兩種肉桂精油的化學成分與抗氧化活性研究

徐娟娟， 黎卓熹， 關冠恒， 賀 彥， 肖 晶， 肖青林， 王有娣

（中山大學新華學院藥學院，廣東廣州510520）

植物精油是具有一定芳香氣味且常溫下能揮發(fā)的油狀液體，其組分復雜，多由幾十種甚至上百種分子量相對較小的簡單化合物組成，按化學結構可分為萜類、芳香族、脂肪族及含氧衍生物如醇、醚、醛、酮、酸、酯等［1］.由于其具有緩解疼痛、殺菌、抗病毒、抗氧化及抗腫瘤等作用而廣泛應用于食品工業(yè)、醫(yī)藥、日化等領域［1-4］.

肉桂屬樟科植物，藥食兼用，主產斯里蘭卡、印度、馬耳加什、馬來西亞、毛里求斯等熱帶國家和地區(qū)，中國的海南、云南、廣東、廣西等地也有種植.肉桂主要分為4 個品種：中國肉桂（Cinnamomum cassia），越南肉桂（Cinnamomum loureiroi）、印尼肉桂（Cinnamomum burmannii）和錫蘭肉桂（又稱斯里蘭卡肉桂，Cinnamomum verum J. Presl）［5-6］.肉桂精油是指從桂皮、桂枝、桂葉、果實等部位提取所得的揮發(fā)油，藥理研究表明肉桂精油由于含有較多的功能成分而具有鎮(zhèn)痛、抗菌、抗氧化和抗腫瘤等作用［6-12］.由于桂皮部位的精油含量最為豐富，目前市面上的肉桂精油多來源于桂皮部位，關于桂皮精油的化學成分分析國內外已有報道，朱羽堯等［13］研究了廣西肉桂不同植物部位的精油成分，從桂皮中共分離出23 種成分，經質譜鑒定出17 種成分；宋建紅等［14］采用GC-TOF/MS分析了斯里蘭卡肉桂和中國肉桂皮精油中香氣成分，從斯里蘭卡肉桂皮精油中鑒定出54 個香味成分，從中國肉桂皮精油中鑒定出56 個香味成分；張艷等［15］研究表明采用不同的溶劑提取肉桂皮精油在化學成分的組成和含量上有一定的差別；陳建華［5］對不同肉桂皮精油的香氣成分進行了對比研究，從印尼肉桂皮精油中鑒定出36 種成分，從斯里蘭卡肉桂皮精油中鑒定出35 種成分.

肉桂廣泛應用于食品、日用化工等領域，但目前來看，雖然肉桂化學成分鑒定已有科研報道，但鑒定出來的成分種類較少，研究較為淺顯，成分與功效的研究及不同品種肉桂的質量比較鮮有研究，故本試驗選用兩個具有代表性的肉桂品種——印尼肉桂和斯里蘭卡肉桂，采用水蒸氣蒸餾法提取其肉桂皮精油，通過GC -MS法對其化學成分進行對比分析，并通過磷鉬酸絡合物法和鄰二氮菲法測定其抗氧化活性，通過對比研究，初步探索肉桂精油的成分構成與抗氧化活性的內在關聯，為研制抗氧化型復方精油提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器斯里蘭卡肉桂原料為錫蘭肉桂樹的樹皮，印尼肉桂原料為印尼產陰香（Cinnamomum burmannii（C.G.et Th.Ness）BI）樹的樹皮，規(guī)格均為桂通，等級均為統貨.實驗儀器為Agilent 7890 -5977B GC/MS 高效液相色譜質譜儀（美國Agilent公司），島津UV-2550 紫外-可見光分光光度計（日本島津公司），KQ5200DE 超聲儀（昆山市超聲儀器有限公司）、SY -2000 旋轉蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）、HH -S1 數顯恒溫水浴鍋（江蘇金怡儀器科技有限公司）.所用試劑均為市售分析純.

1.2 肉桂精油的提取將肉桂原料粉碎后，稱取40 ～60 目肉桂原料顆粒 200 g，加水 500 mL，超聲波處理，水蒸氣蒸餾4 h，蒸餾液接收于回流管內，液體分層，最上層的金黃色液體即為提取精油，將其吸出，用無水硫酸鈉干燥，-10 ℃冷凍密封保存，備用.

1.3 GC - MS 成分分析GC - MS 儀器條件如下.

GC 條件：安捷倫 HP -5MS（30 m ×250 μm ×0.25 μm）彈性石英毛細管柱.進樣模式：分流進樣，分流體積比20∶ 1；進樣口溫度為250 ℃；載氣為高純氦氣；流速1. 0 mL/min.柱溫程序：初始溫度50 ℃，以4 ℃ /min升至 150 ℃保持 2 min，然后以10 ℃/min升至250 ℃保持5 min；最后通過質譜進行定性分析.

MS條件：電離方式EI，電子能量70 eV；質量掃描范圍為35 ～550 amu；離子源溫度為230 ℃；四極桿溫度為150 ℃；質譜傳輸線溫度為250 ℃，標準圖庫為NIST 17.L質譜數據庫.

1.4 抗氧化活性分析

1.4.1 總抗氧化活性測定 采用磷鉬絡合法測定精油的總抗氧化活性，經過條件優(yōu)化進行測定.用無水乙醇將樣品體積補至100 mL，形成不同濃度梯度樣品.取 4 mL 磷鉬試劑液、0. 4 mL 樣品液，于95 ℃水浴中恒溫90 min，在695 nm波長下測吸光度A，平行測定3 次.同時實驗以BHT 作為樣品陽性對照.

1.4.2 羥自由基清除率測定 采用鄰二氮菲-Fe2+法測定精油的羥自由基清除率，通過單因素分析，優(yōu)化反應條件進行測定.取 2 mL 濃度0.75 mmol/L鄰二氮菲溶液，加入2 mL不同濃度梯度的樣品溶液，充分混勻后，加入 2 mL 濃度0.75 mmol/L的硫酸亞鐵混勻，再加入2 mL體積分數0.1%的H2O2混勻.于37 ℃的水浴中60 min后，在510 nm波長處測定吸光度（A2），以2 mL蒸餾水代替樣品液作為空白對照，測定吸光度（A0），以2 mL的蒸餾水代替H2O2測定吸光度（A1）.精油對羥自由基清除能力按下式計算，平行測定3 次.同時實驗以BHT作為樣品陽性對照.

1.4.3 數據統計與分析 采用Excel 2016 軟件對GC-MS數據和抗氧化試驗數據進行統計分析.

2 結果與分析

2.1 肉桂精油化學成分分析結果

2.1.1 兩種肉桂精油的GC -MS 分析結果 在7890A/5975C上對斯里蘭卡肉桂精油進行GC/MS分析，共檢出100 個色譜組分，其總離子流圖示為圖1（A）.對印尼肉桂精油進行 GC/MS 分析，共檢出115 個色譜組分，其總離子流圖示為圖1（B）.利用MassHunter未知物分析軟件對圖1 進行定性分析，確定各個組分的相對分子質量和分子式，利用NIST 17 質譜解析軟件及人工輔助分析確定化合物的結構，斯里蘭卡肉桂精油最終確定了76 種成分，相對質量分數為98.62%.印尼肉桂精油最終確定了77 種成分，相對質量分數為98.24%，分析結果列于表1.

圖1 兩種肉桂精油的總離子流圖Fig. 1 The total ion current chromatogram of cinnamon essence oil

表1 斯里蘭卡肉桂及印尼肉桂精油成分Tab. 1 Chemical composition of cinnamon essence oils from Sri Lanka and Indonesia

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

2.1.2 兩種肉桂精油的主要成分對比分析 GC -MS結果顯示，斯里蘭卡肉桂精油中質量分數超過0.5%的主要成分有反式肉桂醛、β -石竹烯、肉桂醛二乙縮醛、乙酸桂酯、芳樟醇、丁香酚、偽檸檬烯、鄰傘花烴、苯甲酸芐酯、石竹素、Z，Z，Z-1，5，9，9 -四甲基-1，4，7 -環(huán)十一碳三烯、α-可巴烯、α-水芹烯、十四醛等共14 個成分，相對質量分數為92.74%，如圖2（A）所示.印尼肉桂精油中質量分數超過0.5%的主要成分有反式肉桂醛、肉桂醛二乙縮醛、α-可巴烯、乙酸桂酯、反式-2 -羥基肉桂酸、桉葉油素、α-蒎烯、左旋乙酸冰片酯、苯丙醛、（1S，8aR）-1 - 異丙基 -4，7 -二甲基 -1，2，3，5，6，8a-六氫萘（0. 76%）、莰烯、石竹素、α -松油醇、（-）-β -蒎烯等共14 個成分，相對質量分數為92.48%，如圖2（B）所示.

對兩種肉桂精油GC-MS分析結果進行對比，可以發(fā)現印尼肉桂精油含有更為豐富的揮發(fā)性成分，含量較高的前14 個主要成分有較大的區(qū)別，主要活性成分反式肉桂醛在印尼肉桂精油中含量稍高.

圖2 斯里蘭卡及印尼肉桂精油主要成分（質量分數＞0.5%）的對比Fig. 2 The major constituents（＞0.5 %）of cinnamon essence oil from Sri Lanka and Indonesia

兩種肉桂精油中均含有烯烴類、醇類、醛類、酮類、酸類和酯類，不同官能團類型的化合物在兩種精油中的分布情況見表2，化合物總體數量上差異不大，但不同品種的肉桂精油中化合物的具體含量差異較大，如烯烴類、酯類、酚類成分含量斯里蘭卡肉桂明顯高于印尼肉桂，但醛類和醇類成分印尼肉桂稍高，且印尼肉桂中含有特殊酚酸類物質反式2 -羥基肉桂酸.精油主要由萜類化合物、芳香類化合物和其他類型化合物組成，不同類型的揮發(fā)性成分在兩種肉桂精油中的分布情況見表3，單萜及倍半萜類成分含量斯里蘭卡肉桂明顯高于印尼肉桂，而芳香類成分則是印尼肉桂明顯高于斯里蘭卡肉桂.

表2 不同官能團類型的化合物在兩種精油中的分布情況Tab. 2 The distribution of compounds of different functional group types in two essential oils

表3 不同類揮發(fā)性成分在兩種精油中的分布情況Tab. 3 The distribution of different volatile components in two essential oils

2.1.3 兩種肉桂精油的共有化合物對比分析 兩種精油共有成分36 個，相對保留時間基本一致，相對質量分數均有一定差別，反式肉桂醛的質量分數雖均在60%以上，但斯里蘭卡肉桂精油中β -石竹烯、芳樟醇、鄰異苯基苯的含量遠高于印尼肉桂精油，印尼肉桂精油中α -可巴烯、α -蒎烯、桉葉油素的含量遠高于斯里蘭卡肉桂精油，含量相對較高的共有化合物對比情況見圖3.

圖3 兩種肉桂精油中共有化合物對比Fig. 3 The comparison of common compounds in two essential oils

2.1.4 兩種肉桂精油的非共有化合物對比分析斯里蘭卡肉桂精油中所含有的丁香酚、偽檸檬烯、鄰傘花烴、苯甲酸芐酯、α -水芹烯、十四醛等40個成分在印尼肉桂精油中均未被檢測到，相對質量分數為9.92%，質量分數0.1%以上的特有成分有11 個，如圖4（A）所示.含量最高的是丁香酚，丁香酚具有強烈的丁香花樣花香和溫和的辛香香氣，正是由于丁香酚、石竹烯、芳樟醇等成分的存在，斯里蘭卡肉桂有著其他肉桂所沒有的突出的花果香.

印尼肉桂精油中所含有的反式-2 -羥基肉桂酸、左旋乙酸冰片酯、（+）-檸檬烯、（1R，5R，6R）-2，6 -二甲基-6 -（4 -甲基-3 -戊烯基）-雙環(huán)［3.1.1］庚 -2 - 烯、（1S，4S，4aS，8aR）-4，7 - 二甲基 -1 - （1 - 甲基乙基）-1，3，4，5，6，8a - 六氫-4a（2H）-萘醇、間異丙基甲苯等41 個成分未在斯里蘭卡肉桂精油中檢測到，相對質量分數為5.4%，質量分數超過0.1%的特有成分共有9 個，如圖4（B）所示.

2.2 肉桂精油抗氧化活性測試結果

圖4 兩種肉桂精油中非共有化合物對比Fig. 4 The comparison of no common compounds in two essential oils

2.2.1 總抗氧化活性測定結果 磷鉬絡合法常用于測定抗氧化物質的總抗氧化活性，肉桂精油總抗氧化能力隨濃度的變化結果如圖5 所示.由圖5 可知，隨著樣品濃度的增加，吸光度值相應增大，表明肉桂精油及BHT的抗氧化活性均隨著濃度的增大而升高，當精油濃度在0.05 ～0.4 mg/mL 之間時，印尼肉桂精油的總抗氧化活性始終比BHT 強，而斯里蘭卡肉桂精油始終比BHT 弱，由此可以看出印尼肉桂精油具有很好的總抗氧化活性.

圖5 肉桂精油的總抗氧化能力與質量濃度的關系Fig. 5 The relationship between total antioxidant capacity and concentration of cinnamon essential oil

2.2.2 羥自由基清除率測定結果 羥基自由基可以與活細胞中任何分子發(fā)生反應，從而導致組織細胞病變，肉桂精油對羥基自由基的清除作用如圖6所示，隨著濃度的增加肉桂精油及BHT 對羥基自由基的清除效果均逐漸增強，當精油濃度在0.000 1 ～0.01 mg/mL 之間時，印尼肉桂精油的羥基清除能力始終比同等濃度的BHT 強，而斯里蘭卡肉桂精油始終比BHT弱.由此可以看出，印尼肉桂精油對羥基自由基有很好的清除作用，BHT 次之，斯里蘭卡肉桂精油最弱.

圖6 肉桂精油對羥基自由基的清除率與質量濃度的關系Fig. 6 The relationship between hydroxyl radical clearance and concentration of cinnamon essential oil

隨著抗氧化理論和自由基研究的深入，尋求天然抗氧化物質已成為食品、藥品、化妝品等各個領域的一大熱點，植物精油作為一種天然抗氧化劑越來越受到關注.磷鉬絡合法和羥自由基清除率測定實驗均反映印尼肉桂精油具有很好的抗氧化活性，優(yōu)于陽性對照BHT及斯里蘭卡肉桂精油.

2.3 肉桂精油化學成分與抗氧化活性之間的關系初探自由基是機體在生命活動過程中通過生化反應產生的中間產物，具有高度的活性，能自動催化引起鏈的引發(fā)、傳遞和終止3 個反應階段，人體內的自由基過多，會導致細胞結構和功能的破壞，從而加快機體的衰老過程，并可能誘發(fā)心腦血管疾病、癌癥等［15］.許多研究表明，天然成分的抗氧化機理主要與其酚類、酚酸類、黃酮類、醛類、萜類等抗氧化成分有密切的關系，其抗氧化機理主要包含以下4 個方面：直接抑制或清除自由基；激活抗氧化體系，同時抑制與自由基有關的酶；螯合過渡金屬離子；抗氧化成分間協同作用［16-17］.

經研究，肉桂精油中醛類是主要組分，無論是斯里蘭卡還是印尼肉桂精油中，醛類成分質量分數均超過60%，而醛類成分具有較好的還原性，是肉桂精油具有抗氧化活性的物質基礎，印尼肉桂精油中醛類成分的含量稍高于斯里蘭卡，筆者推測這也是印尼肉桂精油的抗氧化活性較優(yōu)的原因之一.

單旺等［18］研究發(fā)現，羥基肉桂酸及其衍生物清除DPPH自由基的活性遠高于陽性對照BHT，說明酚酸類成分具有很強的抗氧化活性.通過精油化學成分差異性分析可知，印尼肉桂精油中含有一種酚酸類成分-反式-2 -羥基肉桂酸，質量分數達1.85%，而在斯里蘭卡你精油中并未發(fā)現此類成分.

由于精油成分的多樣性和復雜性，各抗氧化成分之間可能存在一定的相互補充、協同增效作用，筆者推測這也是印尼肉桂精油的抗氧化活性較優(yōu)的原因之一.目前，雖然報道的天然抗氧化劑眾多，但對其抗氧化的機理研究尚缺乏規(guī)律性的科學依據，大多還是推測和分析，有待進一步的研究.

3 結論

本研究通過GC-MS分析，鑒定了斯里蘭卡和印尼肉桂精油的化學組成，斯里蘭卡肉桂精油最終確定了76 種成分，印尼肉桂精油最終確定了77 種成分，遠多于已有文獻［5，13-14，19］報道的成分數量.檢測結果還顯示，雖然二者均屬于肉桂精油，但所含的化合物種類及含量均有一定的區(qū)別.抗氧化實驗結果表明，雖然二者含有36 個共有成分，但印尼肉桂精油的抗氧化活性明顯優(yōu)于斯里蘭卡肉桂精油，且優(yōu)于陽性對照BHT.因此印尼肉桂精油在天然抗氧化劑的研究中具有很好的應用前景，可用于抗氧化復方精油的研究.