4種精油組成成分及總抗氧化活性分析研究

陳潘，席斌，高雅琴*，王芳，楊曉玲

(1.中國農業科學院蘭州畜牧與獸藥研究所，蘭州 730050；2.農業農村部畜產品質量安全風險評估實驗室，蘭州 730050)

植物精油，亦稱植物揮發油，是從芳香植物中提取的具有揮發性的一類植物次生代謝物質[1]。水蒸氣蒸餾法是精油提取最常用的方法，通過水散作用，將待提取成分從植物組織中滲透出來與水混合形成油水混合體系，經冷凝后油水分離得到較純的精油。此方法操作容易、設備簡單、綠色環保[2]。精油具有抗氧化劑活性[3]，且活性與萜烯及其含氧化合物的存在有關[4,5]。植物精油的組成成分多樣、結構復雜，需要靈敏度較高的檢測分析方法才可定性及定量[6]。

目前植物精油的分析方法有高效液相色譜法(HPLC)、薄層色譜法(TLC)、氣相色譜-質譜聯用法(GC-MS)、超臨界流體色譜法(SFC)等[7,8]，其中GC-MS分離能力強、分析速度快、靈敏度高、選擇性好，因此常常被用于植物精油中主要組成成分的定性和定量分析。本實驗通過水蒸氣蒸餾法提取茶樹精油、薄荷精油、柚皮精油和柑橘皮精油，用GC-MS對4種精油進行成分鑒定，測定4種精油的總抗氧化活性，對4種精油的共有化合物成分萜烯類物質和總抗氧化活性做相關性分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮薄荷葉、互葉白千層葉、新鮮柑橘皮、新鮮柚子皮；無水硫酸鎂：天津市凱信化學工業有限公司產品；超純水：沃特浦超純水機制備；總抗氧化能力(T-AOC)檢測試劑盒：北京索萊寶科技有限公司。

Agilent 6890GC/5973N MSD聯用儀和NIST 2008譜庫 美國安捷倫公司；UV-2550型紫外可見分光光度計 日本島津儀器公司；DZF-6050F真空干燥箱 上海和呈儀器制造有限公司；揮發油測定器、1000 mL圓底燒瓶、蛇形冷凝管 天津恒山化工科技有限公司；調溫電熱套 北京科偉永興儀器有限公司；沃特浦超純水機 四川沃特爾水處理設備有限公司；電子天平 賽多利斯科學儀器(北京)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 水蒸氣蒸餾法提取4種精油

將新鮮薄荷葉、互葉白千層葉、新鮮柑橘皮、新鮮柚子皮于48 ℃烘干，剪碎備用。取烘干剪碎后的橘皮、薄荷葉、互葉白千層葉、柚子皮各20 g，按料液比1∶30采用水蒸氣蒸餾法提取精油，連續提取5 h通過讀取揮發油測定器刻度數確定植物揮發油的含量不再增加，此時即為提取終點。分別獲得柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油。對水蒸氣蒸餾法獲得的柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油用無水硫酸鎂除水、離心后得到揮發油的提取量[9]。

1.2.2 4種植物精油GC-MS分析

注入氣質聯用儀對精油進行分析。氣相色譜條件：Agilent TG-5MS氣相色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm，Thermo Scientific)；載氣為高純氦氣，流速為1 mL/min；進樣口溫度為270 ℃；分流；分流比100∶1。質譜條件：電子轟擊電離源(EI)，電子能量為70 eV；離子源和傳輸線溫度均為270 ℃。升溫程序：初始溫度50 ℃，保持3 min；再以5 ℃/min程序升溫至120 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min程序升溫至250 ℃，保持2 min。選取Scan模式時，質量掃描范圍為34～600(m/z)，溶劑延遲5 min[10-14]。將所檢測的組分與標準樣品及NIST數據庫中的譜圖數據進行檢索對比，從而定義化合物的名稱。

1.2.3 4種植物精油總抗氧化能力(T-AOC)測定

按照T-AOC試劑盒的總抗氧化能力測定操作步驟進行測定，采用紫外分光光度法，用蒸餾水調零，在593 nm處測定各溶液吸光度值，根據吸光度值計算出不同精油的總抗氧化能力。

1.3 數據處理

使用SPSS 22.0統計軟件對數據進行分析(顯著性水平設置為0.05)，采用Excel軟件整理數據作圖。

2 結果與分析

2.1 4種植物精油提取率

按照1.2.1水蒸氣蒸餾法計算出柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油的提取率分別為1%、0.5%、1.6%、0.8%。

2.2 4種精油成分分析

采用GC-MS分析4種精油，經NIST數據庫中的譜圖數據檢索篩選出相似度大于90%的物質，并結合文獻[15-17]手工解譜，分別鑒定出柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油組成成分，結果見圖1～圖4。 組成成分根據含量排列，結果見表1～表4。

圖1 茶樹精油氣質聯用離子流圖

圖2 薄荷精油氣質聯用離子流圖

圖3 柚皮精油氣質聯用離子流圖

圖4 橘皮精油氣質聯用離子流圖

2.2.1 茶樹精油化合物成分分析

表1 茶樹精油化合物成分分析

續 表

由表1可知，提取的茶樹精油中共鑒定出48種已知揮發性物質，總含量占96.07%，其中以萜烯類、醇類物質為主，還含有一定量的烴類、酚類和酮類。萜烯類有31種，總的相對含量為50.58%，以γ-松油烯、2-蒈烯、檸檬烯及(+)-喇叭烯的含量較高；醇類物質有11種，總的相對含量為40.12%，含量較高的為松油烯-4-醇、α-松油醇、(-)-藍桉醇和(+)維里地黃醇。烴類物質有3種，總的相對含量為5.03%，4-異丙基甲苯的含量最高，為3.79%。其余的是1種酮類物質，1種酚類物質，相對含量分別為0.15%和0.09%。石金娥等[18]測定了互葉白千層茶樹精油的揮發性成分結果顯示含量最高的是松油烯-4-醇，是茶樹精油的特征性成分, 松油烯-4-醇含量的高低是衡量互葉白千層是否屬于優良品系的標志之一。國標GB/T 26514—2011《互葉白千層(精)油，松油烯-4-醇型[茶樹(精)油]》中規定[19]，松油烯-4-醇的含量≥30%，亦符合ISO4730對其質量標準的要求[20]，松油烯-4-醇≥30% 。本實驗用水蒸氣蒸餾法提取的茶樹精油中松油烯-4-醇的含量為32.07%，符合標準要求。

2.2.2 薄荷精油化合物成分分析

表2 薄荷精油化合物成分分析

續 表

由表2可知，提取的薄荷精油中共鑒定出34種已知揮發物質，含量為96.14%。其中含量最高的是酮類，相對含量67.61%，左旋香芹酮含量占比為64.4%，是薄荷精油的主要組成成分；萜烯類有23種，總的相對含量為23.84%，以檸檬烯、β-蓽澄茄烯和石竹烯的含量較高，相對含量分別為11.47%、2.49%、2.31%；醇類物質6種，總的相對含量占比為3.4%。烴類有2種，占比小于1%。王少銘等[21]對花溪區、興義市、畢節威寧地區薄荷精油組分進行分析，結果表明這3個地區的薄荷精油組成以香芹酮為主，含量分別高達66.28%、53.29%、53.49%。

2.2.3 柚皮精油化合物成分分析

表3 柚皮精油化合物成分分析

續 表

由表3可知，提取的柚皮精油經氣質聯用共鑒定出已知揮發物11種，含量為95.58%。含量最高的是烯類物質，共5種，高達81.30%，其中D-檸檬烯相對含量占比為64.29%，(-)-β-蒎烯相對含量為16.12%，鄰苯二甲酸二異丁酯相對含量為9.62%，圓柚酮相對含量為2.15%。烴類物質1種，相對含量為0.99%。亞油酸相對含量為1.03%；蛇床子素相對含量0.11%。馮堃等[22]測定了5種柚皮精油的揮發性成分，其中D-檸檬烯是幾種柚皮精油的主要化合物，含量在42.43%～89.91%，與本研究結果一致。

2.2.4 橘皮精油化合物成分分析

表4 橘皮精油化合物成分分析

由表4可知，提取的橘皮精油經氣質聯用共鑒定出已知揮發物10種，總含量為99.19%。鑒定出烯類化合物8種，相對含量面積占比高達97.12%；橘皮精油最主要的組成成分是萜烯類化合物，其中最多的成分是D-檸檬烯，相對含量占比為91.52%；γ-松油烯相對含量占比為3.85%。研究表明[23]，柑橘精油主要由萜烯類碳氫化合物和含氧化合物構成，碳氫化合物中的單萜烯成分含量最高(78.65%～96.57%)，其中檸檬烯含量最多，另外研究結果還顯示除了萜烯類成分柑橘精油外還含有γ-松油烯、α-蒎烯、β-蒎烯等單萜烯。烴類物質1種，三十一烷的相對含量占比為0.25%。酯類物質1種，相對含量為1.82%。陳玲娟等以雪峰蜜橘橘皮為原料，采用SFE-CO2法從中提取揮發油，其中檸檬烯的相對含量為89.43%[24]。賈德翠等從椪柑果皮精油中鑒定出53種揮發性成分，其中D-檸檬烯相對含量占比為60.4%，朱鳳妮等對江西省“三湖紅橘”果皮揮發油成分進行鑒定，檢測到萜烯烴類物質12 種，烷烴類1種，未檢測到醇類、醛類等物質，與本研究結果一致。

表5 4種精油總抗氧化活性

圖5 4種精油總抗氧化活性柱形圖

由表5和圖5可知，4種精油的總抗氧化活性順序為橘皮精油>柚皮精油>茶樹精油>薄荷精油。

3 討論與結論

3.1 4種精油中揮發性物質的比較

表6 4種精油各類揮發性物質含量

圖6 4種精油中各類揮發性物質的比例

由表6和圖6可知，茶樹精油中檢測的主要揮發性物質是烯類和醇類物質，占比分別為50.58%和40.12%；烴類物質占比為5.03%；酮類和酚類占比較少，分別為0.15%、0.09%；未檢出酯類物質。薄荷精油檢測出的主要物質是酮類物質，占比為67.61%；其次為烯類物質，占比為23.84%；檢測出的醇類、酯類、烴類物質分別占3.4%、0.89%、0.07%；未檢測出酚類物質。橘皮精油檢測出的揮發性物質有烯類、酯類和烴類，其中烯類是主要揮發性物質，占比高達97.02%。柚皮精油中檢測出的揮發性物質有烯類、酚類、酯類和烴類，其中主要的揮發性物質為烯類物質，占比為81.3%；酯類占比為9.62%[25]。從化合物成分來看，4種精油都含有烯類和烴類；其中3種精油所含烯類是其主要化合物組成，占比都在50%以上；烴類化合物在4種精油的化合物組成中占比較少，只有茶樹精油中烴類占比為5.03%，其余3種精油中烴類占比均在1%以下。有3種精油鑒定出酮類物質，酮類物質是薄荷精油的主要組成物質，含量可達67.61%，而在茶樹精油和柚皮精油中占比較少，不是主要組成成分。醇類物質是茶樹精油的主要組成成分，占比為40.12%，在薄荷精油中占比為3.4%；柑橘皮精油和柚皮精油中未鑒定出醇類物質。只有茶樹精油中鑒定出酚類物質，相對含量占比為0.09%，其余3類精油中均未鑒定出酚類物質。4種精油中有3種精油鑒定出酯類物質，其中柚皮精油是4種精油中鑒定出酯類物質含量最高的，占比為9.62%；茶樹精油中未鑒定出酯類物質。

3.2 主成分及相關性分析

根據4種精油的化合物鑒定結果，對化合物的主要組成物質烯類、醇類、酮類、酯類、烴類等通過SPSS 22.0軟件對相關數據做主成分分析，結果見表7和圖7。

表7 相關系數矩陣的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率

圖7 主成分分析碎石圖

由表7可知，第一主成分貢獻率為50.690%，第二主成分貢獻率為41.871%，前兩個主成分累計貢獻率達到92.561%。由圖7可知，特征根大于1的為第一和第二主成分，因此保留第一、第二主成分，說明這兩個主成分能夠代表原來5種化合物總抗氧化活性的大部分信息，符合主成分分析的要求[26]。因此，可以把影響總抗氧化活性的化合物綜合成兩個主成分，這兩個主成分分別是烯類和醇類。烯類是4種精油化合物共同的成分，對烯類化合物和總抗氧化活性做相關性分析，結果見表8，烯類成分和總抗氧化活性相關性顯著(P<0.05)且4種精油中烯類化合物的含量與總抗氧化活性呈正相關，即總抗氧化活性橘皮精油>柚皮精油>茶樹精油>薄荷精油。

表8 烯類成分與總抗氧化活性相關性分析

4 結論

本研究用水蒸氣蒸餾法提取柑橘皮精油、薄荷油、茶樹油和柚子皮精油的提取率分別為1%、0.5%、1.6%、0.8%。

提取的茶樹精油、薄荷精油、柑橘皮精油和柚皮精油經氣相色譜-質譜聯用儀進行定性定量分析，鑒定出已知化合物分別為48種、34種、10種和11種，其中萜烯類化合物含量分別為50.58%、23.84%、97.02%和81.3%。通過對4種精油總抗氧化活性測定及與烯類化合物含量相關性分析，結果總抗氧化活性與精油中烯類化合物含量呈正相關(P<0.05)，4種精油中烯類化合物含量由高到低依次是橘皮精油>柚皮精油>茶樹精油>薄荷精油，總抗氧化活性由強到弱依次為橘皮精油>柚皮精油>茶樹精油>薄荷精油。