不同因素對互葉白千層精油化學組分的影響

劉義軍，袁 源，劉洋洋，張 帆，李積華，* ，李思東

(1.中國熱帶農業科學院農產品加工研究所，廣東湛江524001;2.農業部熱帶作物產品加工重點實驗室，廣東湛江524001;3.廣東海洋大學化學與環境學院，廣東湛江524094)

互葉白千層(Melaleuca ahemifolia)是桃金娘目桃金娘科(Myrtaceae)，白千層屬(Melaleual)的常綠灌木至小喬木樹種，原產于澳大利亞東部的昆士蘭州和新南威爾斯州的北部，通過蒸餾其枝葉而獲得一種芳香油，商品名叫茶樹精油［1］。我國從20世紀90年代開始引種互葉白千層，從栽培到提取開展了深入研究，在我國廣西、廣東、福建等地區互葉白千層已達規模化種植，并初具一定規模，大部分單個種植戶都已經超過500畝的規模。

國內外科研工作者對互葉白千層精油的作用機理進行了深入的研究，發現互葉白千精油的成分多樣，主要化學成分為蒎烯、檜烯、檸檬烯、對傘花烴、1，8－桉葉素、松油烯－4－醇、松油醇等［2－3］。互葉白千精油具有非常顯著的抑菌功效，其對金黃色葡萄［4］、表皮金黃色葡萄球菌、痤瘡丙酸桿菌［5－6］、大腸桿菌［7－8］、足癬病原菌、須癬毛癬菌及紅色毛癬菌［9－10］均有顯著的抑制作用，此外，其在化妝品、食品保鮮劑［11－13］等方面也有著廣泛的應用。現有研究結果表明，影響精油品質的因素有很多，比如季節性［14］、提取工藝［15］等。隨著種植面積的擴大，及時收割原料極其重要。如果不及時收割，大量原料囤放發酵，枝條的顏色會發生變化，綠色退去，緩慢變白，葉片發生老化，甚至開始從枝條脫落。而此因素是否會影響精油品質尚未做過深入研究。

因此，本文以互葉白千層葉片成熟度、熱風干燥及物料狀態為影響因子，考察其對互葉白千層精油化學組分的影響，為互葉白千層收割、加工提供必要的基礎數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

互葉白千層 生長周期為一年生植物枝條，于10月份采自梅州市興寧市石馬鎮互葉白千層種植基地(N24°16'55.36″、E115°48'16.75″)。

GCMS－QP 2010Plus氣相色譜－質譜聯用儀 日本島津公司;DHG－9140A熱風干燥箱上海林頻儀器股份有限公司;MRS120－3快速水分測定儀 德國KERN＆Sohn GmbH公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 互葉白千層的采摘及預處理 2017年10月9日，從白千層基地將白千層從底部砍掉，然后將樹頂部30 cm左右的小枝條掰下來，整顆枝條自封袋包裝，此部分枝條定義為嫩葉;將樹底部30 cm左右的小枝條掰下來，整顆枝條自封袋包裝，此部分枝條定義為老葉;樣品各取樣10 kg，回實驗室后0.5 kg一份真空包裝好，置于4℃冰箱保存，試驗待用。

1.2.2 精油的提取 稱取一定量的樣品，剪碎至1～2 cm，置于蒸餾瓶中，加水450 g，連接冷凝管和油水分離器，開啟冷凝水，然后加熱至沸騰，然后小火加熱保持沸騰狀態，連續蒸餾2 h，收集油層，得到茶樹精油。

1.2.3 各因素對枝葉含水率、提取率、精油化學組分的影響

1.2.3.1 成熟度對精油品質的影響 分別按照上述1.2.1的分類，稱取老葉和嫩葉1 kg左右，剪碎至長度為1～2 cm左右，混勻，每份準確稱取300 g，并檢測樣品的含水率，按照1.2.2的方法提取精油，并對精油的提取率和化學組分進行分析。

1.2.3.2 熱風干燥對精油品質的影響 分別按照上述1.2.1的分類，取樣3 kg左右，置于熱風干燥箱中烘干，烘干溫度40℃，烘干時間6 h，然后取出，將樣品剪碎至長度為1～2 cm左右，混勻，每份準確稱取200 g，并檢測樣品的含水率，按照1.2.2的方法提取精油，并對精油的提取率和化學組分進行分析，以未烘干的嫩葉和老葉做對比。

1.2.3.3 物料狀態對精油品質的影響 預實驗結果表明，嫩葉含水率較高，堆積導致物料發熱，使其容易長白霉。老葉發酵較差，不具備代表性。因此，選取1.2.1的嫩葉進行發酵。取樣2 kg嫩葉，此時11月份，地點梅州興寧，室內平均溫度0～24℃、濕度80%，物料采用整枝條堆放，堆積高度大概為5 cm，長度大概為30 cm，第2 d物料發熱，枝條間長白霉，第4 d嫩葉枝條由綠轉淡，葉片組織結構軟爛，第5 d葉片開始脫落，放置7 d后，將樣品剪碎至長度為1～2 cm左右，混勻，每份準確稱取200 g，并檢測樣品的含水率，按照1.2.2的方法提取精油，并對精油的提取率和化學組分進行分析。

1.2.4 指標測定

1.2.4.1 含水率的測定 將少量樣品平鋪于水分快速測定儀的平板上，然后采用重量百分比遞減的模式，開機，當重量百分比2 min內波動少于0.5%就停止加熱，讀取樣品的含水率。

1.2.4.2 精油提取率的計算

式中:Ea:精油的提取率，%(干基);m1:樣品的質量，g;c:樣品的含水量，%;m2:精油的質量，g。

1.2.4.3 精油化學組分的測定 采用GC－MS聯用儀(GC－MS－QP2010 Plus)檢測茶樹精油中 α－蒎烯、檜烯、α－松油烯、檸檬烯、對傘花烴、1，8－桉葉素、松油烯－4－醇等15種特征化學組分。

檢測條件:GC:色譜柱:RTX－5MS(30 m×0.25 mm×0.25 mm);樣口溫度250.0℃;載氣:高純氦;柱流量:1.0 mL/min;分流比:30∶1;進樣量:1 μL;程序升溫:起始溫度70℃，以速率2℃/min，升溫至180℃。

RI值的測定:取C7～C30正構烷烴標準品，以正己烷為溶劑配制濃度為0.1%的溶液，采取上述條件進行分離，測定各正構烷烴的保留時間。各成分的RI值根據Kovats公式進行計算:

其中，RI為被分析組分的保留指數;tx為分析組分流出峰的保留時間(min);tn為碳原子數為n的正構烷流出峰的保留時間(min);tn+1為碳原子數為n+1的正烷烴流出峰的保留時間(min)，且tn＜tx＜tn+1。

相對含量的確定:所得各組分峰用 NIST Chemical Structures(美國國家標準研究所，第8版)庫和Wiley Library(威廉圖譜庫，第9版)庫進行檢索，結合文獻RI值，以質譜匹配度和RI值匹配度最高的化學結構為最佳鑒定結果，部分主要成分利用標準品(STD)進一步進行確認，可信度更高。各組分峰相對含量的確定采用峰面積歸一化法。

1.3 數據處理

每組實驗重復3次，結果取平均值。所有數據采用SPSS 22.0進行分析，采用LSD多重比較方法分析不同因素間顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 枝葉成熟度對互葉白千層精油品質的影響

互葉白千層是木本植物，一年四季都生長，受光照強度以及生長時間的影響，植物的頂部和底部葉片的成熟度也不一樣，其品質也不一樣。從表1可知，嫩葉的含水率和精油提取率都比老葉高，兩者具有極顯著性差異(p=0.00＜0.01);從表2可知，嫩葉中提取的松油烯－4－醇含量、α－松油醇比老葉的含量高，α－蒎烯、α－松油烯、檸檬烯、對傘花烴、γ－松油烯、異松油烯1，8－桉葉素比老葉低。目前市場、國家標準 GB 1886.270－2016［16］以及國際標準 ISO－4790［17］主要以松油烯醇和1，8－桉葉素為硬性指標，其中松油烯－4－醇的含量越高越好，1，8－桉葉素的含量越低越好，參照此依據，互葉白千層精油提取過程中應該選擇較多嫩葉，然而實際生產過程中，由于互葉白千層在不斷的生長，枝條太嫩了，產量低，枝條太老了精油的品質會有所下降，因此一般在10～12月采摘互葉白千層，此時光照積累到一定程度整株枝條生產茂盛，12月份以后，光照減弱，枝條生長緩慢，逐漸衰老，與廣西地區互葉白千層研究人員柴玲有著相同的研究結果［14］。

表1 枝葉成熟度對互葉白千層精油提取率及含水率的影響Table 1 Effects of leaf maturity on the extraction rate of Melaleuca ahemifolia oil

表2 枝葉成熟度對互葉白千層精油化學組成的影響Table 2 Effects of leaf maturity on chemical composition of Melaleuca ahemifolia oil

2.2 熱風干燥對互葉白千層精油品質的影響

由于互葉白千層采收有一定的季節性，當種植規模達到一定程度時，現有的生產設備無法在2～3個月內集中加工完畢，就需要尋求一種方式是否能將物料采摘完后，然后干燥處理，延長工廠的提取周期，因此本文研究了常規熱風干燥對互葉白千層精油品質的影響。從表3得知，采用熱風干燥后，嫩葉和老葉中精油的提取率分別下降了0.86%、0.45%，由于互葉白千層精油屬于揮發性精油，在干燥過程中精油隨著水分的蒸發而揮發。從表4得知，互葉白千層枝條經過熱風干燥后，松油烯－4－醇的含量降低了，1，8－桉葉素的含量增加，其它指標含量沒有明顯的變化規律。研究結果表明:采用熱風干燥方式干燥互葉白千層后，精油的品質在一定程度上有所下降，其中松油烯－4－醇的含量降低了2.0%～3.0%，1，8－桉葉素含量增加了0.1%左右，但是其含量仍然符合國際標準ISO－4790，因此當加工能力無法滿足現有種植條件時，可以將物料先進行熱風干燥，將含水率干燥至低于13%，臨時儲存，適當延長工廠加工周期。

表3 熱風干燥工藝對互葉白千層精油提取率及含水率的影響Table 3 Effects of hot air drying methods on the extraction rate of Melaleuca ahemifolia oil

表4 熱風干燥工藝對互葉白千層精油化學組成的影響Table 4 Effects of hot air drying methods on chemical composition of tea tree oil

2.3 物料狀態對互葉白千層精油品質的影響

從表5可知，互葉白千層枝條嫩葉堆放發酵后含水率降低了41.6%，精油的提取率降低了1.08%;從表6可知，互葉白千層枝條嫩葉堆放后，α－蒎烯、α－松油烯、檸檬烯、對傘花烴、γ－松油烯、異松油烯、香樹烯、喇叭烯、δ－杜松烯、1，8－桉葉素的含量都增加了，松油烯－4－醇、α－松油醇、藍桉醇、綠花白千層醇的含量減少了，其中松油烯4－醇含量降低了6%左右，1，8－桉葉素變化不大，因此互葉白千層采收后不要堆放過久，以免引起發酵，降低互葉白千層精油提取率和品質。

表5 物料狀態對互葉白千層精油提取率及含水率的影響Table 5 Effects of material status on the extraction rate of tea tree oil

表6 物料狀態對互葉白千層精油化學組成的影響Table 6 Effects of material status on chemical composition of tea tree oil

2.4 不同因素對精油中各類組分的差異性分析

本研究主要對其五類三組差異性進行對比分析。從圖1可知，老葉中松油烯類、1，8桉葉素含量最高，嫩葉中松油烯醇類、綠花白千層醇類含量最高，烘干老葉中綠花白千層烯類物質含量最高;不同因素中松油烯類、綠花白千層烯類、綠花白千層烯醇類的差異極顯著(p=0.00＜0.01);老葉與烘干老葉之間松油烯醇類含量差異不顯著(p=0.19＞0.05)，嫩葉、烘干嫩葉、發酵嫩葉及老葉之間松油烯醇類含量差異極顯著(p=0.00＜0.01);嫩葉及發酵嫩葉中1，8－桉葉素含量差異不顯著(p=0.22＞0.05)，其它因素二者之間的差異極顯著(p=0.00＜0.01)。

圖1 不同因素對精油中各類組分的差異性分析Fig.1 Variance analysis of different factors on different categories chemical composition of tea tree oil

3 結論

互葉白千層在生長過程中，松油烯－4－醇的含量隨著葉片的衰老逐漸降低，同時熱風干燥及物料未及時處理都會導致松油烯－4－醇含量的降低，精油的提取率也會降低;整個實驗過程中1，8－桉葉素的含量都低于 2.0%(國際標準 ISO－4790要求低于5.0%)，不同因素對其影響變化不大，因此在生產過程中需要檢測分析松油烯－4－醇的含量。工廠在提取互葉白千層精油的過程中如果生產能力小于種植規模時，可以考慮將物料干燥，避免物料堆積引起發酵或者不采收導致葉片老化等因素，使得精油的品質和得率下降。

本研究針對互葉白千層精油產業中的實際問題補充了相關數據，但是互葉白千層采用什么干燥手段進行干燥可以獲得最佳的效果，以及茶樹精油的各組分在原料生長過程中的代謝規律及在存儲過程中發生變化的影響因素還需要進行更加深入的研究。