茶及植物類芳香水的加工工藝及生物活性研究進展

龍丹，洪鵬，李博洋，謝關華，陳鑫宇，陳佳，許勇泉，江和源，江虹

（1.恒楓食品科技有限公司，浙江杭州 311200；2.中國農業科學院茶葉研究所，浙江省茶葉加工工程重點實驗室，浙江杭州 310008）

茶及植物類芳香水是近年來市場出現的一類以茶及其他植物的葉、花、果等具有特征性香氣部位為原料，經香氣萃取后，開發成香型逼真、香氣濃郁、澄清透明的芳香水劑類產品。 起初，人們發現花卉或草本類精油在蒸餾萃取過程中留下來的水溶液具有與精油類似的特征性香氣， 將這些水溶液稱之為“純露”或“花香水”。 “純露”含有一些能與水以氫鍵的形式結合的微量極性成分以及部分具有一定揮發性的水溶性次生代謝物[1]，因此具有特征性香氣，常作為精油的副產物被收集和利用。 隨著水溶性香氣提取物研究的深入和銷售市場進一步拓展，人們不再局限于收集精油的水溶性副產物，更加關注初加工及精深加工中任何可能產生芳香水的工藝步驟，開始以“水溶性好、香氣逼真”為目標，選用專業設備生產這類富含香氣的透明提取物，因此產品類型大大增多。 現有文獻中對植物精油類、植物提取物類的相關報道較多，對植物類芳香水類的總結較少，文章從植物類芳香水的提取方式及工藝、 工藝效果比較、生物活性及用途等方面對近年來相關文獻進行梳理，并對該類產品現存問題及發展趨勢做總結和展望，以期進一步挖掘植物類芳香水的商業價值。

1 制備工藝

1.1 水蒸汽蒸餾法

水蒸汽蒸餾法是目前生產植物類芳香水運用最早且最為廣泛的方式之一， 其原理是以具有一定溫度的水蒸氣為媒介充分浸潤植物后， 以熱蒸汽的形式攜帶植物中的芳香成分上逸，經過冷凝、靜置后， 冷凝液可逐步分離為上層油狀物和下層水溶液，油狀物經過進一步精制成為精油，而下層水溶液經進一步純化得到植物芳香水。 水蒸氣蒸餾法分為水完全浸沒原料的“水中蒸餾”方式和水蒸氣蒸餾篩板上原料的“水上蒸餾（水氣蒸餾）”方式。

黎貴卿等[2]發現通過減壓蒸餾方式，可以降低蒸餾溫度和蒸餾時間，顯著提升香氣保留率，且具有工藝簡單、節能降本等優點。對于香氣物質含量較低的茶樹花原料而言，張峰等[3]發現將水蒸汽蒸餾法與反滲透膜過濾相結合， 可以有效富集香氣濃度且香型與新鮮茶樹花香氣相似。雷高明等[4]等發現采用復合鹽溶液對鮮花進行浸泡處理， 較傳統腌漬處理能顯著促進極性較小的揮發性香氣成分成分從花瓣組織內部析出至周圍的水相體系，經由水蒸餾處理后可高效獲得精油以及綜合性能優異的鮮花芳香水。

1.2 干燥蒸餾

干燥蒸餾與水蒸氣蒸餾的區別在于， 干燥蒸餾的原料必須來自于富含一定水分的鮮花或鮮果。以花卉芳香水為例，在不額外添加水等任何介質的前提下，利用熱源（如真空低溫微波加熱的方式[5]）烘干鮮花，鮮花自身水分和香氣化合物會受熱蒸發逸散為芳香蒸氣，經冷凝、油水分離、過濾后收集獲得花卉芳香水。

1.3 超臨界CO2 萃取

超臨界CO2萃取原理是以CO2為媒介， 通過控制壓力和溫度來調節CO2在超臨界狀態下的溶解能力， 充分溶解植物原料中的芳香物質并攜帶至分離釜中，CO2重新汽化為氣體狀態被分離，而芳香物質以精油或純露的形式凝結被收集。 例如林麗靜等[6]采用改造后的超臨界CO2提取設備同時提取高良姜精油和高良姜純露， 在精油分離釜中通過降低萃取壓力，精油和汽化的CO2分離，提取出高良姜精油； 隨后CO2攜帶精油分離釜中未分離的成分以氣體狀態進入純露分離釜中， 芳香類物質在CO2氣體的協同作用下溶解于水中并形成飽和水溶液，即得高良姜純露。

1.4 旋轉錐蒸餾技術提取

旋轉錐蒸餾技術 （Spinning Cone Column，SCC） 的主體分離柱核心部件是由固定在柱體內壁的一組圓錐體碟片和固定在高速旋轉中心軸線上的另一組圓錐體碟片交錯排列構成。 當料液從頂部加入，隨著旋轉錐的旋轉運作，料液在離心力和重力的雙重作用下，被拉成薄薄的液層，自上而下地依次交替流經兩組碟片中的每一個碟片，直至柱體底部。在這一過程中，蒸汽由柱底部向上涌動，通過控制真空度和溫度，料液中的芳香氣體極易從稀薄的液面中揮發出來融入蒸汽， 并沿著液層向上移動和聚集，最終在柱體的頂部被分離，得到精油或芳香水。此外，SCC 不僅可以富集目標香氣，還可用于去除由原料引入的異味，如葡萄果汁及葡萄酒類的煙味[7]。

1.5 膜處理

不同孔徑和不同材質的膜相組合， 可對植物浸提物進行有選擇地過濾與吸附， 大量的水分子和一部分分子量較小的香氣物質可以透過膜而被濾出， 而分子量大于孔徑的有色物質及滋味物質等則被截留和富集在膜的另一側， 由此達到濾出液澄清透明且帶有植物特征性香氣的目的。 劉曉輝等[8]通過調節膜的過濾孔徑，可以在脫除茶湯中有色大分子物質的同時， 有效控制香味物質和特征性滋味成分（例如茶多酚、咖啡堿和氨基酸等小分子）的保留程度，最后得到的濾出液是含有一定香氣物質及滋味物質的無色茶香提取物。此外，膜處理技術還可以從植物濃縮廢棄液中富集香氣提取物，如龐登紅等[9]利用滲透汽化膜技術處理藏紅花濃縮廢液， 通過香氣組分在膜上下游的化學勢差為驅動力實現傳質的方式，以及膜對廢液中不同香氣組分的親和力和傳質阻力實現差異化富集的方式， 收集藏紅花濃縮廢液中的藏紅花醛、二氫-β-紫羅蘭酮、 異佛爾酮等特征性的芳香物質并反補到藏紅花提取物中，能夠得到香氣純正、特征香明顯且在卷煙中應用效果較好的藏紅花提取物。

膜過濾方案屬于無熱加工， 可以有效保護芳香物質中的熱敏性物質， 且能夠保留一定的呈味物質及功能性成分。

1.6 濃縮及烘烤干燥等其他工藝

除了上述途徑以外， 植物類芳香水還可以來自浸提液濃縮工藝及原料烘烤干燥等其他工藝。例如植物浸提液在真空熱蒸發濃縮過程中， 含香氣的熱蒸氣被冷凝收集， 而在經由反滲透膜濃縮時，水分子攜帶著微量的香氣物質被濾出而收集。鄧紅等[10]收集蘋果原汁在濃縮過程中的蒸發冷凝水，進一步開發為富含蘋果香氣的營養水飲品。

煙葉烘烤工藝是產生煙葉芳香水的另一經典案例。 在烘烤工藝中，鮮煙葉的含水率由80%以上降至5%以內，任杰等[11]收集并檢測煙葉在閉式循環烘烤工藝的冷凝水， 最終發現24 種呈香物質，其中苯甲醇、苯乙醇、2，3-二聯吡啶、3-羥基-2-丁酮等富含煙葉特征性香氣的呈香物質含量與其在煙葉中的含量屬于相同數量級。 在廣州橫州市，冷凝回收茉莉花茶經過低溫抽濕干燥時產生的液態水制得茉莉花純露，已有成熟的產業化案例[12]。

綜上，水蒸氣蒸餾與干燥蒸餾生產植物類芳香水的優點是設備一次性投入成本較低，工作原理較為簡單，目前應用較廣泛，但不足之處是加工過程較粗放，缺乏精細化調控，產品品質易受原料波動而波動；而超臨界CO2萃取、旋轉錐蒸餾技術提取優勢在于可以利用多種工藝參數對產品風味進行調控，但設備一次性投入成本和后續維護成本較為高昂；膜處理優勢在于用“非熱加工”方式獲得芳香水，但同樣設備投入較高；而濃縮、烘烤干燥工藝較上述方式而言目前產業化程度較低。

2 工藝對芳香水成分的影響

同種原料經不同的加工工藝或加工參數所得芳香水的內含成分種類和提取率也會不同。 劉曉輝等[8]分析比較膜過濾、減壓蒸餾兩種方式制備無色茉莉花茶香風味水飲料發現， 選用一定孔徑的膜處理（分子截留量＞300）可以使提取液含有茶多酚、咖啡因、氨基酸等滋味物質，這些在蒸餾處理收集的餾出液中未發現。 林麗靜等[6]在超臨界CO2提取和水蒸氣提取兩種方式同步提取高良姜精油和純露時發現，超臨界提取的精油和純露提取率均高于水蒸氣技術， 從提取純露的香氣組分看，超臨界CO2提取種類 （20 種） 和水蒸氣提?。?9種）相當，但超臨界CO2提取純露中的檸檬烯含量最高 （相對含量68.50%）， 水蒸氣提取則是1，8-桉葉素最高（相對含量31.83%）。 歐澤潔等[13]利用超臨界萃取和SCC 兩種方式萃取啤酒花提取物，從香型上看，超臨界CO2萃取的浸膏草藥香、木香突出，而SCC 提取物橘香、果香明顯；從關鍵香氣化合物上看， 除了芳樟醇、β-月桂烯、順-3-己烯-1-醇3 種共有香氣成分之外，超臨界CO2萃取擅長提取萜烯化合物， 其萃取物特有關鍵香氣化合物是鄰傘花烴、辛酸甲酯、2-壬酮；而SCC 對醇類、酯類、萜烯醇類化合物的富集率較高，其中2-甲基丁醇、卞醇和壬醛為SCC 提取物的特征香氣物質。 崔帥等[14]利用水蒸汽蒸餾法和SCC 兩種方式制備咖啡香氣提取物，GC-MS 分析結果表明，SCC 提取獲得的揮發性香氣成分種類有52 種， 是水蒸汽蒸餾所得揮發性成分總數（24種）的2 倍多，此外SCC 提取出的揮發性成分含有更多的吡嗪、吡咯、吡啶和酯類等影響咖啡風味的關鍵物質。

同種工藝在不同的收集時間所得芳香水的香氣組分因沸點不同，其種類和提取率也不盡相同。何金明等[15]發現控制蒸餾時間可能成為用于調控迷迭香純露的香氣種類及抗氧化能力的手段之一，隨著0~120 min 的蒸餾時間延長，純露成分種類減少，主成分1，8-桉葉油素（17.04%~41.01%）的相對含量呈降低趨勢，γ-松油醇 （0.02%~20.81%）和松香芹酮（0.58%~13.31%）的相對含量呈增加趨勢；3 個蒸餾時段迷迭香純露的DPPH自由基清除能力由高到低順序分別為80~120 min>40~80 min>0~40 min。曾明鳴等[16]依次收集金銀花蒸餾過程中7 段蒸餾液發現， 金銀花露在不同蒸餾段的揮發性成分含量及主體香氣差異明顯。 蒸餾液中的揮發性成分總量由214.49 μg/g（第一段）逐漸下降到12.21 μg/g（第七段），第一蒸餾段中揮發性成分總量約是其他蒸餾段的4~17倍，OAV＞1 的化合物有34 種，其中香茅醇、芳樟醇、香葉基丙酮、正己醛、正辛醇等主要呈香化合物含量比其他段蒸餾液均高出了一個量級， 使得花香及果香尤為突出， 因此在聚類分析中獨成一類； 而其他段中OAV＞1 的化合物在21~25 種之間，香氣輪廓較為相似，略有差別。 此外，醇、醛、萜、 酮、 酯類在不同時間蒸餾段的比例也有所不同，其中醇類隨蒸餾進程占比由38.78%逐漸下降至25%左右，而醛類占比32.60%逐漸上升至45%左右，說明醇類比醛類更易蒸出。

3 生物活性及用途

植物類芳香水與植物精油、 植物水浸出物是同根同源，與后兩者相比，植物類芳香水在保持特征性風味的同時，對人體刺激性較小，在伊朗[17]及土耳其[18]等地中海周邊國家被視為一種功能性的傳統飲料或餐飲佐料來消費。 目前主流的添加方式可分為香氣回填以及外源添加兩種方式。 香氣回填技術在食品、軟飲料、酒類加工中運用最為廣泛，是通過收集來自加工過程中原料逸散的香氣，再通過后道調配工序按需回填至產品中增強產品風味，例如在葡萄酒發酵過程中，利用冷凝收集結合滲透汽化膜分離的方式富集葡萄酒逸散香氣及酒精用于后期的風味調配和成品品控[19]。 外源添加方式則更為靈活， 植物類芳香水常以原輔料的形式添加至食品飲料、化妝品、飼料、藥物中，用于產品賦香、保鮮、抗菌等，其應用場景可分為以下幾個領域。

3.1 食品飲料及煙酒類相關

如表1 所示， 在食品飲料及酒類等領域的應用目的大體可分為保香賦香、保鮮、抗菌三種。 在應用原理上， 賦香主要是依賴于芳香提取液自身的特征性香型及香氣濃度， 而保鮮和抗菌則依賴于水溶性的活性成分。

表1 食品飲料及酒類中的應用案例Table 1 Application cases in food，beverage and alcohol

3.2 日用品及化妝品

植物類芳香水中的花類純露在日化領域應用最為廣泛， 常以天然植物來源、 對皮膚刺激性更小、 水基質更加親肌作為產品賣點活躍在日化產品的配料表中。 應用案例如表2 所示。

表2 日用品及化妝品中的應用案例Table 2 Application cases in daily necessities and cosmetics

3.3 藥用

金銀花露、薄荷露、藿香露等屬于傳統的中藥露劑（又稱“藥露”），是利用水蒸氣蒸餾法蒸餾含揮發性成分的藥材而制成的芳香水劑， 在我國醫案、方劑記載中由來已久。傳統的及現代開發的藥露種類及應用原理如表3 所示：

表3 藥劑中的應用案例Table 3 Application cases in pharmaceutical products

3.4 畜牧業及種植業

目前已有外源添加芳香水至日常飼料及飲用水中，以提升禽畜的肉蛋品質的報道。 如將互葉白千層純露添加至蛋雞的飲用水中， 能夠改善蛋雞所產雞蛋的哈氏單位、蛋黃顏色、蛋清重等指標[46]。 在飼糧中合理添加薰衣草純露能夠提高新疆褐牛的免疫能力，改善肌肉嫩度、系水能力、牛肉風味[47-48]。 在經濟作物的病蟲害防治方面， 由于薄荷純露含有香芹酚和胡椒酮氧化物， 被施加在柑橘類果樹的根部能有效控制蚜蟲侵害[49]。

4 亟待解決的問題與展望

目前以茶鮮葉、毛茶、精制成品茶、副茶為原料萃取，含有茶葉特征香氣的芳香水稱為“茶香水或茶純露”[50]。關于中國純露類日化消費市場的調研報告顯示，1039 份有效問卷中約有56.4%消費者對純露有所了解， 但主要認知來自國外品牌，位列純露類品牌認知的前三均來自法國和德國。 在茶純露的消費意愿方面，大多數消費者傾向于接受20~50 元價格區間且每瓶容量100~200 mL 的純露產品， 外觀設計需兼顧送禮和自用雙重屬性[51]。

然而，茶及植物類芳香水在生產加工、貯運、銷售、法規等諸多方面還存在著諸多問題。例如在加工、貯運方面，純露類含有微生物，需要殺菌灌裝保存，殺菌不僅會帶來香氣損失，也會降低抗菌等生物活性。為保持良好香氣濃度和香型，避光隔氧的密封冷藏貯存和運輸無疑會增加成本。 在產品品控方面，香氣品質控制受原料、工藝等因素波動，香型和香氣濃度不穩定，香氣物質總量及種類的檢測依賴于GC-MS 高端設備，實際生產中缺乏可量化、易檢測、易控制的質控指標。 就產品的標準化程度而言， 目前植物類芳香水在國內外文獻中的俗稱和叫法非常多，如無色** 香氣提取物[8]、揮發性成分提取物[20]、** 香氣濃縮液、** 純露、**花水[52]、* 香水[50]、** 芳香水[53]，缺乏行業認同度較高的專有名稱和定義。 現售茶與植物芳香水產品的執行標準大多為GB 17325—2015《食品安全國家標準食品工業用濃縮液 （汁、 漿）》 或GB/T 31326—2014《植物飲料》，能體現產品特色、優勢及核心競爭力的企業標準、團體標準、行業標準少之又少。

茶與植物類芳香水原料來源較為廣泛， 可來源于茶類、花類、果類、香料類、草本及草藥類等具有特征性香氣的植物。然而，目前仍有大量芳香水類物質以廢液的形式被排放， 未被收集和有效利用， 其工業化、 商品化的發展一直受上述問題制約，需要產品原料供應端和應用端共同推動，打通產品質控、生產貯運、合法添加使用的鏈路，促進植物類芳香水產業蓬勃發展。