椿叶花椒叶挥发油化学成分的研究

吴 刚,秦民坚,张 伟,洪俊丽,吴 琼

(1.中国药科大学药用植物学实验中心,江苏南京 211198;2.中国药科大学中药资源学研究室,江苏南京 211198)

椿叶花椒 (Zanthoxylum ailanthoidesSieb.et Zucc.)是芸香科 (Rutaceae)花椒属落叶乔木,分布在低纬度,如中国大陆、台湾、韩国日本和菲律宾等地林区,我国长江以南地区均有分布,资源十分丰富[1]。在中国大陆,茎皮和根皮被用于风湿病,关节痛,活血散瘀,跌打损伤,蛇伤肿痛和外伤出血等,在台湾,椿叶花椒叶也被用作普通感冒的常用药[2]。研究发现椿叶花椒里面含有苯并菲啶类,喹啉类,香豆素类,黄酮类,木脂素类和萜类化合物[3-5]。其中有些化合物有抗血小板凝集[4]和抗H I V[5]的作用。但迄今未见椿叶花椒叶挥发油的化学成分研究的报道。本研究制备椿叶花椒叶中的挥发油,采用气相色谱 -质谱联用仪对其化学成分进行了初步研究,为进一步合理开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料 椿叶花椒叶于 2010年 6月采自安徽省芜湖市,由作者鉴定,中国药科大学秦民坚教授复核为 Zanthoxylum ailanthoidesSieb.et Zucc.的叶,标本保存于中国药科大学中药资源学教研室。

1.2 仪器 美国 Ther mo Focus DSQ气相色谱 -质谱联用仪;HP-5MS(30 m ×0.25 mm ×0.25μm)色谱柱。

1.3 方法

1.3.1 挥发油提取方法 取粉碎并过 40目筛的椿叶花椒叶的粉末 100 g,置烧瓶中加水适量密闭隔夜,按中华人民共和国药典 (2005版)挥发油提取法提取挥发油。

表1 椿叶花椒叶挥发油化学成分的分析结果

1.3.2 GC-MS分析条件 色谱条件:进样口温度250℃;起始温度 60℃,保持 2 min;以 15℃/min升至 300℃,保持 5 min;载气 He,流速:1 mL/min;进样方式:分流进样 ,分流比:280∶1,进样量:1μL。

质谱条件:电离方式 EI,电离能量 70 eV,离子源温度 250℃,传输线温度:250℃。扫描范围:41～400 amu。

质谱标准库:N IST库

2 结 果

本实验共鉴定出 33个峰,经总离子流色谱图的面积归一化得到各成分的质量分数。通过对各色谱峰的质谱分析和计算机标准谱库检索,并参考相应化合物在类似色谱分析条件下的保留时间,共鉴定出 33个化合物,化合物总峰面积占总离子流色谱峰面积的 99.9%。气相色谱分析见表1。其中酮、醛类占 45.07%,烯、烯醇、烯酸类占 54.92%。椿叶花椒叶挥发油的主要成分为:2-壬酮含量最高,为42.87%;芳樟醇含量次之,为 19.12%;再次为β-水芹烯,含量为 14.4%;此外还有 α -法呢烯(5.42%)、罗勒烯 (4.20%)、α -蒎烯 (3.21%)、(-)-4-萜品醇 (2.23%)和 2-十一酮(1.83%)。

3 讨 论

植物挥发油是一类植物源次生代谢物质,分子量较小且可随水蒸气蒸出,具有一定挥发性的油状液体物质,植物学上称为精油 (essential oil),商业上称芳香油 (aromatic oil),化学和医药学上称挥发油(volatile oil)。

食品添加剂工业随着食品工业的迅速发展已经成为现代化食品工业的基础工业之一。但是由于人工合成的化学品在食品中滥用威胁着人类健康,从而使人们对天然食品添加剂寄予厚望。开发天然、营养、多功能的食品添加剂成为食品工业的发展方向。目前此类食品添加剂主要用作食用天然色素、香料、甜味剂、防腐剂、抗氧化剂及乳化增稠剂等。如肉桂油在食品中作为天然的食用香料,应用几乎涉及软饮料、糖果、罐头食品、焙烤食品、酒类和烟草类等各个方面。本研究发现椿叶花椒叶挥发油成分中含量大于 1%的有 2-壬酮 (42.87%)、芳樟醇(19.12%)、α -蒎烯 (3.21%)和 2-十一酮(1.83%),上述 4种成分占总挥发油的 67.03%,且皆为 GB2760-1996规定允许使用的食用香料。食品添加剂的应用中,还有一热点是研究植物挥发油作为不同种类的果蔬的保鲜剂。食品污染是由革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌共同引起的,如:埃希氏菌属大肠杆菌、沙门氏菌、葡萄球菌和杆菌。植物精油的抑菌作用使其可成为天然的食品防腐剂[6],如樟属植物含有的芳樟醇,具有抑杀微生物的活性作用[7],本研究发现椿叶花椒叶中芳樟醇的含量达到了 19.12%。此类挥发油可通过与食品生产前处理工艺、气调包装等手段的结合,显示出天然食品保藏剂的商用价值。

从上世纪初起,天然精油的研究就与化妆品等日化产品的制造联系在一起,日化工业除利用植物精油的赋香功能之外,还充分利用各种天然提取物独特的生物活性来提高产品质量和开发其促进淋巴循环达到清除毒素的功效,调节内外分泌腺,促进组织细胞再生的功效等多种功能[8]。例如日化香精配方中经常使用的罗勒烯,在椿叶花椒叶中含量达4.2%。此化合物有草香、花香并伴有橙花油气息,可用于模仿天然油类,如:香柠檬油,杂薰衣草油和橙花油等,可为橙香型古龙水配方和薰衣草馥奇配方带来新奇强烈的头香,对于辛 -药草香型的日化香精配方同样有效。另外,这类香精还可大量用于家居产品中,在芒果类日化香精配方中有着显著效用,且国际香料协会 (IFRA)没有限制使用。本研究发现椿叶花椒叶的挥发油成分中含有 2.23%的(-)-4-萜品醇,此化合物具有丁香味,可用于配制香精、高级溶剂及去臭剂。

在医学领域,植物精油具有祛痰、止咳、平喘、驱风、健胃、解热、阵痛、抗过敏、酶抑制、抗炎、抗突变、抗癌、抗菌、抗病毒、抗氧化及对中枢神经系统的镇静作用等多种药理活性[9]。柠檬烯 (本研究发现在椿叶花椒叶中含量为 0.63%)的具有良好的镇咳、祛痰、抑菌作用,复方柠檬烯在临床上可用于利胆、溶石、促进消化液分泌和排除肠内积气。石竹烯(本研究发现在椿叶花椒叶中含量为 0.56%)具有平喘作用,可预防老年慢性支气管炎[10]。榄香烯(本研究发现在椿叶花椒叶中含量为 0.04%)是重要的抗肿瘤活性成分[11],榄香烯注射液由我国学者自主研发成功,主要成分为β-榄香烯,已于 1994年作为国家二类抗肿瘤新药上市。多年来,大量实验研究和临床实践进一步充分证实,榄香烯注射液具有广谱、高效、低毒且能通过血脑屏障等特点[12],因此,目前广泛用于恶性胸腹腔积液、多种实体瘤以及脑转移癌[13]。

此外,植物精油对害虫生物活性很高,能解决化学防治带来的害虫抗药性及农药残留导致巨大经济损失和生态环境的恶化,而且对人畜毒性很小等优点,是一种很好的生物农药原料。本实验所鉴定的β-水芹烯 (本研究发现在椿叶花椒叶中含量为14.4%)存在花椒等植物的挥发油中[14],是一种香料和香料中间体,同时它也是一种具有生物活性的天然杀虫剂,是国外常用的生物杀虫剂中的一个重要的活性成分[15]。

以上讨论的化合物占到总离子流色谱峰面积的93.28%,提示椿叶花椒叶的挥发油有很广阔的研究前景。总之,天然植物精油具有来源广泛和毒性小的特点,是一个富有潜力的生物资源,随着各种分离和检测技术的不断进步,植物精油的组分、结构和功能日趋明朗化,它必将会在医药、保健品、病害虫防治、食品、环保等方面具有更大的应用和开发空间。

[1] Chang C E,Hartley T G.Rutaceae in Flora of Taiwan[M].2nd ed.Taipei:Editorial Committee of the Flora of Taiwan,1993,3:510-544.

[2] GanW S.Manual of Medicinal Plants in Taiwan[M].Taipei:National Research Institute of ChineseMedicine,1970,2:375.

[3] Cheng M J,Tsai IL,Chen I S.Chemical constituents from the root bark of Formosan Zanthoxylum ailanthoides[J].J Chin Chem Soc,2003,50:1241-1246.

[4] SheenW S,Tsai IL,Teng CM,et al.Nor-neolignan and phenyl propanoid from Zanthoxylum ailanthoides[J].Phytochemistry,1994,36:213-5.

[5] ChengM J,Lee K H,Tsai IL,et al.Two new sesquiterpenoids and anti-HI V principles from the root bark of Zanthoxylum ailanthoides[J].Bioorg Med Chem,2005,13:5915-5920.

[6] 陈冬梅,唐春红.国外天然食品防腐剂的研究进展[J].中国食品添加剂,2008,2:73-77.

[7] 杜传来,王佳红,郁志芳.天然果蔬保鲜剂的研究与应用[J].食品科学,2004,5:135-138.

[8] 张万里,乔润香,尹 飞,等.13种植物提取物对 5种果蔬病原真菌的抑菌活性[J].华南农业大学学报,2009,30(2):40-43.

[9] 华 艳,汪汉卿.白茎绢蒿挥发油化学成分的研究[J].中成药,2007,29(5):754-756.

[10] 杨永利,郭守军,马瑞君,等.下田菊挥发油化学成分的分析[J].热带亚热带植物学报,2007,15(4):355-358.

[11] 袁 静.榄香烯 -一种新型的抗肿瘤药[J].中国野生植物资源,1997,16(3):8.

[12] Yang H,Wang X P,Yu L L,et al.The antitumor activity of elemene is associated with apoptosis[J].Chin J Cancer Res,1997,9(2):83-88.

[13] RuiD,Chen X Y,Wu T X,et al.Elemene for the treatment of lung cancer[J].Cochrane Database Syst Rev,2007,17(4):CD006054.

[14] 卢 奎,刘延奇,赵英杰,等.天然杀虫剂β-水芹烯的合成[J].天然产物研究与开发,1996,8(4):28-32.

[15] 路纯明,卢 奎.人工合成储粮保护剂β-水芹烯对几种储粮害虫作用的研究[J].中国粮油学报,1997,12(6):1-4.