综述：依兰依兰（Cananga odorata）精油、其应用及提取方法的研究综述

《Molecules》：A Review on Ylang-Ylang (Cananga odorata) Essential Oil, Its Applications, and Extraction Methods

　　

摘要：本综述对依兰依兰（Cananga odorata）精油（YYEO）进行了全面分析，描述了其植物学特征、历史演变及全球商业重要性。系统性地介绍了传统提取技术，如水中蒸馏（hydrodistillation）、水蒸气蒸馏（steam distillation）和溶剂萃取（solvent extraction），以及创新性绿色技术，包括微波辅助蒸馏（MAD）、超临界流体萃取（SFE）和超声辅助萃取（UAE）。将传统蒸馏方法与更绿色的技术进行了比较。所综述的研究表明，微波辅助处理可将YYEO的提取时间从传统水中蒸馏约19小时缩短至约40分钟，同时改善轻质含氧化合物的保留。特别是，无溶剂微波提取物中轻质含氧化合物含量约为81.23%，而水中蒸馏为69.94%，水蒸气蒸馏为57.98%。研究还报道，YYEO含有超过50种挥发性次生代谢物，其中芳樟醇约占含氧馏分的28%，而富含倍半萜的烃类可占精油的63%。所综述的研究进一步证明了其杀虫、抗菌、抗氧化、抗炎和神经生物学活性，支持YYEO在可持续防护材料及健康相关应用中的潜在用途。最后，讨论了防护性智能纺织品、活性织物和可持续闭环制造范式等新兴前沿领域，以概述生物基材料科学的未来方向。

1. 1.
   引言

1.1 依兰依兰（Cananga odorata）的植物学与形态特征及其历史

依兰依兰（Cananga odorata）是一种速生常绿乔木，属于番荔枝科（Annonaceae），隶属于较古老的被子植物类群木兰目（Magnoliales）。其商业历史始于1860年前后菲律宾马尼拉，一名搁浅水手Albert Schwenger被花香吸引，用手推车蒸馏出少量精油，由此开启了精油商业化的先河。该树种主要分布于东南亚，树高通常为15–20米，在理想条件下可达近30米。叶片互生，深绿色且具光泽，叶缘明显波状。依兰依兰树主要见于爪哇，花期全年。YYEO主要产自印度尼西亚、马达加斯加、科摩罗群岛和马约特岛。植株由种子繁殖，在苗床育苗后约两个月发芽，待苗高约50厘米时移栽至田间，株行距约5–6米。约五年后开始开花，产花期可持续约30年。花期在12月至3月和7月至9月较低，4月至6月和10月至12月较高。花朵高度芳香，呈星形，花瓣颜色随成熟度由黄绿色渐变为深黄色或黄棕色，常具红紫色花心。科摩罗群岛是目前全球最大的生产地，其采收芳香花卉每年带来约150万欧元收入，占国民收入的11%，并为10%的劳动人口提供就业机会。约96%的科摩罗产量直接出口至法国，供应香奈儿、迪奥和娇兰等奢侈香水品牌。当前全球产量估计为每年50–100公吨，精油价格范围为50–180欧元/公斤。此外，YYEO在食品工业中用作调味剂，被认定为一般公认安全（GRAS），口香糖中最大使用量约为25 ppm，烘焙食品和硬糖中为2.9 ppm，冷冻乳制品中为1.4 ppm，非酒精饮料中为0.95 ppm。

1. 2.
   精油提取

2.1 传统蒸馏方法

2.1.1 水中蒸馏

水中蒸馏（HD）是从依兰依兰新鲜成熟花朵中提取挥发性次生代谢物的关键物理技术。实验室通常使用Clevenger型装置，工业规模则采用大型蒸馏釜。将含水量约53%的植物原料与水混合于提取容器中，加热至100°C沸点，高温使精油汽化并通过共沸蒸馏从植物基质中逸出。蒸汽与芳香蒸气经冷凝器冷凝为液体，随后在油水分离器中因密度差异自然分层，YYEO通常形成上层。尽管水中蒸馏被广泛认为是全球商业标准，但其耗时且耗能，完整提取周期通常约需19小时。该方法采用顺序分馏方式，在不同阶段收集油品以生产不同等级的精油。早期馏分富含芳樟醇、对甲酚甲醚和乙酸苄酯等轻质含氧化合物，在高端香水中价值极高；后期馏分则主要由大根香叶烯D等较重、挥发性较低的倍半萜烃组成。传统水中蒸馏存在热降解和水解降解风险，尤其是酯类成分易受损。此外，该过程能耗高，对森林生物质的依赖可能间接导致土地利用压力和森林砍伐，并产生较高的CO₂排放。该方法还需持续供应冷却水，可能造成生态毒性和河流污染。

2.1.2 水蒸气蒸馏

水蒸气蒸馏是从茶树、柠檬和迷迭香等高精油含量植物中提取精油的标准化传统工业方法。该方法使蒸汽通过植物基质以汽化挥发性馏分，随后经冷凝和基于密度的相分离获得精油。冷凝后油浮于水面，易于分离。该方法能够生产高纯度精油，适合化妆品和食品工业，但高温可能导致敏感成分降解，需严格控制温度。其高能耗和初始设备投资较高，水和能源资源足迹大。

2.1.3 溶剂萃取

溶剂萃取适用于从精油含量较低的植物（如茉莉花和玫瑰花）中提取精油。己烷、乙醇和超临界二氧化碳等溶剂用于溶解植物油脂，随后蒸发溶剂获得纯油。该方法的主要优势在于能够从不耐高温的花朵中提取精油，且可提取复杂芳香结构，油品质量高于水中蒸馏。然而，食品和化妆品行业中潜在的溶剂残留构成挑战。该方法可工业化规模操作，但大量有机溶剂的使用带来环境成本和更高费用，需妥善管理溶剂回收和处置。

2.2 创新绿色技术

2.2.1 微波辅助蒸馏（MAD）

微波辅助蒸馏（MAD）是一种高效、现代、环保的精油提取方法。该工艺利用独特的加热机制靶向植物材料中天然存在的极性分子（如水分）。微波加热时，极性分子振动，温度急剧升高，植物细胞内部压力增大，最终促使油腺和储油囊膨胀破裂，释放挥发性次生代谢物，通过共沸蒸馏蒸发。实验装置通常使用功率范围250 W至1000 W的微波炉，并配备冷却系统。研究表明，MAD的主要优势是大幅缩短处理时间：YYEO可在40分钟内完全提取，而传统水中蒸馏通常需要19至20小时。MAD的提取率比木柴加热蒸馏（WHD）高29%，比实验室规模蒸馏（LD）高23%，部分研究显示比传统方法高出40%以上。在油品质量方面，MAD提取物中芳樟醇和乙酸苄酯等芳香性轻质含氧化合物（LOCs）比例更高，无溶剂微波提取物中LOCs约占81.23%，而水中蒸馏为69.94%，水蒸气蒸馏为57.98%。这是因为微波能靶向具有较高偶极矩的分子（如醇和芳香酯），减少其热和水解降解。商业上，MAD带来生产分级的显著转变：传统方法约70%为低价值“三级”馏分，而MAD可实现81%的高价值“特级”和“优级”馏分。环境方面，MAD被视为“绿色”技术，在科摩罗群岛等地区可减少每次蒸馏约1吨木材的使用，并将每循环冷却用水减少10–20 m³。

2.2.2 超临界流体萃取（SFE）

超临界流体萃取（SFE）是一种先进萃取方法，可缩短工艺时间、减少有机溶剂用量、获得更纯净的提取物且环境友好。其中超临界CO₂因其易操作、无毒、易获得高纯度且不可燃而被广泛使用。SFE的机制涉及多阶段传质过程：超临界CO₂流经多孔植物材料固定床时，溶剂扩散进入基质孔隙并吸附于颗粒表面，溶剂-溶质相互作用使目标分析物溶解，随后通过对流传输通过孔隙，最终在流体减压至气态时析出收集。该复杂动力学由破碎和完整细胞（BIC）模型描述，分为三个时期：初始恒速提取期（CER）、降速提取期（FER）和最终扩散控制期（DC）。SFE能保留热敏性和复杂的“头香”挥发性化合物，这些化合物在传统方法中常被降解或损失。该方法因使用环保、无毒的CO₂且最终产品无有害残留而被视为可持续方法。然而，压力和温度需精确控制，增加了操作复杂性，且在工业化程度较低地区的维护存在挑战。

2.2.3 超声辅助萃取（UAE）

超声辅助萃取（UAE）是新兴的绿色萃取技术，利用20 kHz至100 kHz的超声波产生声空化物理现象。超声波在溶剂中传播时产生交替的高低压循环，低压循环中形成微小真空气泡，高压循环中气泡剧烈坍塌，产生局部微射流和冲击波，形成显著剪切力。空化效应通过声致穿孔（增加细胞膜渗透性）、植物组织的“海绵效应”膨胀收缩以及细胞壁完全破坏等机制，提高挥发性成分从植物内部腺体向周围溶剂的传质速率。UAE可将工艺时间从数小时显著缩短至几分钟，同时保持低温操作，保护单萜和含氧倍半萜等热敏成分的化学完整性。UAE还可减少废物和能耗，并可与天然低共熔溶剂（NADES）等绿色溶剂联用。然而，其效率受超声功率、频率、温度和固液比等多个独立变量影响，优化具有多维挑战性，且不均匀空化可能对提取一致性产生负面影响。

2.2.4 提取技术总结

精油提取已从以长耗时和敏感酯类潜在热降解为特征的传统水中蒸馏，发展为MAD、UAE和SFE等绿色技术，后者能提供高价值“特级”和“优级”植物化学等级，同时显著降低能耗和提取时间。MAD利用选择性加热快速破裂油腺，SFE则提供无溶剂的高纯度提取路径。这些进步不仅增强了芳樟醇和大根香叶烯-D等重要成分的化学完整性，还通过最小化碳和水足迹使精油生产符合全球可持续目标。然而，没有任何单一提取技术可被视为YYEO生产的普遍最优方案。传统水中蒸馏因其技术简单、工业应用成熟且能获得对应商业等级的连续馏分而仍具相关性，但其长加工时间、高热和冷却水需求以及敏感挥发性化合物的潜在热或水解降解是显著局限。绿色提取技术并非传统蒸馏方法的简单替代，而是特定工艺替代方案，其适用性取决于目标产品质量、生产规模和经济约束。

1. 3.
   植物化学特征与结构分析

YYEO的化学成分复杂，地理来源、花朵成熟度、提取技术和时间及采收条件等参数均影响油品质量。文献报道的相对丰度不应视为固定值。在依兰依兰精油和提取物中报道的100多种成分中，挥发性馏分通常以单萜和倍半萜为主，以及醇和酯等含氧化合物。最重要的含氧化合物为芳樟醇，约占28%，此外还有乙酸苄酯、苯甲酸甲酯和乙酸香叶酯等芳香酯。另一方面，精油中高达63%为烃类馏分，主要含倍半萜，特别是大根香叶烯D和β-石竹烯。这些较重的倍半萜因挥发性低于单萜，在纺织应用中作为天然定香剂，可降低精油释放速率并具有有效驱避性能。YYEO有五个等级：特级、一级、二级、三级和全级。蒸馏最初几小时收集的馏分（高达40%）为特级和一级，富含芳樟醇、对甲酚甲醚和乙酸苄酯等高挥发性强香气化合物，适用于香氛工业。其他等级含较少挥发性倍半萜（石竹烯、大根香叶烯D和α-法呢烯），用于肥皂和化妆品生产。全级可包含任一等级或全部等级，使用取决于制造商决策。此外还有大量具有强生物活性的非挥发性化合物，如生物碱、黄酮类、酚类、鞣质和糖苷，主要通过溶剂萃取从树皮、种子和果实中获得，具有抗菌、抗炎、抗癌、抗生物膜、抗糖尿病和抗媒介等生物活性。

1. 4.
   YYEO的不同应用

4.1 YYEO对媒介传播疾病的杀虫特性

YYEO的杀虫和驱避潜力代表了可持续害虫管理的变革性前沿。其杀虫活性源于芳樟醇、乙酸苄酯和香叶醇等多种挥发性成分，整体活性可能来自多种化合物的协同效应。花油含芳香酯，而叶精油主要以石竹烯（30.3%）和蛇麻烯（13.4%）为主，是采后害虫防治的潜在选择。MAD、UAE和SFE等先进绿色提取技术可保留超过81%的轻质含氧化合物（LOCs），而水中蒸馏和水蒸气蒸馏分别为69.94%和57.98%。登革热、疟疾和寨卡等媒介传播疾病持续威胁公共卫生。登革病毒（DENV）每年估计感染3.9亿人，其中9600万出现临床症状。寨卡病毒（ZIKAV）可导致胎儿小头畸形、先天性畸形、格林-巴利综合征（GBS）及早产和流产。2020年全球报告2.41亿疟疾病例和62.7万死亡病例。合成驱避剂DEET虽有高效驱避作用，但其潜在健康不良影响促使科学家研究更安全的生物基替代品。一项研究中，YYEO以脲醛微胶囊封装（尺寸约50–100 μm），处理棉织物对埃及伊蚊雌成虫的驱避率超过80%。另一研究评估了Zodia叶和依兰依兰花乙醇提取物对埃及伊蚊III–IV期幼虫的效果，24小时后所有样品均显示100%幼虫死亡率，2.5%浓度即与Temephos等效。YYEO对致倦库蚊幼虫具有高毒性，LC₅₀ < 70 ppm。

4.2 YYEO的心理和情绪相关效应

精油对大脑的影响可通过脑与精油化学结构之间的相互作用以及精油向细胞发送的信号来解释。吸入后，挥发性化合物与鼻上皮中的嗅觉受体结合，启动神经信号，经嗅球沿嗅束传递。与其他感觉模态不同，嗅觉处理不依赖丘脑中继，而是直接投射至边缘系统结构。杏仁核快速评估感觉输入（特别是情感显著性），海马参与记忆形成和联想学习。这解释了气味如何在接触后立即唤起情绪化记忆。同时，下丘脑投射将嗅觉输入与自主神经和内分泌反应整合，网状结构连接影响唤醒和警觉水平。

4.3 YYEO的镇静、放松和协调效应

实验研究表明，吸入YYEO香气可导致心率降低和血压下降等生理参数的可测量变化，表明交感神经活动减少并向副交感神经优势转变。这些变化通常被解释为镇静或抗焦虑反应的标志。主观报告常报告平静感增加和紧张感减少。然而，该效应并非经典意义上的纯粹镇静，部分文献将其称为“协调”效应，特征为生理唤醒同时降低而注意力状态维持（甚至轻微增强），表明其对自主神经系统进行更复杂的调节而非简单抑制中枢神经系统活动。

4.4 YYEO在纺织品中的抗菌性能

YYEO的抗菌作用通常通过其与细菌细胞膜的相互作用来解释。由于油具有疏水性，可渗透脂质结构并破坏膜完整性，导致通透性增加和胞内成分泄漏，最终导致细胞死亡。由于YYEO具有挥发性，需开发方法或使用聚合物使其在基质上持久。壳聚糖被广泛用作递送系统，利用微囊化方法实现活性物质的持久抗菌效果并改善油递送。更先进的方法涉及纳米技术，如用YYEO合成的银纳米颗粒。YYEO封端的银纳米颗粒对大肠杆菌的抑菌圈为27 mm，对金黄色葡萄球菌为25 mm。另一研究评估了依兰依兰的不同制剂，纳米乳凝胶在50 μg/mL浓度下对大肠杆菌抑菌圈达21.32 mm，对金黄色葡萄球菌为23.41 mm，在5倍更低浓度下抑菌圈大于参考抗生素环丙沙星（250 μg/mL时为18.65 mm和19.76 mm）。但精油浓度过高可能导致细胞毒性效应，需谨慎配方。

4.5 YYEO的抗氧化性能

实验研究证实YYEO具有可测量的抗氧化活性。在ABTS（2,2′-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)）测定中，YYEO的IC₅₀值约为21.89 μg/mL，表明具有中等自由基清除能力。该活性与总酚含量相关，精油总酚含量约为9.67 mg GAE/g。在DPPH（2,2-二苯基-1-苦基肼）测定中，提取物的抗氧化活性估计为120.44 μg/mL（IC₅₀）。精油中的碳水化合物、黄酮类、生物碱、鞣质和酚类化合物具有抗氧化特性。在生物模型中，依兰依兰提取物处理导致活性氧（ROS）和脂质过氧化标志物TBARS（硫代巴比妥酸反应物质）水平降低，同时超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽（GSH）等抗氧化酶活性增加。不同研究采用不同测定方法、浓度、提取方法和参考标准，其结果不能直接进行单一数值比较。

4.6 YYEO的抗炎特性

YYEO的抗炎活性主要通过调节炎症反应的早期阶段，特别是导致白细胞活化和迁移的阶段。实验结果表明，YYEO可减少中性粒细胞趋化和吞噬活性，表明在炎症初始阶段控制免疫细胞活化。此外，YYEO处理导致总白细胞募集和一氧化氮产生减少，表明促炎信号减少。分子层面，这些效应可能与MAPK、NOS2和NF-κB相关标志物等炎症通路的下调有关。芳樟醇通过抑制炎症组织中COX-2蛋白表达和减少氧化应激，发挥局部抗炎和镇痛活性。大根香叶烯D通过使引起炎症的酶失活来阻止炎症介质释放，其最重要机制是抑制前列腺素合成，既减轻炎症又有助于减轻疼痛。

4.7 YYEO的生精毒性效应

YYEO的抗生育和生精毒性潜力引起男性避孕研究关注，从其根皮提取的52 kDa蛋白组分被确定为主要生物活性剂。雄性白化模型口服50%乙醇根皮提取物60天后，附睾精子数量、活力和总体存活率显著下降，雄性生育指数显著下降。机制上，该生精毒性作用通过破坏睾丸类固醇生成实现：提取物显著抑制3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶，导致睾丸胆固醇积累并即时下调关键类固醇生成酶，特别是3β-羟基类固醇脱氢酶（3β-HSD）和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）。由此产生的雄激素缺乏使血清睾酮降至维持精子生成所需临界阈值以下，诱导附睾精子成熟过程中的严重形态异常。与经典抗生育基准棉酚相比，YYEO具有高度有利的治疗特征：两者实现相当的生育抑制，但YYEO诱导的生精毒性损伤完全可逆，附睾精子参数在15天停药期内恢复完全的生理活力和功能。

4.8 未来趋势与新兴前沿

YYEO在防护服装中的未来应用可通过与生物学、纳米技术和智能服装领域的发现相结合来实现。应重点研究微囊化、纳米囊化和将油掺入聚合物或其他载体系统等稳定化策略，特别关注洗涤耐久性、生物活性化合物保留和释放动力学。标准化是另一重要研究优先方向，应使用标准化分析和生物方案建立化学成分与生物性能之间的明确关系。纺织应用研究应超越概念验证，评估实际条件下的实用性能，包括耐重复洗涤性、控释、长期储存稳定性、处理材料的机械和感官性能、皮肤相容性和潜在细胞毒性。刺激响应释放系统可能是长期方法，但应用于YYEO仍基本未开发。生产层面，微波辅助蒸馏、超临界流体萃取等低影响提取技术的进一步优化应考虑能耗、水耗、可扩展性和经济可行性。提取后生物质的增值可能支持更循环的生产系统。

4.9 结论

本综述总结了YYEO的现有知识，强调提取技术、化学成分、生物特性和潜在应用之间的关系。现有证据表明，提取条件对工艺效率和所得油的化学特征均有显著影响。传统水中蒸馏简单且成熟，具有工业相关性，但其长加工时间、高能耗和水耗以及热敏化合物的潜在降解是重要局限。相比之下，微波辅助处理可将提取时间从约19小时缩短至约40分钟，同时保持高比例的香气相关轻质含氧化合物。超临界流体萃取在减少热暴露和产品纯度方面也有优势，但较高设备成本和操作要求可能限制其更广泛应用。所综述的研究进一步表明，YYEO具有抗氧化、抗菌、抗炎、杀虫、驱避和情绪相关特性，尽管各应用的证据强度差异显著。功能纺织品方面已有特别有前景的结果，包括含微囊化YYEO的驱蚊织物。然而，许多生物学发现仍基于体外或动物研究，非挥发性依兰依兰提取物或分离成分的证据不应直接外推至完整精油。未来研究应优先考虑YYEO组成标准化、直接可比的提取条件、安全性评估、长期稳定性以及设计良好的生物学和应用导向研究。