两种肉桂精油的化学成分与抗氧化活性研究

徐娟娟， 黎卓熹， 关冠恒， 贺 彦， 肖 晶， 肖青林， 王有娣

（中山大学新华学院药学院，广东广州510520）

植物精油是具有一定芳香气味且常温下能挥发的油状液体，其组分复杂，多由几十种甚至上百种分子量相对较小的简单化合物组成，按化学结构可分为萜类、芳香族、脂肪族及含氧衍生物如醇、醚、醛、酮、酸、酯等［1］.由于其具有缓解疼痛、杀菌、抗病毒、抗氧化及抗肿瘤等作用而广泛应用于食品工业、医药、日化等领域［1-4］.

肉桂属樟科植物，药食兼用，主产斯里兰卡、印度、马耳加什、马来西亚、毛里求斯等热带国家和地区，中国的海南、云南、广东、广西等地也有种植.肉桂主要分为4 个品种：中国肉桂（Cinnamomum cassia），越南肉桂（Cinnamomum loureiroi）、印尼肉桂（Cinnamomum burmannii）和锡兰肉桂（又称斯里兰卡肉桂，Cinnamomum verum J. Presl）［5-6］.肉桂精油是指从桂皮、桂枝、桂叶、果实等部位提取所得的挥发油，药理研究表明肉桂精油由于含有较多的功能成分而具有镇痛、抗菌、抗氧化和抗肿瘤等作用［6-12］.由于桂皮部位的精油含量最为丰富，目前市面上的肉桂精油多来源于桂皮部位，关于桂皮精油的化学成分分析国内外已有报道，朱羽尧等［13］研究了广西肉桂不同植物部位的精油成分，从桂皮中共分离出23 种成分，经质谱鉴定出17 种成分；宋建红等［14］采用GC-TOF/MS分析了斯里兰卡肉桂和中国肉桂皮精油中香气成分，从斯里兰卡肉桂皮精油中鉴定出54 个香味成分，从中国肉桂皮精油中鉴定出56 个香味成分；张艳等［15］研究表明采用不同的溶剂提取肉桂皮精油在化学成分的组成和含量上有一定的差别；陈建华［5］对不同肉桂皮精油的香气成分进行了对比研究，从印尼肉桂皮精油中鉴定出36 种成分，从斯里兰卡肉桂皮精油中鉴定出35 种成分.

肉桂广泛应用于食品、日用化工等领域，但目前来看，虽然肉桂化学成分鉴定已有科研报道，但鉴定出来的成分种类较少，研究较为浅显，成分与功效的研究及不同品种肉桂的质量比较鲜有研究，故本试验选用两个具有代表性的肉桂品种——印尼肉桂和斯里兰卡肉桂，采用水蒸气蒸馏法提取其肉桂皮精油，通过GC -MS法对其化学成分进行对比分析，并通过磷钼酸络合物法和邻二氮菲法测定其抗氧化活性，通过对比研究，初步探索肉桂精油的成分构成与抗氧化活性的内在关联，为研制抗氧化型复方精油提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器斯里兰卡肉桂原料为锡兰肉桂树的树皮，印尼肉桂原料为印尼产阴香（Cinnamomum burmannii（C.G.et Th.Ness）BI）树的树皮，规格均为桂通，等级均为统货.实验仪器为Agilent 7890 -5977B GC/MS 高效液相色谱质谱仪（美国Agilent公司），岛津UV-2550 紫外-可见光分光光度计（日本岛津公司），KQ5200DE 超声仪（昆山市超声仪器有限公司）、SY -2000 旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）、HH -S1 数显恒温水浴锅（江苏金怡仪器科技有限公司）.所用试剂均为市售分析纯.

1.2 肉桂精油的提取将肉桂原料粉碎后，称取40 ～60 目肉桂原料颗粒 200 g，加水 500 mL，超声波处理，水蒸气蒸馏4 h，蒸馏液接收于回流管内，液体分层，最上层的金黄色液体即为提取精油，将其吸出，用无水硫酸钠干燥，-10 ℃冷冻密封保存，备用.

1.3 GC - MS 成分分析GC - MS 仪器条件如下.

GC 条件：安捷伦 HP -5MS（30 m ×250 μm ×0.25 μm）弹性石英毛细管柱.进样模式：分流进样，分流体积比20∶ 1；进样口温度为250 ℃；载气为高纯氦气；流速1. 0 mL/min.柱温程序：初始温度50 ℃，以4 ℃ /min升至 150 ℃保持 2 min，然后以10 ℃/min升至250 ℃保持5 min；最后通过质谱进行定性分析.

MS条件：电离方式EI，电子能量70 eV；质量扫描范围为35 ～550 amu；离子源温度为230 ℃；四极杆温度为150 ℃；质谱传输线温度为250 ℃，标准图库为NIST 17.L质谱数据库.

1.4 抗氧化活性分析

1.4.1 总抗氧化活性测定 采用磷钼络合法测定精油的总抗氧化活性，经过条件优化进行测定.用无水乙醇将样品体积补至100 mL，形成不同浓度梯度样品.取 4 mL 磷钼试剂液、0. 4 mL 样品液，于95 ℃水浴中恒温90 min，在695 nm波长下测吸光度A，平行测定3 次.同时实验以BHT 作为样品阳性对照.

1.4.2 羟自由基清除率测定 采用邻二氮菲-Fe2+法测定精油的羟自由基清除率，通过单因素分析，优化反应条件进行测定.取 2 mL 浓度0.75 mmol/L邻二氮菲溶液，加入2 mL不同浓度梯度的样品溶液，充分混匀后，加入 2 mL 浓度0.75 mmol/L的硫酸亚铁混匀，再加入2 mL体积分数0.1%的H2O2混匀.于37 ℃的水浴中60 min后，在510 nm波长处测定吸光度（A2），以2 mL蒸馏水代替样品液作为空白对照，测定吸光度（A0），以2 mL的蒸馏水代替H2O2测定吸光度（A1）.精油对羟自由基清除能力按下式计算，平行测定3 次.同时实验以BHT作为样品阳性对照.

1.4.3 数据统计与分析 采用Excel 2016 软件对GC-MS数据和抗氧化试验数据进行统计分析.

2 结果与分析

2.1 肉桂精油化学成分分析结果

2.1.1 两种肉桂精油的GC -MS 分析结果 在7890A/5975C上对斯里兰卡肉桂精油进行GC/MS分析，共检出100 个色谱组分，其总离子流图示为图1（A）.对印尼肉桂精油进行 GC/MS 分析，共检出115 个色谱组分，其总离子流图示为图1（B）.利用MassHunter未知物分析软件对图1 进行定性分析，确定各个组分的相对分子质量和分子式，利用NIST 17 质谱解析软件及人工辅助分析确定化合物的结构，斯里兰卡肉桂精油最终确定了76 种成分，相对质量分数为98.62%.印尼肉桂精油最终确定了77 种成分，相对质量分数为98.24%，分析结果列于表1.

图1 两种肉桂精油的总离子流图Fig. 1 The total ion current chromatogram of cinnamon essence oil

表1 斯里兰卡肉桂及印尼肉桂精油成分Tab. 1 Chemical composition of cinnamon essence oils from Sri Lanka and Indonesia

续表1

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2.1.2 两种肉桂精油的主要成分对比分析 GC -MS结果显示，斯里兰卡肉桂精油中质量分数超过0.5%的主要成分有反式肉桂醛、β -石竹烯、肉桂醛二乙缩醛、乙酸桂酯、芳樟醇、丁香酚、伪柠檬烯、邻伞花烃、苯甲酸苄酯、石竹素、Z，Z，Z-1，5，9，9 -四甲基-1，4，7 -环十一碳三烯、α-可巴烯、α-水芹烯、十四醛等共14 个成分，相对质量分数为92.74%，如图2（A）所示.印尼肉桂精油中质量分数超过0.5%的主要成分有反式肉桂醛、肉桂醛二乙缩醛、α-可巴烯、乙酸桂酯、反式-2 -羟基肉桂酸、桉叶油素、α-蒎烯、左旋乙酸冰片酯、苯丙醛、（1S，8aR）-1 - 异丙基 -4，7 -二甲基 -1，2，3，5，6，8a-六氢萘（0. 76%）、莰烯、石竹素、α -松油醇、（-）-β -蒎烯等共14 个成分，相对质量分数为92.48%，如图2（B）所示.

对两种肉桂精油GC-MS分析结果进行对比，可以发现印尼肉桂精油含有更为丰富的挥发性成分，含量较高的前14 个主要成分有较大的区别，主要活性成分反式肉桂醛在印尼肉桂精油中含量稍高.

图2 斯里兰卡及印尼肉桂精油主要成分（质量分数＞0.5%）的对比Fig. 2 The major constituents（＞0.5 %）of cinnamon essence oil from Sri Lanka and Indonesia

两种肉桂精油中均含有烯烃类、醇类、醛类、酮类、酸类和酯类，不同官能团类型的化合物在两种精油中的分布情况见表2，化合物总体数量上差异不大，但不同品种的肉桂精油中化合物的具体含量差异较大，如烯烃类、酯类、酚类成分含量斯里兰卡肉桂明显高于印尼肉桂，但醛类和醇类成分印尼肉桂稍高，且印尼肉桂中含有特殊酚酸类物质反式2 -羟基肉桂酸.精油主要由萜类化合物、芳香类化合物和其他类型化合物组成，不同类型的挥发性成分在两种肉桂精油中的分布情况见表3，单萜及倍半萜类成分含量斯里兰卡肉桂明显高于印尼肉桂，而芳香类成分则是印尼肉桂明显高于斯里兰卡肉桂.

表2 不同官能团类型的化合物在两种精油中的分布情况Tab. 2 The distribution of compounds of different functional group types in two essential oils

表3 不同类挥发性成分在两种精油中的分布情况Tab. 3 The distribution of different volatile components in two essential oils

2.1.3 两种肉桂精油的共有化合物对比分析 两种精油共有成分36 个，相对保留时间基本一致，相对质量分数均有一定差别，反式肉桂醛的质量分数虽均在60%以上，但斯里兰卡肉桂精油中β -石竹烯、芳樟醇、邻异苯基苯的含量远高于印尼肉桂精油，印尼肉桂精油中α -可巴烯、α -蒎烯、桉叶油素的含量远高于斯里兰卡肉桂精油，含量相对较高的共有化合物对比情况见图3.

图3 两种肉桂精油中共有化合物对比Fig. 3 The comparison of common compounds in two essential oils

2.1.4 两种肉桂精油的非共有化合物对比分析斯里兰卡肉桂精油中所含有的丁香酚、伪柠檬烯、邻伞花烃、苯甲酸苄酯、α -水芹烯、十四醛等40个成分在印尼肉桂精油中均未被检测到，相对质量分数为9.92%，质量分数0.1%以上的特有成分有11 个，如图4（A）所示.含量最高的是丁香酚，丁香酚具有强烈的丁香花样花香和温和的辛香香气，正是由于丁香酚、石竹烯、芳樟醇等成分的存在，斯里兰卡肉桂有着其他肉桂所没有的突出的花果香.

印尼肉桂精油中所含有的反式-2 -羟基肉桂酸、左旋乙酸冰片酯、（+）-柠檬烯、（1R，5R，6R）-2，6 -二甲基-6 -（4 -甲基-3 -戊烯基）-双环［3.1.1］庚 -2 - 烯、（1S，4S，4aS，8aR）-4，7 - 二甲基 -1 - （1 - 甲基乙基）-1，3，4，5，6，8a - 六氢-4a（2H）-萘醇、间异丙基甲苯等41 个成分未在斯里兰卡肉桂精油中检测到，相对质量分数为5.4%，质量分数超过0.1%的特有成分共有9 个，如图4（B）所示.

2.2 肉桂精油抗氧化活性测试结果

图4 两种肉桂精油中非共有化合物对比Fig. 4 The comparison of no common compounds in two essential oils

2.2.1 总抗氧化活性测定结果 磷钼络合法常用于测定抗氧化物质的总抗氧化活性，肉桂精油总抗氧化能力随浓度的变化结果如图5 所示.由图5 可知，随着样品浓度的增加，吸光度值相应增大，表明肉桂精油及BHT的抗氧化活性均随着浓度的增大而升高，当精油浓度在0.05 ～0.4 mg/mL 之间时，印尼肉桂精油的总抗氧化活性始终比BHT 强，而斯里兰卡肉桂精油始终比BHT 弱，由此可以看出印尼肉桂精油具有很好的总抗氧化活性.

图5 肉桂精油的总抗氧化能力与质量浓度的关系Fig. 5 The relationship between total antioxidant capacity and concentration of cinnamon essential oil

2.2.2 羟自由基清除率测定结果 羟基自由基可以与活细胞中任何分子发生反应，从而导致组织细胞病变，肉桂精油对羟基自由基的清除作用如图6所示，随着浓度的增加肉桂精油及BHT 对羟基自由基的清除效果均逐渐增强，当精油浓度在0.000 1 ～0.01 mg/mL 之间时，印尼肉桂精油的羟基清除能力始终比同等浓度的BHT 强，而斯里兰卡肉桂精油始终比BHT弱.由此可以看出，印尼肉桂精油对羟基自由基有很好的清除作用，BHT 次之，斯里兰卡肉桂精油最弱.

图6 肉桂精油对羟基自由基的清除率与质量浓度的关系Fig. 6 The relationship between hydroxyl radical clearance and concentration of cinnamon essential oil

随着抗氧化理论和自由基研究的深入，寻求天然抗氧化物质已成为食品、药品、化妆品等各个领域的一大热点，植物精油作为一种天然抗氧化剂越来越受到关注.磷钼络合法和羟自由基清除率测定实验均反映印尼肉桂精油具有很好的抗氧化活性，优于阳性对照BHT及斯里兰卡肉桂精油.

2.3 肉桂精油化学成分与抗氧化活性之间的关系初探自由基是机体在生命活动过程中通过生化反应产生的中间产物，具有高度的活性，能自动催化引起链的引发、传递和终止3 个反应阶段，人体内的自由基过多，会导致细胞结构和功能的破坏，从而加快机体的衰老过程，并可能诱发心脑血管疾病、癌症等［15］.许多研究表明，天然成分的抗氧化机理主要与其酚类、酚酸类、黄酮类、醛类、萜类等抗氧化成分有密切的关系，其抗氧化机理主要包含以下4 个方面：直接抑制或清除自由基；激活抗氧化体系，同时抑制与自由基有关的酶；螯合过渡金属离子；抗氧化成分间协同作用［16-17］.

经研究，肉桂精油中醛类是主要组分，无论是斯里兰卡还是印尼肉桂精油中，醛类成分质量分数均超过60%，而醛类成分具有较好的还原性，是肉桂精油具有抗氧化活性的物质基础，印尼肉桂精油中醛类成分的含量稍高于斯里兰卡，笔者推测这也是印尼肉桂精油的抗氧化活性较优的原因之一.

单旺等［18］研究发现，羟基肉桂酸及其衍生物清除DPPH自由基的活性远高于阳性对照BHT，说明酚酸类成分具有很强的抗氧化活性.通过精油化学成分差异性分析可知，印尼肉桂精油中含有一种酚酸类成分-反式-2 -羟基肉桂酸，质量分数达1.85%，而在斯里兰卡你精油中并未发现此类成分.

由于精油成分的多样性和复杂性，各抗氧化成分之间可能存在一定的相互补充、协同增效作用，笔者推测这也是印尼肉桂精油的抗氧化活性较优的原因之一.目前，虽然报道的天然抗氧化剂众多，但对其抗氧化的机理研究尚缺乏规律性的科学依据，大多还是推测和分析，有待进一步的研究.

3 结论

本研究通过GC-MS分析，鉴定了斯里兰卡和印尼肉桂精油的化学组成，斯里兰卡肉桂精油最终确定了76 种成分，印尼肉桂精油最终确定了77 种成分，远多于已有文献［5，13-14，19］报道的成分数量.检测结果还显示，虽然二者均属于肉桂精油，但所含的化合物种类及含量均有一定的区别.抗氧化实验结果表明，虽然二者含有36 个共有成分，但印尼肉桂精油的抗氧化活性明显优于斯里兰卡肉桂精油，且优于阳性对照BHT.因此印尼肉桂精油在天然抗氧化剂的研究中具有很好的应用前景，可用于抗氧化复方精油的研究.