5种康养植物芬多精成分及含量研究

林 静，简 毅，骆宗诗，何家敏，李谨宵

(四川省林业科学研究院,四川 成都 610081)

森林康养产业是四川省吸收国际森林疗养理念，融合中华养生文化精髓，发挥森林综合功能，服务大健康需求，创新确立的新兴战略产业[1,2]。发展森林康养产业既是践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念，也是四川省林业实施“162”发展战略，推进供给侧结构性改革和林业产业转型升级，以及科学利用森林资源，推动生态扶贫的客观需要和路径选择[3,4]。

植物杀菌素(phytoncide)又名芬多精(phytoncidere)，是指植物的花、叶、木材、根、芽等油性细胞在自然状态下释放出的，可对其他有机体产生影响的挥发性或非挥发性的气态有机物VOCs，它可以增强人体免疫力，明显抑制癌细胞生长，具有特殊的医学功能[5]。其成分包括烃类、醇类、醛类、酮类、有机酸、内酯、萜烯化合物、较复杂的含氮化合物等[6]。大量研究表明植物精气中以单萜烯和倍半萜烯的医疗保健作用最大[7]，一般树种的单萜烯和倍半萜烯之和都能达到70%以上[8]，针叶树种挥发物以萜烯为主[9]，而马尾松(Pinusmassoniana)的单萜烯和倍半萜烯的相对含量之和可达90%，对人体健康十分有益，应当大力开发利用[5]。

四川盆地及盆周山地属于亚热带季风气候区，地形特征明显，海拔250 m～1 800 m，是适宜开展森林康养活动的主要区域，主要植被类型为针叶林、阔叶林以及针阔混交林，针叶林树种以柏木(Cupressusfunebris)、马尾松、柳杉(Cryptomeriafortune)、杉木(Cunninghamialanceolata)为主，阔叶林树种以桤木(Alnuscremastogyne)、青冈(Quercusglauca)、香樟(Cinnamomumseptentrionale)、桢楠(Phoebezhennan)为主，并且还有大面积的竹林，故本研究选取适合四川开展森林康养的林分中典型的植物种(柏木、马尾松、柳杉、香樟、苦竹(Pleioblastusamarus))，测定其活体枝叶释放芬多精的成分及含量，通过研究不同树种芬多精成分及含量的差异，试图筛选出康养基地的适宜树种，以期为康养基地的建设提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样地点

主要选取成都平原和盆周山地康养基地，远离闹市、人为活动少、空气清洁、污染少的大面积纯林中采样。每个采样点选择3株生长良好的标准木作为样本。采样树距离林缘 100 m以上，样本枝下高大于 1 m。 试验材料为柏木、马尾松、柳杉、香樟和苦竹，具体分布见表1。

表1 5种植物基本特征Tab.1 The basic characteristics of 5 species plants

1.2 样品采集

1.2.1 采集时间

样品采集在 2018年5月进行。选择典型晴朗无风天气采样，每个树种各选择生长状况良好且生理特征相似的3 株样树进行采集，连续3 d，在每日上午9点—11点进行采样。采样部位选择在树冠离地高度1.5 m 处，每60 min 循环采样1次。

1.2.2 采样方法

5种植物释放的样品采集方法：使用动态顶空吸附采样法(Dynamic Headspace collection)进行采集。具体按以下步骤进行：①用塑料袋(美国Reynolds生产的微波炉袋)套住适量枝条后，立即用气泵抽尽塑料袋内空气；②用气泵泵入通过活性炭和GDX-51过滤的净化空气，并密闭系统；③充气至塑料袋内体积2/3时，开始循环收集，时间60 min；④收集完成后，取下tenax样品管。为了减少大气干扰，收集大气挥发性物质作为实验本底。每次收集设3个重复。

1.3 样品测定

1.3.1 样品前处理方法

热脱附条件：以高纯(99.999%)氦气为载气，流速为30 ml·min-1,预吹扫1 min；吸附管加热至300 ℃，解吸10 min；半导体冷阱捕集温度为-10 ℃，解吸温度为280 ℃，解吸5 min；传输线温度为210 ℃。

1.3.2 气相色谱质谱(GC/MS)条件

采用美国HP GC7890/MS5975气相色谱/质谱联用仪。所用毛细管柱为HP-VOC(30 m×0.25 mm×0.25 μm)(J & W scientific，USA)。载气为高纯氦气，流速为1 mL·min-1。不分流模式，进样口温度为250 ℃。柱温箱的升温程序为：40 ℃保持2 min，然后以5 ℃·min-1升至180 ℃，保持2 min，继而以5 ℃·min-1升至240 ℃，保持5 min。电离方式EI，70 eV；质谱接口温度250 ℃，离子源温度230 ℃，电离方式EI，离子能量70 ev，质量扫描范围为35 u～550 u。

1.3.3 仪器与设备

7890A/5975C气相色谱质谱仪，色谱柱HP-VOC 30 m×0.25 mm×0.25 μm，美国安捷伦公司。COmbi PAL气相色谱多功能自动进样器(瑞士CTC公司)，所用水由Milli-Q系统(Milford,MA,USA)制得。分析天平(感量0.01 g)，瑞士梅特勒-托利多公司。

1.4 芬多精的鉴定

BVOCs的组成以萜类为主，由于测得的数据较多，为便于区分，种类未采用专业性强的分类方法(即单萜、环烯醚萜、倍半萜、芳香族、脂肪族等)，而是以分子结构中有机功能团类型来分为萜烯、醇、醛、酮、酯等，植物中的芬多精成分则以吴楚材等编制的《植物精气研究》中化学成分分布表比对。首先对照空气组分的主要化学成分，把采样过程中进入惰性袋内并起到循环流动载气作用的过滤空气组分作为挥发物分析的空白本底，其化学成分种类及相对含量、强度等是确定植物挥发性组分中化学成分的参照。分析惰性袋内对照空气组分的主要化学成分。若在挥发物谱图中出现上述成分，必须严格甄别，如果数量级相同，则应予以剔除。此外，通过版本软件分析可获得原始数据总离子流(TIC)(见图1)，图1中各峰所代表的化学信息经计算机检索确认及筛选，以此对各种挥发物成分进行鉴定。通过面积归一化法以确定各类挥发物的相对含量定量。

图1 样品色谱图(TIC)Fig.1 The TIC of BVOCs from sample

2 结果与分析

2.1 5种植物BVOCs的组成及含量

研究结果表明， 5种康养树种活体枝叶中化学成分以萜烯类、醇类、酯类、醛类、酮类、烷类等大类挥发性有机物为主。柏木共鉴定比对到约149种主要挥发性有机物，占总挥发物的99.61%；马尾松共鉴定比对到约125种主要挥发性有机物，占总挥发物的99.25%；柳杉共鉴定比对到约86种主要挥发性有机物，占总挥发物的98.83%；香樟共鉴定比对到约150种主要挥发性有机物，占总挥发物的96.29%；苦竹共鉴定比对到约121种主要挥发性有机物，占总挥发物的96.44%(见表2)。

表2 5种植物枝叶中BVOCs的组成及其相对含量Tab.2 BVOCs and relative content of phytoncidere in leaves and branches of 5 species plants

不同的康养树种释放的挥发性有机物如表2所示，除苦竹外，萜烯类比例最高，约占总离子流的69.81%～83.29%。从表2中可看出，柏木活体枝叶萜烯类含量最高，占挥发性物质总量的72.46%，其次为烷类(12.14%)、酯类(7.25%)、醇类(3.31%)、酮类(2.95%)，醛类含量最低，仅为1.50%；马尾松活体枝叶萜烯类含量最高，占挥发性物质总量的83.29%，其次为醇类(5.82%)、烷类(5.23%)、酯类(2.35%)、酮类(1.53%)，以及醛类(1.03%)；柳杉活体枝叶萜烯类含量最高，占挥发性物质总量的72.27%，其次为烷类(9.85%)、酯类(5.96%)、酮类(5.18%)， 醛类(3.06%)、醇类含量最低，为2.51%；香樟活体枝叶萜烯类含量最高，占挥发性物质总量的69.81%，其次为烷类(10.48%)、醇类(5.38%)、酮类(4.41%)、酯类(4.67%)、醛类含量最低，为1.54%。苦竹活体枝叶烷类最高，占挥发性物质总量的37.76%，其次为萜烯类(34.61%)、酯类(11.86%)、醇类(5.13%)、醛类(14.95%)、酮类含量最低，为2.13%。

2.2 5种植物芬多精单萜烯成分及含量

由表3可见，柏木枝叶中单萜烯相对含量达到58.87%，其中α-蒎烯和桧烯含量最高，分别为42.63%和20.59%，两者之和超过了柏木枝叶芬多精总含量的60%；马尾松枝叶中单萜烯相对含量最高，达74.42%，其中α-蒎烯、β-蒎烯和莰烯含量相对较高，分别为46.47%、11.61%和14.63%；柳杉枝叶中单萜烯相对含量为62.83%，其中α-蒎烯和桧烯含量最高，分别为30.18%和23.34%；香樟枝叶中单萜烯相对含量达63.16%，其中α-蒎烯、桧烯、β-罗勒烯(E)、β-蒎烯、莰烯、(+)-柠檬烯和萜品烯含量相对较高，分别为27.24%、17.86%、10.61%、3.64%、2.56%和1.08%；苦竹枝叶中单萜烯相对含量为26.06%，其中α-蒎烯、β-罗勒烯(E)、(+)-柠檬烯、β-蒎烯和桧烯含量相对较高，分别为13.64%、4.14%、2.56%、2.12%和1.89%。

表3 5种树种芬多精单萜烯成分及其相对含量Tab.3 Monoterpene and relative content of phytoncidere in leaves and branches of 5 species plants

2.3 5种植物芬多精倍半萜烯成分及含量

由表4可见，柏木枝叶中检测到的倍半萜烯种类较少，相对含量为2.85%，主要为α-石竹烯(0.18%)、β-石竹烯(1.35%)、α-侧柏烯(1.32%)；马尾松枝叶中检测到的倍半萜烯主要为肉桂烯(0.48%)、α-石竹烯(0.10%)、β-石竹烯(0.42%)、α-侧柏烯(0.08%)、α-水芹烯(4.48%)、β-水芹烯(0.09%)；柳杉枝叶中检测到的倍半萜烯主要为柠檬烯(1.21%)、β-侧柏烯(0.62%)、α-古巴烯(2.34%)；香樟枝叶中检测到的倍半萜烯主要为柠檬烯(3.72%)、侧柏烯(0.58%)、α-石竹烯(0.72%)、β-石竹烯(1.66%)；苦竹枝叶中检测到的倍半萜烯主要为肉桂烯(1.31%)、柠檬烯(2.65%)、α-石竹烯(1.32%)、β-石竹烯(1.78%)、α-古巴烯(0.32%)。

表4 5种树种芬多精倍半萜烯成分及其相对含量Tab.4 Sesquiterpenes and relative content of phytoncidere in leaves and branches of 5 species plants

2.4 5种植物其他芬多精成分及含量

植物芬多精除去单萜烯和倍半萜烯，还有其他化学成分，如二萜烯、二倍半萜烯、三萜烯、四萜烯、多萜烯、酯类、烷类等，由于种类繁多，本文只列出5种植物中共有的，含量较多的成分。由表5可见，5种康养植物中都能检测到桉树脑、十二烷、十四烷、十六烷、1-庚烯、癸烷、异佛尔酮、草酸异丁基壬酯、壬醛、辛烷、乙酸苯甲酯、癸环戊硅氧烷等物质，其中柏木中β-月桂烯含量较高，为3.83%；马尾松1-庚烯含量较高，为1.26%；柳杉中未检测出β-月桂烯，壬醛的含量相对较高，为1.54%；香樟中桉树脑含量较高，为3.53%；苦竹中癸环戊硅氧烷含量最高，为34.30%。

表5 5种树种其他化学成分及其相对含量Tab.5 Other chemical components and relative content of phytoncidere in leaves and branches of 5 species plants

3 讨论

3.1 5种康养植物芬多精成分及含量

大量研究表明针叶树种挥发物以萜烯为主[9]，如陈鹏等在2001年研究发现挪威云杉幼树的韧皮部挥发性物质的主要成分为α-蒎烯、茨烯、β-蒎烯等7种单萜类化合物[10]。陈霞等在2005年分析鉴定出秦岭林区油松针叶中65种挥发性成分，其化学成分以萜烯类等为主[11]；本研究表明柏木活体枝叶中单萜烯相对含量达到58.87%，其中α-蒎烯和桧烯含量之和超过了柏木枝叶芬多精总含量的60%；马尾松活体枝叶中单萜烯相对含量最高，达74.42%，柳杉活体枝叶中单萜烯相对含量为62.83%。

在对阔叶树种挥发物研究中，郭丽研究指出桑树 VOCs中(顺)-乙酸-3-己烯酯的含量最高，并含有甲酸、乙酸、2-己烯醛、3-己烯醇、(顺)-乙酸-3-己烯酯、2-壬烯醇、2-癸烯醇等化学成分[12]；火炬树枝叶以萜烯类化合物为主，VOCs 的成分和含量在不同的季节呈现不同的变化，同时伴有少量酮类、醇类化合物的释放；银中杨释放的VOCs 则以烷烃、烯烃类物质为主[13]；乙酸-3-己烯酯和乙酸庚酯的含量在皂荚和五角枫中分别为最高的[14]；本研究表明，香樟活体枝叶萜烯类含量最高，占挥发性物质总量的69.81%。单萜烯中α-蒎烯含量最高，倍半萜烯中柠檬烯含量最高。不同的阔叶树种释放的芬多精种类也不完全相同。

王靖岚等(2013)[15]通过采用循环式动态顶空釆集分析测定4种珍稀观赏竹在夏季不同月份的种类、数量、动态变化，结果表明巴山木竹(Bashaniafargesii)、 金佛山方竹(Chimonobambusautilis)、 筇竹(Qiongzhueatumidinoda)和峨眉箬竹(Idocalamusemeiensis)竹叶产生的主要包括酯、醇、酸、醛、酮、萜烯烃类及少量酚类等成分。吴楚材等[5]的研究表明毛竹芬多精的主要成分为甲酸乙酯(42.05%)和α-蒎烯(22.00%)。本研究结果表明，苦竹活体枝叶芬多精烷类含量最高，其次为萜烯类，癸环戊硅氧烷含量最高，其次为α-蒎烯。

3.2 芬多精的生理功效

植物释放的有机物不仅对自身具有吸引传粉、调节生长发育、增强抗性和防御能力等生理生态作用，还会对环境保护和人体保健具有杀菌抑菌、净化空气、调节人体生理指标等生态功能。植物释放的芬多精具有多种生理功效，为森林中特有的“保健因子”，具有止咳、平喘、祛痰、利尿等多种功效。芬多精还能促进人体免疫蛋白的增加，增强人体抵抗疾病的能力；可调剂植物神经的平衡，使人体腺体分泌均衡；芬多精还可以与空气中臭氧和负离子共同作用，增强森林空气的舒适度和保健功能。因此芬多精可以治疗多种疾病，对咳嗽、哮喘、慢性气管炎、肺结核、神经官 能症、心律不齐、冠心病、高血压、水肿、体癣、烫伤 等都有一定疗效，尤其是对呼吸道疾病的效果十分显著[5,16](见表6)。

表6萜烯类化合物的生理功效Tab.6 Physiological functions of terpenoid

3.3 单萜烯的成分及含量

单萜烯是植物源挥发性物质的重要组成部分，植物利用初级代谢产物在酶的催化作用下通过次生代谢反应产生[17]，植物自身独特结构如腺毛和树脂道是大量储存和排放单萜烯的重要部位。据测算全球的植物排放单萜烯总量为1150×106 tC·a-1 [8]，其在大气化学中也起着重要作用。单萜烯在大气中的存留时间约为1 min 到几小时，若受到人为干扰其存留时间会大为缩短[18]。

罗蒙尔特(Rommelt)的研究结果显示，萜类成分透过皮肤的速率为水的100倍，为盐分( NaCl)的1 000倍，同时人体可以不断吸收和释放萜类化合物，使体内处于平衡[5]。日本学者实验证实，在百日咳病患者的身旁散置精气植物，可将空气中的细菌减至1/10，在混有结核菌或大肠菌的水滴旁放置精气植物，数分钟后这些细菌就灭死。 琉球大学农学部屋我嗣良教授对树木香味作了研究，指出其挥发成分为萜烯类物质[5]，日本只木良也博士对萜类化合物的生理功效进行了研究，在萜类物质中，单萜类化合物的生理功效最多[5]。

本研究中不同的康养植物释放的挥发性有机物存在差异，除苦竹外，基本都以萜烯类为主，约占总离子流的69.81%～83.29%。结合表2和表3可得，5种植物中主要的单萜烯为α-蒎烯、β-蒎烯、р-伞花烃、蒈烯-3、三环烯、β-罗勒烯(E)、桧烯、莰烯、γ-松油烯、α-松油烯、(+)-柠檬烯、萜品烯。α-蒎烯具有抗肿瘤、抗真菌、抗过敏及改善溃疡的作用；罗勒稀能缓解紧张和疲劳[19]；紫苏稀和β-蒎稀能够祛痰镇咳[20]；р-伞花烃具有显着的祛痰，止咳，平喘的功效[21]；松油烯和萜品烯也具有平喘作用[22]。故在康养基地多栽种能释放单萜烯类的植物可以发挥抑菌杀菌、净化空气质量作用，有利于缓解人们工作压力、肠道问题。

3.4 倍半萜烯的成分及含量

倍半萜烯含以多个异戊二烯为单位的，有多个共轭或非共轭不饱和键的生化物质。具有挥发度低，沸点高，分子大(比单萜烯分子大)，水溶性低等特点。同时作为萜烯类物质又具有抗组织安、可抗敏消炎、消炎止痛、镇静神经系统、排毒的生理功效[23]。本研究结果表明，柏木枝叶中检测到的倍半萜烯主要为β-石竹烯、α-侧柏烯；马尾松枝叶中检测到的倍半萜烯主要为肉桂烯、α-石竹烯、β-石竹烯、α-水芹烯；柳杉枝叶中检测到的倍半萜烯主要为柠檬烯、β-侧柏烯、α-古巴烯；香樟枝叶中检测到的倍半萜烯主要为柠檬烯、侧柏烯、α-石竹烯、β-石竹烯；苦竹枝叶中检测到的倍半萜烯主要为肉桂烯、柠檬烯、α-石竹烯、β-石竹烯。故在康养基地适当配置倍半萜烯释放量高的植物，有利于缓解人们工作压力、达到医疗保健的目的。

4 结论

5种康养树种活体枝叶中芬多精成分以萜烯类、醇类、酯类、醛类、酮类、烷类等六类挥发性有机物为主。单萜烯和倍半萜烯相对含量之和作为衡量植物保健作用的指标。柏木、马尾松、柳杉、香樟活体枝叶释放的芬多精主要成分是单萜烯和倍半萜烯，其含量均在60% 以上，具有较强的生理功效，表明柏木、马尾松、柳杉、香樟可作为理想的保健树种，可以在这4种植物的纯林林分中建立森林浴场、森林保健中心、森林医院，从而广泛开展森林康养活动。