資源冷杉與元寶山冷杉針葉精油成分的比較

段云博 朱曉珍 胡興華 鄧濤 黃仕訓(xùn)

摘 要：? 為比較極小種群野生植物資源冷杉（Abies ziyuanensis）和元寶山冷杉（A. yuanbaoshanensis）針葉精油化學(xué)組成成分，該文利用水蒸氣蒸餾法提取資源冷杉和元寶山冷杉針葉精油，采用GC-MS分析確定其精油化學(xué)物質(zhì)成分，并基于峰面積歸一化法計(jì)算各組分相對(duì)含量。結(jié)果表明：分別從資源冷杉和元寶山冷杉針葉精油中鑒定出化學(xué)物質(zhì)21種和22種，其中15種為兩種冷杉共有成分;烯烴類物質(zhì)是資源冷杉和元寶山冷杉針葉精油中含量最高的組分，占比分別為95.94%和95.02%。兩種冷杉共有成分中β-蒎烯、1-石竹烯、莰烯、α-石竹烯和異松油烯具有較大開發(fā)利用價(jià)值;非共有成分方面，資源冷杉中α-松油醇和α-蒎烯以及元寶山冷杉中α-依蘭油烯和葉醇均具有較大開發(fā)利用價(jià)值。以上結(jié)果為開發(fā)利用兩種冷杉針葉精油提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 資源冷杉， 元寶山冷杉， 針葉精油， GC-MS

中圖分類號(hào)：? Q946

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? A

文章編號(hào)：? 1000-3142（2020）05-0663-10

Comparison of essential oil components of needles between Abies ziyuanensis and A. yuanbaoshanensis

DUAN Yunbo， ZHU Xiaozhen， HU Xinghua*， DENG Tao， HUANG Shixun

（ Guangxi Key Laboratory of Plant Conservation and Restoration Ecology in Karst Terrain， Guangxi Institute of Botany， Guangxi Zhuang Autonomous Region and Chinese Academy of Sciences， Guilin 541006， Guangxi， China ）

Abstract：? In order to compare the chemical constituents of essential oil of needles from Abies ziyuanensis and A. yuanbaoshanensis， essential oil of needles were extracted by steam distillation， and were determined by GC-MS analysis. The relative content of each component was calculated based on the peak area normalization method. The results were as follows： 21 and 22 kinds of chemical substances were identified in the essential oil of needles from A. ziyuanensis and A. yuanbaoshanensis， respectively， among which 15 kinds of chemical substances were the common components of these two firs; The olefinic substances were the highest content in essential oil of needles from both A. ziyuanensis and A. yuanbaoshanensis， the proportion were 95.94% and 95.02%， respectively. Among the common components of these two firs， β-Pinene， l-Caryophyllene， Camphene， α-Caryophyllene and Terpinolene have high development and utilization values; in terms of non-common components， α-Terpineol and α-Pinene in A. ziyuanensis， α-Muurolene and leaf alcohol in A. yuanbaoshanensis both had great development and utilization values. This study provides a theoretical basis for the development and utilization of these two firs.

Key words： Abies ziyuanensis， A. yuanbaoshanensis， essential oils of needles， GC-MS

冷杉屬（Abies）隸屬于裸子植物門松柏綱松杉目松科（陳旭，2013），是北半球陰暗針葉林的優(yōu)勢(shì)種和建群種，全球共有52種1亞種12變種，由于該屬植物對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境條件要求嚴(yán)格以及第四紀(jì)冰川的影響，孑遺和特有現(xiàn)象十分突出（向小果等，2006）。資源冷杉（Abies ziyuanensis）為20世紀(jì)70年代末發(fā)現(xiàn)的松科冷杉屬新種（傅立國(guó)等，1980），是我國(guó)特有珍稀樹種，局限分布于廣西資源縣銀竹老山和湖南新寧縣舜皇山等地（寧世江和唐潤(rùn)琴，2005），在《國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄》中被列為一級(jí)保護(hù)植物（蘇何玲和唐紹清，2004;張玉榮，2009）。元寶山冷杉（A. yuanbaoshanensis）為松科冷杉屬常綠針葉喬木，是首批國(guó)家一級(jí)保護(hù)瀕危植物（傅立國(guó)，1992），全球僅分布于廣西融水縣元寶山，被譽(yù)為研究我國(guó)第四紀(jì)冰川時(shí)期植物區(qū)系與氣候變遷的“植物活化石”（于永福，1999）。資源冷杉和元寶山冷杉均為古老的松科樹種，具有巨大的研究?jī)r(jià)值。

針葉精油是以自然界中松針植物的新鮮葉片為原料，經(jīng)水蒸氣蒸餾法、壓榨法或溶劑萃取法制取的一類能被嗅覺嗅出氣味或味覺品出香味的天然化合物，一般呈無(wú)色或淡黃色液體（郝金偉等，2018），具有抗氧化（Gupta et al.， 2011; Dall′Acqua et al.， 2012; Tümen et al.， 2017）、抗菌（Lee & Hong， 2009; 胡文杰和高捍東，2014;尹有干，2014）、抗病毒（王杰等，2015）、抗腫瘤（Yang et al.， 2011; Lavoie et al.， 2012;Wang et al.， 2012）、抗癌（Ouyang et al.， 2011; Chen et al.， 2014; Ren et al.， 2018; Qiu et al.， 2018）、降血糖（Joo et al.， 2013）和消炎止痛（Yang et al.，? 2010; Xia et al.， 2012; 郝金偉等，2018）的功能。松針精油對(duì)松墨天牛（Monochamus alternatus）具有誘集作用且效果顯著（劉桂林等，2015）。針葉精油天然提取物廣泛應(yīng)用于制作藥品、香精、香料和化妝品等（陳英等，2012）。樊金拴等（1998）利用冷杉精油測(cè)定對(duì)不同細(xì)菌的抑菌效果，發(fā)現(xiàn)效果顯著，認(rèn)為冷杉針葉精油除可作為香料添加劑外，還是非常好的天然抑菌劑，可以直接作為油性抑菌劑應(yīng)用。

針葉精油的廣泛用途已被證實(shí)，冷杉作為針葉樹主要組成類群之一，其針葉精油亦報(bào)道具有醫(yī)學(xué)和香料等方面重要使用價(jià)值。不過(guò)，植物精油混合了多種結(jié)構(gòu)和功能各異的化學(xué)物質(zhì)，為充分挖掘植物精油的利用價(jià)值，并實(shí)現(xiàn)安全使用，非常有必要對(duì)植物精油進(jìn)行精確的化學(xué)成分分析。雖然國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)針葉精油的化學(xué)成分做了大量研究，但資源冷杉和元寶山冷杉針葉精油的化學(xué)成分尚未得到分析。本文利用水蒸氣蒸餾法提取資源冷杉和元寶山冷杉針葉精油，并采用GC-MS檢測(cè)兩種精油的化學(xué)成分，經(jīng)進(jìn)一步對(duì)比分析來(lái)明確此兩種精油的化學(xué)成分，為其深入開發(fā)利用奠定重要基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2016年10月，資源冷杉和元寶山冷杉針葉樣品分別采自廣西資源縣銀竹老山資源冷杉國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（110.56 °E， 26.25 °N）和廣西融水縣元寶山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)（109.17°E， 25.40°N）。采樣時(shí)，分別選取3株樹齡約120年的冷杉植株采集針葉樣品，樣品放入泡沫冰盒內(nèi)，以冰袋保鮮，當(dāng)日運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室制樣。

1.2 針葉精油的提取

按照胡文杰和高捍東（2014）的方法并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化和改進(jìn)。把新鮮針葉樣品剪碎，稱取250 g置于1 000 mL圓底燒瓶中，加入500 mL蒸餾水，連接精油提取蒸餾裝置，蒸餾提取3 h，靜置后油水分層，所得針葉精油為淡黃色油狀物，先用乙醚（分析純）溶解后，再用無(wú)水硫酸鈉（分析純）干燥，密封后避光冷藏備用。

1.3 分析樣品的制備

將資源冷杉各樣品的針葉精油用移液槍等量吸取后混合均勻，作為GC-MS檢測(cè)的待測(cè)樣品;按同一方法制備元寶山冷杉的待測(cè)樣品。

1.4 實(shí)驗(yàn)儀器

GC-MS分析儀（7890A-5975C型，美國(guó)Agilent公司）。

1.5 針葉精油的氣相色譜與質(zhì)譜分析

GC條件：色譜柱為彈性石英毛細(xì)管柱HP-5MS（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）。升溫程序：初始溫度為40 ℃，保溫3 min后先以5 ℃·min-1升溫到160 ℃，并保持3 min，再以10 ℃·min-1升溫到240 ℃，保溫3 min。載氣為高純度氦氣（99.999%），載氣流量為1.0 mL·min-1，進(jìn)樣量為2.0 μL。

MS條件：電子電離方式，燈絲電流為0.6 mA，電子能70 eV，離子源溫度230 ℃，接口溫度280 ℃，四級(jí)桿溫度150 ℃，質(zhì)量掃描范圍m/z為35～450，溶劑延遲時(shí)間4 min。

與Nist標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照選擇相似度大于80.00%的結(jié)果并結(jié)合文獻(xiàn)檢索以及人工解析等方法，鑒定針葉精油的各種有效成分，采用峰面積歸一化法計(jì)算各成分的相對(duì)含量（%），將相對(duì)含量>1.00%的物質(zhì)視為主要成分。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用Jaccard法比較資源冷杉和元寶山冷杉針葉精油揮發(fā)性物質(zhì)的相似性，利用SPSS21.0軟件（IBM， Chicago， USA）進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與分析。

計(jì)算公式：Jaccard相似性系數(shù)（q）=c/（a+b-c）。

式中： q為相似性系數(shù)（當(dāng)0≤q≤0.25時(shí)，兩種冷杉精油揮發(fā)性物質(zhì)極不相似;當(dāng)0.25

2 結(jié)果與分析

2.1 資源冷杉和元寶山冷杉針葉精油提取率

經(jīng)水蒸氣蒸餾法提取，資源冷杉和元寶山冷杉精油提取率分別為0.87%和1.07%（表1），兩種冷杉的精油提取率均較低。

2.2 資源冷杉和元寶山冷杉針葉精油GC-MS分析

在GC-MS檢測(cè)中，兩種冷杉的精油化學(xué)物質(zhì)總離子流圖基本相似，譜峰集中出現(xiàn)于3個(gè)時(shí)間段，即第4至第11分鐘、第18至第23分鐘和第25至第26分鐘，其中80%以上的譜峰出現(xiàn)在前兩個(gè)時(shí)間段（圖1）。經(jīng)檢索分析，資源冷杉針葉精油中共鑒定出21種化學(xué)物質(zhì)，其中含量最高的化學(xué)成分是左旋α-蒎烯（32.39%）;元寶山冷杉針葉精油中共鑒定出22種化學(xué)物質(zhì)，其中含量最高的為β-側(cè)柏烯（17.78%）。

2.3 資源冷杉和元寶山冷杉共有的針葉精油成分

兩種冷杉針葉精油中，有2，3-二甲基-降冰片烯、三環(huán)萜、左旋α-蒎烯、莰烯和β-蒎烯等15種共有成分。其中，共有成分含量分別占資源冷杉和元寶山冷杉精油總量的84.40%和92.19%（表3）。

2.4 資源冷杉和元寶山冷杉獨(dú)有的針葉精油成分

資源冷杉針葉精油中，存在甲氧基乙醛、D-檸檬烯和α-松油醇等6種獨(dú)有成分，這些化學(xué)物質(zhì)在元寶山冷杉針葉精油中沒有鑒定出，且它們占資源冷杉針葉精油的15.60%; 元寶山冷杉針葉精油中有葉醇、α-水芹烯和右旋大根香葉烯等7種化學(xué)物質(zhì)在資源冷杉針葉精油中不存在，它們占元寶山冷杉針葉精油的7.80%（表4）。

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2.5 資源冷杉和元寶山冷杉針葉精油各類化學(xué)組分

資源冷杉針葉精油主要由烯烴類、醛類、醇類和萜類四大類組成，其中烯烴類物質(zhì)含量最多（為95.94%），醛類物質(zhì)為2.57%，醇類物質(zhì)為0.75%，萜類物質(zhì)為0.74%;元寶山冷杉針葉精油主要由烯烴類、醇類、萘類和萜類四大類組成，其中烯烴類物質(zhì)含量最多（為95.02%），醇類物質(zhì)為2.72%，萘類物質(zhì)為1.30%，萜類物質(zhì)為0.96%（圖2）。

2.6 資源冷杉與元寶山冷杉針葉精油揮發(fā)性物質(zhì)成分的相似性

由表5可知，資源冷杉與元寶山冷杉針葉精油總揮發(fā)性物質(zhì)成分相似性系數(shù)q=0.54，為中等相似;烯烴類物質(zhì)成分相似性系數(shù)q=0.64，也為中等相似;萜類物質(zhì)成分相似性系數(shù)q=1.00，達(dá)到極相似水平。

3 討論與結(jié)論

3.1 精油含量的變化

針葉精油的提取方法有超臨界CO2流體萃取法（程滿環(huán)和蘭艷素，2016）和水蒸氣蒸餾法（岳金方等，2018）等，不同的提取方法對(duì)針葉精油的含量有一定影響。國(guó)內(nèi)曾經(jīng)有學(xué)者對(duì)巴山冷杉（Abies fargesii）和秦嶺冷杉（A. chensiensis）的枝葉精油進(jìn)行研究，結(jié)果兩種冷杉枝葉的精油含量分別為1.84%和1.74%，且在該項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)兩種冷杉枝葉精油含量均隨葉齡的增大而增加，隨枝齡的增大而減少（樊金拴，1998）;也有學(xué)者提出同一生長(zhǎng)期內(nèi)巴山冷杉黃葉的精油含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于綠葉（李國(guó)勝，2005）;伍艷梅和樊金拴（2006a， b）對(duì)巴山冷杉的研究表明，三年生針葉和枝條精油含量最高且相互之間差異顯著，同一樹齡的冷杉針葉精油含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于枝條;本研究中，資源冷杉和元寶山冷杉的針葉精油提取率分別為0.87%和1.07%，與巴山冷杉和秦嶺冷杉相比精油含量較少，本文中資源冷杉和元寶山冷杉所處緯度相比于其他冷杉較低，幾乎處于冷杉屬植物存活的極限緯度，因此認(rèn)為生長(zhǎng)緯度的高低可能是精油含量變化的因素之一。

3.2 精油組成成分的變化

據(jù)報(bào)道延邊地區(qū)臭冷杉（Abies nephrolepis）針葉精油包含25種化合物，且主要成分為檸檬烯、莰烯、乙酸龍腦酯、α-蒎烯和β-蒎烯等（徐永紅等，1994），其后又有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)小興安嶺地區(qū)臭冷杉針葉精油有63種成分，且主要成分為醋酸龍腦酯、龍腦、α-紅沒藥醇和檸檬烯等（任恒鑫等，2012），推測(cè)可能為地區(qū)差異所致;但又有文獻(xiàn)記載臭冷杉枝皮精油鑒定出21種成分，占精油總量的98.01%，其中主要成分為檸檬烯（40.12%）、α-蒎烯（14.55%）、乙酸龍腦酯（9.73%）和莰烯（9.31%）等（姜子濤和李榮，1988），說(shuō)明不同部位的精油所含物質(zhì)成分也不同。無(wú)獨(dú)有偶，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)巴山冷杉針葉精油和巴山冷杉樹脂揮發(fā)油的組成成分不同， 針葉精油鑒定出43種成分， 而樹脂揮發(fā)油只鑒定出29種組分（樊金拴和王性炎，1992a， b），說(shuō)明同一樹種但精油提取部位不同其組成成分也不同，這一觀點(diǎn)與后人在測(cè)定臭冷杉揮發(fā)油中檸檬烯和醋酸龍腦酯的含量時(shí)觀點(diǎn)一致（任恒鑫等，2018）。在研究黃山松（Pinus taiwanensis）松針揮發(fā)油時(shí)，有學(xué)者通過(guò)兩種不同方法從黃山松松針揮發(fā)油鑒定出104種成分，其中水蒸氣蒸餾法鑒定出68種，占揮發(fā)油總量的91.33%，而超臨界提取法鑒定出65種，占揮發(fā)油總量的72.81%（程滿環(huán)和蘭艷素，2016），說(shuō)明不同的精油提取方法得出的物質(zhì)種類也不同。

3.3 與其他中國(guó)特有冷杉針葉精油化學(xué)成分比較

本研究中，資源冷杉中鑒定出21種化學(xué)成分，其中左旋α-蒎烯（32.39%）和1-石竹烯（16.74%）含量較大，元寶山冷杉中鑒定出22種化學(xué)成分，其中β-側(cè)柏烯（17.78%）、β-蒎烯（14.19%）和左旋α-蒎烯（13.24%）含量較大。前人利用水蒸氣蒸餾法提取岷江冷杉（Abies faxoniana）針葉精油并經(jīng)GC-MS分析后初步鑒定出50種化合物，其中主要成分是檸檬烯（41.35%）、α-蒎烯（22.31%）和莰烯（17.87%）等物質(zhì)（黃遠(yuǎn)征等，1988），而在本研究中資源冷杉和元寶山冷杉均未檢測(cè)出檸檬烯，且α-蒎烯在元寶山冷杉中也未檢測(cè)出，雖然在資源冷杉中檢測(cè)有該物質(zhì)，但含量較少，資源冷杉和元寶山冷杉中雖然均檢測(cè)出莰烯，但含量沒有岷江冷杉高。另?yè)?jù)文獻(xiàn)報(bào)道用水蒸氣蒸餾法提取川滇冷杉（Abies forrestii）的針葉精油，經(jīng)GC-MS分析鑒定出46種成分，由多種萜烯類化合物組成，其中含量較大的為α-蒎烯、β-蒎烯和檸檬烯等（林文彬等，1998），本研究中元寶山冷杉針葉精油β-蒎烯含量也較大。

3.4 兩種冷杉針葉精油的開發(fā)價(jià)值

本研究中，資源冷杉針葉精油主要分為烯烴類、醛類、醇類和萜類四大類，其中烯烴類物質(zhì)含量最多，達(dá)到95.94%;元寶山冷杉針葉精油主要分為烯烴類、醇類、萘類和萜類四大類，其中烯烴類物質(zhì)含量最多，達(dá)到95.02%。前人研究表明β-蒎烯是合成香料的重要原料，在工業(yè)上最主要的作用是熱裂解制備高純度月桂烯（付玉嬪等，2008;徐麗珊等，2016）;還有研究表明1-石竹烯可以用于食用香精的調(diào)配，如丁香、胡椒等，而且對(duì)皮膚炎癥及消化系統(tǒng)潰瘍有較好療效，此外還具有一定平喘作用，是治療老年人慢性支氣管炎的有效成分之一（張?zhí)m勝等，2009）;有文獻(xiàn)記載莰烯經(jīng)常被用作有機(jī)合成原料，可以合成樟腦、香料、硫氰酸和農(nóng)藥等，而且在分析化學(xué)中也被用作化學(xué)試劑（岳金方等，2018）;據(jù)報(bào)道α-石竹烯已經(jīng)作為國(guó)家允許的食用香料且目前主要用于配置精油仿制品和定香劑等產(chǎn)品（胡文杰等，2017）;在兩種冷杉中β-蒎烯、1-石竹烯、莰烯和α-石竹烯的含量均較高，故推測(cè)該兩種冷杉針葉將有較大利用率。有學(xué)者指出異松油烯經(jīng)常被用作進(jìn)行光加成反應(yīng)生成單萜化合物的原料，且應(yīng)用效果顯著（岳金方等，2016），雖在兩種冷杉中異松油烯的含量較低，但其應(yīng)用前景很大，故本文認(rèn)為會(huì)有非常高的應(yīng)用價(jià)值。

Larsen（1998）研究表明α-依蘭油烯既可以制作香料同時(shí)又可以當(dāng)做藥用成分;岳金方等（2018）報(bào)道葉醇具有強(qiáng)烈的新鮮葉草香氣，可以用于合成香料，并且屬于清香型名貴香料，雖僅于元寶山冷杉針葉精油中發(fā)現(xiàn)α-依蘭油烯和葉醇，但含量可觀，本文推測(cè)將有較高利用價(jià)值。岳金方等（2016）研究表明α-松油醇在工業(yè)中不僅可以制作香精，甚至還可以當(dāng)做醫(yī)藥、農(nóng)藥、肥皂和塑料等產(chǎn)品的原材料，曾明等（2007）研究表明用α-松油醇制成的氣霧劑用于空氣消毒殺菌，平喘作用較強(qiáng)，對(duì)豚鼠氣管平滑肌松弛作用也強(qiáng)于艾葉油，臨床效果顯著;前人研究指出α-蒎烯具有非常好的生物學(xué)活性以及獨(dú)特的反應(yīng)多樣性，是合成樟腦、冰片、松油醇、香料和樹脂等化工產(chǎn)品的重要原材料，還具有抗腫瘤活性、抗炎和抑菌等作用（Wang et al.， 2013; 廖圣良等，2014;Zhang et al.， 2014），雖僅在資源冷杉針葉精油發(fā)現(xiàn)α-松油醇和α-蒎烯，且含量不多，但兩種成分在工業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都具有十分重要的作用，故本文認(rèn)為將具有較大開發(fā)利用價(jià)值。

綜上所述，資源冷杉和元寶山冷杉的針葉精油雖然含有利用價(jià)值較大的化學(xué)成分，但可從其他冷杉中提取到相同或相似的替代品，有鑒于此，筆者建議不應(yīng)盲目開發(fā)利用這兩種冷杉的精油資源，而應(yīng)加強(qiáng)這兩種冷杉的種質(zhì)資源保護(hù)，研究其種群恢復(fù)的方法，以促進(jìn)它們盡早脫離瀕危狀態(tài)。

本文通過(guò)用水蒸氣蒸餾和GC-MS聯(lián)用儀分析后，資源冷杉針葉精油中鑒定出21種化合物，元寶山冷杉針葉精油中鑒定出22種化合物，兩種冷杉針葉精油共有成分為15種化合物。兩種冷杉共有成分中β-蒎烯、1-石竹烯、莰烯、α-石竹烯和異松油烯具有較大開發(fā)利用價(jià)值;非共有成分方面，資源冷杉中α-松油醇和α-蒎烯以及元寶山冷杉中α-依蘭油烯和葉醇均具有較大開發(fā)利用價(jià)值。

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（責(zé)任編輯 蔣巧媛）