GC-MS分析比較瓊產(chǎn)降香黃檀不同部位材化學(xué)成分

李彤彤，李冠君，李家寧

降香黃檀(Dalbergia odorifera)，別稱花梨、海南檀［1］、降香檀［2］，屬蝶形花科黃檀屬半落葉喬木［3］，國家二級保護植物，原產(chǎn)海南，廣東、廣西、福建均有引種栽培［4］。其心材結(jié)構(gòu)致密、瑰麗美致，是我國標準國產(chǎn)紅木之一，自明代以來為宮廷名貴家具、工藝品的上等用材［5］。同時，降香黃檀也是珍貴的中藥材，其樹干和根部的心材藥用價值極高［6］。目前，降香黃檀的研究領(lǐng)域主要集中在栽培育種［7-8］和心材成分分析及應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)，心材的主要成分是揮發(fā)油和黃酮類化合物［9-12］。

近年來，降香黃檀市場需求量大，天然材及大徑級材趨近枯竭，而最具經(jīng)濟價值的部分在其心材，自然狀態(tài)下心材形成較緩慢，因此有學(xué)者開展了人工促進降香黃檀心材形成的研究［13］。賈瑞豐［14］采用真菌菌液作用及逆境脅迫手段開展促進降香黃檀心材形成的研究，取得一定效果。劉小金［15］研究發(fā)現(xiàn)對樹干注射乙烯利、茉莉酸等生長調(diào)節(jié)劑能促進降香黃檀形成心材。周雙清［16］采用氣相色譜-質(zhì)譜對乙烯利誘導(dǎo)形成降香心材的揮發(fā)油化學(xué)成分進行分析，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)形成的降香心材揮發(fā)油成分中主要成分為橙花叔醇。文獻均報道了加速降香黃檀心材形成的不同方法，而對降香黃檀心材、心邊材過渡帶、邊材的化學(xué)成分系統(tǒng)分析及差異還未見報道。本研究采用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)對海南儋州產(chǎn)10年生降香黃檀心材、心邊材過渡帶和邊材的化學(xué)成分進行分析比較，為進一步研究瓊產(chǎn)降香黃檀心材成分的形成提供試驗數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

降香黃檀取自海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所試驗基地人工種植降香黃檀，10年生，離地1 m處截取圓盤，圓盤直徑10.1 cm，其中心材直徑最長處3.1 cm，試材分為3部分:心材、心邊材過渡帶、邊材，自然氣干1周，并粉碎成粉末(50目)，備用。試材新鋸切斷面時木材散發(fā)香味，其心材顏色為深褐色，邊材為淺黃白色，極易區(qū)分，將距離心材邊緣1 cm范圍的圓環(huán)狀定為心邊材過渡帶［17］(圖1)。試驗中采用的提取溶劑為石油醚、乙酸乙酯、甲醇，極性由小到大，均為分析純，購自廣州化學(xué)試劑廠。試驗中采用的索氏抽提裝置規(guī)格為150 mL。氣相-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)型號為Agilent 7890B-7000B，美國安捷倫公司。

圖1 降香黃檀心材、心邊材過渡帶、邊材示意Fig.1 The schematic diagram of heartwood，heart-sapwood transition zone and sapwood of D.odorifera

1.2 方法

1.2.1 降香黃檀心邊材抽提物的提取 分別稱取降香黃檀心材、心邊材過渡帶及邊材的粉末2.000 g，用濾紙包裹放入虹吸管中，容量瓶中加入提取試劑甲醇65 mL，采用索氏抽提裝置對粉末進行抽提，至虹吸回流液呈無色透明清液，停止抽提，得到甲醇提取液。本試驗中選取的提取試劑為石油醚、乙酸乙酯、甲醇，極性由小至大，使得不同極性的提取物均被提取出來。乙酸乙酯與石油醚抽提試驗如上述方法。

1.2.2 降香黃檀提取液的鑒定 采用 Agilent 7890B-7000B氣相-質(zhì)譜聯(lián)用儀對得到的抽提液化學(xué)成分進行分析［18-19］，分析前抽提液未做任何處理。測試條件為:

氣相條件:色譜柱為Hp-5毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度為 250℃;進樣方式:不分流進樣，進樣量為1 μL;程序升溫:起始溫度80℃，保持2 min，然后以 6℃·min－1的升溫速率升至300℃，保持20 min。

質(zhì)譜條件:輔助加熱器溫度(傳輸線溫度):260℃;電子能量:－70 eV;掃描模式:全掃描;掃描范圍:20～450 u;離子源溫度:250℃。

結(jié)構(gòu)分析:對GC-MS分析得到的總離子色譜圖采用數(shù)據(jù)庫檢索，各色譜峰相應(yīng)質(zhì)譜圖經(jīng)計算機質(zhì)譜庫(NIST 2011)檢索定性鑒別，結(jié)合人工圖譜解析確認化合物的成分。采用面積歸一化法，以各組分的峰面積占總峰面積之比表示各化合物的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 降香黃檀心邊材相同溶劑提取液的成分比較分析

2.1.1 乙酸乙酯提取液的成分分析比較 降香黃檀木材的心材、心邊材過渡帶及邊材部位乙酸乙酯提取液在試驗條件下檢測，得到總離子流圖(圖2)。分別對總離子流圖中的各峰進行質(zhì)譜庫系統(tǒng)檢索，比對標準質(zhì)譜圖，鑒定抽提液中的主要化學(xué)成分，以面積歸一化法表征各化合物的相對含量，得到表1。從表1看出，在降香黃檀木材乙酸乙酯提取液中邊材部位含有的主要成分為2，5-二-(1，1-二甲基乙基)-苯酚(12.88%)，還有飽和烷烴、醇類、酯類及酚類物質(zhì);心邊材過渡帶中主要成分為2，4-二叔丁基苯酚(9.64%)、飽和烷烴、醇類、酚類及羧酸類物質(zhì);在其心材部位含有的主要成分為6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(22.93%)，俗稱美迪紫檀素。其次為7-羥基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃(22.16%)、萜類、醇類、酚類物質(zhì)。比較不同部位中的化學(xué)成分發(fā)現(xiàn)，在邊材、心邊材過渡帶、心材部位均含有反式-橙花叔醇，含量分別為1.96 %、2.83%、5.89%。降香黃檀心材中還含有少量 橙花叔醇，與反式-橙花叔醇互為異構(gòu)體。

圖2 降香黃檀心材提取液(乙酸乙酯作溶劑)GC-MS總離子流Fig.2 Total ion current of GC-MS spectrum of ethyl acetate extract of heartwood of D.odorifera

表1 降香黃檀心邊材乙酸乙酯提取液的主要化學(xué)成分Table 1 The main chemical components of ethyl acetate extract of heartwood，heart-sapwood transition zone and sapwood of D.odorifera

2.1.2 甲醇提取液的成分分析比較 用甲醇分別對降香黃檀木材心材、心邊材過渡帶、邊材進行抽提，得到不同部位的甲醇抽提液，對抽提液中的化學(xué)成分進行GC-MS分析解析(表2)。從表2得出，心邊材過渡帶與邊材存在部分共有成分，二者含量較高的成分均為反式-4-(3-羥丙基-1-烯-1-基)-2-甲氧基苯酚(9.21%，20.08%)，而心材中含量較高的為6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(26.07%)。

表2 降香黃檀心邊材甲醇提取液的主要化學(xué)成分Table 2 The main chemical components of methanol extract of heartwood，heart-sapwood transition zone and sapwood of D.odorifera

2.1.3 石油醚提取液的成分分析比較 表3為降香黃檀不同部位石油醚提取液中含有的主要化學(xué)成分。從表中可知，降香黃檀心材和心邊材過渡帶中含量較多的成分均為十一烷，分別為 31.77%、42.79%。邊材中含量較高的為酞酸二丁酯(7.49%)，其次為十氫化萘(4.54%)。石油醚的極性較弱，根據(jù)相似相溶原理，提取液中主要得到的物質(zhì)為烷烴類物質(zhì)。

2.2 降香黃檀心材不同溶劑提取液成分比較分析

為探究降香黃檀心材不同溶劑提取液的成分差異，由表1～表3數(shù)據(jù)分析得出，甲醇提取液中主要含有萜類、醇類及酚類物質(zhì)，含量最多的為6α、11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(26.07%)。乙酸乙酯提取液中含量最多的也是6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(22.93%)，其次為 7-羥基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃(22.16%)，還含有一些醇類、萜類、烷烴類物質(zhì)。采用不同溶劑提取降香黃檀心材，可以將心材中不同極性的化合物被提取出來，成分分析較完全。石油醚極性較弱，其提取液中含有烷烴類物質(zhì)較多，十一烷的含量高達31.77%。綜上，降香黃檀心材主要含有25種化合物，分別為醇類、烷烴類、萜類、酯類、酚類物質(zhì)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

采用不同極性溶劑對瓊產(chǎn)10年生降香黃檀木材不同部位材進行提取，可以提取到木材抽提物中不同極性范圍的化合物，化合物種類較為完全，氣質(zhì)聯(lián)用分析研究了幼齡降香黃檀的心邊材不同部位材化學(xué)成分，結(jié)果表明，降香黃檀心材主要含有25種化合物，分別為醇類、烷烴類、萜類、酯類、酚類物質(zhì)，心材乙酸乙酯提取液中主要的成分為6α，11α-二甲氧 基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(22.93%)，其次為 7-羥基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃(22.16%)、萜類、醇類、酚類物質(zhì)。心邊材過渡帶乙酸乙酯提取液中主要成分為2，4-二叔丁基苯酚(9.64%)、飽和烷烴、醇類、酚類及羧酸類物質(zhì);邊材乙酸乙酯提取液中含有的主要成分為2，5-二-(1，1-二甲基乙基)-苯酚(12.88%)，還有飽和烷烴、醇類、酯類及酚類物質(zhì)。

表3 降香黃檀心邊材石油醚提取液的主要化學(xué)成分Table 3 The main chemical components of petroleum ether extract of heartwood，heart-sapwood transition zone and sapwood of D.odorifera

圖3 幾種化合物的結(jié)構(gòu)式Fig.3 Schematic structures of compounds

在邊材、心邊材過渡帶、心材部位乙酸乙酯提取液中均含有反式-橙花叔醇，他們的含量分別為1.96%、2.83%、5.89%。7-羥基-3-(4-甲氧基苯基)-2H-1-苯并吡喃-2-酮、3，4-二氫-3-(2-羥基-4-甲氧基苯基)-2-氫-1-苯并吡喃-7-醇和7-羥基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃-4-酮是合成 6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃的中間體，木材內(nèi)部化合物間發(fā)生一系列的生理生化變化，逐漸累積形成心材成分。

3.2 討論

目前，降香黃檀的天然材及大徑級材幾乎砍伐殆盡，近年來人工栽培面積逐年增大，前人報道中基本集中在對老齡材料的研究，而本試驗樹樣10年生屬于幼齡材，有利于探究人工栽培降香黃檀木材不同部位材的成分比較。鋸開試樣發(fā)現(xiàn)已含有一定比例的心材，表明心材形成時期早于第10年。采用不同溶劑對降香黃檀心邊材進行提取，根據(jù)相似相溶原理，可以提取到不同極性的化合物，提取液的化學(xué)成分種類較全面。比較降香黃檀不同部位材的抽提物，心材中含有萜類、醇類、飽和烷烴類物質(zhì)較多;心邊材過渡帶中主要含有酯類、酚類物質(zhì);邊材中主要含有烷烴類、酯類、酚類、萜類物質(zhì)。國內(nèi)外已對降香黃檀心材的化學(xué)成分進行了報道，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地、生長年齡的降香黃檀心材的化學(xué)成分有明顯差異，趙夏博［20］等研究表明，降香黃檀心材中含量最多的是氧化石竹烯;劉洪玲［21］研究表明，降香揮發(fā)油的主要活性成分是橙花叔醇;本研究中，降香黃檀心材中含量最多的為 6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(美迪紫檀素，結(jié)構(gòu)式見圖3A)。美迪紫檀素是一種紫檀烷類化合物，具有抗腫瘤活性［22］。查閱相關(guān)文獻得到 6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃的合成路線［23］，對照心材中的化學(xué)成分分析可知，7-羥基-3-(4-甲氧基苯基)-2H-1-苯并吡喃-2-酮(圖 3B)，3，4-二氫-3-(2-羥基-4-甲氧基苯基)-2-氫-1-苯并吡喃-7-醇(圖3C)和7-羥基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃-4-酮(圖 3D)是合成 6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃的中間體。由此可以推測，木材內(nèi)部化合物間發(fā)生一系列的生理生化變化，逐漸累積形成心材成分。比較3種溶劑對降香黃檀的提取效果，乙酸乙酯提取酯類物質(zhì)較多，與文獻報道［24］一致。

雖然降香黃檀提取物成分各有差異，但普遍存在的化學(xué)成分為橙花叔醇［25-27］。本研究中，瓊產(chǎn)10年生降香黃檀乙酸乙酯抽提液中含有橙花叔醇和反式-橙花叔醇，但含量與文獻報道相比較低，可能與不同抽提方法有關(guān)，亦可能是瓊產(chǎn)10年生降香黃檀心材形成周期較短，文獻報道一般降香黃檀6 a后心材開始形成［14］，香味成分的形成逐漸開始，積累較少。在本研究中，心材、心邊材過渡帶及邊材化學(xué)成分中均含有橙花叔醇，據(jù)文獻報道，木材心材的提取物形成有2種類型，刺槐屬類型，提取物在邊材和心材之間相當窄的過渡帶積累;胡桃屬類型，心材的酚類前體化合物隨邊材的老化而積累［28-30］。因此，由以上研究成果初步推斷降香黃檀心材形成可能屬于胡桃屬類型。本研究比較分析降香黃檀木材心邊材提取物成分差異，為探究瓊產(chǎn)人工栽培降香黃檀心材揮發(fā)性成分的形成提供試驗數(shù)據(jù)。

致謝:感謝陳俊明、鄒積鑫同志提供試材，特別感謝陳翠、朱智峰同志協(xié)助木材樣品制備!