腦樟不同部位精油成分及其含量變化研究

胡文杰，江香梅，楊海寬，章 挺，趙玲華，肖復(fù)明

(1 江西省林業(yè)科學(xué)院 國(guó)家林業(yè)局樟樹(shù)工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330032；2 井岡山大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江西 吉安 343009)

樟樹(shù)(Cinnamomumcamphora(L.)Presl.)為樟科樟屬常綠喬木樹(shù)種，國(guó)家Ⅱ級(jí)保護(hù)植物。樟樹(shù)分布于北緯 10°～ 34°，東經(jīng) 88°～ 122°，從海南島至長(zhǎng)江以南各省均有分布，主要包括我國(guó)海南島、臺(tái)灣、福建、江西、廣東、廣西、湖南、湖北、浙江、四川、云南、貴州等地[1]，垂直分布于海拔 300～1 000 m 的低山丘陵地區(qū)。樟樹(shù)是集材用、藥用、香料、油用、觀賞于一體的多用途樹(shù)種，其中化學(xué)利用前景廣闊，其根、莖、葉精油中富含芳樟醇、樟腦、1,8-桉葉油素、龍腦、異-橙花叔醇和黃樟油素等重要天然成分[2-5]，是香料香精、醫(yī)藥、化工、食品、調(diào)味品的重要原料。按枝葉精油中所含主成分的不同，可將樟樹(shù)分為腦樟(主含樟腦，下同)、芳樟(芳樟醇)、油樟(桉葉油)、異樟(異-橙花叔醇)和龍腦樟(右旋龍腦) 5 種化學(xué)型[4]。有關(guān)樟樹(shù)化學(xué)成分的研究已有較多報(bào)道[2-4,6]，但針對(duì)不同化學(xué)類型和不同部位分析其得油率、精油中主成分及其相對(duì)含量變化規(guī)律的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。腦樟是樟樹(shù)5種化學(xué)型中利用歷史最長(zhǎng)、用途最廣泛的一種，其主要成分樟腦一直是我國(guó)的傳統(tǒng)香料和藥用原料。本研究從科學(xué)利用的目的出發(fā)，系統(tǒng)研究腦樟化學(xué)型不同部位得油率、精油中主成分及其相對(duì)含量的變化規(guī)律，旨在為腦樟化學(xué)利用有效部位的精準(zhǔn)選擇及其原料基地的經(jīng)營(yíng)管理提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

從江西省林業(yè)科學(xué)院樟樹(shù)基因庫(kù)中，選擇 5 年生的腦樟，從中隨機(jī)選10 棵作為本試驗(yàn)樣株。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣株采集及處理 于 2012 年 10 月中旬，將 10 棵樣株整株挖出，深度為根系分布所達(dá)范圍。洗凈泥沙并晾干表面水分后，將每棵樣株分6 個(gè)部位取樣，其中地上部位分為葉、當(dāng)年生枝(新枝)、老枝、樹(shù)干 4 個(gè)部位，地下部分分為主根和側(cè)根 2 個(gè)部位。將枝、樹(shù)干、根等用切片機(jī)切碎。每樣株分別按各部位稱取鮮質(zhì)量后，用封口袋分別裝好，用于提取精油。

1.2.2 水蒸汽蒸餾法提取不同部位精油 在自制水蒸汽蒸餾器(由桶高40 cm、直徑 25 cm，桶蓋頂部帶有導(dǎo)管以及直徑28 cm、深度為 15 cm的不銹鋼容器組成)中分別加入沸水(節(jié)省提取時(shí)間和統(tǒng)一起始提取溫度)2 500 mL和 200 g不同部位處理好的樣品(預(yù)試驗(yàn)表明，水料比為 2 500 mL∶200 g，加熱功率為1 200 W時(shí)提取率最大)，收集精油，稱質(zhì)量，計(jì)算各部位得油率,得油率=精油質(zhì)量/材料質(zhì)量×100%。

1.2.3 精油成分分析樣品的制備 將 10 棵樣株同一部位提取的精油，用移液器等量吸取并充分混合后，作為腦樟該部位精油成分分析測(cè)定的試驗(yàn)樣品，用于GC-MS檢測(cè)。

1.2.4 精油成分檢測(cè)方法及條件 利用江西省林業(yè)科學(xué)院國(guó)家林業(yè)局樟樹(shù)工程技術(shù)研究中心的Perkin Elmer氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，檢測(cè)各精油樣品中的化學(xué)成分及其相對(duì)含量。

Perkin Elmer Clarus 680 型氣相色譜儀，色譜柱為Elite-5 MS，石英毛細(xì)管柱為 30 m×0.25 mm×0.25 μm。色譜程序升溫條件為：進(jìn)樣口溫度 280 ℃；柱溫 50 ℃保持 2 min，以3 ℃/min升至 180 ℃，保持 2 min，再以 8 ℃/min升至 240 ℃保持 5 min，共運(yùn)行 60 min。載氣為He，流速 1.0 mL/min，進(jìn)樣量 0.5 μL，分流比 10∶1。

Perkin Elmer Clarus 600 C 型質(zhì)譜儀，質(zhì)譜條件：EI-MS，EI離子源溫度 180 ℃，接口溫度260 ℃，掃描范圍(m/z) 50～620。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理及質(zhì)譜檢索 采用Nist譜庫(kù)、文獻(xiàn)檢索和人工解析等聯(lián)合方法，鑒定、確認(rèn)精油中的各種成分，利用峰面積歸一法計(jì)算各成分的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 腦樟不同部位的得油率

腦樟 10 棵樣株、每樣株6 個(gè)部位(葉、新枝、老枝、樹(shù)干、主根和側(cè)根，下同)的得油率見(jiàn)圖1。由圖1 可知，腦樟 6 個(gè)部位之間得油率差異極大。在腦樟 6 個(gè)部位中，主根平均得油率最高，達(dá) 2.23%，老枝平均得油率最低，僅 0.36%。各部位平均得油率高低順序?yàn)椋褐鞲?2.23%)>側(cè)根(2.11%)>葉(1.86%)>樹(shù)干(0.45%)>新枝(0.41%)>老枝(0.36%)。若以植株空間結(jié)構(gòu)而論，自形態(tài)學(xué)上端到形態(tài)學(xué)下端，平均得油率呈兩端(根和葉)高、中間低的變化規(guī)律。由圖1 還可知，同一部位不同植株間，其得油率差異也極大。如葉得油率最高的植株達(dá) 2.6% 以上，得油率最低的植株只有 1.2% 左右；再如主根精油，得油率最高的植株達(dá) 3.1%以上，而得油率最低的植株只有 1.4% 左右。

圖1 腦樟不同部位的得油率柱的頂端表示該部位的平均值；小圓圈表示各樣株該部位的實(shí)測(cè)值，圖3同

2.2 腦樟不同部位精油成分的比較

2.2.1 不同部位精油成分檢測(cè)結(jié)果 腦樟 6 個(gè)部位精油成分檢測(cè)的總離子流圖見(jiàn)圖2。經(jīng)檢索、解析和查對(duì)文獻(xiàn)，從葉、新枝、老枝、樹(shù)干、主根和側(cè)根6個(gè)部位的精油中共鑒定出60 種化學(xué)成分，這6個(gè)部位鑒定出的化學(xué)成分分別為 46，43，44，29，25 和 25 種，已鑒定的成分(圖2)分別占相應(yīng)總組分的 90.48%，89.44%，89.70%，95.27%，89.91% 和 88.21%。

2.2.2 不同部位精油成分組成的差異 由圖2 可以看出，腦樟 6 個(gè)部位精油成分組成差異顯著。在已鑒定出的 60 種成分中，6 個(gè)部位共有成分17 種，分別為α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、月桂烯、β-水芹烯、檸檬烯、1,8-桉葉油素、γ-萜品烯、萜品油烯、芳樟醇、樟腦、萜品醇-4、α-松油醇、黃樟油素、甲基丁香酚、異丁香烯和α-石竹烯。除此之外，地上4個(gè)部位(葉、新枝、老枝和樹(shù)干)共有成分有 7 種，分別為檜烯、β-羅勒烯、蒈烯-4、p-傘花烴、龍腦、α-蓽澄茄油烯和欖香烯；地下2個(gè)部位(主根和側(cè)根)共有成分有 6 種，分別為2,6-二甲基-5,7-辛二烯-2-醇、E-金合歡烯過(guò)氧化物、檀香萜、馬兜鈴烯、檀香醇和異喇叭茶烯。此外，葉、新枝和老枝共有成分有 17 種，分別為三環(huán)烯、側(cè)柏烯、羅勒烯、反式-4-側(cè)柏醇、香茅醛、甲酸異龍腦酯、2,6-二甲基-3,5,7-辛三烯-2-醇、β-香茅醇、乙酸異龍腦酯、乙酸香葉酯、β-欖香烯、大香葉烯D、γ-古蕓烯、匙葉桉油烯醇、石竹烯氧化物、α-愈創(chuàng)烯和β-橄欖烯；葉和新枝共有成分有 1 種，即檸檬醛；新枝和老枝共有成分僅α-杜松烯 1 種；樹(shù)干、主根和側(cè)根共有成分有δ-杜松烯和肉豆蔻醚 2 種。其他為各部位特有成分，其中葉特有成分有 3 種，分別為橙花醇、異-橙花叔醇和韋得醇；老枝特有成分有 2 種，即4-亞甲基-1-(1-甲基乙基)環(huán)己烯和香橙烯氧化物-(2)；樹(shù)干特有成分有 3 種，分別為β-蓽澄茄油烯、α-桉葉烯和β-愈創(chuàng)烯；新枝、主根和側(cè)根均無(wú)特有成分。本研究中南昌所產(chǎn)的腦樟與產(chǎn)于廣西[7]、江西吉安[4]等地腦樟葉精油成分相比，所檢測(cè)的共有成分有 7 種，分別為莰烯、β-蒎烯、1,8-桉葉油素、芳樟醇、樟腦、萜品醇-4、α-松油醇；此外，本試驗(yàn)還檢測(cè)到特有成分27 種，分別為β-水芹烯、乙酸異龍腦酯、檸檬醛、三環(huán)烯、側(cè)柏烯、β-羅勒烯、蒈烯-4、反式-4-側(cè)柏醇、香茅醛、硫氰乙酸冰片酯、2,6-二甲基-3,5,7-辛三烯-2-醇、橙花醇、β-香茅醇、順-香葉醇、α-蓽澄茄油烯、乙酸香葉酯、β-欖香烯、異丁香烯、大香葉烯-D、γ-古蕓烯、欖香烯、α-石竹烯、韋得醇、匙葉桉油烯醇、石竹烯氧化物、α-愈創(chuàng)烯和β-橄欖烯；本試驗(yàn)未檢測(cè)到的組分有 13 種，分別為α-側(cè)柏烯、α-萜烯、β-香葉烯、石竹烯、芹子烯、α-古巴烯、丁香烯、乙酸香草酯、β-沒(méi)藥烯、乙酸松油酯、甲基異丁香酚、β-桉油醇和愈創(chuàng)木醇。

圖2 腦樟不同部位精油的總離子流圖

2.2.3 不同部位精油主成分及其相對(duì)含量的差異 (1) 主成分組成差異。將各部位精油中相對(duì)含量大于 1% 的主成分列于表 1。由表 1 可知，各部位精油主成分組成差異很大。6 個(gè)部位精油中，共有主成分 2 個(gè)，即樟腦和黃樟油素。除此之外，葉、新枝、老枝、樹(shù)干和主根共有主成分 1 個(gè)，即檸檬烯；地上 4 個(gè)部位共有主成分 5 個(gè)，分別為α-蒎烯、月桂烯、莰烯、α-松油醇和β-蒎烯；新枝、老枝、樹(shù)干、主根和側(cè)根共有主成分 1 個(gè)，即1,8-桉葉油素；葉和新枝共有主成分 1 個(gè)，即芳樟醇；新枝和老枝共有主成分 1 個(gè)，即α-石竹烯。除老枝有 1 個(gè)特有主成分γ-萜品烯外，其他部位均沒(méi)有特有主成分。葉片精油中樟腦為絕對(duì)主導(dǎo)成分，占 69.07%；根精油中黃樟油素為絕對(duì)主導(dǎo)成分，側(cè)根占72.32%，主根占73.54%。與產(chǎn)于廣西[7]、江西吉安[4]等地的腦樟相比，本研究從產(chǎn)于南昌腦樟中所檢測(cè)到的共有成分相對(duì)含量大于 1% 的有 2 種，分別為莰烯和樟腦。除此之外，本試驗(yàn)沒(méi)有檢測(cè)到特有主成分。本試驗(yàn)未檢測(cè)到的主成分有 4 種，分別為α-萜烯、β-香葉烯、石竹烯和芹子烯。

(2) 主成分?jǐn)?shù)量及其相對(duì)含量差異。由表1可以看出，葉片精油主成分有 9 種，其相對(duì)含量占精油總組分的82.85%。其中相對(duì)含量最高的前 3 種成分為樟腦、檸檬烯和α-蒎烯，其相對(duì)含量分別為 69.07%，3.77% 和2.51%，樟腦為絕對(duì)主導(dǎo)成分。新枝和老枝精油主成分?jǐn)?shù)量及種類相同，均為 11 種，其相對(duì)含量分別占精油總組分的81.45% 和 79.35%；其中含量最高的 3 種成分為樟腦、1,8-桉葉油素和檸檬烯，新枝中 3 種成分的相對(duì)含量分別為 56.28%，6.41% 和 3.67%，老枝中的相對(duì)含量分別為 53.45%，7.67% 和 3.49%；樟腦在這2個(gè)部位中依然是絕對(duì)主導(dǎo)成分，但其相對(duì)含量較葉片分別下降 12.79 和 15.62 個(gè)百分點(diǎn)；1,8-桉葉油素相對(duì)含量在這 2 個(gè)部位中顯著增加。樹(shù)干精油主成分有 9 種，其相對(duì)含量占精油總組分的 87.35%；相對(duì)含量最高的 3 種成分為樟腦、黃樟油素和1,8-桉葉油素，其相對(duì)含量分別為 50.89%，20.55% 和 7.21%；樟腦相對(duì)含量雖然還是絕對(duì)主導(dǎo)成分，但在老枝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低。與此同時(shí)，黃樟油素相對(duì)含量則急劇增加到 20.55%，位列第2大成分，而1,8-桉葉油素則繼續(xù)維持較高水平。主根精油主成分只有 4 種，分別為黃樟油素、樟腦、1,8-桉葉油素和檸檬烯，相對(duì)含量分別為 73.54%，8.12%，1.42% 和 1.03%，這4種主成分相對(duì)含量合計(jì)占精油總組分的 84.11%；這一部位精油主成分的顯著特點(diǎn)是主成分?jǐn)?shù)量急劇減少，而占絕對(duì)主導(dǎo)地位的主成分相對(duì)含量則急劇升高且集中，突出表現(xiàn)為黃樟油素相對(duì)含量占絕對(duì)主導(dǎo)地位，樟腦相對(duì)含量在主根中退居次位，且其相對(duì)含量更是由絕對(duì)主導(dǎo)降至 8.12%。側(cè)根精油主成分進(jìn)一步減為 3 種，分別為黃樟油素、樟腦和1,8-桉葉油素，相對(duì)含量分別為 72.32%，8.73% 和 1.35%，這3種主成分相對(duì)含量合計(jì)占精油總組分的 82.40%，與主根中相對(duì)含量最高的 3 種成分基本一致。

(3) 典型性成分及其相對(duì)含量差異。將一個(gè)或多個(gè)部位精油中相對(duì)含量大于 5% 的主成分設(shè)為典型性成分，則腦樟 6 個(gè)部位精油中的典型性成分有 3 種(表 1)，即樟腦、黃樟油素和1,8-桉葉油素。其中樟腦在 6 個(gè)部位精油中的相對(duì)含量均大于 5%，尤其在地上 4 個(gè)部位(葉、新枝、老枝、樹(shù)干)精油中占主導(dǎo)地位，分別為 69.07%，56.28%，53.45% 和 50.89%；黃樟油素在樹(shù)干和地下 2 個(gè)部位(主根和側(cè)根)精油中的相對(duì)含量大于 5%，并在主根和側(cè)根中占絕對(duì)主導(dǎo)地位，分別為 73.54% 和 72.32%；而1,8-桉葉油素則僅在新枝、老枝和樹(shù)干 3 個(gè)部位精油中的相對(duì)含量大于 5%，且總體相對(duì)含量較低，在相對(duì)含量最高的老枝精油中也僅占 7.67%，在葉和根中則更低，不足 1.5%。按部位而論，葉精油中的典型性成分只有樟腦；新枝和老枝精油中的典型性成分為樟腦和1,8-桉葉油素；樹(shù)干精油中的典型性成分為樟腦、黃樟油素和1,8-桉葉油素；主根和側(cè)根精油中的典型性成分均為黃樟油素和樟腦。

表 1 腦樟6個(gè)部位精油主成分及其相對(duì)含量

綜上可知，腦樟6個(gè)部位精油中主成分及典型性成分的組成、種類數(shù)及其相對(duì)含量存在較大差異。

2.3 腦樟不同部位精油典型性成分相對(duì)含量的空間變化規(guī)律

將腦樟 6 個(gè)部位按形態(tài)學(xué)上端到形態(tài)學(xué)下端排列為橫坐標(biāo)，以各部位精油典型性成分相對(duì)含量為縱坐標(biāo)作圖，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3 可以看出，樟腦、黃樟油素和1,8-桉葉油素 3 種典型性成分在樹(shù)體中的空間分布完全不同：樟腦相對(duì)含量從形態(tài)學(xué)上端到形態(tài)學(xué)下端，呈由高到低的變化規(guī)律；黃樟油素相對(duì)含量則與之相反，呈由低到高的變化規(guī)律；1,8-桉葉油素則主要存在于枝(新枝和老枝)、樹(shù)干，呈兩頭(葉和根)低、中間高的變化規(guī)律。

圖3 腦樟不同部位精油中典型性成分相對(duì)含量的變化規(guī)律

由圖3還可見(jiàn)，腦樟每個(gè)部位都有相對(duì)固定的典型性成分。若以樹(shù)干為連接上、下兩端的支撐部位，則位于最上端的葉片，其精油中的典型性成分只有樟腦 1 種；位于次上端的新枝和老枝，其精油中的典型性成分為樟腦和1,8-桉葉油素；位于下端的主根和側(cè)根，其精油中的典型性成分只有樟腦和黃樟油素；而承上啟下的樹(shù)干，則上端和下端的 3 種典型性成分均有。樹(shù)干精油中的典型性成分雖然種類最多，但 3 種典型性成分的相對(duì)含量也均處于過(guò)渡狀態(tài)。其中樟腦相對(duì)含量為由高到低的過(guò)渡，黃樟油素為由低到高的過(guò)渡，而1,8-桉葉油素則是由低到高后再轉(zhuǎn)為由高到低的過(guò)渡。

3 結(jié)論與討論

石皖陽(yáng)等[4]和劉虹等[7]分別分析了腦樟葉精油中的成分組成及相對(duì)含量。本研究進(jìn)一步將腦樟細(xì)分為葉、新枝、老枝、樹(shù)干、主根和側(cè)根 6 個(gè)不同部位，為其化學(xué)利用有效部位的精準(zhǔn)選擇和原料基地的經(jīng)營(yíng)管理提供了科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。然而本研究測(cè)定的精油成分種類及其相對(duì)含量與已有的研究結(jié)果存在較大差異。如葉精油中，除了與文獻(xiàn)[4，7]有7 種共有成分外，本研究還檢測(cè)到27種特有成分，此外，本試驗(yàn)未檢測(cè)到的成分有13 種。這可能是由于：一是采集時(shí)間不同。本研究采集的時(shí)間是 10 月中旬，此時(shí)樹(shù)體新陳代謝減緩，酶的活性降低，果實(shí)進(jìn)入成熟期，樹(shù)體也慢慢進(jìn)入休眠期，生長(zhǎng)期不同，可能導(dǎo)致植株內(nèi)精油成分種類和相對(duì)含量不同。二是采樣地點(diǎn)不同。本研究所用的試樣種源來(lái)自江西省林業(yè)科學(xué)院樟樹(shù)基因庫(kù)，而文獻(xiàn)[4，7]的采樣地點(diǎn)分別是江西吉安和廣西。腦樟種源之間各部位精油成分及其相對(duì)含量是否存在差異，尚有待于進(jìn)一步研究。三是精油提取過(guò)程中提取條件的差異以及儀器設(shè)備的檢測(cè)靈敏度差異等因素可能導(dǎo)致的誤差。相比較而言，筆者認(rèn)為，采樣時(shí)間不同可能是導(dǎo)致差異的主要原因，針對(duì)目標(biāo)成分的最佳采樣時(shí)間的確定有待于進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

腦樟精油中含有豐富的香料、藥用成分等化學(xué)成分，具有極其重要的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。如腦樟中含量較高的 2 種成分樟腦和黃樟油素，他們的用途非常廣泛：樟腦具有興奮與強(qiáng)心作用[8-9]，還有消炎、鎮(zhèn)痛、抗菌、止咳[10-11]、殺螨、促滲等作用[12-15]。黃樟油素可以合成洋茉莉醛、新茉莉醛、胡椒基丙酮、洋茉莉腈等系列合成香料，在香料工業(yè)中有著舉足輕重的地位[16]。另外，在腦樟不同部位所鑒定的化學(xué)成分中，有些成分具有一定的化學(xué)活性，但目前其藥理藥效尚不清楚，還有待于進(jìn)一步研究。

本研究采用 GC-MS 聯(lián)用技術(shù)，從腦樟 6 個(gè)部位中共鑒定出 60 種化學(xué)成分，但 6 個(gè)部位共有成分17 種。此外，葉、新枝、老枝和樹(shù)干共有成分 7 種；主根和側(cè)根共有成分 6 種；葉、新枝和老枝共有成分 17 種；葉與新枝共有成分1 種；新枝與老枝共有成分僅 1 種；樹(shù)干、主根和側(cè)根共有成分 2 種。葉特有成分 3 種，老枝特有成分 2 種，樹(shù)干特有成分 3 種，新枝、主根和側(cè)根均無(wú)特有成分。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析，腦樟各部位精油中相對(duì)含量大于 5%的樟腦、黃樟油素和1,8-桉葉油素3 種典型性成分，其相對(duì)含量在空間的分布呈兩端(葉、根)少、中間(樹(shù)干)多的變化趨勢(shì)；同時(shí)，這 3 種典型性成分相對(duì)含量在 6 個(gè)部位中的分布格局也不同，從形態(tài)學(xué)上端到下端，樟腦相對(duì)含量呈由高到低的變化規(guī)律，黃樟油素相對(duì)含量與之完全相反；1,8-桉葉油素則呈兩頭(葉和根)低、中間高的變化規(guī)律。

以往我國(guó)提取樟樹(shù)精油，一般是采用砍樹(shù)挖根提油的方法，這種“殺雞取卵”挖根取料的做法，一方面破壞了生態(tài)環(huán)境，另一方面也使資源不能永續(xù)利用。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果可知，雖然腦樟的根比葉的含油量更高,但其生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，需要幾十年的培育；而葉含油量雖比根部低但也可達(dá) 1.86%，具有可利用的價(jià)值。樹(shù)葉的生長(zhǎng)周期短,育林早期就可利用。通過(guò)矮林灌木化等作業(yè)技術(shù)及合理施肥，增加樹(shù)葉的產(chǎn)量可提高精油產(chǎn)量,能得到高質(zhì)量的腦樟葉油, 這些油只要稍加精制就可獲得純度較高的天然樟腦[4]。本研究結(jié)果為腦樟精油原料利用部位的選擇和經(jīng)營(yíng)管理提供了重要的參考依據(jù)。

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