青蒿挥发油的化学成分、生物活性及应用的研究进展

Research progress on constituents, biological activity, and application of Artemisia annua volatile oil

摘要

目的 对近20年有关青蒿挥发油的化学成分、生物活性以及应用领域的研究进行了全面、系统的综述，为充分利用青蒿挥发油提供参考。 方法 在Web of Science、Scifinder、PubMed、中国知网和万方等数据库，对2001—2023年的相关文献进行检索，以青蒿挥发油、提取方法、活性、应用等为关键词进行检索，对化合物的种类、活性等进行归纳总结。 结果 青蒿挥发油的化学成分主要包括倍半萜类、醇类、醛类、酸类、酚类、酯类、酮类，其具有抗炎、抑菌、抗寄生虫、抗病毒、抗肿瘤等生物活性。 结论 青蒿挥发油呈多样性的生物活性，其中抗菌作用较为显著，可以作为化妆品的祛屑成分，其作用机制还需进一步深入研究。

Abstract

Objective The comprehensive and systematic review of the research on the chemical constituents， biological activities， and application fields of Artemisia annua L. volatile oil in the past 20 years has been conducted， providing a reference for the full utilization of Artemisia annua volatile oil. Methods Web of Science， Scifinder， PubMed， China National Knowledge Infrastructure （CNKI）， and Wanfang databases were used to look for related references published from 2001 to 2023. These key words of essential oil of Artemisia annua， extraction method， activity，and application were searched， and the compound kinds and activity of the compounds were summarized. Results The chemical components of essential oil from Artemisia annua L. mainly included sesquiterpenoids， alcohols， aldehydes， acids， phenols， esters， and ketones. This essential oil were proven to have anti-inflammatory， anti-bacterial， anti-parasitic， antiviral， and anti-tumor biological activities. Conclusion The essential oil of Artemisia annua L. displays diverse biological activities， especially the anti-bacterial effect， which can be used as an anti-dandruff ingredient in cosmetics， however， the molecular mechanism needs to be further studied.

关键词

黄花蒿 / 挥发油 / 化学成分 / 抑菌

Key words

Artemisia annua L. / essential oil / chemical component / anti-bacterial effect

青蒿为菊科植物黄花蒿（Artemisia annua L.）的地上干燥部分，在医学领域有着较高的利用价值，如抑菌^［1］、抗疟^［2］、抗寄生虫^［3］、解暑解热等作用^［4］。青蒿性微寒、味苦、辛，归肝经，因其全株含有挥发油而有特殊的香气。在20世纪八十年代，青蒿挥发油受到了科研人员的高度重视，对其提取方法、有效成分分析、生物活性等方面开展了系统的研究^［5］，在医药领域和化妆品领域得到了广泛的应用^［6-7］。

1 提取方法

提取青蒿挥发油的常用方法有3种，即水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法、超临界CO₂流体萃取法^［8］。水蒸气蒸馏法操作简便，无污染，油质纯净，质量好，制药企业普遍采用。由于蒸馏出的组分与物质的沸点成反比，沸点低的成分易得到，沸点高的成分含量少，导致挥发油中某些成分分解或损失。同时对于油水易乳化的体系，油水不易分离。溶剂萃取法是利用有机溶剂如石油醚、丙酮等进行连续回流提取，提取液蒸馏除去溶剂即可得粗制精油。溶剂萃取法能够选择性地提取挥发油中的特定成分，提取效率高。由于植物中的树脂、蜡等脂溶性杂质同时溶出，因此精油纯度较低。提取时消耗大量有机溶剂，易造成环境污染，并且会有溶剂残留，较难除去。超临界CO₂流体萃取法是将CO₂加压到液态临界点，使其充当溶剂溶解植物中的挥发油。除去压力后，CO₂变成气态，从而将精油析出。由于溶剂能挥发掉，所以挥发油不含溶剂杂质，纯度较高，并且安全环保。但此方法需要专业的技术和设备，成本高，操作复杂。

1.1 水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是提取挥发油的传统方法，利用水蒸气将青蒿挥发油带出液体。其一般步骤为：浸泡青蒿原料，将浸泡液与固体均加热蒸馏，收集水蒸气与青蒿挥发油混合的液体，因水的密度大于青蒿挥发油的密度，在上述收集液冷却后，下层为水层，上层为油层，且因水与青蒿挥发油不相溶，即可分离得到青蒿挥发油^［9］。

1.2 溶剂萃取法

溶剂萃取法是用于提取植物有效成分的常用方法，利用物质相似相溶的原理，将目标物质从复杂基质中分离出来。索氏提取法为溶剂萃取法的一种，利用索式提取器，反复萃取，得到萃取液，再经蒸馏，得到目标产物。其中，利用索氏提取法提取青蒿挥发油的最佳料液比（青蒿原料∶乙醚）为1∶7.8（g∶mL），在45 ℃下蒸馏3 h，使青蒿挥发油收油率达到最大^［10］。VIDIC D等^［11］采用萃取和蒸馏方法，以石油醚为溶剂索式萃取3 h，将所得的粗提取物再利用蒸汽蒸发进行二次提取，效果优于水蒸气提取法。

1.3 超临界CO₂流体萃取法

采用超临界CO₂流体萃取法的主要影响因素有萃取压力、温度、CO₂流量。在提取青蒿挥发油的实验中，在压力25 MPa、温度50 ℃、流量25 kg·h^-1的条件下，萃取3 h，可以使青蒿收油率达到最大^［11］。

2 化学成分

通过分析^［12-14］可将青蒿挥发油的成分分为以下几类：萜类（见表1）、醇类（见表2）、醛类（见表3）、酸类（见表4）、酚类（见表5）、酯类（见表6）、酮类（见表7）。

3 青蒿挥发油的活性

3.1 抗菌活性

3.1.1 抑制真菌活性

将小麦赤霉病菌、烟草赤霉病菌、白菜白斑病菌、葱紫斑病菌分别接种至培养基，加入青蒿挥发油进行干预处理，通过观察菌落直径判断青蒿挥发油的抑菌效果。刘芳^［22］研究发现，当青蒿挥发油质量浓度为3.13 mg·mL^-1时对小麦赤霉菌和烟草赤霉菌的抑菌效果比较显著，在6.25 mg·mL^-1时，小麦赤霉菌和烟草赤霉菌完全灭活、死亡。0.78 mg·mL^-1的青蒿挥发油对白菜白斑病菌和葱紫斑病菌具有较强的抑菌效果，在3.13 mg·mL^-1时，能够完全杀死白菜白斑病菌和葱紫斑病菌。青蒿挥发油对白菜白斑病菌和葱紫斑病菌的杀菌效果明显优于小麦和烟草赤霉病菌。

CHEBBAC K等^［23］研究发现，青蒿挥发油对其他真菌菌株，如尖孢镰刀菌、黑曲霉、白色假丝酵母菌同样具有显著的抑菌效果。青蒿挥发油对尖孢镰刀菌、黑曲霉、白色假丝酵母菌的最低抑制浓度（minimum inhibitory concentration， MIC）分别为14.38、21.75、3.12 μg·mL^-1。氟康唑阳性对照对3种菌的MIC值分别为2.78、2.01、3.47 μg·mL^-1，与上述青蒿挥发油对尖孢镰刀菌、黑曲霉、白色假丝酵母菌的MIC进行对比可知，青蒿挥发油对白色假丝酵母菌的抑制效果好，MIC值与阳性对照组的氟康唑数值接近。

3.1.2 对导致人体痤疮类病菌的抑制效果

导致痤疮的三大主要病菌有痤疮丙酸杆菌、金黄色葡萄球菌、糠秕孢子菌，通过抑制上述病菌可以达到治疗痤疮的目的。赖镇源^［24］研究发现，青蒿挥发油对痤疮丙酸杆菌的MIC为6.48 mg·mL^-1。通过研制发现，纳米脂质体包裹青蒿挥发油对痤疮丙酸杆菌的MIC可降至0.648 mg·mL^-1。而青蒿挥发油对金黄色葡萄球菌的MIC为0.648 mg·mL^-1，而纳米脂质体形式的包合物对金黄色葡萄球菌的MIC可达0.064 8 mg·mL^-1。青蒿挥发油对糠秕孢子菌的MIC为6.48 mg·mL^-1，而青蒿挥发油纳米脂质体对糠秕孢子菌的MIC为0.648 mg·mL^-1。实验数据表明，经纳米脂质体包裹后可显著提高青蒿挥发油的抑菌效果。

3.1.3 抑制革兰氏菌活性

CHEBBAC K等^［23］研究发现，青蒿挥发油对革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌均具有一定的抑制作用。青蒿挥发油对革兰氏阳性菌蜡样芽孢杆菌的MIC为5.44 μg·mL^-1，对革兰氏阴性菌沙门氏菌的MIC为1.09 μg·mL^-1。

3.2 护肤作用

青蒿挥发油能够促进细胞增殖，对HaCat细胞的相对迁移率为65.15%±10.52%，对人皮肤成纤维细胞的最高增殖率为117.42%±8.11%，对表皮干细胞的增殖率为107.69%±6.84%。青蒿挥发油还可以诱导角质形成细胞迁移，促进细胞划痕愈合能力。与空白对照组的12.23±2.95 ng·mL^-1相比，青蒿挥发油组I型胶原蛋白的含量为21.72±3.18 ng·mL^-1，显著提升了胶原蛋白的合成能力^［25-27］。上述研究结果表明青蒿挥发油与皮肤修复功能密切相关，在抗皮肤衰老方面具有潜在的应用前景。

在脂多糖刺激小鼠单核巨噬细胞白血病细胞（RAW264.7）炎症模型中，青蒿挥发油对一氧化氮（nitric oxide，NO）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）的抑制率分别为15.79%、24.12%、44.03%，表明青蒿挥发油具有显著的抗炎作用，可以作为化妆品的功效添加成分，对皮肤起到舒敏抗炎的作用^［25］。

将青蒿挥发油、乳香挥发油、白茶挥发油和玉兰叶挥发油按照体积比为4∶3∶1∶2组成的复合物用于临床上慢性湿疹患者具有显著的治疗作用。60位志愿者参加治疗慢性湿疹的临床试验，试验组采用挥发油复合物，对照组使用尤卓尔霜，利用湿疹面积及严重程度评分（eczema area and severity index， EASI）对临床效果进行评估，对比分析治疗前后的EASI评分，试验组及对照组的总有效率均为100%，愈显率试验组为43.33%，对照组为30.00%^［25］。

3.3 杀虫活性

3.3.1 抗赤拟谷盗成虫活性

李玉春等^［28］采用微量点滴法检测6种挥发油（分别为紫茎泽兰挥发油、蒜头果油、青蒿挥发油、桉树油、蓖麻子油、巴豆油）对赤拟谷盗成虫的触杀效果，结果表明不同植物提取的挥发油对赤拟谷盗成虫的触杀效果也各不相同。触杀1 h后，桉树油、蒜头果油、青蒿挥发油这3种挥发油对该成虫具有明显的触杀效果，成虫死亡率达到92%以上。

3.3.2 抗杜氏利什曼原虫活性

OGBONNA C I C 等^［29］研究了黄花蒿叶挥发油对杜氏利什曼原虫的杀虫作用。黄花蒿叶挥发油经过水蒸气蒸馏提取，经GC-MS鉴定发现，其主要的挥发油成分为樟脑（52.06%）和β-石竹烯（10.95%）。黄花蒿叶挥发油主要通过抑制前列腺素和胞内腺素对杜氏利什曼原虫起到杀虫作用。

3.4 抗氧化活性

ZHIGZHITZHAPOVA S V等^［30］采用GC-MS分析俄罗斯黄花蒿挥发油中的化学成分发现，蒿酮、β-芹子烯、石竹烯、氧化石竹烯、大根香叶烯D是其主要成分。从黄花蒿地上部位和花与叶子混合物中制备的挥发油具有较好的抗自由基活性，半数效应浓度（median effect concentration， EC₅₀）分别为50.63、35.6 μg·mL^-1。Wu Yichao等^［31］通过3种方法测试了新鲜黄花蒿挥发油（fresh essential oil from Artemisia annua L.，EF）和干燥黄花蒿挥发油（dried essential oil from Artemisia annua L.，DE）的抗氧化活性。DPPH测试结果发现，EF和DE对DPPH·自由基（2，2-Diphenyl-l-picrylhydrazyl）具有0.5%~4.0%的抑制率，特丁基对苯二酚（tert-Butylhydroquinone， TBHQ）和羟自由基（OH·）清除实验测定得EF的IC₅₀值分别为19.8、14.6 μg·mL^-1，DE的IC₅₀值分别为7.6、4.4 μg·mL^-1。

3.5 抗癌活性

李燕等^［32］研究发现，青蒿挥发油具有抗肿瘤作用，可以诱导11.6%肝癌细胞（SMMC-7721）发生凋亡。TILAOUI M等^［33］通过研究青蒿不同部位挥发油的化学成分差异及抗肿瘤活性，结果发现青蒿不同部位挥发油对小鼠肥大细胞瘤细胞（P815）和人乳金黄地鼠肾传代细胞（BSR）具有细胞毒活性，并且呈浓度依赖性。其中叶和花中的挥发油IC₅₀值分别为15、36 μg·mL^-1。FOROUHANDEH H等^［34］研究表明，中亚旱蒿挥发油通过诱导细胞凋亡抑制癌细胞增殖，对人脂肪肉瘤细胞（SW872）和人乳腺癌细胞（MCF-7）细胞株的IC₅₀值分别为28.08、25.18 μg·mL^-1。

3.6 改善睡眠

在小鼠实验中发现^［35］，使用青蒿挥发油的小鼠睡眠时间随着浓度增大而延长，由最开始的（29.26±9.92） min提高至（52.75±7.48） min。睡眠潜伏期随青蒿挥发油剂量的提高而变短，由（697.33±160.81） s降至（409.25±14.15） s。表明青蒿挥发油具有延长睡眠时间、改善睡眠质量的作用。

4 青蒿挥发油成分差异的影响因素

4.1 提取方法不同

张丽勇^［15］采用直接蒸馏法和索氏提取法分别提取了青蒿挥发油，并测试了抗菌活性。直接蒸馏法提取的挥发油对北京棒状杆菌、枯草芽孢杆菌、四联球菌和普通变形杆菌4种细菌的MIC分别为2.50%、1.25%、2.50%、5.00%。索氏提取法制备的挥发油对黑曲霉、菌刺孢属、青霉和马青霉4种真菌的MIC分别为1.25%、1.25%、5.00%、1.25%。2种提取法制备的挥发油中主要含有烯类、烷类、酚类、桉油精、酮类、醚类和有机酸类等成分。通过蒸馏法得到的挥发油中的主要成分为烯类，含量达到65.42%，远高于通过索氏提取法提取到的挥发油中烯类含量，这一现象可能是通过蒸馏法得到的挥发油抗细菌、真菌活性优于索氏提取法的原因。通过索氏提取法得到的挥发油成分中酮类、醚类和有机酸类占总成分的8.25%，可能是其抗真菌效果优于抗细菌的原因。

4.2 产地不同

环境差异直接影响植物中化学成分的组成，因此产地不同青蒿挥发油的组成也有所不同。通过现有文献对比了山东德州^［36］、甘肃庆阳^［37］及湖南^［38］三地青蒿素挥发油化学成分的差异。结果发现，德州野生青蒿挥发油组分十分复杂，1， 2-二甲氧基-4-烯丙基苯（12.98%）和1， 4-氢化-1， 4-亚乙烯基萘（10.39%）含量较高，此挥发油成分多为同分异构体，C₁₀H₁₆的组分有13个均为烯，C₁₀H₈O的组分有8个，均为醇，C₁₅H₂₄的组分有15个，均为烯或烷。甘肃庆阳产青蒿挥发油中，共鉴定出41种化学组分，占挥发油总量的96.34%。其中主要为肉桂醛酸甲酯（9.698 5%）、苯乙酸（4.883 1%）、乙酸异冰片酯（3.851 6%）、β-愈创木烯（3.506 4%）、反式-罗勒烯（3.500 1%）等，萜烯类组分相对含量为41.7%，酯类组分相对含量为22.7%，萜醇类组分相对含量为11.7%。此外，还含有少量萜酮、酸、醚、醛、烷烃及苯类化合物。从湖南产的青蒿挥发油中主要鉴定出24个化合物，占挥发油成分的68.6%。含量较高的成分为（Z）-β-法尼烯（11.5%）、大牻牛儿烯-d（5.91%）、桉树脑（8.09%）、樟脑（7.95%）、石竹烯（5.91%）、（-）-匙叶桉油醇（3.82%）。而河西走廊野生青蒿挥发油的成分主要为萜类及其含氧衍生物，主要成分为甜没药萜醇（23.47%）、甜没药萜醇氧化物B（11.31%）、甜没药萜醇氧化物A（6.27%）、反-橙花叔醇（10.04%）等。

4.3 野生及栽培不同

野生青蒿挥发油中鉴定出24个化合物，占挥发油成分的78.2%；栽培青蒿挥发油中鉴定出28个化合物，占挥发油成分的79.7%。其中野生与栽培青蒿挥发油共有成分为23个^［39］。野生和栽培很大程度上影响挥发油的成分组成。从野生青蒿挥发油中共鉴定24个化学成分，占挥发油成分的78.2%，其中主要成分为Bicyclo［2.2.1］heptanh-2-one，1，7，7-trimethyl-（±）（28.39%）、石竹烯（9.82%）、龙脑（8.59%）和1，6，10-Dodecatriene，7，11，dimelthy-3-methylene（7.24%）。从栽培青蒿挥发油中共鉴定出28个化学成分，占挥发油成分的79.7%，主要成分为Bicyclo［2.2.1］heptan-2-one，1，7，7-trimethyl-（±）（21.59%）、龙脑（14.58%）和石竹烯（8.98%）。

4.4 采收期不同

李春红等^［40］于5月10日至10月20日，每隔10 d测量1次青蒿挥发油的含量，结果发现，9月份花盛期时青蒿挥发油得率最高，是最佳采收期。

5 青蒿挥发油的应用

青蒿挥发油是一种抑菌和消炎舒缓效果极佳的油脂类物质，含有青蒿成分的洗护产品具有较好的抑菌效果^［41-42］。由青蒿挥发油（0.5%~1.0%）、青蒿蜡皂基（10%~30%）和青蒿提取物（0.5%~1.0%）等，按照一定比例混合制备的青蒿蜡香皂有显著的杀菌、抑菌、护肤和消炎的作用^［43］。在洗发水等洗护用品中添加0.5%~5.0%的青蒿挥发油及其水提取液^［44］，能够有效阻止细菌等微生物的滋生，对头皮温和、不刺激。

6 展望

青蒿是我国重要的药用植物资源，从中提取的挥发油因为生物活性多样，在医药和化妆品等领域开发潜力巨大并被广泛应用，带来了巨大的经济效益。近年来青蒿挥发油的研究取得了一定的进展，但仍然存在诸多的问题亟待解决。

目前工业中提取青蒿挥发油的方法较少，普遍存在稳定性差的问题。不同产地、提取方法影响了青蒿挥发油成分的组成和含量，导致了生物活性的差异，严重限制了青蒿挥发油的实际应用。因此需要研发新技术获取质量可靠的挥发油，才能够保证挥发油的生物活性及应用安全。结合现代制剂技术，通过建立微囊、纳米乳、脂质体等体系包裹青蒿挥发油，有望解决其稳定差等问题。青蒿挥发油的不稳定性也给其质量评价带来了巨大的挑战，现阶段主要是通过GC-MS技术分析青蒿挥发油的化学成分组成，所得数据量少，维度单一。可以通过建立挥发油的指纹图谱，制定含量测定标准，同时进行挥发油药效物质基础研究确定其活性成分组成是完善青蒿挥发油质量评价体系、确保挥发油稳定性的有效手段。

虽然青蒿挥发油在药理作用上取得了一定的研究进展，其具有抗菌、杀虫、抗氧化和抗癌的作用，尤其是抑菌作用比较显著，但是仍然停留在药效层面，还缺乏具体的作用机制。可以结合组学技术，如转录组学、蛋白质组学、代谢组学等，深入研究青蒿挥发油的药效物质基础及深层次的作用机制。青蒿挥发油的化学成分组成复杂，多种成分共存其中。众所周知，黄花蒿富含萜类成分，且以黄花蒿为原料提取到的青蒿挥发油的主要成分也为萜类，据此推断萜类成分可能是青蒿挥发油具有多种生物活性的药效成分。当下，青蒿挥发油的应用领域尚显狭窄，存在较大的拓展空间。故而，应当深入开展对其在其他方面生物活性的研究工作，全方位地挖掘其潜在价值。与此同时，需切实将青蒿挥发油的药理作用与临床实践紧密结合起来，通过严谨的科学验证和实践探索，进一步拓展其在临床治疗中的应用范围，以便更好地服务于医学领域，为人类健康贡献更多的力量。

青蒿挥发油市场潜力巨大，但开发程度还较局限。为了进一步深入研究和拓展青蒿挥发油的应用，尤其是非药用功效产品的开发，本文对青蒿挥发油的提取方法、化学成分、生物活性等方面进行了总结与归纳，以期为后续科研人员深入研究青蒿挥发油提供科学指导。

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基金资助

国家自然科学基金项目(81603267)

陕西省重点研发计划项目(2020ZDLSF05-05)

中医药防治新冠病毒科研攻关项目(ZYJXG-Y23008)

西安市科技计划项目(22GXFW0062)