植物精油的主要提取技术、应用及研究进展

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1.植物精油提取背景

植物精油是通过提取技术获得植物特有的芳香物质，通过蒸馏、压榨等方法将草本植物的花、叶、根、树皮等提取出来。由于植物精油挥发性高且分子较小，因此很容易被人体吸收，并且快速渗透到人体内将不需要的成分排出体外。植物精油本身的香味也可以刺激脑下垂体激素以及荷尔蒙的分泌，从而平衡体内机能，达到美容护肤的作用。植物精油的组成成分复杂，主要由萜类、萜类氧化物、芳香性化合物和脂肪族化合物等构成[2]，植物精油不仅有香味，而且具有抗菌、抗氧化性、抗病毒性等作用，广泛应用于化妆品、食品、医药、日化等行业。植物精油又被称为液体黄金，足以看出它的珍贵。在精油生产中，提取技术对提取质量和提取率的影响最大，在精油提取之后，植物残渣的处理方式也十分重要，因此，无论是精油的提取还是植物残渣的处理，提取技术都占有十分重要的地位，本文对目前主要的一些提取技术进行介绍，并引入了一些最新的研究进展。

2.植物精油性质

植物精油是由分子量相对较小的化合物组合而成，是植物体内的挥发性次生代谢物，可随水蒸气蒸馏且具有一定气味的挥发性油状液体物质。大部分精油是由几十种或几百种化合物组合而成的复杂混合物，按化学成分可以分为萜类衍生物、芳香族化合物、脂肪族化合物、含氮硫类化合物，其中萜烯类化合物是精油的主要成分，又可以分为单萜衍生物类、倍半萜衍生物类、二萜衍生物类；芳香族化合物为精油中的第二大类化合物，主要有两类衍生物，一类为萜源衍生物，如百里草酚，另一类是苯丙烷类衍生物，如桂皮醛等，还有苯乙醇等少部分具有C2-C6骨架化合物[3]；脂肪族化合物几乎存在所有的精油中，但含量较少，如桔子、香茅等精油中的异戊醛；在含氮、含硫类化合物中含硫类化合物较多，存在于辛辣刺激的植物精油中，例如洋葱中的三硫化物等等。精油在常温环境下易挥发，具有芳香气味，大多具有光学活性，可溶于乙醇等有机溶剂，具有杀菌消毒等作用，对人体无害且环境友好。精油类化合物在植物界分布广泛，在植物体内随种类不同而分布不同，有的全株都有，而有的只在花、叶子中存在，植物精油在各个行业都有应用。

3.植物精油传统提取方法

(1)压榨法

压榨法是植物精油提取方法中最传统的一种方法，其原理是利用压力将原料压榨，使其细胞破裂，油分流出。大部分柑橘类的精油都是采用压榨法提取，具体的操作过程就是利用设备对原材料进行压榨，收集榨取物，通过静止分层或者过滤、离心等方法得到粗产物。该方法是在室温中操作，避免了受热导致精油化学成分和功能的变化，所以所得精油的质量较好，可以保持植物精油原有的味道，但是缺点就是产品不够纯净，可能有水分、细胞组织等杂质，而且很难将油分完全榨出。常见的压榨法包括海绵法、锉榨法、机械压榨法，但是由于出油率低，成品保存时间短，因此不利于工业生产。

(2)水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是利用水蒸气带走易挥发油分的原理来制备精油的，是最常用的一种方法，一般分为共水蒸馏法和水蒸气蒸馏法，共水蒸馏法是将植物浸渍在水中加热产生水蒸气，而水蒸气蒸馏法是把植物浸在水蒸气中，后者可以更好的保留植物精油的疗效和气味[4]。水蒸气蒸馏法适用于在水中溶解度不大、挥发性强的油分的提取。由于该方法设备简单，操作方便因此国内外都广泛使用，国外有研究表明水蒸气蒸馏操作在所有蒸馏方法中最为简单，不仅可以防止精油组分分解或者变质，而且也可以降低成分的馏出温度。但是缺点是由于水蒸气蒸馏温度过高，很容易造成精油中热敏性化合物的热分解和易水解成分的水解，目前人们也根据水蒸气蒸馏存在的问题对蒸馏设备进行了改进，大大改善了这一问题。

(3)溶剂浸提法

溶剂浸提法是利用低沸点的有机溶剂，如乙醚等连续回流提取或冷浸提取，通过减压蒸馏除去溶剂得到精油粗产品。溶剂浸提法具有设备简单，精油提取率高等优点，国内有研究人员用正己烷提取火龙果花精油，制得的精油香气更接近于天然精油的香气。该方法的缺点是容易生成难分离的乳浊液，而且所得精油含有树脂、油脂等，需要进行二次处理来提炼精油，因此成本较高。

(4)吸收法

吸收法是利用一些吸附性材料例如油脂、活性炭等对植物中的香气进行吸收，在通过低沸点的有机溶剂将被吸收的成分提取出来[5]。通常用该方法提取热敏性的贵重挥发油，例如玫瑰花油或者茉莉花油的提取，将鲜花压入油脂层中，根据不同花的种类调整时间，然后经过一段时间，将花朵分散，在铺上一层花瓣，如此反复步骤三十次，最后再用酒精将精油提取出来，便可以得到品质优良的精油。

4.植物精油提取的最新技术

(1)连续亚临界水萃取

连续亚临界水萃取是一项在国外取得重大突破的提取技术，该技术的显著特点是介电常数易于控制，在压力一定时，随温度升高而降低。亚临界水也叫过热水，是温度在100℃以上在374℃以下通过高压保持液态的水，由于温度的升高使得水的极性逐渐减小[6]。目前亚临界水萃取已经用于多种植物精油的提取，例如香菜籽精油，薰衣草精油等，并且已经成功建立了亚临界水提取精油的模型。相关研究者通过对各种参数如温度、压力等调试，发现了关键影响因素为温度，并通过不断优化，取得了相关突破。但是缺点是亚临界水提取设备还需要进一步改进，而且亚临界水温度过高时会对精油中热敏性成分造成破坏，因此还需要进一步优化。

(2)超临界CO2萃取法

超临界CO2萃取法是利用超临界流体为萃取剂提取液体或固体中的有效成分，由于CO2做超临界流体方便回收萃取剂，故常用CO2，超临界CO2萃取法适合提取脂溶性、高沸点的成分，萃取率较高，广泛应用于挥发性成分的研究，用超临界萃取技术提取芳香精油具有防氧化，高品质等优点，例如用超临界CO2萃取法提取紫苏中精油，可以使其特殊香味保存完好。虽然超临界CO2萃取法具有环境友好，精油品质高等优点，但是由于超临界CO2萃取法工艺技术要求高，设备费用投资大，成本较高，因此在我国的应用还不普遍。

(3)微波萃取

微波萃取是利用微波来提高植物精油萃取率的一种新方法，主要是利用电磁场的作用使得固体或者半固体中的有机成分与机体有效的分离，并且可以保持分析对象原有化合物状态的分离方法。微波萃取具有设备简单、适用范围广等优点，目前我国应用较多的微波萃取工艺有微波加速蒸馏法、微波辅助有机溶剂法以及微波水扩散重力法等。微波萃取特别适用于天然物质中热敏性成分的萃取。但是缺点是难以有效的防止微波泄露。

(4)超声波萃取

超声波萃取是代替传统工艺的一种新型、高效、节能环保的提取技术，主要是利用超声波的空化作用，破坏植物组织中的细胞，使溶剂渗入细胞内，利用超声波的多次级作用加速细胞内有效成分的扩散溶解，从而加速精油的提取。由于超声波萃取适用于各种溶剂，提取速度快，方法简单，对一些遇热不稳定的成分提取较为适宜。

(5)微胶囊双水相萃取

微胶囊双水相萃取是用特殊的技术将固体、液体或气体物质包埋封存在一种微型胶囊内而成为固体微粒产品[7]。在利用某些亲水性高分子聚合物水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分占有很大比例，形成双水相系统。二者结合提取出的植物精油质量高、提取率高，例如结合用于提取柑桔精油，有效的保护了柑桔精油中的有效成分，防止了精油在提取过程中氧化、聚合等现象的发生。

(6)分子蒸馏

分子蒸馏是一种新型的蒸馏技术，在真空下操作，主要利用液料中各组分蒸馏速率的差异，对液体混合物进行分离。提取效率高、获得的植物精油品质好，但是由于分子蒸馏设备价格昂贵，而且工艺条件要求高，设备加工难度大，因此对其工业化造成了阻碍，难以广泛应用。

5.展望

综上所述，植物精油的提取技术已经发展的较为成熟，有很多学者在植物精油的理化性质、作用机理等方面做了不少研究，日后植物精油的适用方向将不仅限于传统的医药、食品、日化等方面，还需要向多个方向，多个领域发展。目前我国为了增强植物精油的提取效果，将不再使用单一的提取方法，而是转向各种提取技术联用，向高效，高科技的方向迈进，此外，很多新的提取方法只能在实验室使用，难以向工业化转变，植物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，提取效率低等缺点，仍然需要科学工作者们进一步解决这些问题。