柠檬桉果实、叶挥发油的成分分析及对比

屈　恋,张闻扬,刘雄民,马　丽,赖　芳

(广西大学化学化工学院,广西南宁 530004)



柠檬桉果实、叶挥发油的成分分析及对比

屈恋,张闻扬,刘雄民*,马丽,赖芳

(广西大学化学化工学院,广西南宁 530004)

采用水蒸气蒸馏法分别提取柠檬桉果实和柠檬桉叶挥发油,用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对两者挥发油成分进行对比分析,并对柠檬桉果实中主要组分的作用进行分析。结果表明:柠檬桉果实挥发油得率为0.76 mL/100 g(以鲜重计),柠檬桉叶挥发油得率为1.3 mL/100 g。柠檬桉果实挥发油中有37种成分,其中单萜类9种,氧化单萜8种,倍半萜5种,氧化倍半萜7种,芳香族化合物1种,其他化合物7种,主要成分具体为:1R-α-蒎烯、γ-松油烯、石竹烯等;桉叶油的主要组分为:香茅醛、β-香茅醇、异胡薄荷醇。两者相同组分较少,有α-蒎烯、异胡薄荷醇、α-松油醇等,含量差别较大。

柠檬桉,果实,挥发油,气相色谱-质谱

柠檬桉(Eucalyptuscitriodora)一种常绿大乔木,广泛种植于广西、广东及福建、浙江、云南、四川等地,是良好的速生用材树种和很好的芳香油树种[1]。对柠檬桉的化学成分研究集中于其枝叶,有关柠檬桉叶挥发油的化学成分已有文献报道[2-6],主要以香茅醛、香茅醇和乙酸香茅酯为主。

柠檬桉叶精油有广泛用途,是香料工业重要原料之一,可单离出香茅醛、香茅醇,被广泛应用于香料化妆品、日用品等领域,具有杀菌、消毒和灭蚊等功效。在香料化妆品方面,柠檬桉精油可以用于单离生产香茅醇,方文重[7]等通过利用柠檬桉叶油合成香茅醇,采用MPV(米尔温-庞多夫-韦尔莱还原反应)反应将香茅醛合成香茅醇,产率为93.57%。日用品方面,柠檬桉叶精油可以用于制作香皂、洗涤剂、化妆品香精,配制十滴水和清凉油等。除此之外,李芳[8]等发现柠檬桉叶油对室内空气进行熏蒸消毒,比紫外线灯消毒效果好。柠檬桉叶精油因其特殊的味道可以驱蚊,周贤闯[9]对柠檬桉叶精油等九种精油对致乏库蚊的驱避与熏杀作用进行了分析,发现柠檬桉叶精油对致乏库蚊均具有一定的驱避效果,而且柠檬桉的薰杀效果在九种精油中最好而且作用较快。柠檬桉叶油对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等菌种具有非常好的抗菌性[10-11]。

柠檬桉树每年结大量果实,果实成熟后掉落地上没有被利用,有关果实的化学成分研究没有受到关注,柠檬桉果实的价值没有被体现。本文采用水蒸气蒸馏法对柠檬桉果实和叶子挥发油进行提取,对挥发油成分进行定性定量分析,并比较果实与叶挥发油的组成成分差异,研究结果为寻找柠檬桉果实挥发油用途提供理论基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

柠檬桉果实和柠檬桉叶柠檬桉果实的大小为直径5 mm,长10 mm的半橄榄形,采于广西大学西校园,采集时间为2015年7月;乙醚分析纯,≥99.5%，成都市科龙化工试剂厂。

QP2010 Ultra型气相色谱-质谱联用仪日本岛津;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器巩义市予华仪器有限责任公司;AR224CN型电子天平OHAUS国际贸易(上海)有限公司;B24/29油水分离器四川蜀玻集团有限责任公司;GC-17 1000圆底烧瓶四川蜀玻集团有限责任公司。

1.2挥发油的提取

[2]的方法,采用水蒸气蒸馏法对柠檬桉果实和柠檬桉叶挥发油进行提取。

1.2.1柠檬桉果实挥发油提取分别称取145 g(M,g)未破碎柠檬桉果实和对半切开的柠檬桉果实放入1000 mL圆底烧瓶中,以料液比1∶4加入580 mL水,油浴加热温度120 ℃,水蒸气蒸馏时间8 h,冷却后补充水,至水总量为1000 mL,油浴加热温度120 ℃,再次蒸馏8 h,分别用具塞刻度试管收集上层芳香性淡黄色油状物,读取油相体积(V,mL),按照公式(1)计算挥发油得率。

式(1)

1.2.2柠檬桉叶挥发油的提取将新鲜桉叶剪成1～2 cm2大小,称取200 g样品装于1000 mL圆底烧瓶中,料液比1∶4加入蒸馏水800 mL,油浴加热温度120 ℃,连续蒸馏4 h,用具塞刻度试管收集,冷却静置后读取桉叶油体积,平行实验三次,取平均值计算得率(以鲜重计)。

1.3柠檬桉叶和果实的挥发油分析

柠檬桉叶和果实挥发油的成分分析采用GC-MS法。实验中,挥发油用乙醚按1∶2进行稀释,色谱图扣除乙醚溶剂峰。GC-MS分析条件如下:

气相色谱条件:色谱柱Rxi-5Sil(30 m×0.25 mm id×0.25 μm),载气为高纯度氦气,柱前压47.0 Kpa;柠檬桉果实挥发油升温程序:初始温度60 ℃,保持1 min,然后以1 ℃/min升温至120 ℃,再以3 ℃/min升温至150 ℃,继续以15 ℃/min的速度升温至280 ℃,保持5 min。

柠檬桉叶挥发油升温程序:60 ℃保持1 min,升至140 ℃(3 ℃/min),再升至170 ℃(2 ℃/min),继续升至250 ℃(8 ℃/min),于250 ℃保持5 min;载气为高纯氦气;进样量0.1 μL,分流比1∶50,进样口温度250 ℃,接口温度230 ℃。

质谱条件:电子轰击(EI)离子源,电子能量70 eV,电子倍增器电压 1.5 kV,质量扫描范围33～550 u,全扫描方式。

2　结果与讨论

2.1柠檬桉果实和叶挥发油得率

比较枝叶、果实未破碎和被破碎的水蒸气提取效果,结果如表1所示。

表1　柠檬桉果实和叶子挥发油得率

从表1可看出,破碎的果实与未破碎果实比较,发现破碎果实的出油率比未破碎果实出油率低。破碎果实出油率低的原因是:果实破碎时,细胞被破坏,表面积增加,表面的挥发成分容易被挥发。相比于果实,叶子的表面积大,与溶剂的接触面积大,蒸馏比较容易,蒸馏时间也较短,不需要二次提取,故得率是果实的两倍左右。因为果实颗粒较大,加之蒸馏到一定时间,果肉煮烂了,对挥发油的提取造成了一定的困难。

2.2柠檬桉果实和叶挥发油的成分分析

破碎与不破碎果实对挥发油得率有较大影响,对其成分是否有影响这是值得关注的。为此,比较破碎与不破碎果实挥发油成分,结果如表2和表3所示。重点比较先后两次提取柠檬桉果实挥发油组分的差异,挥发油成分的定量分析采用面积归一化法,定性分析采用计算机对各峰的质谱图进行 NIST(National Institute of Standards and Technology,美国国家标准与技术研究院)标准谱库的检索,根据质谱裂解规律进行核对,参考标准图谱和相关文献[5,12-14]确定其化学结构。

图1　柠檬桉果实挥发油的总离子流图Fig.1　Total ion current chromatogram of oil fraction of the volatile compounds in fruits from Eucalyptus citriodora

表2　未破碎柠檬桉果实挥发油的化学成分

从表2可以看出,GC-MS确定了未破碎柠檬桉果实挥发油中有34种成分,主要由萜类物质构成,单萜类8种,氧化单萜8种,倍半萜4种,氧化倍半萜6种,芳香族化合物1种,其他类型化合物7种。其中主要成分为:1R-α-蒎烯(48.1%～49.61%)、γ-松油烯(16.51%～22.87%)、石竹烯(3.58%～6.48%)。第一次提取和第二次提取挥发油的成分差别不大,但是含量差别较大,在实验过程中,由于挥发度的不同,第一次提取先蒸出容易挥发的组分,而难挥发的组分和一些含量较大的组分在第二次提取时被蒸出,也就导致了第一次和第二次提取成分的差异,第二次提取的挥发油中多出了α-水芹烯、莰烯、沉香螺醇、β-半桉叶醇等物质。

表3　破碎柠檬桉果实挥发油的化学成分

从表3可看出,GS-MS确定了破碎柠檬桉果实中挥发油的33种成分,其中大部分成分与未破碎柠檬桉果实挥发油的成分相似,但是含量都有所下降,可能是在破碎过程中,由于时间过长而导致部分易挥发组分损失。综合表2和表3可得,在柠檬桉果实挥发油中主要组分为1R-α-蒎烯、γ-松油烯、石竹烯等。

比较表2和表3可以知道,破碎过后的柠檬桉果实挥发油的主要组分含量都有所下降,其中主要成分1R-α-蒎烯的相对含量从49.61%下降为44.48%,γ-松油烯的相对含量从22.87%下降到22.02%,石竹烯的相对含量从3.58%下降为3.16%。除此之外,破碎之后的柠檬桉果实挥发油中桉树脑、顺式茉莉酮、α-石竹烯、β-半反式罗勒烯、(R)-(+)-香茅醛等成分含量上升,α-水芹烯、沉香螺醇等成分没有检测到,出现了石竹烯氧化物、罗勒烯、α-荜澄茄油萜等在未破碎挥发油中未检测到的物质。以上的结论也验证了破碎过的柠檬桉果实挥发油的得率比未破碎过的低,一些容易挥发的组分在破碎过程中挥发。综合表2和表3的结果，柠檬桉果实中的主要成分有37种，其中单萜类9种，氧化单萜8种，倍半萜5种，氧化倍半萜7种，芳香族化合物1种，其他化合物7种。其中主要成分为1R-α-蒎烯、γ-松油烯和石竹烯，其中破碎和未破碎的果实挥发油中成分基本相同，差异较小。

表4　柠檬桉叶挥发油的化学成分

从表4可看出,GS-MS确定了柠檬桉叶中的主要组分为香茅醛、香茅醇、乙酸香茅酯、α-蒎烯、β-蒎烯、桉叶油醇、香茅醇、乙酸香茅酯、β-石竹烯等,而且异胡薄荷醇的含量在50%以上,其他组分的含量较小,除了含量较多的β-香茅醇和异胡薄荷醇以外,大部分在1%以下,可以说柠檬桉叶油的主要组分只有三种:香茅醛、β-香茅醇、异胡薄荷醇。

2.3柠檬桉叶油和果实挥发油的化学组分比较

比较表2～表4发现,果实挥发油与桉叶油有显著性差别。柠檬桉叶油的主要组分有:香茅醛、β-香茅醇、异胡薄荷醇。在一些学者研究的柠檬桉叶挥发油的化学组成中,乙酸香茅酯的含量也比较高。这与柠檬桉果实挥发油主要化学组分相比差别非常大,在柠檬桉果实挥发油中主要组分为:1R-α-蒎烯、γ-松油烯、石竹烯,检测到了香茅醇,而没有发现香茅醛和乙酸香茅酯。通过比较可以发现,柠檬桉叶挥发油和果实挥发油的相同部分为β-蒎烯、桉叶油醇、顺-茉莉酮等。

柠檬桉叶和柠檬桉果实挥发油的主要组分的差异性,决定了两者的研究方向不同。。总体来说柠檬桉叶油主要用于日用品和香料化妆品等方面,但是柠檬桉果实挥发油的主要成分如:1R-α-蒎烯、γ-松油烯和石竹烯等,具有非常大的经济价值、生产价值和药用价值,所以研究方向应该着重于挥发油中某一成分的单离,并且开发出成本更低、更天然的产品供市场需求。

2.4柠檬桉果实挥发油主要组分功效性分析

在柠檬桉果实中α-蒎烯的含量较高,同时它也是非常重要的合成中间体,但是大部分挥发油中α-蒎烯为左旋α-蒎烯,可以作为各种蒎烯类合成香料等物质的起始原料,也可以进行异构化反应生成β-蒎烯。而右旋α-蒎烯主要从脂松节油和其他含有右旋α-蒎烯的精油中提取出来,作为原料大量用于合成松油醇、樟脑、二氢月桂烯醇等香料,而且现在高光学纯度的右旋α-蒎烯正越来越多地被用于手性医药中间体、植物保护及合成香料工业。在柠檬桉果实挥发油中,1R-α-蒎烯的含量接近50%,若将柠檬桉果实挥发油作为生产右旋α-蒎烯的原料,可以大大降低脂松节油的使用压力,也能尽可能充分利用柠檬桉果实,降低右旋α-蒎烯的生产成本,变废为宝。

γ-松油烯是柠檬桉果实中含量较多的组分之一,有柑橘和柠檬香气,主要存在于芫荽子油、柠檬油等中,广泛应用于医药制药、染料、橡胶、建筑、生物、杀菌、石油、合成化工、应用化工和塑料等行业,可以用作香料和食用香精的增香剂。从市场对天然产物开发的产品趋势来看,对天然产物等产品需求将会越来越大,价格也会越来越高。仅仅靠现有的生产方式不足以满足市场的需要,通过对柠檬桉果实的挥发油进行进一步的分离提取,可以得到天然的而且成本较低的γ-松油烯,预计天然γ-松油烯具有更高的价值和更广泛应用前景。

另外,石竹烯作为一种天然食品香料,可以用来合成乙酰基石竹烯等更有价值的香料,也可以通过柠檬桉果实挥发油的进一步分离提纯得到,还可以通过进一步的转化,得到更多有用的天然产物。在柠檬桉果实挥发油中,大部分的成分都是生产香精香料的主要原料,如茉莉酮就是重要的合成香精原料,可以用于高级茉莉系列化妆品香精中,桉树脑可以用于生产止咳糖、人造薄荷等等;除此之外,α-松油醇、α-石竹烯和法尼醇等都在医药方面都有较大的应用价值。但是目前国内外还没有人对柠檬桉果实的成分进行具体的功效或药用分析,柠檬桉果实

中的化学成分没有得到深入的研究和开发。本文对柠檬桉果实和叶挥发油的分析,也为柠檬桉以后的进一步开发提供了理论依据。

3　结论

采用水蒸气蒸馏法提取柠檬桉果实和叶精油,得到的柠檬桉果实挥发油为具有芳香气味的淡黄色油状物,得率为0.76 mL/100 g,需要二次提取。柠檬桉叶挥发油得率为1.3 mL/100 g。其中柠檬桉果实挥发油中有37种成分,主要由萜类物质构成,其中主要成分为:1R-α-蒎烯、γ-松油烯和石竹烯等。与柠檬桉果实挥发油相比,叶子的挥发油的化学组分较多,主要组分为香茅醛、β-香茅醇、异胡薄荷醇,其他组分含量小于1%。两者相同的组分较少:α-蒎烯、异胡薄荷醇和α-松油醇等。查阅资料发现柠檬桉挥发油中的主要组分在香精香料等方面都有着重要的作用,因此对柠檬桉果实和叶挥发油的化学组成的研究,为以后研究柠檬桉果实中其他的主要组分提供了依据,并且为研究柠檬桉果实的后续研究提供了方向,对提高柠檬桉的综合利用价值具有非常重要的经济意义。

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Analysis and comparison of volatile constituents in the fruits and leaves ofEucalyptuscitriodora

QU Lian,ZHANG Wen-yang,LIU Xiong-min*,MA Li,LAI Fang

(College of Chemistry and Chemical Engineering,Guangxi University,Nanning 530004,China)

The volatile constituents in the fruits and leaves ofEucalyptuscitriodora,were extracted by using steam distillation method,the components of oil were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)and to find the difference. Studied the effect of the main components of the fruits ofEucalyptuscitriodoraThe results show that,the yield of fruits oil was 0.76 mL/100 g(on fresh weight basis),leaves was 1.3 mL/100 g. The result of GC-MS showed that 37 component were identified in the fruits oil,Composed mainly of terpenes,there were 9 monoterpene,8 oxygenated monoterpenes,5 sesquiterpene,7 oxygenated sesquiterpene,7 others compound,1 aromatic compound. The major constituents in the fruits oil ofEucalyptuscitriodorawere 1R-α-Pinene,followed by γ-terpinen、caryophyllene and so on. the main components of Eucalyptus oil were citronellal,citronellol,isopulegol. Both components less the same:α-pinene,isopulegol,α-terpineol,etc.,there are big differences in the content.

Eucalyptuscitriodora;fruits;volatile oil;gas chromatography-mass spectrometry

2015-11-24

屈恋(1993-),女,硕士研究生,研究方向:天然产物的提取分离纯化及活性,E-mail:18776774709@163.com。

刘雄民(1969-),男,博士,研究方向:天然产物的提取分离纯化及活性,E-mail:xmliu1@gxu.edu.cn。

国家自然科学基金(11462001)。

TS255.1

A

1002-0306(2016)12-0071-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.005