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深度解析精油挥发物的本质,你可以认为:植物中并没有精油!
2022-09-09
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在很多人第一次接触精油时,都会问我一个问题,精油来自哪里?


一般我都会简单的介绍,来自有药用价值的纯天然植物油馕,但实际上远比这个复杂多了。这就是我想要把这篇文章认真写下来的原因。

我们通常认为精油只是植物过程的反映,假设植物“生产”和“含有”精油,而蒸馏是一种以纯净和浓缩形式提取它们的方法。毕竟,它们闻起来就像它们来自的植物一样,对吧?但只有在我们将它们并排比较时才会发现很大不同。

欢迎来到植物挥发物(植物精油)的世界……

即使拥有相同的植物物种,在相同条件下生长的化学型相同,但新鲜植物中芳香分子的组成与其精油相比总是会有所不同。这一点,即便你不进行化学分析即可发现差异:精油通常闻起来不那么新鲜,并且带有“熟”或萜烯的细微差别。

实际上,你可以理解为——植物并不存在精油本身。 

精油定义

有很多关于精油的定义,或者解释什么是精油的概念,我们来看几个 :

精油是植物的精华,来自大地的礼物,经过蒸馏、冷压等方法,将大自然的力量带入您的家中。

在许多植物内部——隐藏在根、种子、花朵、树皮中——都是浓缩的、高效的化合物。这些天然化合物是精油。

精油赋予植物气味,保护植物免受有害环境条件的影响,甚至协助其授粉,以及其他重要功能和益处。

精油是通过机械压榨或蒸馏获得的,是浓缩的植物提取物,保留了其来源的自然气味。

每种精油都有独特的化学成分,这种变化会影响气味、吸收和对身体的影响。精油的化学成分可能在同一植物物种内或因植物而异。

这些定义的共同点是——精油的特征在于它们的生产方法:只有当来自特定芳香植物物种的植物材料被蒸馏或冷压时,我们才能谈论精油。因此,严格来说,它们不是纯植物产品,而是蒸馏或冷压产品。

植物产生的芳香“物质”是什么?

它是芳香植物的挥发性成分,简称为植物挥发物或挥发性有机化合物(简称VOC)。与系统生物学时代一致,挥发物这一术语也得到了认可(Maffei et al. 2007)。它包括植物产生的挥发性分子的总比例。

在芳香植物中,干燥材料中通常含有约 1% 的 VOC,但它们的百分比变化很大,从接近零到 17%(丁香花蕾)或在干燥树脂中超过 70% 不等。

根据其生化来源,VOC 的主要类别是(Dudareva 等人,2013 年):

  • 萜烯及其氧化衍生物萜类化合物(半萜、单萜、倍半萜、二萜和萜类化合物),

  • 苯丙烷,

  • 脂肪酸衍生物(如绿叶挥发物)

  • 氨基酸衍生物(醛、酸、醇和酯)

  • 不属于这些组且仅限于特定植物的化合物。

挥发性有机化合物在植物的各个部分合成:花、叶、根、茎、树干、树皮、果实和种子。

它们储存在特殊的结构中,例如各种类型的分泌细胞、腔和导管、腺毛和表皮细胞。从那里它们通过不同的机制释放到环境中,这取决于它们的生物学作用。

植物挥发物:不同部位,不同作用 

VOCs的两个基本生物学功能是通讯和防御保护功能。它们的生物学作用、化学成分和释放模式在很大程度上取决于它们是在植物的哪个部分合成的。

花朵释放的挥发性有机化合物的数量和多样性最高。

它们的天然作用显然是从远处吸引传粉者,同时也保护花朵免受微生物病原体和食花动物(如蚂蚁和其他昆虫)的侵害。已知的防御性花香化合物包括芳樟醇和 β-石竹烯,这两种物质通常都有助于整体花香(Muhlemann et al. 2014)。在几种植物中已经注意到,在开花期,挥发物的产生转向单萜(伴随着倍半萜的减少),这可能是在开花期需要增加对传粉者的吸引,而增加了更容易挥发的单萜烯成分(Figueiredo et al. 2008)。

花 VOC 的排放通常与日常生物性节奏同步,在传粉媒介最活跃时达到峰值。因此,许多授粉者是飞蛾或蝙蝠等夜间活动动物的花朵,在夜间也释放出最多的挥发性有机化合物。花朵通常没有用于 VOC 储存的特定结构,而是从专门的表皮分泌细胞区域产生和释放它们,有时称为渗透压。然而,在某些情况下,它们储存在分泌腺中(例如洋甘菊或丁香)。

与花相反,在叶和茎中VOC 主要具有防御作用,当植物受到病原体或食草动物的攻击时会在局部释放。通常的voc物质为萜类化合物和苯丙烷类化合物,通常储存在:

  • 唇形科(罗勒、薰衣草、快乐鼠尾草等芳香草本植物)、菊科(洋甘菊、永久花)、天竺葵科(天竺葵又名天竺葵)和大麻科(大麻)科的各种腺毛

  • 松科的松树、冷杉和云杉以及柏科的杜松、柏树等针叶树的树脂导管

  • 芳香草(禾本科)叶子中的单个分泌细胞,例如香茅属的柠檬草或香茅,以及月桂科月桂叶中的单个分泌细胞。

  • 桃金娘科的桃金娘、茶树和桉树叶,以及柠檬、橙、佛手柑、柑桔和其他柑橘属植物的叶子中都有分泌腔。

例如,当昆虫接触到叶子上的腺毛时,它会像水气球一样破裂,向周围释放防御化合物。

VOC 在分泌细胞的胞质溶胶(倍半萜)和质体(单萜)中产生,并在细胞壁和角质层(表皮细胞的蜡质外层)之间释放。角质层从细胞壁上分离出来,形成一个气泡状结构,储存 VOC。通常,除挥发物外,还会产生其他类型的化合物,例如多糖、蛋白质、脂肪酸、脂质和类黄酮。

叶子中另一种主要的防御性 VOC 是绿叶挥发物 (GLV)。这些是脂肪酸来源的醇、醛和酯,具有新鲜割草的特征“绿色”气味 (例如,顺式-3-己烯醇又名叶醇),几乎普遍由绿色植物产生。

在叶子被感染或机械受伤后的几秒钟内,GLV 的合成急剧增加。当它们从受损组织中释放出来时,它们会直接阻止入侵的生物体,吸引入侵食草动物的天敌,并作为植物内部和植物之间的通信信号,以诱导进一步的防御机制——植物如何相互通信的一个例子(Scala et al. 2013)。GLVs 通常存在于精油和多叶材料的水解液中,但含量极少。

根部则会散发出多种营养物质,例如糖和氨基酸,以及挥发性和非挥发性次生代谢物:目的是选择性地吸引有益(共生)生物并阻止病原体和食草动物,很多研究都发现,从根分泌细胞释放的 VOC 的抗草食性和抗菌作用。

然而,从香根草(以其备受推崇的精油而闻名)根部释放的倍半萜可作为某些细菌的食物。反过来,这些细菌可以在根部附近生长,从而防止其他潜在病原微生物的定殖(Junker 和 Tholl 2013)。此外,这些根部细菌群落在很大程度上决定了香根草油的成分,因为发现在非定植根中,精油的复杂性大大降低(Del Giudice 等人,2008 年)。

苹果和浆果等肉质水果中,虽然 VOC 不会主动排放,但它们的主要作用是吸引以水果为食的食草动物,这有助于散播种子。通常,水果 VOC 的特征在于大部分非萜类来源的酯,但也存在其他组的挥发物。水果挥发性有机化合物的特定混合物有助于其特有的气味和味道,而糖则进一步增强了这种气味和味道。在肉质水果以及小豆蔻或黑胡椒等干果中,VOC 会产生并储存在单个分泌细胞中。

在伞形科植物家族的“种子”中,如芫荽、小茴香、茴香、胡萝卜籽和当归(从植物学上讲,这些也是干果),萜类化合物和苯丙烷类物质储存在分泌管、管状腔体表面下。这些挥发物的作用是防御微生物和食草动物,并防止其他植物的生长(称为化感作用)。

在树皮和木材中,挥发物要么是占很大比例的树脂,它储存在树脂管道中并在植物受伤时分泌,要么分散在整个木材中。在前一种情况下,精油是从收集的树脂(例如没药和乳香)中蒸馏出来的,而在后一种情况下,必须砍伐树木并将其木材切碎或磨成粉末才能获得精油。其中,檀香(Santalum album)、红木(Aniba parviflora)和沉香木(Aquillaria sp.)等自然资源因不可持续的开采而濒临灭绝,也从而导致精油的萃取有很大的控制。 

在继续之前,还要记住一件更重要的事情:植物挥发物不会在植物中流动或循环,它们不是任何循环系统的类似物,它们当然不是任何独特的本质,甚至也不是什么植物的灵魂。你可以认为这是我一个反传统的理解,毕竟太多人会告诉你,精油是植物的灵魂。 

 它们之所以存在,是因为它们对产生它们的植物具有特定的生物学功能。

植物的挥发物是天然的这一事实,并不意味着它们是无害的。植物不在乎它们产生的物质是否对我们人类有害或有益,人类将它们用于我们自己的特定需求,安全使用它们是人类的责任。

那么瓶子里有什么?

植物VOC 不仅种类繁多,而且它们的成分也是极其动态的。

它反映了植物及其环境中不断变化的因素:发育阶段和特定部位、日常节律、气候、季节、土壤、水分状况、微生物感染、畜牧等。即使在相同类型的相邻腺体和由于其生产的内在可变性,在同一工厂进行也可能会有区别(Schmiderer et al. 2008)。

因此,蒸馏后的精油其实更多就像时间冻结的图像,具有所有这些环境因素和内部可变性的综合贡献,来自植物原料的数百万个腺体细胞的平均贡献。

精油是数十或数百种不同化合物的混合物,这些化合物反映的是:

  • 植物生长的过程

  • 蒸馏过程中发生的过程

  • 后蒸馏过程之后的储存等过程 


接下来,为了更好的说明,我将更详细地介绍这其中的一些过程。

根据不同的过程中,是否影响植物挥发物的不同,我们可以将精油化合物的存在分为四类。

1、在收获和蒸馏之前存在于植物中的化合物,取决于植物种类、植物的具体部位、发育阶段和特定的环境条件——如前所述。


2、馏出物的非极性(精油)和极性(水解)馏分中的化合物不同的分布

并非所有 VOC 都分布在馏出物的非极性部分中,因为有些是极性分子,这意味着它们可溶于水并且主要存在于水解馏分中。苯乙醇就是一个典型的例子,它大量存在于许多花中,例如玫瑰,但在提炼出的精油中含有微量,但它是玫瑰纯露的主要芳香化合物,这也导致了同一种植物提取的精油和纯露的极大不同。 

3、在蒸馏过程中由于水和热的存在而增强的化学调整而形成的化合物。

一种类型的反应是水解,由水引起的化学键断裂,酯类、糖结合分子和蛋白质结合分子(可能会产生带有“静止”特性的硫酸化合物)易于水解(Williams,2008 年)。

一个典型的例子是乙酸芳樟酯(一种在薰衣草、佛手柑和快乐鼠尾草中含量丰富的单萜酯)的水解,在蒸馏过程中会部分转化为芳樟醇(单萜醇)和乙酸。

除了水解之外,还可能发生多种其他化学调整,例如水合和脱水(分别添加和分解水)或脱羧(分解二氧化碳)。这种修饰的一个典型例子是母菊天蓝烃,实际上植物本身并不含有,它是由蒸馏过程中无色母菊素形成,这种化合物会让德国洋甘菊或西洋蓍草等精油呈深蓝色。

4、蒸馏后由于光、热和氧引起的反应而形成的化合物。

萜烯、酚类和醛类易于氧化,一些氧化产物可能引起刺激、失去新鲜气味、产生异味(例如由醛类形成羧酸)和油变黑。

典型的例子是柠檬烯氧化物和 (+)-香芹酮,它们是柠檬烯的氧化产物,在许多精油中都很丰富,最显着的是柑橘类 (Williams, 2008)。

精油中,水的存在可能会导致酯的进一步水解,专业纯精油中不可能含有水分,而也是为什么调配按摩油的时候,一定要把瓶子中的水分完全控干的原因。

另一种化学改性是聚合,其中许多相似的分子结合在一起形成大的线性链,导致粘度增加、变暗、浑浊和气味强度降低。

然而,在某些情况下,有些精油则需要一定时间的老化。

一些精油,如广藿香、檀香、香根草、沉香木等,会在蒸馏后低温存储一段时间,这期间会逐渐失去了萜烯等成分,泥土、烟熏等刺鼻的味道变得越来越醇厚,就如同一瓶陈年老酒,这也是在小柅的1号纯精油中,经常由于雪松精油的存放时间不同,细心的人就可以闻嗅到细微的区别。

但是需要注意,这并非是说,精油可以囤货,每一种精油都有自己的生命周期,而不确定的情况下,保持新鲜用油是一个特别好的选择。

所以,如果有时间,我都会愿意同每一个想要深入了解精油的人聊聊精油这件事——不管所有这些改变是否需要,精油都是植物、人类和环境共同孕育的产品。

如果你对这个方面的话题感兴趣,欢迎你加我的微信(微信号:13613096729 ),我们将有机会共同探讨更多话题。 

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