澳洲茶樹不同部位精油含量及成分比較分析

肖玉菲，覃子海，張 燁，張曉寧，陳博雯，梁忠云，覃玉鳳，晏 巢，劉海龍*

（1. 廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 ，廣西 南寧 530002；2. 中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)實驗中心 ，江西 分宜 336600）

0 引言

【研究意義】澳洲茶樹[Melaleuca alternifolia（Maiden & Betche）Cheel]，又名互葉白千層、澳洲白千層， 屬桃金娘科（Myrtaceae）白千層屬（Melaleuca）植物，原產(chǎn)于新南威爾士北部和東部的昆士蘭州，是澳大利亞著名的芳香油料樹種[1]，1993 年起，我國廣東、廣西、云南等地先后成功地引種澳洲茶樹[2?3]。澳洲茶樹為速生樹種，萌芽能力強，定植后可多次收割枝葉，其枝葉可提取精油，稱為茶樹精油，茶樹精油是優(yōu)良的天然芳香劑、防腐劑和抗菌劑，在制藥、日化、食品、香料等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[4]，經(jīng)濟(jì)價值和經(jīng)濟(jì)效益極高[5]。然而，澳洲茶樹不同部位精油成分和含量不盡相同[6?8]，對澳洲茶樹不同部位精油含量及成分進(jìn)行比較分析，選取合適的部位進(jìn)行提取精油可以保證精油的品質(zhì)。同時，采用主成分分析（principal component analysis, PCA）可以通過降維的方式提取茶樹精油的代表性主成分，能夠為茶樹精油的組分分析做簡化指導(dǎo)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，對于茶樹精油化學(xué)成分的研究已有多篇報道，包含不同生化類型[9]、不同季節(jié)[10]、不同收獲時間[11]、不同枝葉儲藏時間[12]和不同工藝[13]等對茶樹精油得油率和化學(xué)成分的影響，有關(guān)不同部位精油得油率和化學(xué)成分的研究僅見3 篇報道[6?8]，其分析了不同部位葉片、花和果的精油成分?！颈狙芯壳腥朦c】在澳洲茶樹收割加工利用過程中，一般不會選取花和果作為原材料，也不會只選取葉片作為原材料，通常會同時包含葉片、枝條甚至莖干，但枝條、莖干的精油成分和含量與葉片是否存在顯著差異而影響茶樹精油的品質(zhì)尚未見報道。而對茶樹精油化學(xué)成分分析時，多數(shù)學(xué)者選取的成分較為隨機，沒有理論支撐其選擇代表性的主要成分。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究選取澳洲茶樹嫩葉、老葉、枝條和莖干作為試驗材料，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，分析比較不同部位精油的得油率和化學(xué)成分的差異，同時對不同部位精油化學(xué)成分的含量進(jìn)行主成分分析，提取茶樹精油的代表性主成分，為澳洲茶樹精油的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來源于廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院苗圃（N22°55′13.85″，E108°21′4.39″）內(nèi)長勢良好的5 年生澳洲茶樹。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集 2018 年11 月，在5 年生澳洲茶樹上分別采集嫩葉（葉綠素SPAD 含量≤4.5 ）、老葉（葉綠素SPAD 含量＞8.1 ）、枝條（直徑≤0.5 cm）和莖干（直徑＞3.0 cm）各100 g，每一樣株采集10 個樣本，提取精油后測定精油成分及含量。

1.2.2 精油提取與成分測定 參照《中華人民共和國藥典》[14]中水蒸氣蒸餾法測定得油率。參照氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)[13]的定性分析結(jié)果，并按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26514-2011[15]確定澳洲茶樹精油主要的化學(xué)成分；用氣相色譜法進(jìn)行定量分析，面積歸一化法確定各組分的含量，其定性和定量條件參照梁忠云等[9]的研究結(jié)果。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)計和作圖。采用IBM SPSS 19.0 軟件對澳洲茶樹不同部位得油率及精油化學(xué)成分含量進(jìn)行單因素方差分析和多重比較（采用鄧肯氏新復(fù)極差法），并對澳洲茶樹不同部位精油化學(xué)成分進(jìn)行主成分分析和作圖。所有分析顯著性水平均設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同部位得油率

不同部位得油率見圖1，澳洲茶樹不同部位精油的得油率差異顯著（P＜0.05），其中老葉中精油得油率最高，可達(dá)1.89%，其次是嫩葉和枝條，得油率分別為1.42%和1.50%，嫩葉和枝條中精油得油率差別不顯著，莖干中精油得油率最低，為0.39%，僅為老葉中得油率的約1/4，顯著低于嫩葉、老葉和枝條。

圖 1 澳洲茶樹不同部位得油率Fig. 1 Yield of essential oils from various parts ofM.alternifoliaplant

2.2 不同部位精油的化學(xué)成分及含量

由表1 可知，澳洲茶樹不同部位提取的精油主要化學(xué)成分相似，但具體成分和含量有所差別，4 個部位共檢測出26 種化學(xué)成分，其中有20 個共有成分，主要為萜烯烴類和烯醇類化合物，在嫩葉精油中為未檢測到驅(qū)回素、喇叭烯和欖香素，老葉精油中未檢測到胡蘿卜醇、喇叭茶醇和α-蓽澄茄油萜，枝條中未檢測到驅(qū)回素，莖干精油中未檢測到喇叭茶醇和欖香素。在嫩葉、老葉、枝條和莖干精油的差別化學(xué)成分中，除莖干精油中的喇叭烯含量較高外，其他成分（胡蘿卜醇、α-蓽澄茄油萜、喇叭茶醇和欖香素）均含量較低，不是精油的主要成分。在不同部位精油檢測出的化學(xué)成分中，4-松油醇含量最高，在嫩葉、老葉、枝條和莖干精油中分別占33.71%、40.13%、31.28%和15.59%，嫩葉、老葉、枝條精油中4-松油醇含量約為莖干精油的2 倍，符合國家標(biāo)準(zhǔn)[15]，莖干精油中4-松油醇含量不符合茶樹精油（4-松油醇型）國家標(biāo)準(zhǔn)。1,8 桉葉素含量在嫩葉、老葉和枝條精油中差別不顯著，分別為1.07%、1.04%和1.06%，在莖干精油中含量為1.36%，顯著高于嫩葉、老葉和枝條，但都符合茶樹精油（4-松油醇型）國家標(biāo)準(zhǔn)。嫩葉、老葉和枝條精油中含量排名前三的成分均是4-松油醇、γ-松油烯和α-松油烯，而莖干精油中含量排名前三的成分是4-松油醇、α-松油烯和α-松油醇，α-松油醇在嫩葉、老葉和枝條精油中分別為2.62%、2.71%和2.46%，差別不顯著，但均顯著低于莖干精油的含量（4.17%）。

表 1 澳洲茶樹不同部位的精油化學(xué)成分及含量Table 1 Essential oils from various parts ofM. alternifoliaplant

2.3 不同部位精油化學(xué)成分含量的主成分分析

采用SPSS 19.0 軟件對不同部位20 種共有精油化學(xué)成分含量進(jìn)行主成分分析，提取特征值大于1 的主成分，得到主成分的特征值和貢獻(xiàn)率（表2）。由表2 可知，前4 個主成分的特征值8.30、6.12、3.37、1.03，第1 主成分的貢獻(xiàn)率為41.49%，第2 主成分的貢獻(xiàn)率為30.61%，第3 主成分的貢獻(xiàn)率為16.85%，第4 主成分的貢獻(xiàn)率為5.13%。前4 個主成分的累計貢獻(xiàn)率達(dá)94.09%（＞85%），因此，選取前4 個主成分作為精油化學(xué)成分分析的主要成分，能夠代表20個精油化學(xué)成分變量94.09%的信息量，具有很好的代表性，基本可以代表其樣品化學(xué)成分含量的差別。

表 2 主成分的特征值及其貢獻(xiàn)率Table 2 Eigenvalues, contribution, and cumulative contribution of principal components

由表3 主成分載荷矩陣可知各主成分各變量的載荷值。在第1 主成分中載荷較高的正影響成分有β-水芹烯、白千層烯、白千層醇、香橙烯、對花傘烴，載荷值分別為 0.99、0.96、0.91、0.88、0.83；負(fù)向影響較大的為γ-松油烯和4-松油醇，載荷值分別為?0.91 和?0.89。第2 主成分中載荷較高的正影響成分依次為α-側(cè)柏烯、α-蒎烯、藍(lán)桉醇、α-松油醇、1,8-桉葉素和異松油烯，載荷值分別為0.90、0.89、0.88、0.73、0.62；負(fù)向影響最大的為檸檬烯，載荷值為?0.72。第3 主成分中載荷較高的正影響成分依次為異松油烯、δ-杜松烯、檜烯，載荷值分別為0.69、0.66、0.62；負(fù)向影響最大的為檸檬烯，載荷值為?0.66。第4 主成分中載荷較高的正影響成分為β-蒎烯，載荷值為0.78；負(fù)向影響最大的為α-松油烯，載荷值為?0.52。主成分載荷矩陣反映了該指標(biāo)在該主成分上的載荷程度，載荷值小的揮發(fā)性成分對精油化學(xué)成分的貢獻(xiàn)小，同時也表明它的含量較低。其中第1 主成分和第2 主成分的累計貢獻(xiàn)率為72.11%，說明這2 個主成分對精油的化學(xué)成分的貢獻(xiàn)超過一半。做20 種化學(xué)成分的主成分散點圖（圖2），2D 圖（圖2-a）分 別 以PCA1、PCA2 為X、Y 軸，3D 圖（2-b）分別以PCA1、PCA2、PCA3 為X、Y、Z 軸，可以直觀地看出各化學(xué)成分在前3 個主成分的分布狀況，圖2-a 可知，大部分化學(xué)成分處于一、四象限，由圖2-b 可知，不同化學(xué)成分在前3 個主成分上的分布存在顯著差異。綜合表3 和圖2，可選擇在第1、第2 主成分綜合表現(xiàn)突出的化學(xué)成分作為代表進(jìn)行精油分析。因此，β-水芹烯、白千層烯、白千層醇、香橙烯、對花傘烴、γ-松油烯和4-松油醇、α-側(cè)柏烯、α-蒎烯、藍(lán)桉醇、α-松油醇、1,8-桉葉素和檸檬烯，這13 種化學(xué)成分可作為精油的代表性化學(xué)成分。

圖 2 20 種化學(xué)成分的主成分散點圖Fig. 2 PCA biplot for 20 chemical components in essential oil ofM. alternifoliaplant

表 3 主成分載荷矩陣Table 3 Loading matrix of principal components

3 討論與結(jié)論

澳洲茶樹含有多種化學(xué)成分，根據(jù)成分及含量的不同，澳洲茶樹可分為多種生化類型。Laura[16]共發(fā)現(xiàn)了6 種澳洲茶樹的生化類型。引種中國后，不同研究者對不同單株進(jìn)行測定，結(jié)果大不相同，分別發(fā)現(xiàn)了桉葉素型、桉葉素-異松油烯型[17]、4-松油醇型[18]、桉葉素-松油醇型和γ-松油烯型[19]。本研究通過比較澳洲茶樹不同部位化學(xué)成分差異發(fā)現(xiàn)，盡管各部位精油的化學(xué)成分含量差別較大，但不同部位的茶樹精油化學(xué)成分均以4-松油醇含量最高，均≥30%，且顯著高于其他物質(zhì)，而且1,8-桉葉素含量極低，均≤10%，依據(jù)茶樹精油（4-松油醇型）的國家標(biāo)準(zhǔn)[20]，本研究的澳洲茶樹屬于4-松油醇型。

4-松油醇、1,8-桉葉素和α-松油烯是茶樹精油的主要抑菌成分[21?22]。但1,8-桉葉素容易引起皮膚過敏，還具有致癌和生殖毒性[23]，α-松油烯對空氣和光等較為敏感，暴露于空氣中易氧化分解，形成致敏物對異丙基甲苯和1,4-過氧對孟烯，刺激皮膚導(dǎo)致不適[24]，為避免茶樹精油使用出現(xiàn)上述問題，我國通常以1,8-桉油素和4-松油醇作為評價茶樹精油品質(zhì)的指標(biāo)（1,8-桉油素的含量應(yīng)在10%以下，而4-松油醇應(yīng)不少于30%），其中4-松油醇含量越高，精油品質(zhì)越好[25]。本研究中澳洲茶樹4 個不同部位中1,8-桉葉素含量極低（1.04%～1.36%），均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但莖干精油中4-松油醇含量僅為15.59%，不符合高品質(zhì)茶樹精油的標(biāo)準(zhǔn)，而且莖干的提油率也顯著低于其他3 個部位，因此，為保證精油的品質(zhì)，選擇嫩葉、老葉和枝條作為原材料提油更佳。

在分析澳洲茶樹精油含量變化規(guī)律時，對所有成分均進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)量較大，故學(xué)者一般僅選擇幾種成分進(jìn)行分析[10]，但隨機選擇的成分可能會由于不具代表性而影響實際結(jié)果的準(zhǔn)確性。主成分分析法是通過降維處理，將多個變量整合成少數(shù)幾個綜合變量，盡可能多地反映原有變量信息的統(tǒng)計分析方法，該方法能夠化繁為簡，避免主觀隨意性，已得到廣泛應(yīng)用[26?27]。本研究通過主成分分析，提取了13 種化學(xué)成分，基本可以代表所有化學(xué)成分的信息。

綜上所述，供試澳洲茶樹屬于4-松油醇型，為提高得油率和精油品質(zhì)，在采收澳洲茶樹時最好選擇嫩葉、老葉和枝條作為材料進(jìn)行提油，在進(jìn)行澳洲茶樹精油成分含量差異分析時，為簡化分析內(nèi)容，可選取β-水芹烯、白千層烯、白千層醇、香橙烯、對花傘烴、γ-松油烯和4-松油醇、α-側(cè)柏烯、α-蒎烯、藍(lán)桉醇、α-松油醇、1,8-桉葉素和檸檬烯這13 種化學(xué)成分作為代表性特征化學(xué)成分，基本可以代表精油化學(xué)成分的信息。