GC-MS結(jié)合保留指數(shù)研究龍腦樟不同部位精油成分

楊海寬，溫世鈁，章 挺，李 江

（江西省林業(yè)科學(xué)院 a.江西省木本油料與香精香料高效利用工程研究中心；b.國家林業(yè)和草原局樟樹工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330032）

樟樹Cinnamomum camphora屬樟科Lauraceae樟屬Cinnamomum常綠樹種，為我國珍貴樹種，主要分布在我國長江流域以南地區(qū)[1]。龍腦樟 Cinnamomum camphoraL.Presl 是樟樹特有的化學(xué)類型，因其精油中富含天然龍腦而得名，天然龍腦是一種名貴中藥，具有開竅醒神、抗菌消炎等諸多功效，并常被用作復(fù)方中藥的輔藥或引藥[2-3]。近年來，針對(duì)龍腦樟的研究主要集中在葉精油化學(xué)成分分析、不同種源龍腦樟葉精油主成分差異性研究等方面。劉塔斯等[4]研究了龍腦樟單株地上部位龍腦含量差異，結(jié)果表明陰干的龍腦樟葉中龍腦含量最高。張宇思等[5]研究了不同種源龍腦樟葉精油化學(xué)成分組成差異，結(jié)果表明：吉安龍腦樟葉精油中龍腦含量較高。劉寶全等[6]采用乙醇浸提法，結(jié)合GC-MS 檢測手段，研究龍腦樟不同部位中龍腦含量差異，結(jié)果表明，葉中龍腦含量最高。黃慧蓮等[7]研究了龍腦樟枝葉化學(xué)成分組成，GC-MS 檢測共鑒定出34 種化合物。本文以5年實(shí)生龍腦樟為研究對(duì)象，開展同一單株龍腦樟不同部位（葉、干、根）精油化學(xué)成分組成差異性研究，為龍腦樟用材林培育、龍腦樟矮林作業(yè)提供理論依據(jù)。

綜合現(xiàn)有研究報(bào)道，針對(duì)植物精油化學(xué)成分分析，主要采用GC-MS 檢測方法[8-9]，但均未結(jié)合保留指數(shù)對(duì)化合物進(jìn)行鑒定。研究結(jié)果表明，主要化學(xué)成分基本相同，但對(duì)于某些微量化學(xué)成分、大分子化合物，在化合物命名、結(jié)構(gòu)鑒定等方面存在顯著差異，主要的原因是：僅采用GC-MS 檢測手段，譜庫直接檢索精確性不夠。需要采用GC-MS 與保留指數(shù)相結(jié)合的方法，以獲得準(zhǔn)確的鑒定結(jié)果[10]。本研究可為掌握龍腦樟精油化學(xué)成分組成提供科學(xué)依據(jù)，并為龍腦樟主要萜類化合物空間變化規(guī)律研究、龍腦樟精油化學(xué)成分指紋圖譜的建立奠定研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：5年生龍腦樟，江西吉安；正構(gòu)烷烴C7-C40 混標(biāo)，分析純，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；無水乙醇，分析純，西隴科學(xué)股份有限公司；無水硫酸鎂，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠。

GC-MS檢測儀器：日本SHIMADAZU GCMS-QP2020 型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，色譜柱類型：SH-RXI-5SILMS 型色譜柱（規(guī)格：30 m× 0.25 mm×0.25 μm）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 精油提取、收集與保存

采用水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)性精油，水上蒸餾法分別提取龍腦樟葉、干、根等3 個(gè)不同部位揮發(fā)性精油，水蒸氣蒸餾時(shí)間4 h。

粗龍腦固體經(jīng)水蒸氣蒸餾，冷凝結(jié)晶于冷凝管內(nèi)壁，采用無水乙醇充分潤洗至燒杯中，室溫下保存，待溶劑完全揮發(fā)（即質(zhì)量不再變化），稱重，低溫下密閉保存，待GC-MS 檢測。

龍腦油、干精油和根精油常溫下呈液態(tài)，充分靜置后，油水進(jìn)行分離。油層稱重后，低溫下密閉保存，待GC-MS 檢測。

1.2.2 樣品配制

1）粗龍腦樣品配制

準(zhǔn)確稱取200.0 mg 樣品，采用無水乙醇進(jìn)行充分溶解，并定容至10 mL，配制好的龍腦溶液濃度約20.0 mg/mL。龍腦在干燥過程中易吸潮，在進(jìn)行GC-MS 檢測前需進(jìn)行干燥處理。精密吸取2 mL 配制后的溶液，先經(jīng)無水硫酸鎂干燥，再過濾至專用進(jìn)樣瓶中，進(jìn)行GC-MS 檢測。

2）液態(tài)精油樣品的配制

專用進(jìn)樣瓶中，精密吸取25 μL 精油樣品，用無水乙醇定容至1 mL，精油樣品濃度約20.0 mg/mL，進(jìn)行GC-MS 檢測。

1.2.3 GC-MS 檢測

GC 條件：進(jìn)樣口溫度250 ℃，進(jìn)樣量1 μL，進(jìn)樣分流比1 ∶20，載氣He，流速1.0 mL/min。升溫程序：起始溫度80 ℃，保持2 min；8 ℃/min 升至160 ℃，保持0 min；8 ℃/min 升至250 ℃，保持2 min。峰面積歸一化法計(jì)算各組分相對(duì)百分含量。

MS 條件：EI 離子源溫度200 ℃，連接線溫度230 ℃，掃描范圍50～600 m/z。各分離組分采用Nist8.0 譜庫進(jìn)行化合物檢索。

1.2.4RI值計(jì)算

正構(gòu)烷烴混標(biāo)、粗龍腦樣品、龍腦精油、干精油和根精油依次采用以上方法，進(jìn)行GC-MS 檢測。記錄各精油GC-MS 離子流圖出峰時(shí)間，根據(jù)以下公式計(jì)算RI值：

式中：tR(x)、tR(n)，tR(n+1)分別代表待測組分、碳數(shù)n、碳數(shù)n+1 的正構(gòu)烷保留時(shí)間。且tR(n)＜tR(x)＜tR(n+1)。

2 結(jié)果與分析

2.1 粗龍腦化學(xué)成分組成

由GC-MS 結(jié)果可知，粗龍腦中共鑒定出8 種化合物，占揮發(fā)油總含量的99.97%，其中含量＞1.00%的化合物共2 種，分別是：龍腦（94.02%）和乙酸龍腦酯（3.87%）。因此，粗龍腦中主要的化學(xué)成分是龍腦。

粗龍腦中所鑒定出的8 種揮發(fā)性成分，按化合物類型分為：醇類化合物4 種，占揮發(fā)油總含量的95.48%；酮類化合物1 種，占揮發(fā)油總含量的0.53%；酯類化合物1 種，占揮發(fā)油總含量的3.87%；烯烴類化合物1 種，占揮發(fā)油總含量的0.05%；其他1 種，占揮發(fā)油總含量的0.04%（圖1）。

圖1 粗龍腦總離子流圖像Fig.1 Total ion chromatogram of rough borneol

2.2 龍腦油化學(xué)成分組成

由GC-MS 結(jié)果可知，龍腦油中共鑒定出28 種化合物，占揮發(fā)油總含量的99.73%，其中含量＞1.00%的化合物共16 種。分別是：α-蒎烯（5.67%）、莰烯（3.90%）、β-蒎烯（2.90%）、β-月桂烯（3.79%）、α-水芹烯（1.23%）、對(duì)傘花烴（1.10%）、檸檬烯（8.82%）、桉葉油素（3.05%）、萜品油烯（1.67%）、芳樟醇（7.38%）、樟腦（3.08%）、龍腦（26.58%）、4-萜品醇（2.32%）、α-萜品醇（3.28%）、乙酸龍腦酯（18.46%）、α-石竹烯（1.08%）。因此，龍腦油中主要化學(xué)成分是龍腦、乙酸龍腦酯等。

龍腦油中所鑒定出的28 種化合物，按化合物類型分為：烯烴類化合物19 種，占揮發(fā)油總含量的35.08%；醇類化合物6 種，占揮發(fā)油總含量的40.06%；酮類化合物1 種，占揮發(fā)油總含量的3.08%；酯類化合物1 種，占揮發(fā)油總含量的18.46%；其他1 種，占揮發(fā)油總含量的3.05%（圖2）。

圖2 龍腦油總離子流圖像Fig.2 Total ion chromatogram of borneol oil

2.3 龍腦干精油化學(xué)成分組成

由GC-MS 結(jié)果可知，龍腦干精油中共鑒定出27 種化合物，占揮發(fā)油總含量的98.97%，其中含量＞1.00%的化合物共14 種。分別是：α-蒎烯（3.68%）、莰烯（1.99%）、β-水芹烯（3.79%）、β-蒎烯（2.09%）、β-月桂烯（2.14%）、對(duì)傘花烴（1.92%）、檸檬烯（5.16%）、桉葉油素（23.57%）、γ-松油烯（1.37%）、樟腦（13.76%）、龍腦（24.79%）、4-萜品醇（2.83%）、α-萜品醇（4.21%）、氧化石竹烯（1.19%）。

龍腦干精油中所鑒定出的27 種化合物，按化合物類型分為：烯烴類化合物16 種，占揮發(fā)油總含量的26.48%；醇類化合物4 種，占揮發(fā)油總含量的32.26%；酚類化合物2 種，占揮發(fā)油總含量的0.69%；酮類化合物1 種，占揮發(fā)油總含量的13.76%；酯類化合物1 種，占揮發(fā)油總含量的0.21%；氧化物1 種，占揮發(fā)油總含量的1.19%；其他2 種，占揮發(fā)油總含量的24.38%（圖3）。

圖3 龍腦干精油總離子流圖像Fig.3 Total ion chromatogram of steam essential oil

2.4 龍腦根精油化學(xué)成分組成

由GC-MS 結(jié)果可知，龍腦根精油中共鑒定出26 種化合物，占揮發(fā)油總含量的98.69%，其中含量＞1.00%的化合物共14 種。分別是：α-蒎烯（3.68%）、莰烯（1.99%）、β-水芹烯（3.79%）、β-蒎烯（2.09%）、β-月桂烯（2.14%）、對(duì)傘花烴（1.92%）、檸檬烯（5.16%）、桉葉油素（23.57%）、γ-松油烯（1.37%）、樟腦（13.76%）、龍腦（24.79%）、4-萜品醇（2.83%）、α-萜品醇（4.21%）、氧化石竹烯（1.19%）。結(jié)果表明，龍腦根精油中主要化學(xué)成分是黃樟油素。

龍腦根精油中所鑒定出的26 種化合物，按化合物類型分為：烯烴類化合物17 種，占揮發(fā)油總含量的3.70%；醇類化合物3 種，占揮發(fā)油總含量的1.50%；酚類化合物2 種，占揮發(fā)油總含量的8.08%；酮類化合物1 種，占揮發(fā)油總含量的6.25%；醛類化合物1 種，占揮發(fā)油總含量的0.07%；其他2 種，占揮發(fā)油總含量的79.09%（圖4）。

圖4 龍腦根精油總離子流圖像Fig.4 Total ion chromatogram of root essential oil

2.5 不同部位精油化學(xué)成分組成差異

龍腦樟不同部位（葉、干、根）揮發(fā)性精油化學(xué)成分組成，如表1所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，龍腦樟葉水蒸氣蒸餾所得揮發(fā)性精油呈現(xiàn)2 種形態(tài)：粗龍腦固體和龍腦油液體，粗龍腦固體為天然龍腦經(jīng)冷凝結(jié)晶形成，精油化學(xué)成分組成較少。因此，研究龍腦油（葉精油）、干精油和根精油化學(xué)成分組成差異。

表1 龍腦樟不同部位精油化學(xué)成分組成Table1 Composition of essential oil from different parts of Cinnamomum camphora

由表1可知，龍腦樟葉、干、根3 個(gè)不同部位精油中共鑒定出35 種化合物，主要以單萜類化合物和倍半萜類化合物為主，3 個(gè)不同部位精油所共有的化學(xué)成分共計(jì)20 種。除3 個(gè)部位精油所共有的化學(xué)成分外，葉和干精油所共有的化學(xué)成分有3 種，分別是：芳樟醇、乙酸龍腦酯和β-石竹烯；干和根精油所共有的化學(xué)成分有3 種，分別是：黃樟油素、丁香酚和甲基丁香酚。葉精油中特有的化學(xué)成分有5 種，分別是：β-羅勒烯、β-萜品醇、香葉醇、大根香葉烯D 和γ-欖香烯。干精油中特有的化學(xué)成分有1 種，氧化石竹烯。根精油中特有的化學(xué)成分有3 種，分別是：α-蓽澄茄油烯、α-依蘭油烯和肉豆蔻醛。

龍腦樟不同部位精油化學(xué)成分組成存在顯著差異。葉和干精油中含量最高的化合物均為龍腦，而根精油中龍腦含量極低，其相對(duì)百分含量低于0.5%，表明龍腦主要分布于龍腦樟地上部位。龍腦樟根精油中含量最高的化合物是黃樟油素，此結(jié)論與胡文杰等[11-12]針對(duì)樟樹油樟型、樟腦型和異樟型根精油化學(xué)成分分析結(jié)果一致，結(jié)果表明不同化學(xué)類型樟樹根精油中主成分相同，而干和葉是一系列萜類化合物生物、化學(xué)合成的關(guān)鍵性部位，并對(duì)其化學(xué)類型分類起決定作用。同時(shí)，葉、干和根精油中相對(duì)百分含量列第二位的化合物分別是：乙酸龍腦酯、桉葉油素和甲基丁香酚。

3 結(jié)論與討論

1）采用GC-MS 結(jié)合保留指數(shù)分析方法，于龍腦樟葉、干、根3 個(gè)不同部位精油中共鑒定出35 種化合物，主要以單萜類化合物和倍半萜類化合物為主，3 個(gè)不同部位精油所共有的化學(xué)成分共計(jì)20 種。

2）龍腦樟葉精油中特有的化學(xué)成分有5 種，分別是：β-羅勒烯、β-萜品醇、香葉醇、大根香葉烯D 和γ-欖香烯；干精油中特有的化學(xué)成分有1 種，氧化石竹烯；根精油中特有的化學(xué)成分有3 種，分別是：α-蓽澄茄油烯、α-依蘭油烯和肉豆蔻醛。

3）龍腦樟葉、干精油中含量最高的化合物均為龍腦，而根精油中龍腦含量極低，其相對(duì)百分含量低于0.5%，表明龍腦主要分布于龍腦樟地上部位。龍腦樟根精油中含量最高的化合物是黃樟油素，與樟樹油樟型、樟腦型和異樟型等不同化學(xué)類型相似，根精油中主要化學(xué)成分均是黃樟油素。結(jié)果表明，樟樹干和葉是一系列萜類化合物生物、化學(xué)合成的關(guān)鍵性部位，并對(duì)其化學(xué)類型分類起決定性作用。

4）采用保留指數(shù)結(jié)合GC-MS 方法針對(duì)龍腦樟不同部位精油化學(xué)成分差異開展研究，可為龍腦樟精油化學(xué)成分空間變化規(guī)律、精油指紋圖譜建立等方面的研究提供基礎(chǔ)。同時(shí)針對(duì)不同種源、不同生長年限、不同立地條件等因素對(duì)龍腦樟不同部位精油化學(xué)成分組成的影響可進(jìn)一步開展研究。