松樹精油成分分析及其生理功能的研究進展

類程月，周曉琴，王 琪，郭亭好，李德海, ，楊 凱

（1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040；2.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司，北京 102209）

松樹（學(xué)名：Pinus）是松科、松屬植物，資源豐富。松樹種類有八十余種，主要分為馬尾松、白皮松、羅漢松、大別山五針松、黑松、華山松、紅松、樟子松等[1]。松樹松子可供食用或藥用，松樹種鱗、松針、樹皮可以制備精油。松樹作為一種分布廣泛，儲量豐富的資源目前已經(jīng)得到國內(nèi)外學(xué)者的重視，從中提煉出的精油[2]就是一種極具價值的產(chǎn)品。其在保鮮劑、食品添加劑、醫(yī)藥、殺蟲劑等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景[3]，特別是在食品領(lǐng)域，松樹精油為新型天然添加劑和天然保鮮劑的開發(fā)提供了可能。

近年來，松樹精油的成分分析已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點，目前已對多種不同種類、不同部位、不同季節(jié)的松樹精油進行了提取及成分分析。研究表明，多種松樹精油具有優(yōu)越的抑菌性能和抗氧化性[4]，同時松樹精油的一些特殊生理功能引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，其對多種疾病的治療功能及其作用機理已成為研究熱點。但與單種化合物的作用不同，松樹精油具有復(fù)雜多變的成分，且其成分與作用間不呈現(xiàn)單一的關(guān)系，其作用效果不一且受多種因素的影響。目前缺少對不同松樹精油成分、抑菌效果、抗氧化功能以及多樣生理功能的總結(jié)和歸納。因此，本文從松樹精油的成分、含量及其生理功能與機理等幾方面進行總結(jié)及比較分析，并對其部分規(guī)律進行歸納。以期為松樹精油復(fù)雜的功能作用與成分間的研究及未來開發(fā)綠色、安全的功能性食品提供參考，進一步擴大松樹資源的利用。

1 松樹精油的化學(xué)成分分析

近年來很多學(xué)者制備各種松科植物精油并對其成分進行檢測分析。不同部位提取的松樹精油富含不同化學(xué)成分，主要含有萜烯類、醛類、酯類、醇類等。

1.1 松樹種鱗精油的化學(xué)成分分析

松樹種鱗是松子的副產(chǎn)物，資源十分豐富但是利用率低，通過研究發(fā)現(xiàn)種鱗可以用來提取精油。通過鹽析輔助水蒸氣蒸餾法（Salt out-assisted steam distillation, SOSD）制備的偃松種鱗精油中萜烯類含量豐富[5]；紅松松塔精油成分以萜類、脂類為主，萜類含量高達66.25%，脂類占18.94%[6]。由表1 可知偃松和紅松松塔精油中都含有檸檬烯和蒎烯等物質(zhì)，但是含量組成差距很大，偃松中的各種物質(zhì)的含量遠低于紅松，如在紅松中檸檬烯的含量為22.67 %，而在偃松中僅含6.67%，偃松中含量最高的α-松油醇含量僅為9.91 %。在不同種類松樹相同部位的精油含量有著較大的差異。

表1 松樹不同部位精油的化學(xué)成分及其含量的分析Table 1 Analysis of chemical constituents and contents of essential oils from different parts of pine

1.2 松樹松針精油的化學(xué)成分分析

松針也稱松葉，是松樹類植物的主要副產(chǎn)物之一，大部分松樹精油都來自松針。偃松松針中主要含萜類[7]；紅松中的主要成分是萜類，含量為75.93%，其次是脂類19.96%[6]；崗松松針在鮮葉和干葉提取精油的情況下有所不同[15]，鮮葉中含量最高的成分為α-側(cè)柏烯，而干葉中含量最高的成分是桉葉素。干葉是鮮葉存放一年所制得，干葉相比鮮葉有一部分成分含量降低，4-松油醇最為明顯，從10.04%降低到2.83%，而β-蒎烯、對傘花烴、桉葉素、松油醇的含量有所增加，其中桉葉素相對質(zhì)量分數(shù)從5.66%增加至17.27%，增加最為明顯；云南松中主要成分α-蒎烯含量高達64.23%[8]；馬尾松中主要含有烯萜類物質(zhì)[9]，雪松松針中主要含有烯萜類物質(zhì)，含量最高的是月桂烯，其次是α-蒎烯、β-蒎烯、松油醇和石竹烯等[11]；樟子松中的主要成分是δ-杜松烯、α-杜松醇、τ-依蘭醇、γ-杜松烯[11]，和以上幾種松樹松針的成分有明顯差異；羅漢松中的主要成分是α-石竹烯、β-石竹烯、α-蒎烯[10]。

綜上可以看出在松針精油中主要存在的化學(xué)成分為α-蒎烯、β-蒎烯和石竹烯等。α-蒎烯在不同種松樹中含量有一定的差異，云南松針葉精油中α-蒎烯含量高達64.23%，而其它精油中含量基本都在20%，崗松干葉和樟子松中的α-蒎烯含量較低不足10%。

1.3 松樹其他部位精油的化學(xué)成分分析

松樹特有的松香氣味成分遍布各個部位，有研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)松樹的皮、根、松枝和木材中均含有豐富的揮發(fā)性成分和功能性成分。紅松的種殼中含有約5.23%的萜烯類成分，黃酮類高達59.39%，其次是脂類含量較高，為14.31%，松殼精油中主要的脂類是酞酸二乙酯，醇類含量為10.98%，還含有少量烷烴類及其他成分[6]；馬尾松、油松、巴山松中主要含有較高質(zhì)量的α-蒎烯，三種松樹的特有成分分別是長葉烯、γ-廣藿香烯、2-13 酮[12?14]；馬尾松中精油主要來源于樹皮[13]，主要成分為月桂烯、3-蒈烯等；文福姬等[14]研究松樹枝中主要成分是γ-萜品烯、α-蒎烯等。

綜上可知，松樹精油是一種以萜烯類為主要成分具有強烈的芳香松脂氣味的混合物。萜烯類物質(zhì)是松樹精油中的主要成分，其中，含量最多的成分一般是α-蒎烯，含量較多的為β-蒎烯、石竹烯等。油松樹木精油的α-蒎烯含量高達87.38%，其它精油中其含量也基本在20%左右。特別的，樟子松、羅漢松松針精油中α-蒎烯含量較少不足10%。精油中的其他成分為脂類還有少量烷烴類。不同部位松樹精油的主要成分不同且整體成分含量也有較大差距，如紅松種鱗中主要成分是檸檬烯，松針中主要成分是α-蒎烯，而松殼中主要成分是4-羥基-4-甲基-2-戊酮且松殼中各成分的含量占比較高；偃松中針葉精油各成分含量高于種鱗精油中成分含量；馬尾松樹木精油中的α-蒎烯含量遠高于樹皮中的含量。

對于產(chǎn)生以上差距的原因，有研究表明[16?17]，廣泛存在于松科植物精油中的萜類含量不僅與部位有關(guān)，還受周圍環(huán)境的影響[18]，比如土壤、水質(zhì)、空氣質(zhì)量等。松樹不同部位的組成和所含的營養(yǎng)成分不同，導(dǎo)致相應(yīng)的精油成分存在差異。有研究發(fā)現(xiàn)，同一地區(qū)不同植物中提取的精油含有相似度極高的成分，可見環(huán)境對松樹精油成分有所影響，所以不同種類的松樹因為生長環(huán)境不同，即使是同一器官的精油成分也必然存在差異[19]。

2 松樹精油生理功能的研究

松樹精油中含有豐富的萜烯類等活性成分，具有多種生理功能，已成為研究熱點。下面通過對文獻資料的總結(jié)主要介紹了松樹精油的抑菌性、抗氧化性、降血糖作用、抗腫瘤作用等功能。

2.1 松樹精油抑菌功能的研究

多數(shù)松樹精油具有廣泛的抑菌效果，在食品領(lǐng)域有作為抗菌添加劑替代品的潛力[20]。研究表明，植物精油的抑菌機理是影響病菌的細胞壁、細胞膜功能[21]或損傷微生物的酶系統(tǒng)[22?23]且不同的松樹精油有其獨特的作用和優(yōu)勢[24]。

影響松樹精油抑菌活性的因素主要有松樹品種、部位及化學(xué)成分含量等，由表2 可知：a.品種相似的松樹精油具有相似的抑菌活性，如6 種杜松屬植物精油具有相似的抑菌活性[26]；b.同一品種不同部位的松樹精油抑菌性有顯著差異，如波士尼亞松松針精油的抑菌性能要比波士尼亞松木材精油弱的多[19,25]；c.不同松樹最敏感的菌種不同，多數(shù)對金黃色葡萄球菌有抑制作用，四種松樹精油對金黃色葡萄球菌的抑菌能力從大到小為樟子松（34.00 mm）、杜松（27.7 mm）、甘松（15.9 mm）、紅松（15.20 mm）[26?29]；d.抑菌活性的差距與松樹精油的成分有密切關(guān)系，α-蒎烯的含量代表了非常重要的抗菌能力，但在化學(xué)成分復(fù)雜的松樹精油中，主要抗菌化合物含量高低并不一定能評判精油的抗菌潛力，在一定程度上，抑菌能力取決于主要抗菌化合物與次要化合物如檸檬烯的協(xié)同作用[25]。

表2 松樹精油抑菌功能的研究Table 2 Study on the bacteriostatic function of pine essential oil

2.2 松樹精油抗氧化功能研究

多數(shù)植物精油具有抗氧化功能，其中的酚類物質(zhì)是抗氧化的主要活性成分，作用途徑主要包括直接作用：清除自由基、與金屬離子螯合和間接作用：抑制細胞膜脂質(zhì)過氧化和調(diào)節(jié)氧化酶[30]。

如表3 可知，不同品種和地區(qū)的松樹精油成分不同，其抗氧化能力也不同。由表可知，雪松精油、紅松精油、甘松精油、樟子松精油等具有自由基清除能力，而Ustun 等[31]研究表明地中海松松針和嫩枝精油則具有較弱的清除自由基的能力，阿爾及利亞的10 種地中海松精油則具有不同程度的較高的自由基清除能力及β-胡蘿卜素漂白能力。對其成分研究表明，成分以石竹烯氧化物為特征的地中海松精油在四項測試中顯示出最高的抗氧化活性；成分以對傘花烴為特征的地中海松精油，通過四項測試顯示出相對中等的抗氧化活性；成分以α-蒎烯為特征的地中海松精油，在四項測試中顯示出最低的抗氧化活性[32]。

表3 松樹精油抗氧化功能的研究Table 3 Study on antioxidation function of pine essential oil

松樹精油的抗氧化能力大小與精油濃度、松樹部位及存在狀態(tài)有關(guān)。松樹精油濃度越高自由基清除率越高[28]。在黑松、樟子松、地中海松嫩枝和針葉精油的抗氧化能力對比實驗中，樟子松嫩枝精油具有最高的金屬螯合活性（72.46%±3.72%）。松樹精油乳液比松樹精油具有更好的抗氧化性，雪松精油的兩種乳液ABTS、DPPH 自由基清除能力及鐵還原能力均大于純雪松精油，這可能與乳劑的水溶性有關(guān)。且抗氧化性的強弱與乳化劑的種類有關(guān)，以吐溫80 和司盤 80 以1:2 的比例復(fù)配的雪松精油乳劑的清除能力及還原能力均大于以辛烯基琥珀酸淀粉酸酐（OSA）改性的淀粉復(fù)配的雪松精油乳劑[33]。松樹精油的抗氧化性能極高，紅松針葉精油對三種自由基（DPPH 自由基、ABTS 自由基、超氧陰離子（O2-·）自由基）的半數(shù)清除率均超過同質(zhì)量濃度的VC[28]。

2.3 松樹精油降血糖活性研究

控制并降低血糖是治療糖尿病的有效途徑，據(jù)報道松科植物中含有多種揮發(fā)性成分，具有降低血糖的活性。研究表明松樹精油對α-淀粉酶有抑制活性且抑制活性隨精油的濃度增加而增加，通過抑制α-淀粉酶來降低血糖水平是抗糖尿病的一個重要治療方法，因此這種有效的α-淀粉酶抑制能力可提供治療糖尿病的有效方法[32]。而雪松松果精油、黑松錐油、油松精油也具有抑制α-淀粉酶的活性，其中，當(dāng)雪松松果精油濃度為600 μg/mL 時，抑制率達到88.03%，IC50值為（119.67±0.72）μg/mL；當(dāng)黑松錐油濃度在500 μg/mL 時，抑制率為92.10%；當(dāng)油松精油濃度為600.00 μg/mL 時，抑制率達到81.66%，IC50值為（107.60±0.70）μg/mL。這種抑制活性與其中的活性化合物有關(guān)，通過分子對接法對以上松樹精油抑制α-淀粉酶有效成分的篩選表明長蒎烯、芳香樹烯、長葉烯分別是以上精油中的主要活性成分，長葉烯通過范德華力、溶劑化力和靜電力與α-淀粉酶的催化殘基相互作用而穩(wěn)定在活性位點從而抑制α-淀粉酶的活性。此外，α-古巴烯、β-古巴烯、石竹烯和γ-畢澄茄烯對α-淀粉酶也具有潛在的抑制活性，這些活性化合物單獨或協(xié)同作用可抑制α-淀粉酶活性[34?37]。

2.4 松樹精油抗腫瘤功能研究

目前癌癥化學(xué)療法經(jīng)常受到耐藥性和部分危及生命的副作用的影響，因此，迫切需要具有改進功能的新型治療方案。研究表明，一些天然的植物成分已用于癌癥治療[38]，且松樹精油中含有的成分α-蒎烯、β-蒎烯已被證明可作為針對相同或不同腫瘤細胞系的良好抗增殖劑[39]，來自植物的天然產(chǎn)物已經(jīng)成為開發(fā)新型抗癌劑的沃土。喬松（Pinus wallichina）針葉精油有清除自由基的能力，并且通過體外抗增殖實驗證實其對五種人類腫瘤細胞系（單核細胞（THP-1）、肺癌（A-549）、肝腺癌（HEP-1）、前列腺（PC-3）和卵巢癌（IGR-OV-1））有抗增殖活性，精油含量為100 μg/mL 時對四種腫瘤細胞的生長抑制百分比分別為（96%±2.08%）、（92%±1.04%）、（62%±3.05%）、（59%±3.89%）、（83%±2.04%）。其中，有效成分為氧化石竹烯、α-卡地諾、α-葎草烯、α-蒎烯、β-蒎烯、α-水芹烯和反式石竹烯[40]，紅松松果精油能夠抑制人胃癌細胞（MGC-803）的增殖和遷移。它可以阻止G2/M 期的細胞周期、降低線粒體膜電位從而誘導(dǎo)細胞凋亡。其抑制機理與其對基因的調(diào)整以及調(diào)節(jié)HIPPO/YAP（Yes-associated protein）信號通路有關(guān)[41]。此外，其納米乳液也具有抗腫瘤功能，精油納米乳液能提高精油的分散性和穩(wěn)定性，降低其刺激性，提高其在體內(nèi)的生物利用度。相似的，紅松松果納米乳液可通過下調(diào)YAP1/TEAD及其靶蛋白結(jié)締組織生長因子（CTGF）、雙調(diào)蛋白（AREG）和GLI2（GLI family zinc finger 2）的表達來調(diào)節(jié)HIPPO/YAP 信號通路及其下游信號傳導(dǎo)，從而抑制MGC-803 細胞的增殖，精油納米乳低劑量組、精油納米乳高劑量組、精油治療小鼠腫瘤相對增殖率分別為36.95%，30.23%，34.57%[42]。以上研究表明，松樹精油具有治療癌癥的前景，但也存在不足，如喬松針葉精油的毒性問題還未解決，需要進一步研究確認這種油在動物模型中的藥理活性。

2.5 其他作用研究

據(jù)報道松樹精油在醫(yī)學(xué)上還具有預(yù)防治療肝腎損害、阿茲海默癥、外傷等多種疾病的前景。其中，樟子松精油可以通過降低葡萄糖、肌酸酐、脂質(zhì)過氧化、膽固醇和蛋白質(zhì)水平等增強酶抗氧化防御，從而抑制阿司匹林誘導(dǎo)的肝腎損害[43]，同時，可以顯著提高細胞活力，使超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性顯著下降從而抑制阿司匹林誘導(dǎo)的小腸上皮細胞毒性[44]。此外，樟子松精油還具有促智和神經(jīng)保護活性，它能使急性淀粉樣蛋白-β（1-42）毒性大鼠海馬體中平衡氧化劑-抗氧化劑和乙酰膽堿酯酶作用受到影響，從而可以被認為是減輕急性淀粉樣蛋白-β（1-42）毒性和神經(jīng)元功能障礙的治療工具[45]。黑松、地中海松、波士尼亞松（P. heldreichiisubsp.leucodermis）等松樹精油也具有膽堿酯酶抑制活性。其中，地中海松針葉精油表現(xiàn)出較高的乙酰膽堿酯酶（AChE）（83.91%±3.95%）和丁酰膽堿酯酶（BChE）（80.62%±2.95%）抑制活性。其中，β-水芹烯等可能有協(xié)同作用，許多常見的基本成分中α-蒎烯對AChE 的抑制最活躍，反式石竹烯和松油烯-4-醇強烈抑制BChE。α-蒎烯、β-蒎烯和檸檬烯的比例可能是松樹精油對AChE 和BChE 產(chǎn)生強烈抑制作用的主要因素[31]。通過抑制兩種膽堿酯酶AChE 和BChE 來恢復(fù)人乙酰膽堿的水平可以治療阿爾茨海默病和其他類型癡呆癥[46]。在土耳其民間醫(yī)學(xué)中，松類被用于治療風(fēng)濕性疼痛和外傷。對多個品種松樹精油的傷口愈合活性評估表明，意大利石松（Pinus pinea）、敘利亞松（Pinus halepensis）、黎巴嫩雪松（Cedrus libani）等有明顯的傷口愈合活性[47?48]。其作用機理是精油起到抑制透明質(zhì)酸酶、清除自由基、抗氧化、抗炎、抑菌等幾方面的作用，從而加快創(chuàng)面愈合。研究認為，精油成分中的檸檬烯是傷口愈合過程中重要的單萜[49]，同時α-蒎烯也是一種具有消炎作用的重要單萜，通過其抗炎作用能夠加快傷口愈合[50]。

除治療疾病的功能外，實驗證實松樹精油對蟲有一定的毒性[51]，目前，雪松精油已被用作殺蟲劑和動物疾病的管理[52]。研究表明雪松和馬尾松針葉精油對白紋伊蚊和致倦庫蚊成蚊有薰殺作用且雪松葉精油和馬尾松葉精油比一摸香（Zanthoxylum beecheyanumvar.alatum）葉、遼細辛（Asarum heterotropoidescvar.mandshuricum）精油對蚊蟲的熏蒸活性更強[19]。但有些松樹精油對蟲的毒性則很弱，波士尼亞松精油對發(fā)育中的果蠅幼蟲的毒性較低，而地中海松精油在濃度高達3%時未顯示任何毒性跡象。這種毒性與其種類和成分有很大關(guān)系。在果蠅模型中，果蠅的發(fā)育時間延遲和死亡率與精油中的蒎烯含量呈正相關(guān)[53]。多項研究[54?57]表明化合物α-蒎烯、β-蒎烯、α-水芹烯、α-松油烯和γ-松油烯等對蚊蟲具有毒殺活性。

3 結(jié)語

不同來源松樹精油含有的萜烯類成分相似，但含量因松樹種類、部位以及制備方法的不同而具有顯著差異。目前，松樹精油大部分都是來源于松針葉精油，其中，α-蒎烯含量最多最廣泛，幾乎存在于每一種松樹精油中。松樹精油普遍具有良好的抑菌功能，其中，松樹精油對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌抑制效果最好，而且多數(shù)松樹精油通過清除自由基、螯合金屬離子等途徑起到抗氧化作用和很強的抗氧化功能。同時，松樹精油還具有降血糖、抗腫瘤、治療阿茲海默癥、加速創(chuàng)面愈合及一定的殺蟲作用，這些功能很大程度上受其成分的影響。目前，我國雖然擁有大量的松樹資源且初步開展了對松樹精油治療疾病的方法和利用的研究[58?60]，但國內(nèi)對松樹精油的生理功能研究較少，尤其缺乏對其作用機理的研究。同時，許多松樹精油被證實的功能還未開發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)品，未投入使用。針對以上問題，為擴大對松樹利用，未來研究應(yīng)致力于以下幾方面。第一，松樹還有很多疾病治療功能未被證實，應(yīng)加強對松樹精油的生理功能研究，尤其是對其作用機理的研究。第二，應(yīng)用其生理功能開發(fā)功能性產(chǎn)品。充分利用每種松樹精油其特有作用和優(yōu)勢協(xié)調(diào)互補研發(fā)健康環(huán)保的功能性產(chǎn)品。第三，精油微乳也具有抗氧化、抗腫瘤的功能，可以進一步結(jié)合微乳技術(shù)、包埋技術(shù)、納米乳液技術(shù)等提高精油穩(wěn)定性的技術(shù)研究精油的活性，進一步擴大其應(yīng)用。