九峰國家森林公園3種林分芬多精成分分析

李光榮　蔡芳　李軍章　王義勛　向珊珊　杜業(yè)云

摘要：為了解九峰國家森林公園芬多精的主要成分及相對含量，以馬尾松林、楓香林和油桐林為研究對象，采用熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜（TD-GC-MS）聯(lián)用法分析林分中芬多精的主要成分及相對含量。結(jié)果表明：馬尾松林中相對含量最高的為左旋樟腦14.68%，楓香林中相對含量最高的為癸醛6.59%，油桐林中相對含量最高的為反式角鯊烯9.00%；馬尾松林、楓香林、油桐林中萜類物質(zhì)相對含量為40.71%、17.72%、24.22%，尤其馬尾松林中萜類物質(zhì)含量最高，具有較好的森林療養(yǎng)功效。

關(guān)鍵詞：芬多精；熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜；萜類；森林康養(yǎng)

中圖分類號：S788.1文獻標識碼：A文章編號：1004-3020（2023）03-0046-07

Components of Phytoncides of Three Stands in Jiufeng National Forest Park

Li GuangrongCai FangLi JunzhangWang YixunXiang ShanshanDu Yeyun

（Hubei Academy of ForestryWuhan430075）

Abstract：In order to understand the main components and relative contents of phytoncides in Jiufeng National Forest Park，the main components and relative contents of phytoncides of pinus massoniana forest，Liquidambar forest and tungoiltree forest were analyzed by thermal desorption with gas chromatography-mass spectrometry （TD-GC-MS）. The results showed that the highest relative content in Pinus massoniana was L-camphor （14.68%），and the highest relative content in Liquidambar forest was decanal （6.59%），the highest relative content in tungoiltree forest is trans-squalene（9.00%）the relative contents of terpenes in Pinus massoniana forest，Liquidambar forest and tungoiltree forest were 40.71%，17.72% and 24.22%，especially the content of terpenes in Pinus massoniana forest is the highest，which has a good forest therapy effect.

Key words：phytoncides; thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry（TD-GC-MS）; terpenes; forest therapy

森林康養(yǎng)指依托優(yōu)質(zhì)的森林資源，將現(xiàn)代醫(yī)學和傳統(tǒng)中醫(yī)學有機結(jié)合，配備相應的養(yǎng)生休閑及醫(yī)療、康體服務設(shè)施，在森林里開展以修身養(yǎng)性、調(diào)適機能、延緩衰老為目的的森林游憩、度假、療養(yǎng)、保健、養(yǎng)老等一系列有益人類身心健康的活動［1］。森林對人體康養(yǎng)作用主要表現(xiàn)為能夠釋放芬多精，產(chǎn)生負氧離子，凈化空氣，降低噪音，刺激五官體驗等，其中，植物釋放的芬多精是森林康養(yǎng)研究的核心要素之一。芬多精是植物的器官和組織在自然狀態(tài)下釋放出的氣態(tài)有機物，又稱植物殺菌素、植物精氣或植物揮發(fā)性有機物，主要是通過嗅覺處理途徑影響人體生理。一方面通過鼻通道中的毛細血管進入上體血液循環(huán)傳入大腦，刺激中樞神經(jīng)系統(tǒng)的下丘腦調(diào)節(jié)腺體分泌；另一方面通過刺激丘腦，以腦電活動傳導方式接近控制人體情緒的大腦邊緣系統(tǒng)。目前，關(guān)于芬多精的人體保健功能研究主要集中在鎮(zhèn)痛、抗炎殺菌、抗癌、調(diào)節(jié)血壓、緩解精神障礙、抗痙攣等方面［2］。芬多精大致分為萜類化合物、烷烴、烯烴、芳香烴及其氧化產(chǎn)物（以醇、醛、有機酸為主）。為了解九峰國家森林公園芬多精釋放情況，本研究通過吸附管采樣-熱脫附/氣相色譜-質(zhì)譜法分析公園內(nèi)馬尾松林、楓香林和油桐林釋放的芬多精成分及其相對含量。

1區(qū)域概況

九峰國家森林公園（114°2950”E，30°314”N）位于武漢市東郊，距離武漢市中心約12 km。屬于亞熱帶季風氣候區(qū)，年均氣溫16.3 ℃，極端高溫41 ℃，極端低溫-17.6 ℃，年日照數(shù)1 600 h左右［3］。現(xiàn)有林地約483.52 hm²，其中，以馬尾松Pinus massoniana純林為主的常綠針葉林面積最大最廣，約有216.56 hm²，占現(xiàn)有林地的44.79％；其次是以楓香樹Liquidambar formosana、栓皮櫟Quercus variabilis和馬尾松為優(yōu)勢樹種的針闊混交林，面積約156.06 hm²，占現(xiàn)有林地的32.28％［4］。

2材料與方法

2.1實驗材料

采樣管：填料為TA，填料目數(shù)為60～80目。

2.2設(shè)備儀器

氣質(zhì)聯(lián)用儀Thermal Fisher Trace 1310 GC/ISQ LT（單四級桿），色譜柱為TG-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；熱脫附儀Markes Unity series 2；大氣采樣器（北京科安勞保新技術(shù)有限公司）。

2.3采樣地點

采樣地點為九峰國家森林公園內(nèi)的馬尾松林、楓香林和油桐Vernicia fordii林，采樣的具體位置為林分中距林間小路50～100 m處。馬尾松林及楓香林并非純林，由于造林時間長，林間參雜有大量的灌木，會影響林間氣體的成分；油桐林為近年來所造純林，灌木較少。楓香林與油桐林相距較近，馬尾松林與楓香林、油桐林相距較遠。

2.4采樣方法

利用大氣采樣器，通過采樣管吸附林間芬多精。大氣采樣器與采樣管之間通過干燥劑相連，氣體采集方向與管上所標方向一致，管子另外一端連接硅膠管，硅膠管口的高度為1.5 m。通過實驗，在保證不透析的情況下，針對九峰國家森林公園的芬多精含量，采樣體積控制在2 L左右，本研究采樣流量控制在50 mL·min^-1，時間控制在40 min。采樣前設(shè)置延時5 min，完成后通過專門的封頭密封采樣管兩端，置于冰箱冷藏，并在3 d內(nèi)完成樣品測試。

2.5樣品分析

2.5.1熱脫附條件

高純氦氣（99.999%）為載氣，高純氮氣（99.999%）為制冷劑，熱脫附溫度為300 ℃，冷阱溫度為-10 ℃，冷阱脫附溫度320 ℃，保持3 min，傳輸線溫度180 ℃。

2.5.2GC-MS工作參數(shù)

氣相色譜參數(shù)：載氣為高純氦氣，流速為1.0 mL·min^-1，不分流；進樣口溫度250 ℃；色譜柱程序升溫：40 ℃，以5 ℃·min^-1升溫至120 ℃，保持5 min，以5 ℃·min^-1升溫至250 ℃，保持10 min。質(zhì)譜參數(shù)：電離方式EI，離子能量70 eV；傳輸線溫度270 ℃；離子源溫度280 ℃；質(zhì)量掃描范圍40～650 μ，延遲掃描2 min。

2.5.3數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過main lab質(zhì)譜圖譜庫檢索進行確認及篩選，通過面積歸一化法確定各種芬多精成分的相對含量。

3結(jié)果與分析

3.13種林分芬多精成分分析GC-MS譜圖表征（解析）

圖1～3為3種林分芬多精釋放分析的GC-MS譜圖表征，峰形良好，未出現(xiàn)平頭峰、拖尾峰，說明氣體采集量不過載，載氣流速、程序升溫等參數(shù)的設(shè)置合適。馬尾松林、楓香林、油桐林達到檢出限的成分分別有283種、276種、281種，馬尾松林、楓香林、油桐林前150種相對含量分別不小于0.04%、0.06%、0.07%。由譜圖可見物質(zhì)集中出現(xiàn)在5～16 min和35～51 min，萜類物質(zhì)主要在16 min之前出現(xiàn)，35～51 min出現(xiàn)的物質(zhì)主要有烷類和酯類，在16～35 min之間出現(xiàn)的物質(zhì)相對含量較低、種類較少，可以通過縮短程序升溫的時間減少分析的時間，提高分析效率。

3.23種林分芬多精主要化學成分及相對含量

對前150種（不同保留時間的同分異構(gòu)體歸為一種物質(zhì)）成分進行定性分析，通過面積歸一化法計算每種成分的相對含量，如表1所示，列舉了主要的化合物及相對含量。馬尾松林中相對含量在1.00%以上的物質(zhì)有左旋樟腦（14.68%）、反式角鯊烯（7.23%）、鄰苯二甲酸二丁酯（5.54%）、2-甲基十九烷（3.80%）、beta-蒎烯（3.35%）、芳樟醇（2.26%）、羅勒烯（2.16%）、棕櫚醇（2.14%）、α-蒎烯（1.75%）等22種；楓香林中相對含量在1.00%以上的物質(zhì)有癸醛（6.59%）、左旋樟腦（6.09%）、反式角鯊烯（4.84%）、棕櫚醇（4.48%）、芳樟醇（1.46%）、對甲氧基肉桂酸辛酯（1.33%）、棕櫚酸（1.27%）、beta-蒎烯（1.22%）等26種物質(zhì)；油桐林中相對含量在1.00%以上的物質(zhì)有反式角鯊烯（9.00%）、左旋樟腦（6.05%）、壬醛（4.31%）、癸醛（3.15%）、苯乙酮（2.91%）、芳樟醇（2.52%）、（+）-檸檬烯（2.06%）、10-烯雌酚（1.79%）、棕櫚醇（1.76%）、2-乙基己基反-4-甲氧基肉桂酸（1.51%）等23種物質(zhì)。3種林分中所檢測到比較有價值且相對含量較高的芬多精成分有左旋樟腦、反式角鯊烯、芳樟醇、beta-蒎烯、羅勒烯、（+）-檸檬烯、（-）-異丁香烯等烯類物質(zhì)，馬尾松林和楓香林中左旋樟腦相對含量最高，油桐林中反式角鯊烯相對含量最高。

3.33種林分芬多精類型及其相對含量

由于萜類的物質(zhì)對人體保健作用最大，因此，單獨統(tǒng)計3種林分芬多精中萜類物質(zhì)的相對含量，更有利于評價不同林分對森林康養(yǎng)的價值。萜類是概括所有異戊二烯的聚合物以及它們衍生物的總稱，通式（C5H8）n，是普遍存在于植物界的一類化合物，在動物界為數(shù)甚少。本研究將芬多精分為萜類、烯類、醇類、醛類、酮類、酯類、酸類、烷類及其他類（表2）。在馬尾松林中，萜類、酯類、烷類物質(zhì)相對含量較高，均超過了10%，萜類物質(zhì)相對含量最高（40.71%），種類最多（21種）；在楓香林中，醛類、萜類、醇類、酸類物質(zhì)相對含量較高，均超過了10%，酯類物質(zhì)種類最多（16種）；在油桐林中，萜類和醛類物質(zhì)相對含量較高，均超過了15%，萜類物質(zhì)相對含量最高（24.22%），烷類物質(zhì)種類最多（19種）；3種林分烯類物質(zhì)相對含量均較低。

3.3.43種林分中不同芬多精的功效

由表2可知，3種林分中萜類物質(zhì)相對含量都較高，萜類物質(zhì)具有神經(jīng)治療、抗炎、抗氧化和緩解疼痛的功效，如α-蒎烯、β-蒎烯、石竹烯、長葉烯、芳樟醇、龍腦和（+/-）-薄荷醇等。在3種林分中相較于其他萜類物質(zhì)，左旋樟腦相對含量較高，馬尾松林中甚至達到了14.68%，左旋樟腦是樟腦中的一種，左旋的天然樟腦比較稀少，右旋的天然樟腦比較多，樟腦具有旋光學活性［5］；而β-蒎烯、芳樟醇、α-蒎烯的相對含量在3種林分中含量都較高；3種林分中所測得的反式角鯊烯是獨特的活性營養(yǎng)物質(zhì)三十碳六烯，是一種高度不飽和的直鏈三萜類化合物，是一種重要的天然活性物質(zhì)，具有促進血液循環(huán)、活化機體細胞、抗氧化、消炎殺菌和細胞修復等功能，可用于各種缺氧性疾病、心臟病、肝炎和癌癥的防治［7］；相對含量較高的羅勒烯具有疏風解表、化濕和中、行氣活血、解毒消腫的功效，一般多用于感冒頭痛、發(fā)熱咳嗽、食積不化、脘腹脹痛跌打損傷，蛇蟲咬傷等癥。

3種林分中醛類物質(zhì)相對含量也很高，尤其是楓香林中的醛類物質(zhì)，相對含量高達19.69%，醛類物質(zhì)中，己醛、壬醛、癸醛通過嗅其芳香氣味，作用于腦波中β波α慢波比例增加，使人產(chǎn)生美好感覺。檬醛和香茅醛具有生理生態(tài)作用機制，香茅醛影響白紋伊蚊行為，檸檬醛聯(lián)合阿霉素能夠增加促凋亡蛋白BAK表達，降低抗凋亡蛋白BCL-XL表達，發(fā)揮其抗癌活性［6］。

4結(jié)論與討論

以九峰國家森林公園中馬尾松林、楓香林和油桐林為研究對象，利用采樣管采集林分間的氣體；采用熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜（TD-GC-MS）聯(lián)用法分析，熱脫附溫度為300 ℃，冷阱溫度為-10 ℃，冷阱脫附溫度320 ℃，保持3 min，傳輸線溫度180 ℃；可以得到峰形良好的GC-MS譜圖表征（解析），后續(xù)可以進一步優(yōu)化程序升溫，減少分析時間，提高分析效率。

經(jīng)過main lab質(zhì)譜圖譜庫檢索進行確認及篩選，對達到檢出限的前150種成分進行定性分析，通過面積歸一化法計算每種成分的相對含量，并單獨統(tǒng)計具有保健功能的萜類物質(zhì)含量。結(jié)果表明：馬尾松林中相對含量最高的為左旋樟腦14.68%，楓香林中相對含量最高的為癸醛6.59%，油桐林中相對含量最高的為反式角鯊烯9.00%；馬尾松林、楓香林、油桐林中萜類物質(zhì)相對含量分別為40.71%、17.72%、24.22%，其中馬尾松林萜類物質(zhì)相對含量與簡毅［8］等測定分析的馬尾松林中8月萜類物質(zhì)相對含量43.31%相近。具有較好的森林康養(yǎng)功效。

3種林分的芬多精成分大體一致，但是又不完全相同，尤其是相對含量較高的左旋樟腦、反式角鯊烯的相對含量差異較大，適量的樟腦具有改善情緒障礙的作用，適量的角鯊烯具有提高體內(nèi)超氧化物歧化酶活性、增強機體的免疫能力、抗疲勞、抗衰老、抗腫瘤等多種生理功效，對于有不同森林康養(yǎng)需求的人而言具有重要意義。

此種林間采樣方式［8］，相對于套袋于樹枝、采集樹葉于袋內(nèi)的采樣方式［9-14］更能反應在林間活動人所呼吸空氣的成分，對于森林康養(yǎng)基地空氣質(zhì)量的評價更具指導意義。后期將進一步驗證此種采樣方式及分析方法的可靠性，為森林康養(yǎng)基地空氣質(zhì)量評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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（編校：鄭京津）