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浅谈植物精油稳定性难题

发布时间：

2025-10-09

来源：

精油（Essential oil,EO）是芳香植物某一部位经过水蒸气蒸馏或物理压榨等方法得到一种不溶于水、有气味的挥发性油状液体（GB/T 14455.1-2021），本质上属于“植物提取物”。精油的活性成分含有大量醛、酮、酯、萜烯、苯丙烯类化合物，且具有高效抑菌、抗氧化、缓解应激等功效，已成为“饲料禁抗”背景下动物促生长、保障肠道健康的重要添加剂方案。

植物精油的活性成分具有分子量小、易氧化，易挥发等特性，导致植物精油饲料添加剂产品普遍存在“稳定性”的难题。其中，单萜烯、酯类等小分子物质极易逸散，导致香气和功效同步流失。酚类（如百里香酚）、醛类（如柠檬醛）和部分萜烯（对伞花烃）在光照和热作用下，发生自氧化反应（典型的自由基链式反应），生成酸、醇、醛、酮等小分子化合物，导致精油变质和产生刺激性气味。此外，游离的金属离子（Cu²⁺、Fe²⁺等）可促进精油自氧化反应，同时生成了活性更强的自由基，且金属离子还能直接与精油中的成分（醇、醛、酮）形成络合物，导致精油颜色改变或产生沉淀。

在畜牧养殖应用中，为解决植物精油易挥发、易氧化、生物利用度低及气味刺激性强等问题，业界普遍采用吸附混合与包被两类核心技术，以显著提升其稳定性、掩盖不良气味，并延长有效储存时间。

吸附混合工艺是将液态的植物精油固定在固态的多孔载体材料上，使其转变为流动性好的固体粉末的加工方法，其核心是利用载体材料巨大的比表面积和丰富的孔隙结构，通过分子间作用力将精油活性成分固定在载体材料的孔隙中，是一种精油固定化技术。

表1 植物精油吸附混合工艺及应用

核心原理

常用吸附剂

工艺流程

优缺点

应用场景

利用多孔吸附材料，通过物理吸附作用，将液态精油分子吸附并锁定在孔隙中，使其转变为流动性好的固体粉末

二氧化硅（SiO₂）：如疏水性气相SiO₂，吸附量可达30%-40%；多孔淀粉、麦芽糊精：可食用载体，成本低，但吸附量较低（约10%-20%）；硅藻土、沸石粉等

混合：将精油与吸附剂在混合机中充分搅拌；

老化：静置一段时间，让精油充分扩散并渗透到吸附剂孔隙深处；

过筛：得到均匀的粉末产品

优点：工艺简单、成本低、能实现液体转固体，便于饲料添加；缺点：保护作用很弱。精油分子只是物理附着在表面，暴露在空气中会迅速挥发、氧化失效。饲料制粒过程中的高温、高压也会造成大量损失

适用于对稳定性或成本要求不高的产品

包被技术是通过天然或合成的高分子材料（壁材），对精油活性成分（芯材）进行包被。常见的包被技术包括微囊技术和低温包合工艺，随着技术发展和材料学的革新，继而涌现出纳米脂质体、等离子体增强涂层等包被新型技术。

常用的壁材有明胶、阿拉伯胶、β-环糊精、海藻酸钠、壳聚糖等天然高分子材料，以及聚乳酸等合成高分子材料。包被过程首先将芯材均匀分散到壁材溶液中，然后通过喷雾干燥、凝聚法、溶剂蒸发法等技术使壁材形成包裹芯材的结构。

喷雾干燥法是通过乳化工艺形成稳定的水包油（O/W）乳状液（包含植物精油和壁材）后，采用喷雾干燥将乳状液转化为固体粉末的工艺。其中，乳状液的制备是决定最终产品包埋效果的最关键一步。喷雾干燥的工艺流程首先是将壁材（如β-环糊精、阿拉伯胶、改性淀粉等）溶解于水相，然后在高速剪切或高压均质作用下将植物精油均匀分散到壁材溶液中，形成粒径极小（通常要求＜1μm）、稳定性高的O/W型乳状液；其次将稳定的乳状液通过雾化器（高速离心式雾化器或高压喷嘴式雾化器）喷入干燥塔顶端，将其分散成无数微米级的细小液滴；然后将热空气（进风温度160-200℃）从干燥塔顶部或底部引入，与雾化的液滴充分接触，水分迅速蒸发，壁材浓度不断增加，最终在精油液滴外围形成一层坚固的、干燥的固体壁膜；最后成品粉末在干燥塔底部沉降，并通过旋风分离器与废气分离，收集到成品罐中。

表2 植物精油包被技术及应用

核心原理

壁材

工艺流程

优缺点

应用场景

通过喷雾、流化床等方式，壁材将精油分子完全包被形成稳定的包合物，干燥后即得成品

碳水化合物类：β-环糊精（分子包合，适合小分子精油）、壳聚糖（可生物降解，具抗菌性）、改性淀粉（辛烯基琥珀酸淀粉钠，乳化性和成膜性好）、麦芽糊精（成本低但包埋率低）；

高分子材料类：丙烯酸树脂（在胃的酸性环境中（pH为1.5-3.0）不溶解，仅在肠道的中性或弱碱性环境（pH >5.5-7.0）下才溶解，从而实现过胃保护，肠中释放）、乙基纤维素EC（形成一道不溶于水的物理屏障，活性成分通过肠道蠕动、渗透压或酶解作用缓慢释放）；

蛋白质类：明胶、乳清蛋白、大豆分离蛋白（成膜性好，乳化活性高但成本高）；

复合壁材：常采用蛋白+碳水复合（如乳清蛋白+麦芽糊精），以优化包埋率和提高生物利用度

喷雾干燥：将乳化液通过雾化器喷入高温干燥塔，水分瞬间蒸发，且壁材固化；

流化床包衣：将核心物料置于流化床中，悬浮在上升的空气流中，如同“沸腾”一般，同时将包衣溶液均匀喷涂到颗粒表面并瞬间干燥，形成均匀、连续的薄膜；

凝聚法/复凝聚法：通过调节pH、温度或加入电解质，使带相反电荷的壁材（如明胶-阿拉伯胶）从溶液中析出并包裹在芯材上。

高效保护：尤其耐胃酸、耐高温制粒（可达85-90°C），大幅降低成分挥发和氧化损失；

掩盖气味：降低精油刺激性气味，改善适口性；

流动性好：易于混合加工；

利用率高：耐胃酸，可精确控制活性成分在消化道的特定部位（前肠）释放，避免过早在胃部释放浪费

主要用于食品医药、高端饲料添加剂产品

（成本高）

图1 喷雾干燥工艺流程图

湖南美可达生物资源股份有限公司成功研发了一款天然植物精油新饲料添加剂产品—石香薷提取物（有效成分为百里香酚、香芹酚），以石香薷地上部分为原料，采用水蒸气蒸馏法获得石香薷植物原油，再采用低温包合工艺制备成稳定的饲料添加剂产品，生产过程不使用任何有毒化学试剂，兼具环境友好性与产品稳定性。

石香薷提取物（有效成分为百里香酚、香芹酚）新饲料添加剂产品以β-环糊精（β-CD）为包合材料。β-环糊精具备独特的分子结构和物理化学特性。1）“外亲水，内疏水”的两亲性结构，β-环糊精是由7个葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键连接而成的环状低聚糖，其分子呈一个截锥状的空腔。由于糖苷键的O原子和CH基团朝向空腔内部，形成了一个疏水性的微环境，可与植物精油的主要成分（萜烯、酚、醛、酮等非极性或弱极性分子）的疏水特性 “相似相溶”，从而通过疏水相互作用和范德华力，将这些油分子紧紧地包裹在空腔内。β-环糊精的外部布满了-OH，亲水性强，可改善植物精油的水溶性，提高其生物利用度。总之，β-环糊精就像一个“分子胶囊”，内部（空腔）是油性的，用来装油性的精油；外壳是水性的，让整个精油包合物微溶于水。2）“恰到好处”的空腔尺寸，β-环糊精的空腔内径约为0.60-0.65 nm，该尺寸与大多数植物精油分子的常见组分（如薄荷醇、百里香酚、柠檬醛等）的分子尺寸最为匹配，能形成稳定的包合物。3）安全性高，中国、美国FDA以及欧洲EFSA等众多国家和地区已经批准其为药用辅料和食品添加剂。

图2 β-环糊精结构式

低温包合工艺的应用在于保护精油热敏性成分、抑制精油分子挥发，提高包合率以及产品稳定性。影响因素试验结果表明，在4500±500LX强光、或25℃、RH90%±5%条件下、或60℃条件下放置10天，石香薷提取物（有效成分为百里香酚、香芹酚）水分、含量指标无明显变化。加速试验结果表明，产品于温度40 ℃±2 ℃，相对湿度75%±5%的条件下储藏6个月，结果发现本品粒度、水分、含量无显著变化。长期试验结果表明，在25℃±2℃、RH60%±10%条件下，石香薷提取物（有效成分百里香酚、香芹酚）贮存两年后粒度、水分、含量无明显损失，质量稳定。

新饲料添加剂产品：石香薷提取物（有效成分为百里香酚、香芹酚），来源于唇形科石荠苎属药用植物石香薷，通过水蒸气蒸馏提取并结合低温包合工艺，可显著提升产品稳定性与生物利用度，且充分发挥其在促进动物采食、提高动物机体抗氧化能力，缓解应激、改善肠道健康等多重功效，最终达到提高饲料转化率、促进营养物质消化吸收与畜禽健康生长的综合效果。此外，基于植物资源综合利用理念，提取挥发油后的生产剩余物可进一步加工制备石香薷水提物产品，实现原料的高值化利用。