廣西樟樹精油的主成分分析及其化學型的研究

黃 艷，莫建光，周 翔

(廣西分析測試研究中心，廣西南寧 530022)

樟樹(Cinnamomum camphora(L.)Presl)是樟科樟屬植物中經濟價值較高的樹種之一［1］，高達30m，葉近革質，互生，橢圓或卵狀橢圓形［2］。樟樹在我國資源豐富，主要分布在長江流域以南及臺灣、廣西、海南島、福建、廣東等地。樟樹的樹干、樹兜、樹根及枝葉都含有精油，伴隨植物化學和化學工業的發展，樟樹精油的化學成分被研究的越來越深入，科研工作者們不斷發現新的化學成分以及新的用途，將其應用于香料、農藥、礦業、國防、化工等行業［3］。隨著長期國內外科研工作者對樟樹精油的開發和利用，人們對其的認識不斷提高，蔡憲元，劉銀荀等人對江西、云南、湖北、四川、廣東和福建等主要樟樹分布區域樟樹中所含的精油進行了提取測定，并利用儀器分析的方法鑒定其化學成分，對這些區域樟樹精油的化學型進行了研究劃分。目前，我國專家學者對樟樹化學型的研究劃分共有芳樟醇型、樟腦型、桉葉油素型、橙花叔醇型、黃樟油素型、檸檬醛型、龍腦型以及一些混合型等八種類型［4－5］。雖然國內外對樟樹精油化學成分和化學型研究較多，但是很少有對廣西地區樟樹的化學型進行系統化研究與分類的報道。本研究主要是對廣西不同產地的樟樹枝葉精油進行主成分分析和聚類分析，明確廣西樟樹分布區樟樹的化學類型，為廣西樟樹資源的開發應用提供依據并為樟樹精油的質量評價和分類提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

樟樹葉 選取廣西樟樹生長密集且具有代表性的六個樟樹自然分布區(融水、鹿寨、大桂山、馬山、上林及南寧)共64株進行采樣分析。

GC－MS氣相色譜－質譜聯用儀(DSQⅡ質譜檢測器;DB－5MS石英毛細管色譜柱(30m×0.25mm×0.25μm) 美國Thermo Frace公司;電加熱套、揮發油提取器 天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樟樹精油的提取 將采集到的樟樹枝葉原料剪碎，粉碎至2～4mm，稱取100g放入圓底燒瓶內，加蒸餾水及數枚玻璃珠，運用水蒸氣蒸餾法提取精油。蒸餾約3h后停止加熱，靜置至油水分離，取上層的淡黃色油層即為樟樹精油［6－8］。

1.2.2 GC－MS測定條件 氣相色譜條件:進樣口溫度230℃;載氣為高純氦氣，載氣流量為1.0mL/min;柱溫:程序升溫60～280℃，初始溫度60℃保持2min，以3℃/min升至180℃，再以20℃/min升至280℃，溶劑延遲2.15min;進樣量:0.2μL;不分流。

質譜條件:質譜接口溫度:250℃;電離方式:EI;電子能量:70eV;離子源溫度:200℃;掃描范圍:40～1000m/z［9－11］。

1.2.3 分析方法 通過保留時間和質譜數據，利用NIST(2005)質譜庫對質譜圖進行檢索并參考相關質譜資料對精油的化學成分進行鑒定［12－13］。利用主成分分析、聚類分析法和SPSS15.0統計分析軟件對64份樟樹精油樣品的化學成分進行綜合分析［7，14－15］。

2 結果與討論

2.1 廣西樟樹精油的主成分分析

根據GC－MS結果分析，64份樟樹枝葉精油共鑒定出56個化學成分［16］，選取相對平均含量較高的15種成分進行主成分分析，分別是α－蒎烯、莰烯、β－水芹烯、月桂烯、β－蒎烯、α－水芹烯、桉葉油素、γ－松油烯、芳樟醇、樟腦、4－萜烯醇、α－松油醇、反式石竹烯、α－葎草烯、橙花叔醇，所選取的15種成分平均相對含量總和占精油總化學成分含量的94.23%。通過Kaiser－Meyer－Olkin(KMO)統計量及 Bartlett’s球形檢驗結果顯示，所選成分適合進行主成分分析。

應用SPSS統計軟件中的描述性分析(Descriptives)對原始數據進行標準化處理并通過計算原始變量的相關系數矩陣旋轉后進行主成分分析(表1)。

各主成分間載荷系數相差不大，經旋轉后各載荷系數明顯極化，第一主成分中主要起作用的是α－蒎烯和4－萜烯醇，第二主成分中主要起作用的是橙花叔醇和α－葎草烯，第三主成分中主要起作用的是α－松油醇和桉葉油素，第四主成分中主要起作用的是樟腦和芳樟醇，第五主成分中主要起作用的是月桂烯(表1)。

2.2 廣西樟樹精油化學型的聚類分析

研究選取主成分分析中五個成分的得分進行64份樣品的聚類分析(即Q型聚類)，并選擇歐氏距離平方和法，離差平方和法聚類分析廣西不同化學類型的樟樹精油。結果表明以Num=22作為分類標準，可將64份樟樹精油樣品分為5個化學類型，聚類結果可反映出每個觀測量的主要成分，這五類化學型的特征成分均在主成分分析中為主要起作用成分，表明聚類分析結果完好的對應了主成分分析結果。表明了聚類分析的合理性、科學性和正確性(表2)。

第一類為芳樟醇型樟樹，簡稱芳樟，特征成分為芳樟醇，結果中包括24份樟樹枝葉精油樣品，占測試樣品的37.5%。24份樣品中芳樟醇的平均含量為89.75%，最高含量為96.82%，最低含量為80.88%。表明芳樟醇型為廣西樟樹的主要化學類型，且芳樟醇含量高，有助于進一步選出優良單株，進行組培繁殖，大批量生產天然芳樟醇香料。

第二類為橙花叔醇型樟樹，特征成分為橙花叔醇，結果中包括7份樟樹精油樣品，占測試樣品的10.94%。其平均相對含量為65.04%。最高含量為67.49%，最低含量為63.17%，變異系數為2.57%，表明廣西橙花叔醇型的樟樹精油中，橙花叔醇含量穩定，變異性不大，可穩定產出。

表1 SPSS統計軟件分析主成分Table1 Analysis of main component by statistical software SPSS

表2 64份廣西樟樹精油樣品聚類結果Table2 The results of hierarchical cluster of 64 samples

續表

第三類為桉葉油素型樟樹，在前人的分類中簡稱有油樟、桉樟，特征成分為桉葉油素，結果中包括8份樟樹精油樣品，占測試樣品的12.5%。其平均相對含量為44.18%，最高含量為54.39%，最低含量為28.34%。

第四類為樟腦型樟樹，簡稱腦樟，特征成分為樟腦，結果中包括9份樟樹精油樣品，占測試樣品的14.06%。其平均相對含量為89.28%，最高含量為95.06%，最低含量為76.36%。表明廣西樟腦型樟樹中樟腦含量較高，平均含量接近90%，也可進一步選出優良單株，對樟腦組分分離純化，進行產業化生產。

第五類為蒎烯－萜烯醇型樟樹，為混合型的一種，特征成分為α－蒎烯和4－萜烯醇，這兩種成分伴隨出現，結果中包括16份樟樹精油樣品，占測試樣品的25%。其中 α－蒎烯的平均相對含量為32.74%，最高為36.75%，最低為30.13%;4－萜烯醇的平均相對含量為25.34%，最高為30.01%，最低為15.88%。

2.3 討論

雖然劉虹［17］等在20世紀90年代初對廣西樟樹進行了初步化學型分類，但其僅是對GC－MS測定得到的廣西樟樹枝葉精油的主要化學成分進行評價的結果，這種分類不夠科學精確。而主成分分析法與聚類分析法是有嚴格的數學推導公式與計算過程的一種縝密的科學分析方法，能夠定量地精確描述眾多變量間數量關系，使其關系清楚，便于理解，結果更加科學精確。本實驗對廣西地區樟樹的化學型分類更為科學系統，并且實驗結果與其對廣西樟樹化學型分類結果相似，都檢測出了芳樟醇型、樟腦型、桉葉油素型和橙花叔醇型，不同之處在于其第五種類型萜烯－松油醇型在本實驗中未檢出，原因可能是由于主成分分析與聚類分析結果較其分類更科學精確，也可能是本實驗采樣的局限性導致可能存在的化學型未被檢出。但是實驗檢測到其未在廣西樟樹中檢測出的蒎烯－萜烯醇型，發現α－蒎烯和4－萜烯醇含量高的單株樹種，為廣西樟樹研究提供了更多的科學數據與理論支持，更進一步提高了廣西樟樹精油的特色性，為進一步對廣西樟樹的深入研究打好鋪墊。

3 結論

通過對64份廣西不同產地樟樹枝葉精油樣品的主成分分析，提取出五個主成分包含了原樣本83.141%的信息量，通過這五個主成分評價了原15個主要化學成分間的相關變化。第一主成分中主要起作用的是α－蒎烯和4－萜烯醇，第二主成分中主要起作用的是橙花叔醇和α－葎草烯，第三主成分中主要起作用的是α－松油醇和桉葉油素，第四主成分中主要起作用的是樟腦和芳樟醇，第五主成分中主要起作用的是月桂烯。

利用五個主成分的得分值進行聚類分析，并結合GC－MS分析結果，選取了歐氏距離平方距離測度法和離差平方和聚類方法進行分析，結果表明，當聚類水平為22時，每類中各個觀測量的主成分明顯且一致，因此將廣西樟樹分為五種化學類型:芳樟醇型、橙花叔醇型、桉葉油素型、樟腦型和蒎烯－萜烯醇型。其中芳樟醇型分布最廣泛，芳樟醇含量占絕對優勢，有助于進一步選取優良單株，進行工業化生產，為廣西帶來更大的經濟效益和社會效益。

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