广西樟树精油的主成分分析及其化学型的研究

黄 艳，莫建光，周 翔

(广西分析测试研究中心，广西南宁 530022)

樟树(Cinnamomum camphora(L.)Presl)是樟科樟属植物中经济价值较高的树种之一［1］，高达30m，叶近革质，互生，椭圆或卵状椭圆形［2］。樟树在我国资源丰富，主要分布在长江流域以南及台湾、广西、海南岛、福建、广东等地。樟树的树干、树兜、树根及枝叶都含有精油，伴随植物化学和化学工业的发展，樟树精油的化学成分被研究的越来越深入，科研工作者们不断发现新的化学成分以及新的用途，将其应用于香料、农药、矿业、国防、化工等行业［3］。随着长期国内外科研工作者对樟树精油的开发和利用，人们对其的认识不断提高，蔡宪元，刘银荀等人对江西、云南、湖北、四川、广东和福建等主要樟树分布区域樟树中所含的精油进行了提取测定，并利用仪器分析的方法鉴定其化学成分，对这些区域樟树精油的化学型进行了研究划分。目前，我国专家学者对樟树化学型的研究划分共有芳樟醇型、樟脑型、桉叶油素型、橙花叔醇型、黄樟油素型、柠檬醛型、龙脑型以及一些混合型等八种类型［4－5］。虽然国内外对樟树精油化学成分和化学型研究较多，但是很少有对广西地区樟树的化学型进行系统化研究与分类的报道。本研究主要是对广西不同产地的樟树枝叶精油进行主成分分析和聚类分析，明确广西樟树分布区樟树的化学类型，为广西樟树资源的开发应用提供依据并为樟树精油的质量评价和分类提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

樟树叶 选取广西樟树生长密集且具有代表性的六个樟树自然分布区(融水、鹿寨、大桂山、马山、上林及南宁)共64株进行采样分析。

GC－MS气相色谱－质谱联用仪(DSQⅡ质谱检测器;DB－5MS石英毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm) 美国Thermo Frace公司;电加热套、挥发油提取器 天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 樟树精油的提取 将采集到的樟树枝叶原料剪碎，粉碎至2～4mm，称取100g放入圆底烧瓶内，加蒸馏水及数枚玻璃珠，运用水蒸气蒸馏法提取精油。蒸馏约3h后停止加热，静置至油水分离，取上层的淡黄色油层即为樟树精油［6－8］。

1.2.2 GC－MS测定条件 气相色谱条件:进样口温度230℃;载气为高纯氦气，载气流量为1.0mL/min;柱温:程序升温60～280℃，初始温度60℃保持2min，以3℃/min升至180℃，再以20℃/min升至280℃，溶剂延迟2.15min;进样量:0.2μL;不分流。

质谱条件:质谱接口温度:250℃;电离方式:EI;电子能量:70eV;离子源温度:200℃;扫描范围:40～1000m/z［9－11］。

1.2.3 分析方法 通过保留时间和质谱数据，利用NIST(2005)质谱库对质谱图进行检索并参考相关质谱资料对精油的化学成分进行鉴定［12－13］。利用主成分分析、聚类分析法和SPSS15.0统计分析软件对64份樟树精油样品的化学成分进行综合分析［7，14－15］。

2 结果与讨论

2.1 广西樟树精油的主成分分析

根据GC－MS结果分析，64份樟树枝叶精油共鉴定出56个化学成分［16］，选取相对平均含量较高的15种成分进行主成分分析，分别是α－蒎烯、莰烯、β－水芹烯、月桂烯、β－蒎烯、α－水芹烯、桉叶油素、γ－松油烯、芳樟醇、樟脑、4－萜烯醇、α－松油醇、反式石竹烯、α－葎草烯、橙花叔醇，所选取的15种成分平均相对含量总和占精油总化学成分含量的94.23%。通过Kaiser－Meyer－Olkin(KMO)统计量及 Bartlett’s球形检验结果显示，所选成分适合进行主成分分析。

应用SPSS统计软件中的描述性分析(Descriptives)对原始数据进行标准化处理并通过计算原始变量的相关系数矩阵旋转后进行主成分分析(表1)。

各主成分间载荷系数相差不大，经旋转后各载荷系数明显极化，第一主成分中主要起作用的是α－蒎烯和4－萜烯醇，第二主成分中主要起作用的是橙花叔醇和α－葎草烯，第三主成分中主要起作用的是α－松油醇和桉叶油素，第四主成分中主要起作用的是樟脑和芳樟醇，第五主成分中主要起作用的是月桂烯(表1)。

2.2 广西樟树精油化学型的聚类分析

研究选取主成分分析中五个成分的得分进行64份样品的聚类分析(即Q型聚类)，并选择欧氏距离平方和法，离差平方和法聚类分析广西不同化学类型的樟树精油。结果表明以Num=22作为分类标准，可将64份樟树精油样品分为5个化学类型，聚类结果可反映出每个观测量的主要成分，这五类化学型的特征成分均在主成分分析中为主要起作用成分，表明聚类分析结果完好的对应了主成分分析结果。表明了聚类分析的合理性、科学性和正确性(表2)。

第一类为芳樟醇型樟树，简称芳樟，特征成分为芳樟醇，结果中包括24份樟树枝叶精油样品，占测试样品的37.5%。24份样品中芳樟醇的平均含量为89.75%，最高含量为96.82%，最低含量为80.88%。表明芳樟醇型为广西樟树的主要化学类型，且芳樟醇含量高，有助于进一步选出优良单株，进行组培繁殖，大批量生产天然芳樟醇香料。

第二类为橙花叔醇型樟树，特征成分为橙花叔醇，结果中包括7份樟树精油样品，占测试样品的10.94%。其平均相对含量为65.04%。最高含量为67.49%，最低含量为63.17%，变异系数为2.57%，表明广西橙花叔醇型的樟树精油中，橙花叔醇含量稳定，变异性不大，可稳定产出。

表1 SPSS统计软件分析主成分Table1 Analysis of main component by statistical software SPSS

表2 64份广西樟树精油样品聚类结果Table2 The results of hierarchical cluster of 64 samples

续表

第三类为桉叶油素型樟树，在前人的分类中简称有油樟、桉樟，特征成分为桉叶油素，结果中包括8份樟树精油样品，占测试样品的12.5%。其平均相对含量为44.18%，最高含量为54.39%，最低含量为28.34%。

第四类为樟脑型樟树，简称脑樟，特征成分为樟脑，结果中包括9份樟树精油样品，占测试样品的14.06%。其平均相对含量为89.28%，最高含量为95.06%，最低含量为76.36%。表明广西樟脑型樟树中樟脑含量较高，平均含量接近90%，也可进一步选出优良单株，对樟脑组分分离纯化，进行产业化生产。

第五类为蒎烯－萜烯醇型樟树，为混合型的一种，特征成分为α－蒎烯和4－萜烯醇，这两种成分伴随出现，结果中包括16份樟树精油样品，占测试样品的25%。其中 α－蒎烯的平均相对含量为32.74%，最高为36.75%，最低为30.13%;4－萜烯醇的平均相对含量为25.34%，最高为30.01%，最低为15.88%。

2.3 讨论

虽然刘虹［17］等在20世纪90年代初对广西樟树进行了初步化学型分类，但其仅是对GC－MS测定得到的广西樟树枝叶精油的主要化学成分进行评价的结果，这种分类不够科学精确。而主成分分析法与聚类分析法是有严格的数学推导公式与计算过程的一种缜密的科学分析方法，能够定量地精确描述众多变量间数量关系，使其关系清楚，便于理解，结果更加科学精确。本实验对广西地区樟树的化学型分类更为科学系统，并且实验结果与其对广西樟树化学型分类结果相似，都检测出了芳樟醇型、樟脑型、桉叶油素型和橙花叔醇型，不同之处在于其第五种类型萜烯－松油醇型在本实验中未检出，原因可能是由于主成分分析与聚类分析结果较其分类更科学精确，也可能是本实验采样的局限性导致可能存在的化学型未被检出。但是实验检测到其未在广西樟树中检测出的蒎烯－萜烯醇型，发现α－蒎烯和4－萜烯醇含量高的单株树种，为广西樟树研究提供了更多的科学数据与理论支持，更进一步提高了广西樟树精油的特色性，为进一步对广西樟树的深入研究打好铺垫。

3 结论

通过对64份广西不同产地樟树枝叶精油样品的主成分分析，提取出五个主成分包含了原样本83.141%的信息量，通过这五个主成分评价了原15个主要化学成分间的相关变化。第一主成分中主要起作用的是α－蒎烯和4－萜烯醇，第二主成分中主要起作用的是橙花叔醇和α－葎草烯，第三主成分中主要起作用的是α－松油醇和桉叶油素，第四主成分中主要起作用的是樟脑和芳樟醇，第五主成分中主要起作用的是月桂烯。

利用五个主成分的得分值进行聚类分析，并结合GC－MS分析结果，选取了欧氏距离平方距离测度法和离差平方和聚类方法进行分析，结果表明，当聚类水平为22时，每类中各个观测量的主成分明显且一致，因此将广西樟树分为五种化学类型:芳樟醇型、橙花叔醇型、桉叶油素型、樟脑型和蒎烯－萜烯醇型。其中芳樟醇型分布最广泛，芳樟醇含量占绝对优势，有助于进一步选取优良单株，进行工业化生产，为广西带来更大的经济效益和社会效益。

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