植物功效成分-挥发油(精油)

植物功效成分-挥发油

一、概述

挥发油(volatileoil)又称精油(essentialoil)，是存在于植物体中的一类具有挥发性、可随水蒸气蒸馏出来的油状液体的总称。这类成分大多具有香气、具有多方面的生物活性，是重要的植物成分。

挥发油广泛分布于植物界，我国野生与栽培的含挥发油的芳香植物有56科136属数百种之多。特别是菊科植物如菊、苍术、艾、白术、泽兰、木香、佩兰等；芸香科植物如芸香、橙皮、吴茉萸、积实、花椒、佛手等；唇形科植物如薄荷、荆芥、紫苏等；木兰科植物如八角茴香、厚朴、辛夷、五味子等；樟科植物如山鸡椒、乌药、肉桂、樟等；姜科植物如姜、莪术、郁金、砂仁等；马兜铃科植物如细辛、马兜铃等；桃金娘科植物如桉、丁香等；伞形科植物如小茴香、当归、川芎、白芷、前胡、防风等；马鞭草科植物如马鞭草、牡荆、蔓荆等都富含挥发油。此外，松科、柏科、杜鹃花科、木犀科、蔷薇科、檀香科、天南星科等的某些植物中，也含有丰富的挥发油。

挥发油存在于植物的腺毛、油室、油管、分泌细胞或树脂道，大多呈油滴状存在，有些与树脂、黏液质共存，还有少数以苷的形式存在，如冬绿苷。挥发油存在部位常随品种不同差异较大，有的全株植物都含有，有的集中于根、茎、叶、花、果实、果皮或某一器官。挥发油在植物中的含量一般在1%以下，也有少数达10%以上，如丁香中含丁香油高达14%以上。同一植物的不同药用部位，所含挥发油的含量和成分亦不相同，如樟科属植物的树皮挥发油多含桂皮醛，叶中则主要含丁香酚，而根和木部主要含有樟脑。同一品种的植物因生长环境不同或采收期不同，所含挥发油的含量和品质也均有可能存在差异。全草类药材一般以开花前期或含苞待放时含油量最高；而根茎类药材则以秋天成熟后采集为宜。

挥发油多具有止咳、平喘、祛痰、消炎、抗菌、驱风、健胃、解热、镇痛、解痉、杀虫、利尿、抗肿瘤、降压和强心等作用。如芸香油、满山红油和小叶枇杷挥发油等在止咳、平喘、祛痰、消炎方面有显著疗效；莪术油具有抗肿瘤活性；小茴香油、豆蔻油、木香油具有驱风健胃功效；柴胡挥发油制备的注射液，有较好的退热效果。挥发油不仅在医药上有重要的用途，在香料工业、日用食品工业及化学工业上也是重要的原料。

二、挥发油的组成

挥发油是一种混合物，化学组成比较复杂，一种挥发油多含有数十种乃至数百种化学成分，如在保加利亚玫瑰油中已发现了270多种化合物。每种挥发油虽然组成成分很多，但其中往往以某种或某几种成分占较大的比例。按化学结构将挥发油中所含的化学成分分为萜类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物以及它们的含氧衍生物。此外，在少数挥发油中还存在一些含硫和含氮的化合物。

1、萜类化合物

挥发油的组成成分主要是单萜、倍半萜及其含氧衍生物。含氧衍生物是挥发油具有生物活性和芳香气味的主要组成成分，如 α-蒎烯、薄荷醇、柠檬烯、桉油精等。单萜及倍半萜类化合物，除它们的苷衍生物等外，几乎在挥发油中均有存在。

2、芳香族化合物

在挥发油中，芳香族化合物仅次于萜类，存在也相当广泛。挥发油中的芳香族化合物，有些是苯丙烷类衍生物，多具有C6-C3骨架，如桂皮醛（cinnamyl-aldehyde)、丁香油酚(eugenol)、茴香脑(anethole)、α-细辛醚和β-细辛醚；有些是萜源化合物，如百里香酚(thymol)、α-, β-姜黄烯（α-, β-curcumene)；还有一些具有C6-C2或C6-C1骨架的化合物，如苯乙烯、苯乙醇、花椒油素（xanthoxylin)、茴香醛（anisaldehyde)、牡丹酚(paeonol)等。

3、脂肪族化合物

在挥发油中也存在某些小分子脂肪族化合物，如甲基正壬基甲酮(methyl-n-nonyl-ketone)、正壬醇(n-nonylalchol)、正庚烷（n-heptane)等。

4、其他类化合物

除以上三类化合物外，还有一些挥发油样物质，如芥子油(mustard oil)、挥发杏仁油(volatile bitter almond oil)、大蒜油(garlicoil)等，也能随水蒸气蒸馏，故也称之为＂挥发油＂。黑芥子油是芥子苷酶解后产生的异硫氰酸烯丙酯；挥发杏仁油是苦杏仁苷水解后产生的苯甲醛；大蒜油则是大蒜中大蒜氨酸经酶解后产生的物质，如大蒜辣素(allicin)。

此外，川芎嗪(tetramethylpyrazine)、烟碱(nicotine)等生物碱，也有挥发性，可随水蒸气蒸馏的液体，但一般将它们归入生物碱，不作挥发油类成分对待。

三、挥发油的理化性

1、性状

（1）颜色挥发油在常温下大多为无色或微带淡黄色，也有少数具有其他颜色。如洋苷菊油因含有薁类化合物而显蓝色，苦艾油显蓝绿色，麝香草油显红色。

（2）气味挥发油多具有浓烈的香气或其他特异气味，有辛辣烧灼感。气味往往是其品质优劣的重要标志。

（3）形态挥发油在常温下为透明液体，有的在冷却时其主要成分可能结晶析出，这种析出物习称“脑＂。如薄荷脑、樟脑等，滤去析出物的油为＂脱脑油 ”。

（4）挥发性挥发油在常温下可自行挥发而不留任何痕迹，而脂肪油不然，借此两者可相区别。

2、溶解度

挥发油难溶于水而易溶于有机溶剂中，如石油醚、乙醚、油脂等。在高浓度的乙醇中能全部溶解，而在低浓度乙醇中只能溶解一部分。

3、物理常数

挥发油的沸点一般在70~300 °C，具有随水蒸气蒸馏的特性；多数挥发油的比重＜1，也有少数是＞1的，如丁香油，相对密度在0. 85~ 1. 065；挥发油几乎均有光学活性，比旋度在+97°~ 177°范围内；且具有强的折光性，折光率在 1.43~ 1.61，折光率是挥发油质量鉴定的重要依据之一。

4、不稳定性

挥发油经常与空气、光线接触会逐渐氧化变质，使之比重增加，颜色变深，失去原有香味，并能形成树脂样物质，不能随水蒸气蒸馏。因此，挥发油应储于棕色瓶内，装满、密塞、避光并低温保存。

四、挥发油的提取与分离

1、提取

（1）水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法是从植物中提取挥发油最常用的方法，根据操作方式的不同，分为共水蒸馏和通入水蒸气蒸馏两种方法。前者是将已粉碎的植物原料放入蒸馏器中，加水浸泡，直火加热，使挥发油与水蒸气一起蒸出。此法操作简单，但因受热温度过高，有可能使挥发油中的某些成分发生分解或焦化，影响产品质量。通入水蒸气蒸馏法是将水蒸气通入待提取的植物原料中，使挥发油和水蒸气一起蒸出，可避免过热或焦化，但设备稍复杂些。馏出液水油共存，形成乳浊液，可采用盐析法促使挥发油自水中析出，然后用低沸点有机溶剂（如乙醚、30~60°C沸程的石油醚）萃取，低温蒸去萃取溶剂即得挥发油。

（2）溶剂提取法用低沸点的有机溶剂如乙醚、石油醚（30~60°C)等连续回流或冷浸提取，提取液可蒸馏或减压蒸馏除去溶剂，即可得到粗制挥发油。此法所得到的挥发油含杂质较多，因为其他脂溶性杂质如树脂、油脂、蜡、叶绿素等也同时被提出，故必须进一步精制提纯。其方法是将挥发油粗品加适量的浓乙醇浸渍，冷冻放置（一般在-20°C左右），滤除析出物后，再减压除去乙醇；也可将挥发油粗品再进行水蒸气蒸馏，以得到较纯的挥发油。

（3）冷压法此法适用于挥发油含量较高的新鲜药材，如橘、柑、柠檬的果皮等原料，原料经撕裂粉碎冷压后静置分层，或用离心机分出油分，即得粗品。此法所得的产品也不纯，可能含有水分、叶绿素、黏液质及细胞组织等杂质而呈混浊状态，同时很难将挥发油全部压榨出来，故可再将压榨后的残渣进行水蒸气蒸馏，使挥发油提取完全。冷压法所得的挥发油可保持原有的新鲜香味。

（4）吸收法对某些热敏感的贵重挥发油，如玫瑰油、茉莉花油，常用此法提取。用特制的脂肪（无臭味的豚脂3份与牛脂2份的混合物），均匀涂布于面积50cmX100cm的玻璃板两面，然后将玻璃板嵌入高5~10cm的木框中，在玻板上铺上金属网，其上铺一层新鲜花瓣，然后将一个个木框重叠起来，花瓣即被包围在两层脂肪中间，这样，挥发油逐渐被脂肪所吸收，每隔1~2d更换鲜花瓣，约1星期后，待脂肪充分吸收芳香成分，刮下脂肪，即为“香脂＂，它可直接供香料工业用作制作化妆品。也可用乙醇萃取，在0 °C真空干燥（蒸去乙醇），可得到具有鲜花香气的挥发油（净油），还可用活性炭吸附后，再以乙醇或其他溶剂洗脱。

国外还有用破裂法刺破分泌组织，收集挥发油的。如有一种针剌法，它是用特制的碗状漏斗，口径约25 cm，碗内立有许多铜针，将已在水中浸软的植物材料（如柠檬果皮）在针上旋转，分泌组织被划破，油即沿针流到漏斗底部收集器中。

（5）二氧化碳超临界流体萃取法该法是一种新的提取分离技术，其萃取剂二氧化碳具有无毒、无味、不腐蚀、价格便宜、易于回收等优点，且临界温度(30.1 °C)接近于室温，临界压力（7.38kPa)处于中等压力，特别适用于对高沸点、挥发度低的热敏性物质的提取。用这种技术提取挥发油，具有防止氧化热解及提高品质等优点。例如，紫苏中特有香味成分紫苏醛，紫丁香花中具有的独特香味成分，均不稳定易受热分解，用水蒸气蒸馏法提取易受到破坏，香味大减，采用二氧化碳超临界流体技术提取所得芳香挥发油气味和原料相同，明显优于其他方法。现此项技术在月见草、桂花、柠檬、薄荷、当归、姜黄等药材挥发油的提取应用上均获得了良好的效果。

2、分离

从植物中提取得到的挥发油是混合物，欲得到单一化学成分必须进一步分离。常用的分离方法有冷冻法、分馏法、化学法和色谱法等。

（1）冷冻法将挥发油置于0 °C以下，必要时可将温度降至-20 °C，继续放置。取出析出的结晶，再经重结晶可得纯品。例如，薄荷油冷至-10 °C，放置12h析出第一批粗脑，将油再放置在-20 °C冷冻24 h，又析出第二批粗脑，粗脑加热熔融，在0°C冷冻即得较纯的薄荷脑（薄荷醇）。此法优点是操作简单，但有时分离不完全，且大部分挥发油冷冻后仍不能析出结晶。

（2）分馏法挥发油的组成成分由于类别不同，它们的沸点也有差别。挥发油的萜类成分中，碳架的碳原子一般相差5个，还有双键的数目、位置和含氧基团的不同，它们的沸点有一定差距，而且还有一定的规律性。碳数增多沸点升高；单萜中沸点随着双键的增多而升高，即三烯＞二烯＞一烯；含氧单萜的沸点随着官能团的极性增大而升高，即醚＜酮＜醛＜醇＜酸；但酯比相应的醇沸点高。

挥发油中的某些成分对热不稳定，分馏时宜减压进行，一般在35~70°C/1333.22Pa被蒸馏出来的是单萜烯类化合物；70~100°C/1333.22Pa被蒸馏出来的是单萜含氧化合物；80~110°C/ 1333.22 Pa被蒸馏出来的则是倍半萜烯及其含氧化合物。但所得各馏分中的组成成分常呈交叉情况。经过分馏所得的每一馏分仍可能是混合物，再进一步精馏或结合冷冻、重结晶、色谱等方法，可得到单一成分。

（3）化学分离法根据挥发油中的各组成成分的结构或功能基的不同，用化学方法进行处理，使各成分达到分离的目的。

碱性成分的分离：分离挥发油中的碱性成分时，可将挥发油溶于乙配中，用1%~2%的盐酸或硫酸萃取，分取的酸水层碱化后，用乙醚萃取，蒸去乙醚即可得碱性成分。

酚、酸性成分的分离：将挥发油溶于乙醚中，先以5%碳酸氢钠溶液进行萃取，分出碱水层后加稀酸酸化，再用乙醚萃取，蒸去乙醚即得酸性成分。已提取酸性成分后的挥发油再用2%氢氧化钠溶液萃取，分出碱水层，加稀酸酸化后，用乙醚萃取，蒸去乙醚即得酚类或其他弱酸性成分。工业上从丁香罗勒油中提取丁香酚即用此法。

醇类成分的分离：将挥发油与丙二酸单酰氯或邻苯二甲酸酐或丙二酸反应生成酯，再将生成物溶于碳酸钠溶液中，用乙醚洗去未反应的挥发油。将碱溶液酸化，再用乙醚提取所生成的酯，蒸去乙醚，残留物经过皂化，分得原来的醇类成分。伯醇容易形成酯，仲醇反应较慢，而叔醇则没有明显反应。

醛酮成分的分离：常用亚硫酸氢钠或吉拉德试剂，使挥发油中亲脂性的羰基化合物（醛、酮成分）转变为亲水性的加成物而分离，但亚硫酸氢钠只能与醛或部分酮类成分形成加成物，而吉拉德试剂则对所有羰基化合物都适用。

1)亚硫酸氢钠法：将含有羰基化合物的中性挥发油乙醚液，加30%~40%的亚硫酸氢钠溶液，低温短时间振摇萃取，一般即有加成物结晶析出，加酸或碱使加成物分解，或用乙醚萃取，水洗，蒸去乙醚后得到醛、酮类化合物；或者进行水蒸气蒸馏后，蒸馏液以乙醚萃取，蒸去乙醚后得到醛、酮类化合物。注意提取时间不宜过长或温度过高，否则有使双键与亚硫酸氢钠加成的可能，形成不可逆的双键加成物。如从柠檬挥发油中分离柠檬醛，反应条件不同加成产物也各不相同。

2)吉拉德试剂法：吉拉德试剂是分子内带有酰肼及季桉基团试剂的总称，常用的有两种试剂，即吉拉德试剂T与吉拉德试剂P。

将中性挥发油部分，加入吉拉德试剂的乙醇溶液和10%乙酸以促进反应的进行，加热回流，待反应完成后加水稀释，用乙醚提取，分取水层，酸化，再用乙醚萃取，蒸去乙醚即可得原羰基化合物。

其他成分的分离：大多数萜是不饱和的，可以形成结晶性加成物分离；薁类和醚类可用浓酸提出，经稀释后析出原来成分；醚类成分可与浓酸形成烊盐有时还能结晶析出。酯类成分一般采用精密分馏和色谱分离。

挥发油中的成分可用以下方法系统分离，其流程图表示如下：

（4）色谱分离法由于挥发油组成成分相当复杂，一般先用分馏法、化学法做适当的分离后，再用色谱法分离。硅胶和氧化铝吸附柱色谱应用最广泛。试样一般溶于石油醚或已烷等极性小的溶剂，使其通过硅胶或氧化铝吸附柱，依次用石油醚、已烷、乙酸乙酯等按一定比例组成的混合溶剂进行洗脱，分段收集，结合薄层色谱鉴定而达到分离。如香叶醇和柠檬烯常常共存于许多植物的挥发油中，用氧化铝吸附柱色谱分离，由于柠檬烯极性小于香叶醇，可被石油醚先洗脱下来，然后用石油醚与甲醇混合液洗脱香叶醇，使两者得到分离。

五、含挥发油的实例

1、陈皮挥发油

陈皮为芸香科植物橘Citrus reticulata Blanco及其栽培变种的干燥成熟果皮。我国南方各地均有出产。陈皮具有理气健脾、燥湿化痰等功能。陈皮挥发油具有剌激性祛痰作用，对胃肠道有温和的刺激作用，能促进消化液分泌和排除肠内积气作用，对肺炎双球菌、甲型链球菌、卡他球菌、金黄色葡萄球菌有很强的抑制作用。陈皮含挥发油1.5%~2.0%，油中主要成分为右旋柠檬烯(d-limonene)，占70%以上。此外，还有β-榄香烯、α-金合欢烯、α-胡椒烯（α- copaene)、乙酸芳樟酷(linalyl acetate)等70余种成分，所含成分随栽培品种不同和生长环境不同略有变化。陈皮中还含有黄酮类化合物如橙皮苷(hesperidin)和新橙皮苷(neohespridin)等。

采用水蒸气蒸馏法提取陈皮挥发油，运用气相色谱—质谱联用分析其组分：

2、莪术挥发油

莪术是姜科植物蓬莪术Curcuma phaeocaulis Val.、广西莪术C. kwangsinensis S. G. Lee etC. F. Liang 和温郁金C. wenyujin Y. H. Chen et C. Ling的干燥根茎，后者习称“温莪术”，性温，味苦辛，具有破血行气、消积止痛的功能。产于广西、四川、浙江、江西、广东、云南等地。

莪术含挥发油1%~2.5%，现代药理研究表明它具有一定的抗菌、抗肿瘤、抗腹泻、抗早孕等药理活性，油中含有多种单萜、倍半萜类化合物。其中含量较高的有莪术醇（姜黄环氧薁醇，curcumol)和莪术烯酮（蓬莪术烯酮，curzerenone)。此外，还有莪术烯（蓬莪术烯，curzerene)、去氢莪术二酮（去氢姜黄二酮，dehydrocurdione)、吠喃二烯酮（蓬莪术环二烯酮，furanodienone）、莪术二酮（姜黄二酮，curdione)、β-榄香烯 (β-elemene)、丁香烯(caryophyllene)、α-蒎稀（α-pinene)、β-蒎烯(β-pinene)、樟脑(camphor)、龙脑(borneol)等成分。《中国药典》规定，本品含挥发油不得少于1.5%。

莪术挥发油淡棕色，气味特异，味微苦而辛，难溶于水，能与石油醚、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯及氯仿等任意混溶。

莪术醇分子式C15H2402,为无色针状结晶，易溶于乙醚、氯仿，可溶于乙醇，微溶于石油醚，几乎不溶于水。

以温莪术为例，提取分离其挥发油中莪术醇及莪术二酮的工艺流程如下：

3、薄荷挥发油

薄荷为唇形科植物薄荷Menthahaplocaly.x Briq.的地上部分，性凉、味辛，具有疏散风热、清利头目、利咽透疹等功能。鲜品含挥发油约1%，干品含挥发油1.3%~2.0%。其油（薄荷素油，oleum methae)和脑（薄荷醇）为芳香剂、调味剂及驱风药，并广泛用于化工和食品工业。我国是薄荷生产大国，薄荷制品薄荷脑及素油还大量出口。我国各地多有分布，主要产于长江以南广大地区。《中国药典》规定，本品含挥发油不得少于0.80%。

薄荷挥发油为无色或淡黄色澄清液体，有特殊清凉香气，味初辛后凉。可溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，比重为0.89~0.91。

薄荷挥发油中主要成分是单萜类及其含氧衍生物，如薄荷醇(menthol)、薄荷酮（menthone）、新薄荷醇(neomenthol)、乙酸薄荷酯(menthylacetate)、胡椒酮(piperitone)、芳樟醇(linalool)、乙酸芳樟酯(linalylacetate)、桉树素(1,8 -cineole)、香芹酮(carvone)、柠檬烯(limonene)和辛醇-3 (octanol-3)。其中含量最高的是薄荷醇，含量一般超过50%，最高可达85%。另外还有非萜类芳香族、脂肪族化合物等几十种。

薄荷油的质量优劣主要依据其中薄荷醇（薄荷脑）含最的高低而定。薄荷醇结构中有3个手性碳原子，应有8种立体异构体，但其中只有( - )薄荷醇和（+）新薄荷醇存在于薄荷油中。

薄荷醇为无色针状或棱柱状结晶，或白色结晶性粉末，微溶于水，易溶于乙醇、氯仿、乙醚和石油醚等有机试剂。

薄荷醇的分离精制，多采用冷冻分离法，其流程如下。

4、艾叶挥发油

本品为菊科植物艾Artemisia argy LevL et Vant. 的干燥叶。夏季花未开时采摘，除去杂质，晒干。艾叶辛、苦，温；有小毒。归肝、脾、肾经。具有温经止血、散寒止痛的功效；用于吐血，衄血，崩漏月经过多胎漏下血，少腹冷痛，经寒不调，宫冷不孕；外用祛湿止痒，治疗皮肤播痒。艾叶含挥发油，为多成分混合物。《中国药典》规定，采用气相色谱仪测定，本品按干燥品计算，含桉油精不得少于0.050%。

5、肉桂挥发油

本品为樟科植物肉桂Cinnamomum cassia Presl的干燥树皮。多于秋季剥取，阴干。肉桂辛、甘，大热。归肾、脾、心、肝经。具有补火助阳，引火归元，散寒止痛，温通经脉的功能。用于阳搂宫冷，腰膝冷痛，肾虚作喘，虚阳上浮，眩晕目赤，心腹冷痛，虚寒吐泻，痛经经闭。肉桂含挥发油，其主要成分为桂皮醛，还有乙酸桂皮酯、桂皮酸乙酯等。《中国药典》规定，本品照挥发油测定法（通则2204乙法）测定，含挥发油不得少于1.2%。桂皮醛照高效液相色谱法测定，本品按干燥品计算，含桂皮醛不得少于1.5%。