3種人工結香方法所得沉香揮發性成分的SPME/GC-MS分析

張靜斐，吳惠勤，黃曉蘭,林曉珊，馬艷芳,侯思潤

(1.廣東省測試分析研究所，廣東省分析測試技術公共實驗室，廣東 廣州 510070；2.中國科學院廣州化學研究所，廣東 廣州 510650；3.中國科學院大學，北京 100049)

沉香為瑞香科植物沉香或白木香含有黑色樹脂的木質部分[1-5]，前者主產于印度和馬來西亞等地，被稱為進口沉香，后者主產于廣東、廣西、海南等省被稱為國產沉香。沉香為我國傳統中藥，其味辛、性微溫，具行氣止痛、溫中止嘔的功效。一般來講，白木香樹本身不會自然產生沉香[6]，而是在受到外界傷害為了自我保護而分泌樹脂來隔離傷口。當樹脂被真菌侵入寄生，在菌體內物質酶的作用下，使樹木薄壁細胞儲存的淀粉產生一系列變化形成香脂，經年累月后，凝聚的香脂與木質纖維的融合物即為沉香。由于白木香樹傳統結香方法周期長[7]，導致其價格高昂，供不應求。為了滿足對沉香的需求，人們嘗試用人工方法生成沉香[8]。根據結香誘導物質的不同，人工結香方法可分為：①物理傷害結香法[9]；②化學傷害結香法[10]；③生物結香法[6]。本文分別對物理(火鉆法)、化學以及生物3種結香方法所得沉香進行分析。

國內外學者研究發現，沉香主要成分為木脂素類、色酮類等難揮發性成分[11]以及脂肪酸、倍半萜類、芳香族類等揮發性成分[12]。前人對于國產沉香揮發性成分的報道大多是通過乙醚超聲法[13]、氯仿冷浸法[6]、乙醇熱回流法[14]、水蒸氣蒸餾法[15]獲得并進行檢測，以上方法均有較多局限性，如材料用量大、消耗大量時間、人力，有機溶劑易帶入雜質，受熱導致熱不穩定成分分解等。本文在前期研究[16]的基礎上采用SPME/GC-MS對3種人工結香方法進行分析，以沉香的特征性成分為指標對其品質進行評價，對結香方法的優劣提出科學評價，并與前期所研究的天然沉香品質進行比較。

1 實驗部分

1.1 儀器裝置與樣品

1.1.1實驗裝置Agilent 6890 GC/5973i MS氣相色譜-質譜聯用儀(美國安捷倫公司)；色譜柱為AB-5彈性石英毛細管(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；NACC-1固相微萃取頭(廣東省測試分析研究所自主研發)。

1.1.2實驗樣品本實驗采用了6批人工結香的樣品，均為國產沉香，分別為生物結香PR1、PR2，化學結香C1、C2，物理結香(火鉆法)F1、F2。其中火鉆法所得的沉香樹體不僅有孔，而且會有灼燒的痕跡；化學結香方法所得的沉香樹體上會有輸液時所鉆小孔，且樹體會有腐爛。

1.2 SPME法富集沉香揮發性成分

取0.10 g樣品于20 mL帶有聚四氟乙烯密封塞的頂空瓶中，密封，將帶有NACC-1萃取頭的固相微萃取針穿過密封塞插入頂空瓶中，推出NACC-1萃取頭(萃取頭距樣品表面約1 cm)，于70 ℃下萃取40 min，取出固相微萃取針迅速插入氣相色譜進樣口中，在250 ℃下解吸10 min，GC-MS測定微量成分。

1.3 氣相色譜-質譜測定條件

1.3.1GC條件色譜柱：AB-5彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣：He(99.999%)；柱流量：0.7 mL/min，恒流；不分流進樣；進樣口溫度：250 ℃；柱初溫120 ℃，程序升溫：以4 ℃/min升至240 ℃，保留2.7 min，運行時間32.7 min。固相微萃取的解吸時間為10 min。

1.3.2MS條件離子源：EI離子源；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；色譜-質譜連接口溫度：280 ℃；電子能量：70 eV；電子倍增器電壓：在自動調諧基礎上加200 V；掃描方式：SCAN，掃描范圍m/z33～550 u。

1.4 GC-MS測定

將富集了沉香揮發性成分的固相微萃取針頭迅速插入氣相色譜進樣口，經氣相色譜分離后，質譜測定，全掃描方式記錄總離子流色譜圖(TIC)，以質譜鑒定各色譜峰的化學成分，用峰面積歸一化法確定相對含量。

2 結果與討論

2.1 沉香化學成分的SPME/GC-MS鑒定

3種不同結香方法所得沉香的TIC見圖1，各色譜峰對應的質譜圖經人工解析譜圖及計算機譜庫檢索確定其化學成分，共鑒定出77種主要成分，其中生物結香(PR生物結香液)方法所得沉香PR1和PR2分別鑒定出45種、46種，化學方法所得沉香C1和C2分別鑒定出33種、42種,火鉆法所得沉香F1和F2分別鑒定出40種、39種。對質譜圖進行分析比較，發現生物結香方法所得沉香的色譜圖和天然沉香的相似度最高。用面積歸一化法計算其相對含量，結果見表1。

圖1 3種不同結香方法所得沉香的代表性總離子流色譜圖Fig.1 TICs of the representative agarwood formed by three different inducing methods

PeakCompoundMolecularformulaMolecularweightContent(%)PR1PR2C1C2F1F21Benzaldehyde(苯甲醛)C7H6O106.03.314.235.015.442.59-*2Benzoicacid(苯甲酸)C7H6O2122.00.32----0.633Nonanal(壬醛)C9H18O142.11.750.332.261.460.13-4Decanal(癸醛)C10H20O156.20.330.45-0.76--54-phenyl-2-Butanone(芐基丙酮)C10H12O148.12.452.862.322.611.731.096Tetradecane(十四烷)C14H30198.2--2.671.080.65-7β-Elemene(β-欖香烯)C15H24204.22.793.152.60-5.823.898α-Cedrene(α-白木香烯)C15H24204.23.633.00-0.674.300.369α-Amorphene(紫穗槐烯)C15H24204.2------10β-Bergamotene(β-香檸檬烯)C15H24204.21.64---3.001.0111Zingiberene(姜烯)C15H24204.2----0.45-12α-Guaiene(α-愈創木烯)C15H24204.20.620.77-1.805.931.8413α-Humulene(α-蛇麻烯)C15H24204.21.292.003.192.192.20-14Aristolene(馬兜鈴烯)C15H24204.22.381.191.771.373.031.7915α-Bergamotene(α-香檸檬烯)C15H24204.20.740.34---0.8416α-Selinene(α-蛇床烯)C15H24204.23.163.522.892.786.833.2717δ-Selinene(δ-蛇床烯)C15H24204.23.744.102.033.8710.14.53181-(1,5-dimethyl-4-hexenyl)-4-methyl-Benzene(1-(1,5-二甲基-4-己烯基)-4-甲基苯)C15H22202.26.734.10----19Curcumene(姜黃烯)C15H22202.2-1.93-1.783.955.51201,2,3a,3b,4,5-hexahydro-3b-methyl-7-(1-methyle-thyl)-3-Cyclopenta[1,3]cyclopropa[1,2]benzene-3,6(7H)-dione(1,2,3a,3b,4,5-六氫-3b-甲基-7-(1-甲基乙基)-3H-環戊二烯并[1,3]環丙并[1,2]苯-3,6(7H)-二酮)C14H20O2220.2--4.892.571.97-21Aromadendrene(香橙烯)C15H24204.2-5.13--7.40-22β-Selinene(β-蛇床烯)C15H24204.21.201.022.091.212.330.5423p-Methoxybenzylacetone(對甲氧基芐基丙酮)C11H14O2178.11.522.680.750.891.320.9824Alloaromadendrene(別香橙烯)C15H24204.21.020.38-1.25--25α-Gurjunene(α-古蕓烯)C15H24204.2--6.25-1.36-26δ-Guaiene(δ-愈創木烯)C15H24204.21.982.08-1.662.213.4227β-Patchoulene(β-綠葉烯)C15H24204.20.68----0.8328γ-Cadinene(γ-杜松烯)C15H24204.2--5.340.620.79-29δ-Cadinene(δ-杜松萜烯)C15H24204.2--7.760.990.63-30Cadina-1,3,5-triene(1,3,5-杜松三烯)C15H22202.2--2.442.43--31Ledene(綠花烯)C15H24204.20.24--0.45--32Isolongifolene(異長葉烯)C15H24204.2-0.83----33Guaiol(愈創醇)C15H26O222.21.131.06----

(續表1)

PeakCompoundMolecularformulaMolecularweightContent(%)PR1PR2C1C2F1F234Elemol(欖香醇)C15H26O222.22.780.67-1.31-3.6135Selina-3,7(11)-diene(3,7(11)-蛇床二烯)C15H24204.2-----0.33361a,2,6,7,7a,7b-hexahydro-1,1,7,7a-tetramethyl-1H-Cyclopropa[a]naphthalene(1a,2,6,7,7a,7b-六氫-1,1,7,7a-四甲基-1H-環丙沙星[a]萘)C15H22202.2---3.043.43-378,9-Dehydro-neoisolongifolene(8,9-脫氫新異長葉烯)C15H22202.21.060.96--0.43-38Agarofuran(沉香呋喃)C15H26O222.22.461.971.771.321.250.8739Hexadecane(十六烷)C16H34226.3--3.821.520.51-40α-Santalol(α-檀香醇)C15H2O220.26.027.34--2.393.2041γ-Bisabolene(γ-沒藥烯)C15H24204.2---2.85--421-(1-buten-3-yl)-4-pentyl-Benzene(1-(1-丁烯-3-基)-4-戊基-苯)C15H22202.2--3.45-1.68-433,4-dihydro-4,4,5,7-tetramethyl-Coumarin-6-ol(3,4-二氫-4,4,5,7-四甲基-香豆素-6-醇)C13H16O3220.1-----1.1744β-Ionone(β-紫羅蘭酮)C13H20O192.2----0.39-45β-Humulene(β-蛇麻烯)C15H24204.22.303.03--0.963.48462,6-bis(1,1-dimethylethyl)-1,4-Benzenediol(2,6-雙(1,1-二甲基乙基)-1,4-苯二酚)C14H22O2222.2-0.32---3.23471-methyl-4-(1,2,2-trimethylcyclopentyl)-Benzene(1-甲基-4-(1,2,2-三甲基環戊基)-苯)C15H22202.2--2.04--1.5248α-Farnesene(α-金合歡烯)C15H24204.2------49γ-Eudesmol(γ-桉葉醇)C15H26O222.22.703.012.332.312.095.6250γ-Selinene(γ-蛇床烯)C15H24204.23.314.581.981.382.641.1751Valencene(瓦倫烯)C15H24204.2-0.57-3.820.742.4252Longifolen(長葉烯酮)C15H24204.24.315.41----53Agarospirol(沉香螺旋醇)C15H26O222.25.084.993.073.125.675.4254γ-Muurolene(γ-衣蘭油烯)C15H24204.20.220.543.602.88--55Hinesol(蒼術醇)C15H26O222.23.042.700.891.032.253.45561,2,4a,5,6,8a-hexahydro-4,7-dimethyl-1-(1-methyl-ethyl)-Naphthalene(1,2,4a,5,6,8a-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲基乙基)-萘)C15H24204.2--9.057.49--57α-Muurolene(α-衣蘭油烯)C15H24204.20.810.61----58β-Eudesmol(β-桉葉醇)C15H26O222.22.02-3.091.86--59Guaia-3,9-diene(Guaia-3,9-二烯)C15H24204.2--0.86-1.48-60α-Eudesmol(α-桉葉醇)C15H26O222.23.731.09-2.77--61Neoisolongifolene(新異長葉烯)C15H24204.20.971.29-2.97--62Valerenal(纈草萜烯醛)C15H22O218.2--1.18---636-ethenyl-6-methyl-1-(1-methylethyl)-3-(1-methyle-thylidene)-Cyclohexene(6-乙烯基-6-甲基-1-(1-甲基乙基)-3-(1-甲基亞乙基)-環己烯)C15H24204.2------641,4-dimethyl-7-(1-methylethyl)-Azulene(1,4-二甲基-7-(1-甲基乙基)-薁)C15H18198.1--5.267.03--65Aristolone(馬兜鈴酮)C15H22O218.21.681.221.392.31--66dehydro-Cyclolongifoleneoxide(脫氫環長葉烯氧化物)C15H22O218.22.831.17-3.13-3.43673,5,6,7,8,8a-hexahydro-4,8a-dimethyl-6-(1-methyl-ethenyl)-2(1H)Naphthalenone(3,5,6,7,8,8a-六氫-4,8a-二甲基-6-(1-甲基乙烯基)-2(1H)萘酮)C15H22O218.25.495.70-4.06-1.54681,5,9,9-tetramethyl-1,4,7-Cycloundecatriene(1,5,9,9-四甲基-1,4,7-環十一碳三烯)C15H24204.2-----9.7469Valerenol(纈草萜烯醇)C15H24O220.20.380.94--0.342.31704-(2,2,6-Trimethyl-7-oxabicyclo[4.1.0]hept-4-en-1-yl)pent-3-en-2-one(4-(2,2,6-三甲基-7-氧雜二環[4.1.0]庚-4-烯-1-基)戊-3-烯-2-酮)C14H20O2220.2-----0.4471octahydro-3,6,6,7a-tetramethyl-2H-2a,7-Methanoa-zuleno[5,6-b]oxirene(八氫-3,6,6,7a-四甲基-2H-2a,7-亞甲基薁基[5,6-b]氧雜環戊烯)C15H24O220.2-----1.03

(續表1)

PeakCompoundMolecularformulaMolecularweightContent(%)PR1PR2C1C2F1F2724,6,6-Trimethyl-2-(3-methylbuta-1,3-dienyl)-3-ox-atricyclo[5.1.0.0(2,4)]octane(4,6,6-三甲基-2-(3-甲基丁-1,3-二烯基)-3-氧雜三環[5.1.0.0(2,4)]辛烷)C15H22O218.2-----1.10738-oxo-9H-Cycloisolongifolene(8-氧代-9H-環異長葉烯)C15H22O218.22.021.11--0.364.5274Baimuxinal(白木香醛)C15H24O2236.21.931.670.320.151.322.01752,4,6,7,8,8a-hexahydro-3,8-dimethyl-4-(1-methyl-ethylidene)-5(1H)-Azulenone(2,4,6,7,8,8a-六氫-3,8-二甲基-4-(1-甲基亞乙基)-5(1H)-薁酮)C15H22O218.20.491.791.643.103.356.48764,4a,5,6,7,8-hexahydro-4a,5-dimethyl-3-(1-methyl-ethylidene)-2(3H)-Naphthalenone(4,4a,5,6,7,8-六氫-4a,5-二甲基-3-(1-甲基亞乙基)-2(3H)-萘酮)C15H22O218.21.721.62-2.67-1.3877Nootkatone(圓柚酮)C15H22O218.2-0.55----Totalnumberoftheidentifiedcompounds(鑒定出化合物的總數目)454633424039Totalcontentofsesquiterpenoids(倍半萜化合物的總含量)76.3877.7158.3859.3885.676.15Totalcontentofaromaticcompounds(芳香族化合物的總含量)21.5421.5132.7735.812.7211.40Totalcontentofaliphaticcompounds(脂肪族化合物的總含量)2.080.788.754.821.6812.45Theratioofcontentofsesquiterpenoidsandaromaticcompounds(倍半萜/芳香族化合物含量的比值)3.553.611.781.666.736.68

*not detected

2.2 不同結香方法所得沉香的化學成分及含量的差異

前人報道[17]，自國產沉香揮發油中分離得到沉香螺旋醇、白木香酸、白木香醛等13個倍半萜成分以及芐基丙酮、對甲氧基芐基丙酮、茴香酸等3個芳香族成分；戚樹源等[18]報道，健康白木香木材組織中未見沉香倍半萜類成分，其主要成分為棕櫚酸、油酸和亞油酸等脂肪酸。本文采用SPME法富集沉香中的揮發性成分，用GC-MS技術分離鑒別，結果發現6批沉香樣品均主要由倍半萜、芳香族、脂肪族等化合物組成，6批沉香均含有芐基丙酮、沉香螺旋醇，說明本次研究的生物、化學、火鉆結香方法均已產生沉香，但由于結香方法不同，其化學成分及含量有很大差別。由表1可知，生物結香方法所得沉香的倍半萜/芳香族化合物含量的比值約為3.6，化學法所得沉香的比值約為1.7，而火鉆法所得沉香的比值最高，約為6.7；與化學法所得沉香相比，生物及火鉆方法所得的沉香中倍半萜化合物總含量相對較高，而芳香族的含量相對較低。比較表1結果發現，6個沉香樣品除了13個相同的成分(見表2)之外，3種不同結香方法以及相同結香方法所得不同批次的樣品，其余化學成分均相差比較大。

表2 6批沉香的共有成分以及含量Table 2 The common constituents and contents of the six kinds of agarwood

2.3 不同人工結香方法所得沉香的特征性成分與品質評價

有文獻報道[7,11,19]，沉香的特征性有效成分主要有芐基丙酮、對甲氧基芐基丙酮芳香族成分以及沉香呋喃、沉香螺旋醇、蒼術醇、白木香醛等倍半萜成分，以這些特征性成分及其含量作為評價沉香品質的主要指標。比較不同結香方法所得沉香的特征性成分及含量(表3)發現，火鉆法沉香的特征成分沉香螺旋醇的相對含量最高，約為5.5%，生物法沉香約為5%，化學法所得沉香最低，約為3.1%；而且生物結香方法所得沉香的特征性成分的總含量最高，為16.6%，高于火鉆法所得的沉香(約為13.6%)，而化學法所得沉香總含量最低，為9.12%。因此在這3種人工結香方法所得6批沉香樣品中，生物法沉香的質量最好，所得沉香的品質與天然沉香的品質最為相似，火鉆法次之，再次是化學法。

表3 6批沉香樣品的特征成分及相對含量Table 3 The characteristic constituents and content of the six kinds of agarwood

3 結 論

本文采用固相微萃取/氣相色譜-質譜聯用(SPME/GC-MS)對沉香的揮發性化學成分進行研究，通過對總離子流色譜圖、沉香特征成分及含量進行分析，對生物、火鉆以及化學3種人工結香方法所得的沉香進行品質評價，并對結香方法的優劣提出科學評價。實驗結果表明，生物結香方法的結香效果最好，其次為火鉆法，均優于化學法。

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