数据系统联用（GC／MS／DS）技术，根据萜类化合物及其衍生物质谱碎片规律进行解析，再与标准图谱对照，并参考文献数据加以确认。当质谱鉴定仍对一些化合物存在一定困难时，可结合气相色谱仪的保留指数法鉴定或气相色谱／傅里叶变换红外光谱联用（GC／MR）等加以鉴定［12］。

植物精油化学成分基本可分为4类基团。第1类是萜烯类化合物，是精油的主要成分，按其基本结构有可以分为3类：单萜衍生物，如熏衣草类、茵香醇类；倍半萜衍生物，如金合欢烯、广蕾香酮等；二萜衍生物，如油杉醇等。第2类是芳香族化合物，在精油中仅次于萜烯类化合物，其中包括萜源衍生物，如百里草等。第3类是脂肪族化合物，如橘子、香茅等精油中的异戊醛。第4类是含硫含氮化合物，如大蒜素，洋葱中的三硫化物，黑芥子中的异硫氰酸酷等。

4．3 化学成分分离

精油成分分离主要有冷冻法、化学法、柱层析分离法、分馏法及液相色谱法。冷冻法可用于得到结晶化合物纯品，如从薄荷油中提取分离薄荷脑。化学法可用于酚酸类组分、醛酮类组分、醇类组分的分离。柱层析分离法是20世纪80年代我国学者从羲术油中成功分离出具有自主知识产权的抗肿瘤活性成分榄香烯，采用的方法即硅胶柱层析分离法。

目前，很多学者在植物精油的提取方面做了不少工作，精油的提取研究将逐渐趋于成熟，为了增强提取效果，精油的提取工艺已经转向各种提取技术的联合使用，并向高效、高科技的方向迈进。但是，许多精油提取技术的新的研究成果仅局限于实验室规模，难以向工业化转化。精油提取技术的研究、开发以及工业生产中仍然存在着工艺能耗大、综合利用率低、提取效率低、工业化成本高等一系列亟待解决的问题［13～14］。

5 结语

（1）由于植物精油是一类天然混合物，对其在很多方面的作用机理以及进一步的分子机理研究很少。因而在未能明确其作用机理的情况下，精油的深入应用，特别是在作为药物应用时受到限制。

（2）植物精油由于含有很多结构相似、分子质量相同的化合物甚至是同分异构体，完全分离单体化合物相对较难。由于现代社会越来越精确化、定量化，有效单体化合物的低成本高效分离仍然是植物精油成分分离需要解决的问题，也为机理研究提供可靠材料，为精油及其有效单体化合物的广泛应用提供依据。

（3）随着植物精油的理化性质、生物活性、作用机理等方面有了越来越多的研究成果，植物精油产业化的发展不应仅仅局限于传统的医药、食品、日用化学等某一领域或某一方向应用，而向多学科、多方向、多途径开发的道路发展。

（4）利用植物精油还表现在高生物活性研究和环境保护方面。

（5）精油在用途广泛的同时，是否有副作用，安全性范围如何也是必需研究的方面。

（6）自然界的精油植物资源，其总体数量是很大的，种类也很多。但具有较高的经济价值和实用价值的品种却有限，往往因为产量少而难以利用。在适宜生长的山坡、丘陵进行人工引种，逐步建立人工栽培基地，稳定增加产量，是精油植物在开发利用时，保护和扩大资源的有效方法。

［1］Ernest guenther．Recent developments in essential oil production［J］．Economic Botany．2005，105（2）：355～378．

［2］C A Simo．Investigation of the essential oil from eight species of Baccharis belonging to sect．Caulopterae（Asteraceae，Astereae）：a taxonomic approach［J］．Pl Syst Evol，2005（253）：23～32．

［3］Padma S Vankar．Essential oils and fragrances from natural sources［J］．Resonance，2004（4）：30～41．

［4］王巨媛，翟 胜．植物精油应用进展及开发前景展望［J］．江苏农业科学，2010（4）：1～3．

［5］竺锡武．植物精油的研究进展［J］．湖南农业科学，2009（8）：86～89，92．

［6］H M W Herath．Temperature effects on essential oil composition of citronella selections［J］．Economic Botany，1979，33（4）：425～430．

［7］Won Churl Lim．Stimulative and sedative effects of essential oils upon inhalation in mice［J］．Arch Pharm Res，2005，28（7）：770～774．

［8］赵 华，张金生，李丽华．植物精油提取技术的研究进展［J］．辽宁石油化工大学学报，2006，26（4）：137～140．

［9］李川山，陈 晔．植物精油提取工艺研究进展［J］．大众科技，2010（9）：86～87．

［10］苏晓云．压榨法在精油提取中的应用［J］．价值工程，2010，29（1）：51～52．

［11］高海生，赵希艳．食用香料植物的开发利用研究［J］．食品科技2002，23（8）：55～59．

［12］李天祥，王静康．超临界流体萃取技术在天然物提取上的研究进展［J］．天津大学学报：自然科学与工程技术版，2002，35（4）：417～424．

［13］李 斌．超临界CO2萃取和分子蒸馏技术对玫瑰精油提取的研究［D］．沈阳：沈阳农业大学，2006．

［14］汤泽萍．纯天然中药植物精油室内空气消毒片试验报告［J］．海军医学杂志，2005，26（4）：336～337．

［15］郭秀艳．臭柏、油松精油的提取与抑菌活性［D］．呼和浩特：内蒙古农业大学，2009．

［16］B Tisserat S，F Vaughn．Essential oils enhanced by ultra－high carbon dioxide levels from Lamiaceae species grown in vitro and in vivo［J］．Plant Cell Reports，2001（20）：361～368．