迷迭香释放挥发性有机物的成分和变化规律研究

蒋冬月 陈雅静 李永红 李因刚 沈 鑫

(1. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；2. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410000；3. 深圳职业技术学院，广东 深圳 518055)

迷迭香 (Rosmarinusofficinalis) 是唇形科 (Labiatae) 迷迭香属 (Rosmarinus) 常绿灌木，叶片线形，常丛生在枝上，上稍具光泽下密被白色星状绒毛。原产欧洲及北非地中海沿岸，是一种常见的芳香植物，其叶、枝均是提炼芳香油的原料[1]。迷迭香既是西餐中常用的调味料[2]，又是香水、香皂等化妆品的原料[3]；既具有抗菌、消炎、抗氧化等功效[4-6]，又具有增强记忆力、提神醒脑、镇静安神等保健功能[7]。目前关于迷迭香挥发油的研究已有报道，主要采用精油作为试验材料，研究其化学成分、抗菌、抗氧化等作用[8-11]。但精油的提取常常会受提取温度和方法的干扰，造成某些挥发性物质受到破坏，不能完全反映迷迭香释放的挥发性有机物成分[12]。因此，本研究采用顶空-固相微萃取技术吸附采集不同时期迷迭香叶片释放的挥发性有机成分，结合气质联用仪检测并分析迷迭香不同季节及一天中不同时间释放的挥发性有机物成分及相对含量，揭示其叶片挥发性有机物的季节变化规律和日变化规律；并用相同的方法探究其叶片和花瓣释放的挥发性有机物成分的差异，为科学利用迷迭香营造生态型、保健型、芳香园林景观提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料来源

迷迭香采购于深圳南山花卉世界苗圃，种植于深圳职业技术学院西校区芳香植物园内。

1.2 研究方法

1.2.1植物挥发性有机物的采集和测定

分别于3月、6月、9月、12月的16日上午9:00—10:00在同一位置的植物上摘取向阳侧上、中、下部位的健康无损伤的叶片10片，或盛开的花朵5朵，分别剪碎混匀，称取0.5 g放置5 mL萃取瓶中密封，静置30 min，环境温度为 (22 ± 3)℃。将型号为DVB-CAR-PDMS 100 μm的SPME纤维头 (美国Supelco公司) 通过聚四氟乙烯瓶垫插入到萃取瓶中，置于样品正上方0.5 cm左右，顶空萃取40 min，然后将纤维头插入6890N/5975气相色谱-质谱联用仪 (美国Agilent公司) 的GC进样口，解吸10 min。每次收集设置3次重复，吸附空萃取瓶中的气体作为空白对照。挥发性有机物日动态变化的测定于6月16日进行，8:00—20:00每2 h采样1次。

色谱条件：HP-5MS弹性石英毛细管柱色谱柱，长30 m，内径0.25 mm，液膜厚0.25 μm，载气为高纯氦气，不分流进样，恒流流速1.0 mL/min，进样口温度230 ℃，接口温度280 ℃。季节变化和花瓣挥发物测定选择初始温度50 ℃，保持4 min，以6 ℃/min升至150 ℃，保持2 min，然后以7 ℃/min升至250 ℃，保持8 min。日动态变化规律测定选择初始温度50 ℃，保持4 min，以4 ℃/min升至150 ℃，保持2 min，然后以8 ℃/min升至250 ℃，保持6 min。质谱条件：电子轰击 (EI) 离子源，电子能量70 eV，离子阱温度为230 ℃，四级杆温度为150 ℃，质量扫描范围30～500 m/z。

1.2.2数据处理

挥发性有机物成分经气相色谱分离，不同组分形成其各自的色谱峰，用气相色谱-质谱-计算机联用仪中MSD Productivity ChemStation进行分析鉴定。各组分质谱经NIST Mass Spectral Database 2008谱库检索，采用保留指数定性的方法来辅助质谱检索定性。根据所获得的质谱图、质谱数据库与文献对照，再结合人工谱图解析确认挥发物中各种化学成分。各成分在样品气体中的相对百分含量采用峰面积归一法进行计算，计算公式为：

相对含量=(该物质峰面积/样品所有气体峰面积之和)×100%

(1)

通过该公式计算得出的结果只是相对比值，代表某物质在所采集的总气体样品中的相对百分含量，并不是该物质在大气中的绝对含量。

2 结果与分析

2.1 迷迭香叶片挥发性有机成分和含量的季节动态变化

通过GC-MS分析，扣除本底空气中的杂质，从迷迭香叶片不同季节释放的挥发性有机物中共鉴定出43种化合物 (表1)。其中萜烯类化合物16种、醇类化合物9种、酮类化合物5种、酯类化合物4种，以及少量的醛类、醚类、酚类和其他化合物，主要成分为 (1S)-(-)-β-蒎烯、(1R)-(+)-α-蒎烯、桉树醇、月桂烯等。不同季节迷迭香叶片挥发性有机物成分的种类存在差异，见图1。从3月到12月，检测到的挥发性有机物种类数先增加后减少。6月份检测到的挥发性有机物种类最多，为30种，9月份检测到的种类最少，为22种。

表1 迷迭香叶片释放的挥发性有机物相对含量的季节变化Table 1 The seasonal variations of components and relative content of VOCs released from leaves of R.officinalis %

续表1

注：“-” 表示未检测到。

图1迷迭香叶片挥发物种类季节性变化
Fig.1 The seasonal variations on types of VOCs from leaves ofR.officinalis

迷迭香叶片在不同季节释放的挥发性有机物成分的种类和相对含量并不相同。3月份检测到的挥发性有机物以萜烯类化合物为主，其次为酮类和醇类化合物。其中 (1R)-(+)-α-蒎烯的相对含量最高，为47.13%，其次为桉树醇、α-蒎烯，其相对含量分别为22.63%和6.01%。6月份检测到的挥发性有机物的种类主要为萜烯类和醇类化合物，其中醇类化合物的种类是3月份的2倍。检测到的挥发性有机物主要成分为 (1R)-(+)-α-蒎烯、桉树醇、莰烯和 (1S)-(-)-β-蒎烯。9月份和12月份检测到的挥发性有机物的种类相似，以萜烯类、醇类和酮类化合物为主，且主要成分和6月份的检测结果相同。每个季节都检测到的化合物有 (1S)-(-)-β-蒎烯、(1R)-(+)-α-蒎烯、萜品油烯、月桂烯、g-萜品烯、石竹烯、4, 6, 6-三甲基二环[3.1.1]庚-3-烯-2-酮、松莰酮、右旋樟脑、桉树醇和1, 2-二甲氧基-4-烯丙基苯。

从表2可以看出，不同季节迷迭香叶片释放的酯类、酮类和醇类物质的相对含量都呈现先下降后上升再下降的趋势，酯类化合物的含量在9月份含量最高，12月份含量最低；而酮类和醇类化合物的相对含量在3月份含量最高，6月份含量最低；萜烯类化合物则呈现先上升后下降再上升的变化趋势，在6月份时相对含量达到最高，为82.40%；醛类、醚类和酚类化合物仅在部分月份检测到少量。迷迭香叶片释放的挥发性有机物主要成分的变化趋势如下：(1S)-(-)-β-蒎烯、(1R)-(+)-α-蒎烯和月桂烯的相对含量都呈现低-高-低-高的趋势，而萜品油烯、g-萜品烯、石竹烯、4, 6, 6-三甲基二环[3.1.1]庚-3-烯-2-酮和桉树醇的相对含量都呈现高—低—高—低的变化趋势。

表2 迷迭香叶片挥发性有机物成分及含量的季节性变化Table 2 The seasonal variation of components and relative content of VOCs released from leaves of R.officinalis %

注：“-”表示未检测到。

2.2 迷迭香叶片挥发性有机物成分和含量的日变化

迷迭香叶片在8:00、10:00、12:00、14:00、16:00、18:00、20:00时释放的挥发性有机物，通过GC/MS分析，扣除本底空气中的杂质，共鉴定出43种化合物 (表3)。其中萜烯类化合物15种、醇类化合物10种、酮类化合物5种、酸类化合物4种、酯类化合物3种，以及少量的醛类、烷类、醚类、酚类和其他化合物。迷迭香叶片一天中释放的挥发性有机物的主要成分为 (1R)-(+)-α-蒎烯、桉油精、4, 6, 6-三甲基二环[3.1.1]庚-3-烯-2-酮、乙酸龙脑酯、莰烯、β-月桂烯等。一天中不同时段迷迭香叶片挥发性有机物成分的种类呈现先增多后减少的趋势 (见图2)。从8:00到14:00迷迭香叶片释放的挥发性有机物种类逐渐增加，在14:00达到最多，为32种；随后逐渐减少。

表3 迷迭香叶片释放的挥发性有机物成分及其相对含量日变化Table 3 Diurnal variations of components and relative content of VOCs released from leaves of R.officinalis %

续表3

注：“-”表示未检测到。

图2迷迭香叶片挥发物种类的日变化
Fig.2 Diurnal variation on types of VOCs from leaves ofR.officinalis

在一天中不同时段，迷迭香叶片释放的挥发性有机物的种类和相对含量存在差异。8:00检测出的挥发性有机物种类以萜烯类和醇类化合物较多，其中 (1R)-(+)-α-蒎烯相对含量最高，为49.68%，其次为桉油精、莰烯和4, 6, 6-三甲基二环 [3.1.1] 庚-3-烯-2-酮，其相对百分比含量分别为20.41%、4.90%、3.62%。10:00—12:00检测到的挥发物种类较8:00增多，出现了醚类化合物。14:00时检测到的挥发性有机物种类最多，首次出现了烷类化合物。16:00—20:00挥发物种类逐渐减少，18:00时出现酚类化合物。一天中，每个时间段都检测到的化合物有乙酸龙脑酯、(1R)-(+)-α-蒎烯、β-月桂烯、g-萜品烯、石竹烯、α-石竹烯、右旋樟脑、松香芹酮、4, 6, 6-三甲基二环 [3.1.1] 庚-3-烯-2-酮、棕榈酸、1, 2-二甲氧基-4-烯丙基苯、桉油精、芳樟醇和龙脑莰醇。

从表4可以看出，一天中不同时段，迷迭香叶片释放的酯类物质的相对含量呈现先上升后下降再上升的趋势，在20:00时含量最高；萜烯化合物呈现先上升后缓慢下降的趋势，其相对含量在8:00时最低，16:00时最高；醇类、酮类和酸类化合物的相对含量都呈缓慢下降的趋势； 烷类、醚类和酚类物质仅在部分时段出现，其相对含量较低。迷迭香叶片释放的挥发性有机物的主要成分变化趋势如下：4, 6, 6-三甲基二环 [3.1.1] 庚-3-烯-2-酮的相对含量呈现高—低—高的变化趋势，桉油精的相对含量呈现高—低—高—低的变化趋势，β-月桂烯含量变化不大，乙酸龙脑酯和 (1R)-(+)-α-蒎烯的相对含量呈现低—高—低—高的变化趋势。

表4 迷迭香叶片挥发性有机物含量的日变化Table 4 Diurnal variation on content of VOCs released from leaves of R.officinalis %

注：“-”表示未检测到或不存在。

2.3 迷迭香花与叶片挥发性有机成分和含量的比较

通过GC-MS分析，扣除本底空气中的杂质，在迷迭香叶片和花瓣中一共鉴定出35种挥发性有机物，其中萜烯类化合物14种、醇类和酮类化合物6种、酯类化合物3种，以及醛类、醚类和其他化合物 (见表5)。迷迭香叶片共检测出25种挥发性成分，其中萜烯类化合物为10种，占叶片总挥发物含量的65.32%，其次为醇类和酮类化合物，其相对含量分别为24.88%和5.50%。而迷迭香花瓣一共检测出21种挥发性成分，其中种类最多的是萜烯类物质，有11种，其含量占花瓣总挥发物的94.84% (见表5、表6)。

表5迷迭香叶片与花瓣释放的挥发性有机物相对含量Table 5 The relative content of VOCs released from leaves and petals of R.officinalis %

注：“-”表示未检测到。

表6 迷迭香的叶片与花瓣挥发性有机物含量的差异Table 6 The difference on content of VOCs released from leaves and petals of R.officinalis

迷迭香叶片中检测到的相对含量最多的挥发性成分是 (1R)-(+)-α-蒎烯，为47.13%，其次是桉树醇和α-蒎烯，其相对含量依次为22.63%、6.01%。迷迭香花瓣中检测到的相对含量最多的挥发性成分也是 (1R)-(+)-α-蒎烯，为40.83%，其次是4-亚甲基-1-(1-甲基乙基) 环己烯、β-蒎烯和莰烯，相对含量依次为15.60%、13.99%、13.91%。迷迭香叶片与花瓣中都检测到的挥发性有机物一共有11种，分别为乙酸龙脑酯、(1R)-(+)-α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、g-萜品烯、萜品油烯、石竹烯、α-石竹烯、顺-松樟酮、4, 6, 6-三甲基二环 [3.1.1] 庚-3-烯-2-酮和1, 2-二甲氧基-4-烯丙基苯。

3 结论与讨论

目前，国内外对迷迭香挥发性有机物的研究多采用水蒸气蒸馏法[13-15]、溶剂提取法[5,16]和CO2超临界流体提取法[17-18]等。蒸馏法简单易行，适于难溶或不溶于水的成分的提取，但其属于非活体提取，长时间高温提取会使某些挥发性物质受到破坏；溶剂提取法是根据相似相溶原理，选择适合的溶剂非常关键，但溶剂中的微量杂质沉淀在提取物中，影响提取物的纯度；CO2超临界流体提取法整个提取过程在低温条件下进行，具有防止氧化热解及提高品质等突出优势，但此方法仅可采集非极性挥发性有机物[12]。通过对比各种提取方法，本研究采用了顶空-固相微萃取采集法，此方法所需样品量少，无需溶剂，操作简化，集采样、萃取、浓集、进样于一体，非常适合芳香植物挥发性成分的研究，已在许多植物挥发物的研究中得到应用[19-22]。

植物释放挥发性有机物的成分和相对含量与采样时温度、湿度、气孔导度、光照以及蒸腾速率等关系密切[23-28]。研究结果显示一年中，迷迭香叶片释放的挥发性有机物的种类呈现先增加后减少的趋势；其中，6月份检测到的挥发性有机物种类最多，这与前人的研究结果一致[13]。这可能是因为随着夏季的到来，光照时间变长，温度逐渐升高，达到30 ℃左右，植物进入生长旺盛阶段，体内有机物合成、代谢加快，其挥发性有机物的种类增多[12,29-30]。迷迭香VOCs的主要成分为萜烯类化合物，萜烯类化合物的相对含量呈现先上升后下降再上升的变化趋势，在6月份达到最高，为82.40%；这类化合物的生成受到光照、温度和湿度等环境因子的显著影响，其中大部分萜烯类化合物释放的高峰期在6—9月[31]。此时气温升高到30 ℃左右，空气湿度达到68%以上，这些外界环境均有利于萜烯类化合物合成酶的活化。另外，此季节植物自身旺盛的光合作用为萜类化合物合成提供充足的碳源和还原力；同时，强烈的蒸腾作用也为化合物的扩散创造了条件[32-33]。同样，一天中不同时间段外界环境条件的改变也会影响植物的代谢活动，从而影响植物VOCs的合成和释放。在6月份的日变化检测中，挥发性有机物的种类呈现先增多后减少的趋势，在14:00达到高峰，此时温度为一天中最高，33.5 ℃；空气湿度为一天中最低，为42%。这些现象都说明迷迭香叶片释放挥发性有机物种类的多少和相对含量的高低均与采样时的环境有着密切的关系，这有待后续进一步深入的研究。迷迭香叶片和花瓣释放的挥发性有机物的主要成分均为萜烯类化合物，主要为 (1R)-(+)-α-蒎烯、桉树醇、α-蒎烯、β-蒎烯、石竹烯、乙酸龙脑酯等物质。这些成分不仅具有抗菌消炎[34]、抗氧化[35]、抗癌[36]等作用，在某种程度上对调节人体情绪具有一定的作用，已有研究证明了迷迭香具有抗抑郁[7,37]、催眠[38]和改善记忆[39]的功效；迷迭香释放的挥发性有机物对人体情绪的影响有待深入的研究探讨。今后，在植物景观设计中，可适当配置迷迭香作为芳香型素材，从而营造出保健型园林景观。

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