奇楠沉香與普通沉香分泌物特性及抑菌活性比較*

胡澤坤 陳 媛 晏婷婷 李改云

（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所 北京 100091）

沉香指沉香屬（Aquilariaspp.）樹木生長(zhǎng)過(guò)程中形成的由木質(zhì)部組織及其分泌物共同組成的天然混合物質(zhì)，是一種中藥材，也是一種高附加值林產(chǎn)品，且眾多天然活性成分的存在使其成為一種名貴香料（Bardenet al.，2000）。天然沉香資源匱乏，我國(guó)自20世紀(jì)末開始大規(guī)模栽培白木香（Aquilaria sinensis），白木香是我國(guó)沉香的唯一植物來(lái)源，主產(chǎn)于海南、廣東、廣西等?。▍^(qū)），為我國(guó)特有的珍貴藥源植物，現(xiàn)已被列為國(guó)家二級(jí)瀕危保護(hù)植物。白木香樹莖干在未受傷情況下不會(huì)結(jié)香，只有經(jīng)雷劈、刀砍、蟲蛀、腐病等自然或人為傷害后，沉香樹出于自身的愈傷機(jī)制，才會(huì)分泌出特殊的樹脂來(lái)保護(hù)自己，即形成沉香樹脂，但多數(shù)白木香樹經(jīng)刺激后存在產(chǎn)香時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)香量低等問(wèn)題。近年來(lái)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，將從白木香中選育的易結(jié)香品種嫁接于普通白木香砧木上繁育的苗木，可將結(jié)香樹齡由普通白木香的6～7 年縮短至3 年左右，結(jié)香1 年后分泌物極其豐富，由其形成的沉香被稱為奇楠沉香（王軍等，2019），目前該品種易產(chǎn)生分泌物的原因尚不清楚。

作為名貴熏香香料之一，沉香燃燒后可產(chǎn)生令人愉悅的香氣，不僅具有凈化空氣效果，而且具有藥理效應(yīng)，沉香熏香療法能夠有效改善失眠障礙，并兼鎮(zhèn)靜、抗焦慮和抗抑郁的作用（Kaoet al.，2021；Donget al.，2022）。沉香熏香過(guò)程中，點(diǎn)燃后的溫度高達(dá)500 ℃（Niebleret al.，2015），目前關(guān)于沉香煙氣成分的研究主要是對(duì)普通沉香特定溫度下（150～210 ℃）揮發(fā)性成分的分析（Ishiharaet al.，1993；Kaoet al.，2018），對(duì)普通沉香和奇楠沉香點(diǎn)燃后產(chǎn)生煙氣的化學(xué)成分研究不足，且對(duì)2 種沉香燃香煙氣的抑菌效果尚未見報(bào)道。

鑒于此，本研究比較奇楠沉香與普通沉香分泌物分布及其主要化學(xué)成分種類和相對(duì)含量差異，通過(guò)抑菌活性試驗(yàn)分析2 種沉香燃香煙氣抑菌效果，以期為奇楠沉香的品質(zhì)評(píng)價(jià)與合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

隨機(jī)選取10 批次奇楠沉香（廣東省，Q1～10）和9批次刀砍法普通沉香（廣東省，A1～9）樣品，所有樣品經(jīng)中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所鑒定為瑞香科（Thymelaeaceae）沉香屬，憑證保存于中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所。樣品信息見表1。

表1 樣品信息Tab. 1 Sample information

1.2 研究方法

1.2.1 乙醇提取物含量與木材解剖構(gòu)造 參照國(guó)家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《沉香》（LY/T 2904—2017）測(cè)定樣品乙醇提取物含量，以表征2 種沉香分泌物含量差異；采用顯微切片法比較2 種沉香分泌物分布，首先利用輪轉(zhuǎn)式切片機(jī)（科迪，KD226）制備厚15 μm 橫切面切片，對(duì)切片進(jìn)行脫水、封片處理，然后將切片置于光學(xué)顯微鏡（明美，ML31-P）下觀察沉香分泌物分布，并應(yīng)用PS 軟件計(jì)算2 種沉香樣品內(nèi)含韌皮部和木射線薄壁細(xì)胞組織比量，以分析2 種沉香分泌物分布和含量差異。

1.2.2 分泌物主要化學(xué)成分分析 倍半萜類化合物基于NIST 14 數(shù)據(jù)庫(kù)、MS 信息和保留時(shí)間確定（陳媛等，2018），色酮類化合物參照文獻(xiàn)（Meiet al.，2013；Yanet al.，2019；Yanget al.，2021）進(jìn)行定性分析，沉香四醇通過(guò)對(duì)照品并結(jié)合文獻(xiàn)（Yanet al.，2019）進(jìn)行鑒定。

1.2.3 線香制備與燃香煙氣成分測(cè)定 利用研磨粉碎機(jī)粉碎19 批次樣品（Q1～10、A1～9）并過(guò)180 目篩。為消除個(gè)體樣品引起的誤差，將10 批次奇楠沉香樣品（Q1～10）粉末等量混合制備奇楠沉香線香，將9 批次普通沉香樣品（A1～9）粉末等量混合制備普通沉香線香。按照樣品粉末：榆木粉：助燃劑（KNO3）=100∶48∶3 的比例，加入適量蒸餾水制成線香（約Ф2 mm×200 mm），陰干72 h 備用。

點(diǎn)燃線香，用20 mL 頂空瓶采集煙氣，時(shí)間20 s。采集樣品于70 ℃水浴中平衡20 min，采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS 纖維頭萃取20 min。GC 升溫程序：起始溫度50 ℃，保持1 min；以2 ℃·min-1升溫至150 ℃，保持5 min；以2 ℃·min-1升溫至250 ℃，保持1 min。MS 條件：參照文獻(xiàn)（陳媛等，2018），并采用同一程序?qū)φ龢?gòu)烷烴混標(biāo)（C9-C40）對(duì)照品進(jìn)行分析。

1.2.4 線香燃香煙氣抑菌效果測(cè)定 參照《消毒技術(shù)規(guī)范》中“空氣消毒效果鑒定試驗(yàn)”（衛(wèi)生部衛(wèi)生法制與監(jiān)督司，2002）進(jìn)行線香樣品空氣中自然菌消亡測(cè)試。將4 支線香樣品于試驗(yàn)艙（1.0 m×1.0 m×1.0 m）內(nèi)點(diǎn)燃，90 min 后用篩孔撞擊式六級(jí)空氣微生物采樣器（JWL-6）以28.3 L·min-1的抽風(fēng)量采集樣品，時(shí)間5 min，采集樣品進(jìn)行活菌培養(yǎng)計(jì)數(shù)，試驗(yàn)重復(fù)3 次。

參照《消毒技術(shù)規(guī)范》中“空氣消毒效果鑒定試驗(yàn)”（衛(wèi)生部衛(wèi)生法制與監(jiān)督司，2002）進(jìn)行線香樣品空氣抑菌效果測(cè)定。大腸桿菌（Escherichia coil）8099、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）ATCC 6538、銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC 9027由廣東省微生物研究所提供。取以上菌株配制成菌懸液，噴灑2 個(gè)大小相同的試驗(yàn)柜（1.0 m×1.0 m×1.0 m），一個(gè)作為試驗(yàn)組，一個(gè)作為對(duì)照組，含菌量2.3×106～4.4×106cfu·m-3。將4 支線香樣品于試驗(yàn)組的試驗(yàn)柜內(nèi)點(diǎn)燃，對(duì)照組不點(diǎn)香，120 min 后用液體撞擊式微生物氣溶膠采樣器以11 L·min-1的流量采集樣品，時(shí)間2 min，采集樣品進(jìn)行活菌培養(yǎng)計(jì)數(shù)，試驗(yàn)重復(fù)3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 分泌物及微觀解剖構(gòu)造特性

乙醇提取物含量既是沉香質(zhì)量評(píng)價(jià)和分級(jí)的重要指標(biāo)，也是表征沉香分泌物含量的重要方式。10 批次奇楠沉香樣品乙醇提取物含量在33.2%～53.1%之間，平均含量為43.1%，9 批次普通沉香乙醇提取物含量在15.6%～29.4%之間，平均含量為22.5%，奇楠沉香分泌物含量明顯高于普通沉香。

從奇楠沉香與普通沉香的橫截面微觀結(jié)構(gòu)（圖1）可以看出，2 種沉香分泌物主要分布在內(nèi)含韌皮部和木射線薄壁細(xì)胞，奇楠沉香內(nèi)含韌皮部和木射線薄壁細(xì)胞的組織比量分別為26.4%±5.1%和13.2%±3.5%，普通沉香內(nèi)含韌皮部和木射線薄壁細(xì)胞的組織比量分別為15.2%±4.4%和4.5%±1.2%，奇楠沉香中2 種結(jié)構(gòu)的組織比量大于普通沉香。內(nèi)含韌皮部均勻分布在組織中，含有豐富的有機(jī)物，是沉香結(jié)香的主要部位，其受到外界刺激后能夠產(chǎn)生分泌物，分泌物累積在內(nèi)含韌皮部并通過(guò)橫向運(yùn)輸廣泛分布于木射線薄壁細(xì)胞中（Raoet al.，1992）。奇楠沉香相比普通沉香內(nèi)含韌皮部和木射線薄壁細(xì)胞的組織比量大，為奇楠沉香受到外界刺激后產(chǎn)生的分泌物提供更多空間，有利于分泌物累積。內(nèi)含韌皮部組織比量越大，其內(nèi)積累的儲(chǔ)存物質(zhì)淀粉粒越多，當(dāng)受到外界刺激后，將會(huì)有更多淀粉粒轉(zhuǎn)換為次生代謝產(chǎn)物，故分泌物含量也就越多，這可能是奇楠沉香相比普通沉香分泌物含量高的重要原因之一。

圖1 奇楠沉香與普通沉香的外觀形貌及橫切面微觀構(gòu)造Fig. 1 Appearance morphology and cross section microstructure of Qi-Nan agarwood and ordinary agarwood

2.2 分泌物主要化學(xué)成分

奇楠沉香與普通沉香分泌物的GC-MS 總離子流圖見圖2，主要化學(xué)成分見表2，2 種沉香分泌物主要化學(xué)成分均為倍半萜類化合物及色酮類化合物。

圖2 奇楠沉香與普通沉香的GC-MS 總離子流圖Fig. 2 The GC-MS total ion chromatographs of Qi-Nan agarwood and ordinary agarwood

表2 奇楠沉香與普通沉香分泌物的主要化學(xué)成分①Tab. 2 The main chemical composition of Qi-Nan agarwood and ordinary agarwood

倍半萜類化合物主要出現(xiàn)在保留時(shí)間15～55 min，奇楠沉香與普通沉香分泌物中倍半萜類化合物存在大量共有物質(zhì)，包括α-檀香醛、沉香螺旋醇、α-乙酸闊葉纈草醇酯和纈草烯醛等。倍半萜類化合物既是沉香藥理作用的重要來(lái)源，也是沉香香氣物質(zhì)的重要組成，如沉香螺旋醇具有稍帶辛香的杉木香味，其藥理作用包括陣痛、鎮(zhèn)靜和抑制中樞神經(jīng)等（Okugawaet al.，1996；楊德蘭等，2014）。色酮類化合物主要出現(xiàn)在保留時(shí)間55～95 min，奇楠沉香分泌物中色酮類化合物種類簡(jiǎn)單，以2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮為主；普通沉香分泌物中色酮類化合物種類豐富，在保留時(shí)間67～95 min 出現(xiàn)大量2-(2-苯乙基)色酮類化合物，包括6,7-二甲氧基-2-(2-苯乙基)色酮、6-羥基-8-氯-2-(2-苯乙基)色酮和沉香四醇等。Yu 等（2021）利用超高效液相色譜-四極桿高分辨飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀研究發(fā)現(xiàn)，奇楠沉香分泌物中色酮均屬于Flidersia 型2-(2-苯乙基)色酮，普通沉香分泌物中除含有Flidersia 型2-(2-苯乙基)色酮外，還存在5,6,7,8-四氫-2-(2-苯乙基)色酮類化合物、5,6-環(huán)氧-2-(2-苯乙基)色酮類化合物以及5,6,7,8-二環(huán)氧-2-(2-苯乙基)色酮類化合物，該結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明普通沉香分泌物中色酮類化合物種類較奇楠沉香豐富。

奇楠沉香與普通沉香分泌物中倍半萜類化合物和色酮類化合物的相對(duì)含量存在差異，普通沉香分泌物中倍半萜類化合物的相對(duì)含量近50%，奇楠沉香分泌物中倍半萜類化合物的相對(duì)含量?jī)H14.6%，普通沉香分泌物中倍半萜類化合物的相對(duì)含量約為奇楠沉香的3.4 倍。普通沉香分泌物中倍半萜類化合物纈草烯醛、α-木香醛、異海松醛3 種化合物的相對(duì)含量均大于5.5%，相對(duì)含量之和為19.05%，三者在奇楠沉香分泌物中僅檢測(cè)到纈草烯醛，且相對(duì)含量?jī)H0.11%。此外，奇楠沉香分泌物中色酮類化合物的相對(duì)含量為78.4%，普通沉香分泌物中色酮類化合物的相對(duì)含量為50.9%。奇楠沉香分泌物中2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮2 種化合物的相對(duì)含量之和達(dá)77.3%，普通沉香僅1.5%，普通沉香分泌物色酮類成分中相對(duì)含量最大的是6,7-二甲氧基-2-(2-苯乙基)色酮（6.33%）。2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮在高品質(zhì)沉香中大量存在，2 種化合物的相對(duì)含量之和是沉香質(zhì)量分級(jí)的重要依據(jù)（付躍進(jìn)等，2020；楊德蘭等，2014），因此，2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮可作為奇楠沉香區(qū)別于普通沉香的重要化學(xué)特征。

化學(xué)型是植物眾多種內(nèi)變異的一種，其在外在形態(tài)上無(wú)顯著差異，只是在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的新陳代謝機(jī)制上有所不同，導(dǎo)致合成累積的次生代謝產(chǎn)物差別，包括化學(xué)成分含量、組成等（余麗，2021），由此可見，奇楠沉香與普通沉香是由2 種不同化學(xué)型白木香結(jié)香形成的。

2.3 燃香煙氣成分分析

奇楠沉香與普通沉香線香燃香煙氣成分的GCMS 圖譜見圖3，定性結(jié)果見表3。2 種沉香線香燃燒后的煙氣成分包括芳香族化合物、倍半萜類化合物以及色酮類化合物；與分泌物主要化學(xué)成分相比，煙氣成分含有大量芳香族化合物，且部分芳香族化合物結(jié)構(gòu)與色酮部分結(jié)構(gòu)類似，如對(duì)甲氧基苯甲醛、色酮、2-甲基色酮等。Hashimoto 等（1985）研究發(fā)現(xiàn)，2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮150 ℃下加熱6 h 可裂解產(chǎn)生對(duì)甲氧基苯甲醛，推測(cè)本研究部分芳香族化合物由色酮類化合物高溫裂解產(chǎn)生。此外，糠醛、糠醇等芳香族化合物由木材裂解產(chǎn)生（Takamatsuet al.，2018；Uchinoet al.，1998）?？紤]到倍半萜類化合物具有較高熱穩(wěn)定性（Uchinoet al.，1998），故在燃香時(shí)部分倍半萜類化合物仍以原有形式揮發(fā)至空氣中。奇楠沉香燃香煙氣中檢測(cè)到大量2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮，主要是因?yàn)槠骈料惴置谖镏? 種色酮含量極高，燃燒過(guò)程中未完全裂解所致。2 種沉香煙氣成分來(lái)源復(fù)雜，主要由分泌物中的揮發(fā)性物質(zhì)、分泌物裂解產(chǎn)物和木材裂解產(chǎn)物組成，這也是沉香熏香香味無(wú)法人工合成的重要原因。

圖3 奇楠沉香與普通沉香線香燃香煙氣成分的GC-MS 圖譜Fig. 3 The GC-MS chromatographs of smoke generated by Qi-Nan agarwood and ordinary agarwood sticks when burned

表3 沉香線香燃燒煙氣成分①Tab. 3 The smoke composition of agarwood sticks when burned

觀察奇楠沉香與普通沉香線香燃燒過(guò)程發(fā)現(xiàn)，奇楠沉香燃燒時(shí)煙氣質(zhì)量濃度較普通沉香大，通過(guò)煙氣成分GC-MS 圖譜總峰面積結(jié)果也證實(shí)奇楠沉香（總峰面積2.2×108）線香燃燒后的煙氣含量大于普通沉香（總峰面積1.8×107），這可能是奇楠沉香自身分泌物含量較高導(dǎo)致，同時(shí)也與奇楠沉香分泌物中大量2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮在燃燒過(guò)程中未完全裂解仍大量存在于煙氣成分中有關(guān)。奇楠沉香與普通沉香煙氣成分中芳香族化合物和倍半萜類化合物種類相近，二者主要差異體現(xiàn)在色酮類化合物上，奇楠沉香煙氣中2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮的相對(duì)含量之和達(dá)77.67%，但普通沉香煙氣中僅檢測(cè)到少量2-(2-苯乙基)色酮，這與2 種沉香本身分泌物的化學(xué)成分差異密切相關(guān)。

2.4 線香煙氣成分抑菌活性分析

由圖4 可知，奇楠沉香與普通沉香線香燃燒產(chǎn)生的煙氣對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌3 種常見致病菌具有顯著抑菌活性，細(xì)菌殺滅率均可達(dá)99%，且二者無(wú)明顯差異。分析其原因，一是奇楠沉香與普通沉香線香燃燒產(chǎn)生的煙氣中均包含對(duì)甲氧基苯甲醛、乙酸等物質(zhì)，對(duì)甲氧基苯甲醛具有很強(qiáng)抗菌活性，且抗菌譜廣，其在較低質(zhì)量濃度下即能發(fā)揮抑制金黃色葡萄球菌的作用（Gutiérrezet al.，1994），乙酸對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌也具有抑制作用（張冠楠，2016；孫克勤等，2020）。此外，沉香分泌物中倍半萜類化合物以及2-(2-苯乙基)色酮類化合物具有抑菌活性，是沉香的主要生物活性物質(zhì)（Liet al.，2014；2016）。本研究表明，奇楠沉香與普通沉香燃香煙氣成分中2-(2-苯乙基)色酮與2-[2-(4-甲氧基)苯乙基] 色酮含量存在顯著差異，但二者對(duì)上述3 種常見致病菌的抑菌活性無(wú)明顯差異，結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮對(duì)金黃色葡萄球菌無(wú)明顯抑制作用（Liet al.，2014），推斷奇楠沉香與普通沉香線香燃香后具有抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的主要活性物質(zhì)應(yīng)為芳香族化合物和倍半萜類化合物。

圖4 線香燃燒產(chǎn)生煙氣的細(xì)菌殺滅率Fig. 4 The killing rate of bcateria in the smoke produced by incense sticks when burned

空氣中細(xì)菌微生物在空間內(nèi)孳生、繁殖后污染空氣，引起疾病，對(duì)空氣質(zhì)量、人體健康以及公共衛(wèi)生安全會(huì)產(chǎn)生巨大影響。本研究測(cè)定2 種沉香線香燃香煙氣成分對(duì)空氣中自然菌的抑菌效果發(fā)現(xiàn)，奇楠沉香線香燃香煙氣對(duì)空氣中自然菌的殺滅率高達(dá)96.3%，普通沉香線香為93.1%，奇楠沉香線香燃香煙氣對(duì)空氣中自然菌的抑菌效果略優(yōu)于普通沉香，推測(cè)可能與奇楠沉香線香燃香煙氣中含有大量2-(2-苯乙基)色酮類化合物有關(guān)。

3 結(jié)論

奇楠沉香與普通沉香由2 種不同化學(xué)型白木香結(jié)香形成，二者分泌物特性存在顯著差異。奇楠沉香分泌物含量顯著高于普通沉香，且奇楠沉香內(nèi)含韌皮部和木射線薄壁細(xì)胞的組織比量顯著高于普通沉香。2 種沉香分泌物化學(xué)成分差異主要體現(xiàn)在色酮類化合物上，奇楠沉香分泌物中2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮相對(duì)含量之和達(dá)77.3%，普通沉香僅1.5%。分泌物化學(xué)成分差異使得2 種沉香線香燃燒后煙氣成分的組成和含量存在顯著差異，奇楠沉香線香燃香煙氣中含有大量2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮。奇楠沉香與普通沉香線香燃燒產(chǎn)生的煙氣對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌3 種常見致病菌具有顯著抑菌活性，細(xì)菌殺滅率均可達(dá)99%，但奇楠沉香燃香煙氣對(duì)空氣中自然菌的抑菌效果略優(yōu)于普通沉香。