第十七章
中药提纯辅料在挥发油类成分的提取和分离纯化中的应用

第一节　挥发油类成分概述

挥发油（volatile oils）又称精油（essential oils），是存在于植物体内的一类具有芳香气味、常温下能挥发的油状液体的总称，可随水蒸气蒸馏。

挥发油广泛存在于植物界，在我国野生与栽培的芳香植物有近300种，供药用的很多。如菊科的苍术、艾叶、白术等，芸香科的橙皮、吴茱萸、枳实等，唇形科的薄荷、荆芥、藿香等，木兰科的八角茴香、厚朴等，姜科的生姜、豆蔻等，桃金娘科的桉叶、丁香等，伞形科的小茴香、当归、川芎等。挥发油存在于植物的根、茎、叶、花、果实、果皮或全株植物的一些特殊组织中，大多数呈油状存在，有些与树脂、黏液质共存，还有少数以苷的形式存在。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%～21%。含油的情况常随植物品种不同而不同。同一植物因生长环境不同或采集期不同，所含挥发油的成分、性质和含量均可能有显著差异，而且不同药用部位所含挥发油的含量和成分亦不相同，如樟科桂树的树皮多含桂皮醛，叶中则主要含丁香酚，而根和木部主要含有樟脑。

挥发油是一类具有广泛生物活性的成分，临床上主要用于止咳、平喘、祛痰、镇痛等。如香柠檬油对淋球菌、葡萄球菌、大肠杆菌、白喉杆菌有抑制作用，柴胡挥发油制备的注射液有较好的退热效果，薄荷油有清凉、祛风、消炎作用，丁香油有局部麻醉、止痛作用，细辛根中的挥发油具有镇咳、祛痰的作用，桉叶和鱼腥草挥发油具有抗菌和消炎作用，月见草挥发油具有降血脂、抗血小板凝聚和增强免疫的作用等，莪术挥发油有抗肿瘤作用等。挥发油不仅在医药上具有重要的用途，在香料工业、食品工业和化学工业上也是重要的原料。

第二节　挥发油的组成及性质

一、挥发油的组成

挥发油是一种混合物，化学组成比较复杂，一种挥发油多含数十种乃至数百种成分，如保加利亚玫瑰油中已发现了275种化合物，草莓挥发油中发现百余种化合物，茶叶挥发油含有150多种化合物。不同的挥发油所含的成分也不一致，但其中往往以某种或某数种成分占较大的分量。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，如醇、酚、醛、酮、醚、酯等。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

挥发油的组成成分中以萜类多见，主要是单萜、倍半萜以及它们的含氧衍生物。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。如桉叶中桉油精、薄荷油中薄荷醇、樟脑油中樟脑等。

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大多是苯丙素衍生物，其结构多具有基本C ₆ —C ₃ 骨架，如桂皮油中的桂皮醛，丁香油中丁香酚，八角茴香油中的茴香醚，菖蒲及石菖蒲挥发油中的α-细辛醚、β-细辛醚和欧细辛醚。

3.脂肪族化合物

挥发油中的小分子化合物多为一些脂肪族化合物，如橙皮油中的正壬醇、姜挥发油中的甲基庚烯酮、人参挥发油中人参炔醇、松节油中的正庚烷、鱼腥草中的抗菌成分癸酰乙醛（鱼腥草素）等。

4.其他化合物

除以上3类化合物外，少数挥发油中有含硫和含氮的化合物。如麻黄挥发油中含有川芎嗪，属于含氮化合物；芥子油中由芥子苷水解而得到的异硫氰酸酯类化合物含有氮和硫元素；大蒜挥发油中含有多种硫醚类化合物，如大蒜辣素、大蒜新素、二硫杂环戊烯等。

二、挥发油的理化性质及鉴别

1.性状

（1）状态：

挥发油在常温下大多为无色或淡黄色的油状液体。少数具有颜色，如麝香草油显红色、洋甘菊油显蓝色等。挥发油在常温下为透明液体，低温时某些挥发油中含量高的主要成分可析出结晶，这种析出物称为“脑”，如薄荷脑、樟脑等。滤除脑的油称为“脱脑油”。

（2）挥发性：

挥发油在常温下可挥发，不留痕迹，这是挥发油与脂肪油的本质区别。

（3）气味：

大多数挥发油具有强烈的香气和辛辣味，少数有其他特殊的气味，如鱼腥草油有腥气味、土荆芥油有臭气。挥发油的气味往往作为其品质优劣或鉴别的重要依据。

2.溶解性

挥发油几乎不溶于水，而易溶于各种有机溶剂，如石油醚、乙醚、氯仿、苯和二硫化碳等。挥发油在乙醇中的溶解度随乙醇浓度的增高而增大，在高浓度的乙醇中能全部溶解。挥发油在水中只能溶解极少量，溶解的部分主要是含氧化合物。医药上常利用这一性质制备芳香水剂，如薄荷水等。

3.物理常数

挥发油由多种成分组成，由于各种挥发油的组成基本稳定，所以其物理常数有一基本范围。挥发油无确定的沸点和凝固点，通常沸点在70～300℃；挥发油多数比水轻，也有比水重的，如丁香油、桂皮油等；相对密度为0.85～1.07；挥发油几乎均有光学活性，比旋光度为+97°～-117°；挥发油具有强折光性，折光率为1.43～1.61。这些物理常数是检查挥发油的重要依据。常见挥发油的物理常数见表17-1。

4.稳定性

挥发油对光、空气和热均比较敏感；挥发油与空气、光线长期接触会逐渐氧化变质，使其相对密度增加、颜色变深、失去原有的香气，并逐渐聚合成树脂样物质，不能再随水蒸气蒸馏，故挥发油宜贮存于密闭棕色瓶中，装满并在低温处保存。

第三节　挥发油的提纯辅料及其应用方法

一、挥发油提取辅料的应用方法

挥发油的提取方法有蒸馏法、溶剂法、压榨法及超临界流体萃取法等，其中以水蒸气蒸馏法最为常用。挥发油测定法就是利用共水蒸馏的原理。

1.蒸馏法

蒸馏法是从中草药中提取挥发油最常用的方法，根据操作方式的不同，分为共水蒸馏和水蒸气蒸馏两种方法。前者是将已粉碎的药材放入蒸馏器中，加水浸泡，直火煮沸，使挥发油与水蒸气一起蒸出。此法操作简单，但因受热时间长和温度过高，有可能使挥发油中的某些成分发生分解，同时因过热还可能使药材焦化，使所得挥发油的芳香气味发生改变，影响挥发油的质量。水蒸气蒸馏法是将水蒸气通入待取的药材中，使挥发油随水蒸气一起蒸出，避免了直火高温对挥发油质量的影响。

用蒸馏法得到混浊馏出液，因挥发油难溶于水而油水分层，可提取出挥发油。如果挥发油在水中溶解度大，不易分层，可采用盐析法，使挥发油自水中析出，或盐析后用低沸点有机溶剂提取，低温蒸去提取溶剂即得挥发油。

2.溶剂法

药材用低沸点的有机溶剂如乙醚、石油醚（30～60℃）等回流提取或冷浸，提取液低温蒸去溶剂即得粗制挥发油（即浸膏）。此法所得浸膏含杂质较多，原料中其他脂溶性成分如树脂、油脂、蜡等也同时被提出。可将所得浸膏再用水蒸气蒸馏，以提纯挥发油。也可利用乙醇对植物蜡等脂溶性杂质的溶解度随温度下降而降低的特性除去杂质，一般用热乙醇溶解浸膏，放置冷却，滤除杂质，减压蒸去乙醇，可得较纯的挥发油。

3.压榨法

挥发油含量较高的新鲜药材，如橘、柑、柠檬果皮等原料，可经撕裂、捣碎压榨后静置分层，或用离心机分出油分，即得粗品。此法在常温下进行，产品保持原有挥发油的新鲜香味，但所得的挥发油含有水分、黏液质及细胞组织等杂质，需进一步分离纯化，同时此法也很难将挥发油全部压榨出来，需将压榨后的药渣再进行水蒸气蒸馏才能使挥发油提取完全。

4.超临界流体萃取法

该法是一种新的提取分离技术，用这种技术提取挥发油具有防止氧化、热解及提高质量等优点，若挥发油中的成分不稳定、受热易分解，可用超临界二氧化碳流体萃取技术提取挥发油，所得的挥发油气味芳香纯正，明显优于其他方法。现此项技术在月见草、桂花、柠檬等药材挥发油的提取应用上均获得了良好的效果。

二、挥发油纯化辅料的应用方法

从植物中提取的挥发油是一混合物，还需进一步分离才能得到纯的挥发油，目前常用的分离方法有冷冻法、分馏法、化学分离法和色谱法。在实际应用中，往往要几种方法配合使用，才能达到分离的目的。

1.冷冻法

利用某些挥发油在低温放置可析出结晶的性质，将挥发油置于-20～0℃环境下，使含量高的成分析出结晶（脑），即可将结晶与挥发油中的其他成分分离，结晶再经重结晶可得纯品。此法优点是操作简单，但有时分离不完全，需多次冷冻结晶。例如，薄荷油冷至-10℃，2小时后析出第一批粗结晶，薄荷油继续在-20℃冷冻24小时后可析出第二批粗结晶。将粗结晶合并，加热熔融，在0℃冷冻，即可得较纯的薄荷脑。

2.分馏法

本法是利用挥发油中各组分的沸点不同进行分离的。挥发油的成分大多为单萜、倍半萜类化合物，因其结构中所含的双键数和含氧功能基的不同，各成分间的沸点有所不同，可用分馏法初歩分离。各成分的结构和沸点之间有一定的规律，见表17-2。

一般地，在单萜烃中沸点随双键增多而升高；在含氧单萜中，沸点随功能基的极性增加而升高，醚<酮<醛<醇<羧酸；酯的沸点比相应的醇高；含氧倍半萜的沸点更高。

挥发油中的成分大多对热不稳定，分馏时宜减压进行，按温度的不同一般可分为3段：①低沸程馏程。35～70℃，1.333kPa，为单萜烯类化合物。②中沸程馏程。70～100℃，1.333kPa，为单萜含氧化合物。③高沸程馏程。100～140℃，1.333kPa，为倍半萜烯及其含氧衍生物和薁类化合物。

蒸馏时，在相同压力下，收集同一温度蒸馏出来的部分为一馏分，将各馏分分别进行薄层色谱或气相色谱，必要时结合物理常数如折光率、比旋度等的测定，以了解其是否已初步纯化，再经适当的处理分离获得纯品。如薄荷油在200～220℃的馏分主要是薄荷脑，在0℃下低温放置，即可得到薄荷脑的结晶，再进一步重结晶可得纯品。

3.化学分离纯化法

根据挥发油中各组成成分的结构或功能基的不同，可用化学方法进行处理，使各成分达到分离的目的。

（1）碱性成分的分离纯化：

可将挥发油溶于乙醇中，用1%～2%的盐酸或硫酸萃取，分取酸水层，碱化后用乙醚萃取，蒸去乙醚即得碱性成分。

（2）酸性成分的分离纯化：

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，加稀酸酸化后，用乙醚萃取，蒸去乙醚即得酸性成分。乙醚层继续用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，蒸去乙醚即弱酸性成分。工业上从丁香罗勒油中提取丁香酚即用此法。

（3）羰基化合物的分离：

常用亚硫酸氢钠或吉拉德（Girard）试剂，使挥发油中亲脂性的羰基化合物（醛、酮成分）形成沉淀或水溶性的加成物而与挥发油中的其他成分分离。亚硫酸氢钠只能与醛类和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）亚硫酸氢钠加成法：将含有羰基化合物的中性挥发油乙醚液，加30%～40%的亚硫酸氢钠水溶液，低温短时振摇萃取，分取加成物（一般为结晶），加酸或加碱使加成物分解，用乙醚萃取，得到原来的羰基化合物。但注意提取时间不宜过长，温度不宜过高，否则可使双键与亚硫酸氢钠加成，形成不可逆的双键加成物。如从柠檬挥发油中分离柠檬酸，反应条件不同，加成产物也各不相同。

2）吉拉德试剂法：吉拉德试剂是一类带有季铵基团的酰肼，能与所有的羰基化合物作用生成水溶性的衍生物，而与其他脂溶性成分分离。常用的有吉拉德试剂T、吉拉德试剂P。

将上述中性挥发油部分加入吉拉德试剂的乙醇溶液和10%醋酸溶液，以促进反应的进行，加热回流，待反应完成后，加水稀释，使羰基加成物转溶于水中，分取水层，酸化，再用乙醚萃取，蒸去乙醚可得原羰基化合物。

（4）戊酯分离纯化法：

可利用挥发油中的醇类成分与邻苯二甲酸酐等反应生成酯的性质，再将生成物溶于碳酸钠溶液，用乙醚洗涤，碱溶液经酸化，再以乙醚提取所形成的酯，蒸去乙醚，残留物经皂化反应，再用乙醚萃取出挥发油中的醇类成分。

（5）其他成分的分离：

大多数萜烯烃是不饱和的，可以通过形成结晶性加成物来分离；薁类可用浓酸提出，经稀释后析出原来成分；醚类成分可与浓磷酸生成白色的磷酸盐而沉淀分离等。

挥发油中的成分可用以下提纯辅料及其方法系统地进行分离纯化，其流程如下。

4.色谱法

由于挥发油组成成分相当复杂，一般先用分馏法、化学法进行适当的分离后，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己烷等极性小的溶剂，使其通过硅胶或氧化铝吸附柱，依次用石油醚、己烷、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目的。如香叶醇和柠檬烯常共存于许多植物的挥发油中，若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。

除采用一般的色谱法外，部分挥发油因含有双键异构体，用一般色谱法难以分离，可用硝酸银-硅胶柱色谱或硝酸银-硅胶薄层色谱进行分离。挥发油成分中双键的数目和位置不同，与银离子形成π络合物的难易程度和稳定性就有差异。一般情况下，双键数目多，吸附牢固，难以被洗脱；双键数目相同，末端双键吸附牢固，难以被洗脱；顺式结构较反式结构吸附牢固，难以被洗脱。硝酸银的浓度2.0%～2.5%较适宜。如α-细辛醚、β-细辛酸和欧细辛醚的混合物，用2.0%硝酸银-硅胶柱分离，苯-乙醚（5∶1）洗脱，分离效果较好。α-细辛醚苯环外双键为反式，与硝酸银络合不牢固，先被洗脱下来；β-细辛醚为顺式，与硝酸银的络合能力虽大于α-细辛醚，但小于欧细辛醚，因欧细辛醚的双键为末端双键，与硝酸银结合能力最强，故洗脱的顺序为β-细辛醚次之；而欧细辛醚最后被洗脱下来。

气相色谱因其分离效率和灵敏度较高，是研究挥发油组成成分的好方法，尤其是实现了气相-质谱联用，气相-红外、气相-紫外等多机联用之后，更加速了挥发油各成分结构的确定，已广泛用于挥发油成分的分离、鉴定。

第四节　挥发油提纯辅料及其应用方法的实例

一、薄荷油的提取分离

药用薄荷为唇形科植物薄荷（ Mentha haplocalyx Briq）的地上部分，挥发油为含量1%～3%，具有祛风、矫味、消炎和局部止痛作用。薄荷醇是薄荷油的主要成分。

（一）薄荷油的成分及理化性质

薄荷油为无色或淡黄色透明液体，有强烈的薄荷香气，可溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂。相对密度0.895～0.910，［α］ -80°～-24°， n 1.456～1.471，沸点204～210℃。薄荷油的化学组成复杂，已分离出15种以上的成分，其中薄荷醇（脑）占75%～80%，薄荷酮占10%～20%，乙酸薄荷酯占1%～6%，此外还有柠檬烯、异薄荷酮、新薄荷酮、桉油精、蒎烯等。

薄荷醇为白色块状或针状结晶，熔点41～43℃，微溶于水，易溶于乙醇、氯仿、乙醚及石油醚等有机溶剂。

（二）薄荷油的提取与分离

薄荷油的提取大多采用水蒸气蒸馏法，薄荷醇的分离多采用冷冻结晶法。

二、丁香油的提取分离

丁香油为桃金娘科植物丁香（ Eugenia caryophyllata Thunb）的花蕾中所含的挥发油，含量可达14%～20%。具有止痛、抗菌、消炎作用。

（一）丁香油的成分及理化性质

丁香油为无色透明液体，相对密度为1.038～1.060。其主要有效成分为丁香酚，占80%以上，是一种油状液体，沸点255℃，难溶于水，溶于乙醇、氯仿、乙醚等有机溶剂。此外还有α-丁香烯，乙酸基丁香酚等。

（二）丁香油的提取与分离

丁香挥发油的提取多用水蒸气蒸馏法，丁香酚的分离是利用其结构中所含的酚羟基可与碱作用成盐而溶于水中的性质，与其他亲脂性成分分离，碱水用酸酸化，丁香酚即成油状分出。

工艺流程如下：

三、莪术挥发油的提取分离

药用莪术为姜科植物蓬莪术（ Curcuma phaeocaulis Val.）的干燥根茎。有破血祛瘀、行气止痛的功效。莪术含挥发油1%～2.5%，经现代药理研究证明它具有抗菌、抗癌活性。

（一）莪术油成分及理化性质

莪术油中含有多种倍半萜类化合物，其中莪术醇和莪术烯酮是主要成分。此外，还有莪术烯、莪术烯醇等。莪术挥发油为淡棕色液体，气味特异，味微苦而辛，难溶于水，能溶于石油醚、氯仿、甲醇、乙醇等有机溶剂。相对密度0.60～0.99，［α］ +20°～+25°（5%乙醇）。莪术醇是无色针状结晶，熔点为143～144℃，［α］ +40.5°，易溶于乙醚、氯仿，可溶于乙醇，微溶于石油醚，几乎不溶于水。

（二）莪术油的提取与分离

四、八角茴香油的提取分离

八角茴香为木兰科植物八角茴香 Illicium verum Hook.f.的干燥成熟果实。含挥发油约5%。

（一）八角茴香油的成分及理化性质

主要成分是茴香脑，占总挥发油的80%～90%。此外，尚含少量甲基胡椒酚、茴香醛、茴香酸等。

茴香脑为白色结晶，熔点21.4℃，沸点235℃，溶于苯、乙酸乙酯、丙酮、石油醚，几乎不溶于水。

（二）八角茴香油的提取分离

五、肉桂挥发油的提取分离

肉桂为樟科植物肉桂 Cinnamomum cassia Presl的干燥树皮。主产于广东、广西、云南等地。肉桂具有补火助阳、引火归元、散寒止痛、活血通经作用。用于阳痿、宫冷、腰膝冷痛、肾虚作喘、阳虚眩晕、目赤咽痛、心腹冷痛、虚寒吐泻、寒疝、奔豚、经闭、痛经。

（一）主要成分及理化性质

肉桂中主要含有挥发油，其中以桂皮醛为主。还含有糖类、倍半萜、黄酮类及其苷、二萜内酯类、黄烷醇及其多聚体等多种类型的化合物。

1.桂皮醛（cinnamaldehyde）

异名cinnamic aldehyde、phenylacrolein、cinnamal。分子式C ₉ H ₈ O，分子量132.15。淡黄色油状液体，有强烈肉桂气味。凝固点-7.5℃，bp.沸点246.0℃/101.33kPa（有些分解），76.1℃/133.3Pa。

2.桂皮酸（cinnamic acid）

异名肉桂酸，反式桂皮酸（ trans -cinnamic acid）。分子式C ₉ H ₈ O ₂ 。分子量148.16。反式mp.132～134℃。顺式mp.135～136℃。bp.300℃。

3.其他

肉桂醇（cinnamyl alcohol）、肉桂醇醋酸酯（cinnamylacetate）、桂皮醇（cassiol）、桂皮醇葡萄糖苷（cassioside）、锡兰肉桂宁（cinnazeylanine）、锡兰肉桂醇（cinnazeylanol）、（-）表儿茶精［（-）-epicatechin］、（-）表儿茶精-3- O- β-D-吡喃葡萄糖苷［（-）-epicatechin-3- O- β-D-glucopyranoside］等。 JoOsnzsd8S4iKPPBqKhal0LwCHK1JWpf6ocOgr8Ijn+gINNx6cAfuVaeK/zPiXLh

（二）主要成分桂皮醛的提取分离