茶及植物类芳香水的加工工艺及生物活性研究进展

龙丹，洪鹏，李博洋，谢关华，陈鑫宇，陈佳，许勇泉，江和源，江虹

（1.恒枫食品科技有限公司，浙江杭州 311200；2.中国农业科学院茶叶研究所，浙江省茶叶加工工程重点实验室，浙江杭州 310008）

茶及植物类芳香水是近年来市场出现的一类以茶及其他植物的叶、花、果等具有特征性香气部位为原料，经香气萃取后，开发成香型逼真、香气浓郁、澄清透明的芳香水剂类产品。 起初，人们发现花卉或草本类精油在蒸馏萃取过程中留下来的水溶液具有与精油类似的特征性香气， 将这些水溶液称之为“纯露”或“花香水”。 “纯露”含有一些能与水以氢键的形式结合的微量极性成分以及部分具有一定挥发性的水溶性次生代谢物[1]，因此具有特征性香气，常作为精油的副产物被收集和利用。 随着水溶性香气提取物研究的深入和销售市场进一步拓展，人们不再局限于收集精油的水溶性副产物，更加关注初加工及精深加工中任何可能产生芳香水的工艺步骤，开始以“水溶性好、香气逼真”为目标，选用专业设备生产这类富含香气的透明提取物，因此产品类型大大增多。 现有文献中对植物精油类、植物提取物类的相关报道较多，对植物类芳香水类的总结较少，文章从植物类芳香水的提取方式及工艺、 工艺效果比较、生物活性及用途等方面对近年来相关文献进行梳理，并对该类产品现存问题及发展趋势做总结和展望，以期进一步挖掘植物类芳香水的商业价值。

1 制备工艺

1.1 水蒸汽蒸馏法

水蒸汽蒸馏法是目前生产植物类芳香水运用最早且最为广泛的方式之一， 其原理是以具有一定温度的水蒸气为媒介充分浸润植物后， 以热蒸汽的形式携带植物中的芳香成分上逸，经过冷凝、静置后， 冷凝液可逐步分离为上层油状物和下层水溶液，油状物经过进一步精制成为精油，而下层水溶液经进一步纯化得到植物芳香水。 水蒸气蒸馏法分为水完全浸没原料的“水中蒸馏”方式和水蒸气蒸馏筛板上原料的“水上蒸馏（水气蒸馏）”方式。

黎贵卿等[2]发现通过减压蒸馏方式，可以降低蒸馏温度和蒸馏时间，显著提升香气保留率，且具有工艺简单、节能降本等优点。对于香气物质含量较低的茶树花原料而言，张峰等[3]发现将水蒸汽蒸馏法与反渗透膜过滤相结合， 可以有效富集香气浓度且香型与新鲜茶树花香气相似。雷高明等[4]等发现采用复合盐溶液对鲜花进行浸泡处理， 较传统腌渍处理能显著促进极性较小的挥发性香气成分成分从花瓣组织内部析出至周围的水相体系，经由水蒸馏处理后可高效获得精油以及综合性能优异的鲜花芳香水。

1.2 干燥蒸馏

干燥蒸馏与水蒸气蒸馏的区别在于， 干燥蒸馏的原料必须来自于富含一定水分的鲜花或鲜果。以花卉芳香水为例，在不额外添加水等任何介质的前提下，利用热源（如真空低温微波加热的方式[5]）烘干鲜花，鲜花自身水分和香气化合物会受热蒸发逸散为芳香蒸气，经冷凝、油水分离、过滤后收集获得花卉芳香水。

1.3 超临界CO2 萃取

超临界CO2萃取原理是以CO2为媒介， 通过控制压力和温度来调节CO2在超临界状态下的溶解能力， 充分溶解植物原料中的芳香物质并携带至分离釜中，CO2重新汽化为气体状态被分离，而芳香物质以精油或纯露的形式凝结被收集。 例如林丽静等[6]采用改造后的超临界CO2提取设备同时提取高良姜精油和高良姜纯露， 在精油分离釜中通过降低萃取压力，精油和汽化的CO2分离，提取出高良姜精油； 随后CO2携带精油分离釜中未分离的成分以气体状态进入纯露分离釜中， 芳香类物质在CO2气体的协同作用下溶解于水中并形成饱和水溶液，即得高良姜纯露。

1.4 旋转锥蒸馏技术提取

旋转锥蒸馏技术 （Spinning Cone Column，SCC） 的主体分离柱核心部件是由固定在柱体内壁的一组圆锥体碟片和固定在高速旋转中心轴线上的另一组圆锥体碟片交错排列构成。 当料液从顶部加入，随着旋转锥的旋转运作，料液在离心力和重力的双重作用下，被拉成薄薄的液层，自上而下地依次交替流经两组碟片中的每一个碟片，直至柱体底部。在这一过程中，蒸汽由柱底部向上涌动，通过控制真空度和温度，料液中的芳香气体极易从稀薄的液面中挥发出来融入蒸汽， 并沿着液层向上移动和聚集，最终在柱体的顶部被分离，得到精油或芳香水。此外，SCC 不仅可以富集目标香气，还可用于去除由原料引入的异味，如葡萄果汁及葡萄酒类的烟味[7]。

1.5 膜处理

不同孔径和不同材质的膜相组合， 可对植物浸提物进行有选择地过滤与吸附， 大量的水分子和一部分分子量较小的香气物质可以透过膜而被滤出， 而分子量大于孔径的有色物质及滋味物质等则被截留和富集在膜的另一侧， 由此达到滤出液澄清透明且带有植物特征性香气的目的。 刘晓辉等[8]通过调节膜的过滤孔径，可以在脱除茶汤中有色大分子物质的同时， 有效控制香味物质和特征性滋味成分（例如茶多酚、咖啡碱和氨基酸等小分子）的保留程度，最后得到的滤出液是含有一定香气物质及滋味物质的无色茶香提取物。此外，膜处理技术还可以从植物浓缩废弃液中富集香气提取物，如庞登红等[9]利用渗透汽化膜技术处理藏红花浓缩废液， 通过香气组分在膜上下游的化学势差为驱动力实现传质的方式，以及膜对废液中不同香气组分的亲和力和传质阻力实现差异化富集的方式， 收集藏红花浓缩废液中的藏红花醛、二氢-β-紫罗兰酮、 异佛尔酮等特征性的芳香物质并反补到藏红花提取物中，能够得到香气纯正、特征香明显且在卷烟中应用效果较好的藏红花提取物。

膜过滤方案属于无热加工， 可以有效保护芳香物质中的热敏性物质， 且能够保留一定的呈味物质及功能性成分。

1.6 浓缩及烘烤干燥等其他工艺

除了上述途径以外， 植物类芳香水还可以来自浸提液浓缩工艺及原料烘烤干燥等其他工艺。例如植物浸提液在真空热蒸发浓缩过程中， 含香气的热蒸气被冷凝收集， 而在经由反渗透膜浓缩时，水分子携带着微量的香气物质被滤出而收集。邓红等[10]收集苹果原汁在浓缩过程中的蒸发冷凝水，进一步开发为富含苹果香气的营养水饮品。

烟叶烘烤工艺是产生烟叶芳香水的另一经典案例。 在烘烤工艺中，鲜烟叶的含水率由80%以上降至5%以内，任杰等[11]收集并检测烟叶在闭式循环烘烤工艺的冷凝水， 最终发现24 种呈香物质，其中苯甲醇、苯乙醇、2，3-二联吡啶、3-羟基-2-丁酮等富含烟叶特征性香气的呈香物质含量与其在烟叶中的含量属于相同数量级。 在广州横州市，冷凝回收茉莉花茶经过低温抽湿干燥时产生的液态水制得茉莉花纯露，已有成熟的产业化案例[12]。

综上，水蒸气蒸馏与干燥蒸馏生产植物类芳香水的优点是设备一次性投入成本较低，工作原理较为简单，目前应用较广泛，但不足之处是加工过程较粗放，缺乏精细化调控，产品品质易受原料波动而波动；而超临界CO2萃取、旋转锥蒸馏技术提取优势在于可以利用多种工艺参数对产品风味进行调控，但设备一次性投入成本和后续维护成本较为高昂；膜处理优势在于用“非热加工”方式获得芳香水，但同样设备投入较高；而浓缩、烘烤干燥工艺较上述方式而言目前产业化程度较低。

2 工艺对芳香水成分的影响

同种原料经不同的加工工艺或加工参数所得芳香水的内含成分种类和提取率也会不同。 刘晓辉等[8]分析比较膜过滤、减压蒸馏两种方式制备无色茉莉花茶香风味水饮料发现， 选用一定孔径的膜处理（分子截留量＞300）可以使提取液含有茶多酚、咖啡因、氨基酸等滋味物质，这些在蒸馏处理收集的馏出液中未发现。 林丽静等[6]在超临界CO2提取和水蒸气提取两种方式同步提取高良姜精油和纯露时发现，超临界提取的精油和纯露提取率均高于水蒸气技术， 从提取纯露的香气组分看，超临界CO2提取种类 （20 种） 和水蒸气提取（19种）相当，但超临界CO2提取纯露中的柠檬烯含量最高 （相对含量68.50%）， 水蒸气提取则是1，8-桉叶素最高（相对含量31.83%）。 欧泽洁等[13]利用超临界萃取和SCC 两种方式萃取啤酒花提取物，从香型上看，超临界CO2萃取的浸膏草药香、木香突出，而SCC 提取物橘香、果香明显；从关键香气化合物上看， 除了芳樟醇、β-月桂烯、顺-3-己烯-1-醇3 种共有香气成分之外，超临界CO2萃取擅长提取萜烯化合物， 其萃取物特有关键香气化合物是邻伞花烃、辛酸甲酯、2-壬酮；而SCC 对醇类、酯类、萜烯醇类化合物的富集率较高，其中2-甲基丁醇、卞醇和壬醛为SCC 提取物的特征香气物质。 崔帅等[14]利用水蒸汽蒸馏法和SCC 两种方式制备咖啡香气提取物，GC-MS 分析结果表明，SCC 提取获得的挥发性香气成分种类有52 种， 是水蒸汽蒸馏所得挥发性成分总数（24种）的2 倍多，此外SCC 提取出的挥发性成分含有更多的吡嗪、吡咯、吡啶和酯类等影响咖啡风味的关键物质。

同种工艺在不同的收集时间所得芳香水的香气组分因沸点不同，其种类和提取率也不尽相同。何金明等[15]发现控制蒸馏时间可能成为用于调控迷迭香纯露的香气种类及抗氧化能力的手段之一，随着0~120 min 的蒸馏时间延长，纯露成分种类减少，主成分1，8-桉叶油素（17.04%~41.01%）的相对含量呈降低趋势，γ-松油醇 （0.02%~20.81%）和松香芹酮（0.58%~13.31%）的相对含量呈增加趋势；3 个蒸馏时段迷迭香纯露的DPPH自由基清除能力由高到低顺序分别为80~120 min>40~80 min>0~40 min。曾明鸣等[16]依次收集金银花蒸馏过程中7 段蒸馏液发现， 金银花露在不同蒸馏段的挥发性成分含量及主体香气差异明显。 蒸馏液中的挥发性成分总量由214.49 μg/g（第一段）逐渐下降到12.21 μg/g（第七段），第一蒸馏段中挥发性成分总量约是其他蒸馏段的4~17倍，OAV＞1 的化合物有34 种，其中香茅醇、芳樟醇、香叶基丙酮、正己醛、正辛醇等主要呈香化合物含量比其他段蒸馏液均高出了一个量级， 使得花香及果香尤为突出， 因此在聚类分析中独成一类； 而其他段中OAV＞1 的化合物在21~25 种之间，香气轮廓较为相似，略有差别。 此外，醇、醛、萜、 酮、 酯类在不同时间蒸馏段的比例也有所不同，其中醇类随蒸馏进程占比由38.78%逐渐下降至25%左右，而醛类占比32.60%逐渐上升至45%左右，说明醇类比醛类更易蒸出。

3 生物活性及用途

植物类芳香水与植物精油、 植物水浸出物是同根同源，与后两者相比，植物类芳香水在保持特征性风味的同时，对人体刺激性较小，在伊朗[17]及土耳其[18]等地中海周边国家被视为一种功能性的传统饮料或餐饮佐料来消费。 目前主流的添加方式可分为香气回填以及外源添加两种方式。 香气回填技术在食品、软饮料、酒类加工中运用最为广泛，是通过收集来自加工过程中原料逸散的香气，再通过后道调配工序按需回填至产品中增强产品风味，例如在葡萄酒发酵过程中，利用冷凝收集结合渗透汽化膜分离的方式富集葡萄酒逸散香气及酒精用于后期的风味调配和成品品控[19]。 外源添加方式则更为灵活， 植物类芳香水常以原辅料的形式添加至食品饮料、化妆品、饲料、药物中，用于产品赋香、保鲜、抗菌等，其应用场景可分为以下几个领域。

3.1 食品饮料及烟酒类相关

如表1 所示， 在食品饮料及酒类等领域的应用目的大体可分为保香赋香、保鲜、抗菌三种。 在应用原理上， 赋香主要是依赖于芳香提取液自身的特征性香型及香气浓度， 而保鲜和抗菌则依赖于水溶性的活性成分。

表1 食品饮料及酒类中的应用案例Table 1 Application cases in food，beverage and alcohol

3.2 日用品及化妆品

植物类芳香水中的花类纯露在日化领域应用最为广泛， 常以天然植物来源、 对皮肤刺激性更小、 水基质更加亲肌作为产品卖点活跃在日化产品的配料表中。 应用案例如表2 所示。

表2 日用品及化妆品中的应用案例Table 2 Application cases in daily necessities and cosmetics

3.3 药用

金银花露、薄荷露、藿香露等属于传统的中药露剂（又称“药露”），是利用水蒸气蒸馏法蒸馏含挥发性成分的药材而制成的芳香水剂， 在我国医案、方剂记载中由来已久。传统的及现代开发的药露种类及应用原理如表3 所示：

表3 药剂中的应用案例Table 3 Application cases in pharmaceutical products

3.4 畜牧业及种植业

目前已有外源添加芳香水至日常饲料及饮用水中，以提升禽畜的肉蛋品质的报道。 如将互叶白千层纯露添加至蛋鸡的饮用水中， 能够改善蛋鸡所产鸡蛋的哈氏单位、蛋黄颜色、蛋清重等指标[46]。 在饲粮中合理添加薰衣草纯露能够提高新疆褐牛的免疫能力，改善肌肉嫩度、系水能力、牛肉风味[47-48]。 在经济作物的病虫害防治方面， 由于薄荷纯露含有香芹酚和胡椒酮氧化物， 被施加在柑橘类果树的根部能有效控制蚜虫侵害[49]。

4 亟待解决的问题与展望

目前以茶鲜叶、毛茶、精制成品茶、副茶为原料萃取，含有茶叶特征香气的芳香水称为“茶香水或茶纯露”[50]。关于中国纯露类日化消费市场的调研报告显示，1039 份有效问卷中约有56.4%消费者对纯露有所了解， 但主要认知来自国外品牌，位列纯露类品牌认知的前三均来自法国和德国。 在茶纯露的消费意愿方面，大多数消费者倾向于接受20~50 元价格区间且每瓶容量100~200 mL 的纯露产品， 外观设计需兼顾送礼和自用双重属性[51]。

然而，茶及植物类芳香水在生产加工、贮运、销售、法规等诸多方面还存在着诸多问题。例如在加工、贮运方面，纯露类含有微生物，需要杀菌灌装保存，杀菌不仅会带来香气损失，也会降低抗菌等生物活性。为保持良好香气浓度和香型，避光隔氧的密封冷藏贮存和运输无疑会增加成本。 在产品品控方面，香气品质控制受原料、工艺等因素波动，香型和香气浓度不稳定，香气物质总量及种类的检测依赖于GC-MS 高端设备，实际生产中缺乏可量化、易检测、易控制的质控指标。 就产品的标准化程度而言， 目前植物类芳香水在国内外文献中的俗称和叫法非常多，如无色** 香气提取物[8]、挥发性成分提取物[20]、** 香气浓缩液、** 纯露、**花水[52]、* 香水[50]、** 芳香水[53]，缺乏行业认同度较高的专有名称和定义。 现售茶与植物芳香水产品的执行标准大多为GB 17325—2015《食品安全国家标准食品工业用浓缩液 （汁、 浆）》 或GB/T 31326—2014《植物饮料》，能体现产品特色、优势及核心竞争力的企业标准、团体标准、行业标准少之又少。

茶与植物类芳香水原料来源较为广泛， 可来源于茶类、花类、果类、香料类、草本及草药类等具有特征性香气的植物。然而，目前仍有大量芳香水类物质以废液的形式被排放， 未被收集和有效利用， 其工业化、 商品化的发展一直受上述问题制约，需要产品原料供应端和应用端共同推动，打通产品质控、生产贮运、合法添加使用的链路，促进植物类芳香水产业蓬勃发展。