4種精油組成成分及總抗氧化活性分析研究

陳潘，席斌，高雅琴*，王芳，楊曉玲

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，蘭州 730050；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室，蘭州 730050)

植物精油，亦稱植物揮發(fā)油，是從芳香植物中提取的具有揮發(fā)性的一類植物次生代謝物質(zhì)[1]。水蒸氣蒸餾法是精油提取最常用的方法，通過水散作用，將待提取成分從植物組織中滲透出來與水混合形成油水混合體系，經(jīng)冷凝后油水分離得到較純的精油。此方法操作容易、設(shè)備簡單、綠色環(huán)保[2]。精油具有抗氧化劑活性[3]，且活性與萜烯及其含氧化合物的存在有關(guān)[4,5]。植物精油的組成成分多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要靈敏度較高的檢測分析方法才可定性及定量[6]。

目前植物精油的分析方法有高效液相色譜法(HPLC)、薄層色譜法(TLC)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)、超臨界流體色譜法(SFC)等[7,8]，其中GC-MS分離能力強、分析速度快、靈敏度高、選擇性好，因此常常被用于植物精油中主要組成成分的定性和定量分析。本實驗通過水蒸氣蒸餾法提取茶樹精油、薄荷精油、柚皮精油和柑橘皮精油，用GC-MS對4種精油進行成分鑒定，測定4種精油的總抗氧化活性，對4種精油的共有化合物成分萜烯類物質(zhì)和總抗氧化活性做相關(guān)性分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮薄荷葉、互葉白千層葉、新鮮柑橘皮、新鮮柚子皮；無水硫酸鎂：天津市凱信化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；超純水：沃特浦超純水機制備；總抗氧化能力(T-AOC)檢測試劑盒：北京索萊寶科技有限公司。

Agilent 6890GC/5973N MSD聯(lián)用儀和NIST 2008譜庫 美國安捷倫公司；UV-2550型紫外可見分光光度計 日本島津儀器公司；DZF-6050F真空干燥箱 上海和呈儀器制造有限公司；揮發(fā)油測定器、1000 mL圓底燒瓶、蛇形冷凝管 天津恒山化工科技有限公司；調(diào)溫電熱套 北京科偉永興儀器有限公司；沃特浦超純水機 四川沃特爾水處理設(shè)備有限公司；電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 水蒸氣蒸餾法提取4種精油

將新鮮薄荷葉、互葉白千層葉、新鮮柑橘皮、新鮮柚子皮于48 ℃烘干，剪碎備用。取烘干剪碎后的橘皮、薄荷葉、互葉白千層葉、柚子皮各20 g，按料液比1∶30采用水蒸氣蒸餾法提取精油，連續(xù)提取5 h通過讀取揮發(fā)油測定器刻度數(shù)確定植物揮發(fā)油的含量不再增加，此時即為提取終點。分別獲得柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油。對水蒸氣蒸餾法獲得的柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油用無水硫酸鎂除水、離心后得到揮發(fā)油的提取量[9]。

1.2.2 4種植物精油GC-MS分析

注入氣質(zhì)聯(lián)用儀對精油進行分析。氣相色譜條件：Agilent TG-5MS氣相色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm，Thermo Scientific)；載氣為高純氦氣，流速為1 mL/min；進樣口溫度為270 ℃；分流；分流比100∶1。質(zhì)譜條件：電子轟擊電離源(EI)，電子能量為70 eV；離子源和傳輸線溫度均為270 ℃。升溫程序：初始溫度50 ℃，保持3 min；再以5 ℃/min程序升溫至120 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min程序升溫至250 ℃，保持2 min。選取Scan模式時，質(zhì)量掃描范圍為34～600(m/z)，溶劑延遲5 min[10-14]。將所檢測的組分與標(biāo)準(zhǔn)樣品及NIST數(shù)據(jù)庫中的譜圖數(shù)據(jù)進行檢索對比，從而定義化合物的名稱。

1.2.3 4種植物精油總抗氧化能力(T-AOC)測定

按照T-AOC試劑盒的總抗氧化能力測定操作步驟進行測定，采用紫外分光光度法，用蒸餾水調(diào)零，在593 nm處測定各溶液吸光度值，根據(jù)吸光度值計算出不同精油的總抗氧化能力。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析(顯著性水平設(shè)置為0.05)，采用Excel軟件整理數(shù)據(jù)作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種植物精油提取率

按照1.2.1水蒸氣蒸餾法計算出柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油的提取率分別為1%、0.5%、1.6%、0.8%。

2.2 4種精油成分分析

采用GC-MS分析4種精油，經(jīng)NIST數(shù)據(jù)庫中的譜圖數(shù)據(jù)檢索篩選出相似度大于90%的物質(zhì)，并結(jié)合文獻[15-17]手工解譜，分別鑒定出柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油組成成分，結(jié)果見圖1～圖4。 組成成分根據(jù)含量排列，結(jié)果見表1～表4。

圖1 茶樹精油氣質(zhì)聯(lián)用離子流圖

圖2 薄荷精油氣質(zhì)聯(lián)用離子流圖

圖3 柚皮精油氣質(zhì)聯(lián)用離子流圖

圖4 橘皮精油氣質(zhì)聯(lián)用離子流圖

2.2.1 茶樹精油化合物成分分析

表1 茶樹精油化合物成分分析

續(xù) 表

由表1可知，提取的茶樹精油中共鑒定出48種已知揮發(fā)性物質(zhì)，總含量占96.07%，其中以萜烯類、醇類物質(zhì)為主，還含有一定量的烴類、酚類和酮類。萜烯類有31種，總的相對含量為50.58%，以γ-松油烯、2-蒈烯、檸檬烯及(+)-喇叭烯的含量較高；醇類物質(zhì)有11種，總的相對含量為40.12%，含量較高的為松油烯-4-醇、α-松油醇、(-)-藍桉醇和(+)維里地黃醇。烴類物質(zhì)有3種，總的相對含量為5.03%，4-異丙基甲苯的含量最高，為3.79%。其余的是1種酮類物質(zhì)，1種酚類物質(zhì)，相對含量分別為0.15%和0.09%。石金娥等[18]測定了互葉白千層茶樹精油的揮發(fā)性成分結(jié)果顯示含量最高的是松油烯-4-醇，是茶樹精油的特征性成分, 松油烯-4-醇含量的高低是衡量互葉白千層是否屬于優(yōu)良品系的標(biāo)志之一。國標(biāo)GB/T 26514—2011《互葉白千層(精)油，松油烯-4-醇型[茶樹(精)油]》中規(guī)定[19]，松油烯-4-醇的含量≥30%，亦符合ISO4730對其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求[20]，松油烯-4-醇≥30% 。本實驗用水蒸氣蒸餾法提取的茶樹精油中松油烯-4-醇的含量為32.07%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 薄荷精油化合物成分分析

表2 薄荷精油化合物成分分析

續(xù) 表

由表2可知，提取的薄荷精油中共鑒定出34種已知揮發(fā)物質(zhì)，含量為96.14%。其中含量最高的是酮類，相對含量67.61%，左旋香芹酮含量占比為64.4%，是薄荷精油的主要組成成分；萜烯類有23種，總的相對含量為23.84%，以檸檬烯、β-蓽澄茄烯和石竹烯的含量較高，相對含量分別為11.47%、2.49%、2.31%；醇類物質(zhì)6種，總的相對含量占比為3.4%。烴類有2種，占比小于1%。王少銘等[21]對花溪區(qū)、興義市、畢節(jié)威寧地區(qū)薄荷精油組分進行分析，結(jié)果表明這3個地區(qū)的薄荷精油組成以香芹酮為主，含量分別高達66.28%、53.29%、53.49%。

2.2.3 柚皮精油化合物成分分析

表3 柚皮精油化合物成分分析

續(xù) 表

由表3可知，提取的柚皮精油經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)用共鑒定出已知揮發(fā)物11種，含量為95.58%。含量最高的是烯類物質(zhì)，共5種，高達81.30%，其中D-檸檬烯相對含量占比為64.29%，(-)-β-蒎烯相對含量為16.12%，鄰苯二甲酸二異丁酯相對含量為9.62%，圓柚酮相對含量為2.15%。烴類物質(zhì)1種，相對含量為0.99%。亞油酸相對含量為1.03%；蛇床子素相對含量0.11%。馮堃等[22]測定了5種柚皮精油的揮發(fā)性成分，其中D-檸檬烯是幾種柚皮精油的主要化合物，含量在42.43%～89.91%，與本研究結(jié)果一致。

2.2.4 橘皮精油化合物成分分析

表4 橘皮精油化合物成分分析

由表4可知，提取的橘皮精油經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)用共鑒定出已知揮發(fā)物10種，總含量為99.19%。鑒定出烯類化合物8種，相對含量面積占比高達97.12%；橘皮精油最主要的組成成分是萜烯類化合物，其中最多的成分是D-檸檬烯，相對含量占比為91.52%；γ-松油烯相對含量占比為3.85%。研究表明[23]，柑橘精油主要由萜烯類碳氫化合物和含氧化合物構(gòu)成，碳氫化合物中的單萜烯成分含量最高(78.65%～96.57%)，其中檸檬烯含量最多，另外研究結(jié)果還顯示除了萜烯類成分柑橘精油外還含有γ-松油烯、α-蒎烯、β-蒎烯等單萜烯。烴類物質(zhì)1種，三十一烷的相對含量占比為0.25%。酯類物質(zhì)1種，相對含量為1.82%。陳玲娟等以雪峰蜜橘橘皮為原料，采用SFE-CO2法從中提取揮發(fā)油，其中檸檬烯的相對含量為89.43%[24]。賈德翠等從椪柑果皮精油中鑒定出53種揮發(fā)性成分，其中D-檸檬烯相對含量占比為60.4%，朱鳳妮等對江西省“三湖紅橘”果皮揮發(fā)油成分進行鑒定，檢測到萜烯烴類物質(zhì)12 種，烷烴類1種，未檢測到醇類、醛類等物質(zhì)，與本研究結(jié)果一致。

表5 4種精油總抗氧化活性

圖5 4種精油總抗氧化活性柱形圖

由表5和圖5可知，4種精油的總抗氧化活性順序為橘皮精油>柚皮精油>茶樹精油>薄荷精油。

3 討論與結(jié)論

3.1 4種精油中揮發(fā)性物質(zhì)的比較

表6 4種精油各類揮發(fā)性物質(zhì)含量

圖6 4種精油中各類揮發(fā)性物質(zhì)的比例

由表6和圖6可知，茶樹精油中檢測的主要揮發(fā)性物質(zhì)是烯類和醇類物質(zhì)，占比分別為50.58%和40.12%；烴類物質(zhì)占比為5.03%；酮類和酚類占比較少，分別為0.15%、0.09%；未檢出酯類物質(zhì)。薄荷精油檢測出的主要物質(zhì)是酮類物質(zhì)，占比為67.61%；其次為烯類物質(zhì)，占比為23.84%；檢測出的醇類、酯類、烴類物質(zhì)分別占3.4%、0.89%、0.07%；未檢測出酚類物質(zhì)。橘皮精油檢測出的揮發(fā)性物質(zhì)有烯類、酯類和烴類，其中烯類是主要揮發(fā)性物質(zhì)，占比高達97.02%。柚皮精油中檢測出的揮發(fā)性物質(zhì)有烯類、酚類、酯類和烴類，其中主要的揮發(fā)性物質(zhì)為烯類物質(zhì)，占比為81.3%；酯類占比為9.62%[25]。從化合物成分來看，4種精油都含有烯類和烴類；其中3種精油所含烯類是其主要化合物組成，占比都在50%以上；烴類化合物在4種精油的化合物組成中占比較少，只有茶樹精油中烴類占比為5.03%，其余3種精油中烴類占比均在1%以下。有3種精油鑒定出酮類物質(zhì)，酮類物質(zhì)是薄荷精油的主要組成物質(zhì)，含量可達67.61%，而在茶樹精油和柚皮精油中占比較少，不是主要組成成分。醇類物質(zhì)是茶樹精油的主要組成成分，占比為40.12%，在薄荷精油中占比為3.4%；柑橘皮精油和柚皮精油中未鑒定出醇類物質(zhì)。只有茶樹精油中鑒定出酚類物質(zhì)，相對含量占比為0.09%，其余3類精油中均未鑒定出酚類物質(zhì)。4種精油中有3種精油鑒定出酯類物質(zhì)，其中柚皮精油是4種精油中鑒定出酯類物質(zhì)含量最高的，占比為9.62%；茶樹精油中未鑒定出酯類物質(zhì)。

3.2 主成分及相關(guān)性分析

根據(jù)4種精油的化合物鑒定結(jié)果，對化合物的主要組成物質(zhì)烯類、醇類、酮類、酯類、烴類等通過SPSS 22.0軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)做主成分分析，結(jié)果見表7和圖7。

表7 相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率

圖7 主成分分析碎石圖

由表7可知，第一主成分貢獻率為50.690%，第二主成分貢獻率為41.871%，前兩個主成分累計貢獻率達到92.561%。由圖7可知，特征根大于1的為第一和第二主成分，因此保留第一、第二主成分，說明這兩個主成分能夠代表原來5種化合物總抗氧化活性的大部分信息，符合主成分分析的要求[26]。因此，可以把影響總抗氧化活性的化合物綜合成兩個主成分，這兩個主成分分別是烯類和醇類。烯類是4種精油化合物共同的成分，對烯類化合物和總抗氧化活性做相關(guān)性分析，結(jié)果見表8，烯類成分和總抗氧化活性相關(guān)性顯著(P<0.05)且4種精油中烯類化合物的含量與總抗氧化活性呈正相關(guān)，即總抗氧化活性橘皮精油>柚皮精油>茶樹精油>薄荷精油。

表8 烯類成分與總抗氧化活性相關(guān)性分析

4 結(jié)論

本研究用水蒸氣蒸餾法提取柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油的提取率分別為1%、0.5%、1.6%、0.8%。

提取的茶樹精油、薄荷精油、柑橘皮精油和柚皮精油經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進行定性定量分析，鑒定出已知化合物分別為48種、34種、10種和11種，其中萜烯類化合物含量分別為50.58%、23.84%、97.02%和81.3%。通過對4種精油總抗氧化活性測定及與烯類化合物含量相關(guān)性分析，結(jié)果總抗氧化活性與精油中烯類化合物含量呈正相關(guān)(P<0.05)，4種精油中烯類化合物含量由高到低依次是橘皮精油>柚皮精油>茶樹精油>薄荷精油，總抗氧化活性由強到弱依次為橘皮精油>柚皮精油>茶樹精油>薄荷精油。