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唇形科植物精油化学成分分析及提取工艺研究进展



全 文 :《食品工业》2013 年第34卷第 10期 193
唇形科植物精油化学成分分析及提取工艺研究进展
权美平
渭南师范学院化学与生命科学学院(渭南 714000)
摘 要 该文通过相关文献, 归纳已经报道的在不同提取工艺、不同分析方法条件下关于唇形科不同属植物精油
研究的资料, 综述了紫苏、东紫苏, 香紫苏精油的研究进展情况, 为今后紫苏、东紫苏、香紫苏植物精油的开发和
研究作参考。
关键词 植物精油; 成分分析; 研究进展
Research Progress on Chemical Component Analysis and Extraction Process
of Plant Essential Oil in Labiatae
Quan Mei-ping
The College of Chemistry and Life Science, Weinan Teachers Unive rsity (Weinan 714000)
Abstract Through consulting a large number of related literatures, sum up that widely studied material of plant essential oil in
different genus under different extraction process and analytical method, and elaborate current situation of plant essential oil in Perilla
frutescens (L.) Britton, Elsholtzia bodinieri V. and Salvia sclarea L.. Hope to exploit essential oil in the 3 plants and provide
the all-round references to subsequent deep study.
Keywords plant essential oil; component analysis; research progress
植物精油,又称植物挥发油,是植物体内的次生
代谢物质,由分子量相对较小的简单化合物组成,具
有一定芳香气味,在常温下能挥发的油状液体物质。
精油在植物中一般含量在1%以下,但少数达10%以
上,其中唇形花科紫苏各属植物的精油含量较为丰
富[1]。唇形科紫苏属、香薷属、鼠属草属植物挥发油
的化学成分。由于种属、产地、气候、生长环境和提
取方法等的不同,使得各种精油的化学成分呈现明显
的差异,而其化学组成与药理功能紧密相关。因此,
主要针对不同条件下提取的唇形科紫苏、东紫苏和香
紫苏各类精油的化学成分及其特点进行总结介绍,对
全面认识和探索这类植物资源在中药领域的开发和利
用具有一定的指导意义。
1 紫苏精油
紫苏[Perilla frutescens(L.) Britton]为唇形科紫
苏属一年生草本植物,别名桂荏、赤苏、香苏,白苏、
回回苏、苏叶等,具有特异的香气,性温,味辛,常用
于治疗胸膈痞闷,胃脘疼痛,胎动不安等症[2-3]。现代
研究表明,挥发油是紫苏主要药效成分之一,具有抗
氧化、抗菌、抗过敏、降血脂等作用[4-5]。
1.1 紫苏精油水蒸气蒸馏提取法(SD)及化学成分
分析
水蒸气蒸馏提取是指香料与水构成互不相溶体
系加热时,精油和水产生的混合蒸气经锅顶鹅颈
导入冷凝器中得到水与精油的液体混合物,经过油
水分离后即得到精油产品。此法设备简易,操作简
便,是目前常用的精油蒸馏方法。方荣美等[6]采用
气相色谱法经SD工艺提取的紫苏叶精油中紫苏醛进
行分析,得知紫苏醛的含量为18.34%。秦晓霜等[7]
采用(气象色谱/质谱联用)GC/MS法,用质谱谱库
检索及人工谱图解析,结合面积归一法鉴定出经SD
法提取得到的紫苏挥发油的主要化学成分为紫苏醛
(92.13%)、柠檬烯(2.86%)、1,6,10十二碳三烯
7,11二甲基-3-亚甲基(2.24%)、1,6-辛二醇-3-
醇,3,7-二甲基(0.79%)等化合物。刘信平等[8]采
用GC/MS法对SD提取鲜紫苏叶茎中所得精油进行研
究,结果证明:精油主要成分紫苏醛(49.14%),其
次是柠檬烯(9.3%)、石竹烯(7.19%),且挥发油
中除醛、醇、烯、酯类物质外,还含有N,P,S,X
(X=F,D,Br,I)等元素的化合物。孟青等[9]采用
GC/MS法对SD提取湖北产紫苏叶茎中所得精油进行研
究,结果证明:从紫苏挥发油中分离并鉴定出29种化
合物,挥发油的主要成分是:紫苏醛(19.83%)、
柠檬烯(14.17%)、反式-石竹烯(8.20%)、β-檀
香烯(7.50%)、α-法呢烯(5.36%)、β-芹子烯
(4.53%)等。
以上研究均利用GC/MS相结合的手段,对SD法所
得的植物精油进行定性和定量分析得到不同来源紫苏
的化学成分。尽管SD法结合GC/MS联用技术仍是精油
分析的主要手段,但是新型辅助鉴定分析手段在紫苏
油领域得以发展。如:蒋军辉等[10]采用GC/MS技术结
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合程序升温保留指数辅助定性分析湖南产紫苏经水蒸
气蒸馏法提取的挥发油成分,结果定性出的51种紫苏
精油成分主要为萜烯类和含氧化合物并定量了各成
分含量。此外,崔向青等[11]采用GC/MS技术,使用
两个不同色谱柱对紫苏挥发油化学成分进行对比分
析,结果证明:两个色谱柱分离效果有明显区别;
用两个色谱柱对挥发油化学成分进行鉴定,增加了
可信度。
1.2 新型紫苏精油萃取方法及化学成分分析
除采用传统的SD法,学者对其它溶剂和辅助萃取
紫苏精油也有探讨。孙建忠等[12]采用薄层层析和GC/
MS法对长白山紫苏SD法和乙醇回流法所得精油进行
鉴定,证明两种方法所得成分差异显著,SD所得精
油中小极性低挥发性组分含量较多;而醇提物中精油
组分既有极性的,又有非极性的,分子量大的物质
居多,同时也含有大量的天然色素。林梦南等[13]采用
微波辅助溶剂法提取紫苏叶中的精油,响应面法优
化微波萃取的最佳工艺,GC/MS技术对其化学成分进
行分析,结果表明:紫苏精油中的17种物质以紫苏醛
(44.54%)、(+)-柠檬烯(15.7%)的含量最高;
微波萃取的最佳工艺参数为:以环己烷为萃取剂,微
波功率329 W,微波时间80 s,料液比1∶6,浸泡时间
56 min,实际得率为1.783%;而同一原料SD法的最优
工艺为浸泡2 h,蒸馏3 h,最后得率为0.151 7%。通过
对比两种提取方法说明微波辐射提取不仅节省时间,
而且得率较高,有较大的优越性,文中证明之所以微
波法萃取紫苏油效率高的机制在于微波使植物体细胞
膜和线粒体遭到了严重破坏,叶绿体、淀粉粒等细胞
器内容物加速流出导致。凌育赵等[14]使用GC/MS法对
超临界CO2流萃取(SFE-CO2)和SD方法提取紫苏精
油的得率进行比较,结果发现:在两种方法提取的相
同的23种化合物中,含量较高的有柠檬烯、紫苏醛、
反式-石竹烯、α-香柠檬烯、檀香烯等;SFE萃取的
精油香气、品质和产率均优于SD法,且SFE较之SD法
对于紫苏精油中有效成分紫苏醛的萃取率高的多。
SFE法提取的植物精油中含有较多能应用于食品、香
料和医药等工业的醇、酯、不饱和脂肪酸等成分等优
势得到了广泛的应用。
1.3 植物种类、部位、时间季节、及干燥方法在紫苏
精油中的差异分析
植物精油的种类和含量与植物本身有紧密关
系,如种属和植物的不同部位。蔡伟等[15]采用GC/
MS技术分析紫苏、白苏和鸡冠紫苏3种紫苏属植
物SD法获得精油的化学成分。结果表明,挥发油
中各成分含量紫苏为:反式-丁香烯(23.59%)、
紫苏酮(16.65%)、柠檬烯(14.68%)、紫苏醛
(11.45%)、芹菜脑(6.45%);白苏为:芹菜脑
(23.90%)、反式-丁香烯(19.32%)、柠檬烯
(10.42%)、丁香烯氧化物(9.13%)、紫苏醛
(4.92%);鸡冠紫苏为:紫苏醛(18.82%)、反
式-丁香烯(14.32%)、紫苏酮(11.27%)、芹菜脑
(9.98%)、柠檬烯(8.14%);收率分别为1.82%、
1.38%和1.57%;紫苏、白苏和鸡冠紫苏挥发油成
分大致相同,其中紫苏与鸡冠紫苏成分及含量较为
接近,而与白苏差异较大。林硕等[16]对紫苏叶和花
中所得挥发油进行分析,结果显示,紫苏叶中主要
成分为紫苏醛(75.88%)、柠檬烯(3.82%)、石
竹烯(9.87%)和β-法呢烯(3.21%);花中主要
成分为紫苏醛(49.23%)、石竹烯(18.53%)、
β-法呢烯(8.99%)、芳樟醇(11.3%)和姜黄二
酮(4.55%)。紫苏叶特有的香气成分共5种分别
为D-柠檬烯(3.82%)、松油醇(0.4%)、紫苏醇
(2.08%)、榄香烯(0.25%)和斯巴醇(0.18%);
紫苏花特有的香气成分有2种:1-羟甲基-4异丙烯基
环己烷(1.43%)和姜黄二酮(4.55%)。邵平等[17]则
比较了季节性变化和干燥方式对紫苏叶和茎精油主要
成分变化的影响,结果有:各阶段紫苏叶精油含量明
显高于紫苏茎精油含量,紫苏叶和茎精油含量分别在
7月和8月达到最高,即0.94 mL/100 g和0.38 mL/100 g。
紫苏醛和石竹烯是紫苏叶和茎精油中主要的成分,紫
苏叶中含量最高时分别达到了89.4%和20.10%,而在
紫苏茎中含量最高时分别达到过80.70%和62.40%。真
空冻干所得的紫苏叶在色泽、形态和香气等方面保留
效果最好,冷冻干燥和自然干燥紫苏的精油得率达到
0.95 mL/100 g和0.85 mL/100 g,两种干燥方式均可有
效保持香气成分。
综上可知,尽管取材,试验分析方法各异,但是
紫苏精油主要成分为紫苏醛,其含量在紫苏的品质、
香气和鉴定中有重要的指标意义。以上结论可为植物
资源紫苏的规模化种植、采收以及合理开发利用提供
理论参考。
2 东紫苏精油不同提取方法比较及化学成分
分析
东紫苏(Elsholtzia bodinieri V.),又名小香薷,
为唇形科香薷属植物,生于松林下或山坡草地上,主
要分布在甘肃、青海、四川和云南等西部地区,是一
种常用的民间药物。东紫苏挥发油含有大量的具有多
种生物活性的药用成分,如:棕榈酸、亚油酸、百里
香酚、丁子香酚、β-蒎烯、β-石竹烯、β-榄香烯、
香茅醇、吉玛酮、水芹烯、芳樟醇、杜松烯和龙脑
等[18-19]。
赵春林等[20]采用GC/MS法鉴定由SD法提取的甘肃
子午岭山区的东紫苏挥发油,结果证明挥发油独特
的香味与其含有大量的酯类、萜类和烃类等化合物
有关;主要化学成分是:α-香叶烯(9.42%)、芳樟
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醇(9.12%)、龙脑(8.58%)、β-蒎烯(8.10%)、
α-水芹烯(7.21%)、β-榄香烯酮(7.15%)、百里
香酚(5.16%)、香荆芥酚(4.79%)等,以萜类化
合物最多,约占挥发油总量的87.64%。胡浩斌等[21]
通过SFE-CO2和GC/MS法分离鉴定东紫苏挥发油,结
果表明:SFE-CO2法得到的挥发油独特的香味与它
含有大量的酯、萜和烃类等化合物有关;主要是各
类酚(4种)、有机酸及其酯(8种)、醇(7种)、
酮(6种)及萜类化合物等,其中含量较高的有:百
里香酚(17.80%)、香荆芥酚(15.77%)、香薷醇
(5.33%)、6,10,14-三甲基-2-十五烷酮(3.76%)、
β-香茅醇(3.71%)、香薷酮(3.41%)。付立卓
等[22]证明东紫苏挥发油成分主要为单萜和倍半萜,
单萜集中在低沸点组分,主要的结构类型为薄荷醇
型;倍半萜集中在高沸点组分,主要结构类型为薁
烷型。
3 香紫苏精油化学成分分析
香紫苏(Salvia sclarea L.)又名莲座鼠尾草、南
欧丹参,唇形科鼠尾草属二年生或多年生植物。原产
地中海沿岸地区,我国五十年代引进,目前陕西、河
南、浙江等省均有栽培。香紫苏油呈无色至浅黄色或
浅橄榄色,其香气强烈而留长[23],是一种很好的修饰
剂和定香剂,被广泛应用为香水、食用香精、葡萄酒
和烟草等行业中。香紫苏资源及其精油开发利用前景
广阔,已引起许多国家的重视。
3.1 香紫苏精油GC/MS技术及化学成分分析
翟周平等[24]采用GC-MS对陕西栽培的香紫苏花序
的精油进行分析,证明其主要成分是:乙酸芳樟酯
(65.023%)和芳樟醇(16.892%),其中新组分邻氨
基苯甲酸芳樟酯,在香紫苏精油中含量0.066%。卿平
等[25]对香紫苏花序及叶经SD法得到的精油进行分析,
结果:精油含量0.7%~1.5%;香气特征为清甜的药草
香、琥珀香、葡萄酒香味且香气强烈而留长;主要成
分为芳樟醇(22.84%),乙酸芳樟酯(42.49%)及甲
酸和乙酸的橙花酯等花香成分;龙涎香组分即香紫苏
醇在挥发油中含量甚微(主要含在叶的浸膏中)。马
松涛等[26]对香紫苏花序及叶中精油含量及成分的分析
与卿平等人基本吻合。证明香紫苏的主要成分为乙酸
芳樟酯和芳樟醇,还有微量香紫苏醇。
3.2 GC/FTIR与GC/MS联合技术在香紫苏精油化学成
分分析中的应用
香紫苏精油分析除了常规GC/MS技术外,蔡继宝
等[27]探索气相色谱与傅里叶变换红外光谱联机联用检
测(GC/FTIR)在其中的应用。GC/FTIR在近十几年
成为一种分离鉴定复杂有机混合物的有效方法。GC/
MS虽是混合物分离鉴定最常用的手段,但由于有机
化合物存在大量质谱图相似的异构体,因此质谱的鉴
定结果仍然不能准确定性,质谱鉴定利用谱库进行检
索一般只能给出某个成分的可能匹配物质,为了化合
物定性更为精确,傅里叶变换红外光谱技术弥补了这
一缺失。蔡继宝等[27]利用GC/FTIR和GC/MS相结合的
手段,对SD法获得的香紫苏精油挥发成分进行定性和
定量分析。通过不同波数官能团重建红外光谱图、红
外光谱差谱技术及质谱等相互验证的方法,鉴定香紫
苏油主要成分是β-月桂烯、反式石竹烯、芳樟醇、乙
酸芳樟酯、α-松油醇、乙酸橙花酯、乙酸香叶酯、橙
花醇、香叶醇和氧化石竹烯等;并成功得以区别质谱
鉴定不十分准确的一些化合物。如对于保留时间49.26
min,质谱鉴定结果可能为橙花醇或乙酸香叶酯的化
合物、对于保留时间41.25 min,质谱鉴定结果可能为
乙酸芳樟酯和甲酸芳樟酯两种化合物经过物质的红外
谱图分析而成功加以鉴别。有效的证实了GC/FTIR适
合于作为GC/MS的辅助验证手段进行植物精油的化学
成分分析。
4 总结
植物精油主要随植物本身特质(品种、产地、部
位)决定,另外与其它条件不同(提取方法,加工条
件和分析技术)亦会导致分析结果有一定差异。化学
成分与功能密切相关,要更好地开发利用植物资源,
了解精油成分具有重要意义。随着精油化学分析的
跟进和深入,必将拓展精油在食疗保健、药物、精
细化工、农业等领域中的应用范围,且可为精油的
工业化生产及综合开发利用提供技术支持和有效
依据。
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专题论述
《食品工业》2013 年第34卷第 10 期 196
“地沟油”检测鉴别技术研究概况
梁婧婧1,苏锡辉1,史铁嘉1,段亚琪2,孟宪军3
1. 沈阳产品质量监督检验研究院(沈阳 110022);2. 辽宁省产品质量监督检验院(沈阳 110032);
3. 沈阳农业大学食品学院(沈阳 110866)
摘 要 最近地沟油事件再次引发人们对食品安全的担忧, 本研究根据地沟油的常规理化指标和特征成分, 对地沟油
的检测方法研究最新进展进行综述, 以期为地沟油的检测新方法研究提供参考, 为执法部门的严格执法提供依据。
关键词 地沟油; 检测; 研究概况
Research Survey on Detection and Identification Technology of Drainage Oil
Liang Jing-jing1, Su Xi-hui1, Shi Tie-jia1, Duan Ya-qi2, Meng Xian-jun3
1. Shenyang Product Quality Supervision and Inspection Institute (Shenyang 110022);
2. Liaoning Province Product Quality Supervision and Inspection Institute (Shenyang 110032);
3. Shenyang Agricultural University Food College (Shenyang 110866)
Abstract Recently the drainage oil incident aroused people’s concerns about food security once again. The latest research
advances in detection methods for drainage oil according to the physicochemical properties and composition of the
characteristics of drainage oil was summarized. Provides references for the research of a new detection method for the
drainage oil, and provides the basis for the law-enforcement departments.
Keywords drainage oil; detection; research survey
“地沟油”也称“泔水油”、“潲水油”。人们
通常理解的地沟油是指餐饮单位的烹调残油、剩饭、
剩菜(通称泔水)流入下水道,经过隔油池的渣水分
离后捞取油腻漂浮物,再通过进一步加工处理制得的
油脂[1]。“地沟油”根据来源,可分为三类:(1)狭
义地沟油,即将下水道中的油腻漂浮物或宾馆、酒楼
的剩饭、剩菜简单加工、提炼出的油。(2)劣质动
物内脏或劣质的肉加工、提炼出的油。(3)反复炸
制食品的剩油。有关人士通过研究确认地沟油的原
料之一,煎炸老油对果蝇有明显的遗传毒性[2]。但是
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专题论述