HS-SPME-GC-MS分析比较肉桂挥发性成分

韦露玲，谢凤凤，黄飘玲，任佳妮，滕建北

（广西中医药大学，南宁 530200）

肉桂为樟科植物肉桂（Cinnamomum cassiaPresl）的干燥树皮，具有补火助阳，引火归元，散寒止痛，温通经脉的功效，主治阳痿宫冷，腰膝冷痛，肾虚作喘，虚阳上浮，眩晕目赤，心腹冷痛，虚寒吐泻，寒疝腹痛，痛经经闭［1］。现代研究表明，肉桂主要有扩张血管、促进血液循环、增强冠脉及脑血流量、镇静、镇痛、解热、抗惊厥等作用［2］。桂枝为樟科植物肉桂的干燥嫩枝，具有发汗解肌，温通经脉，助阳化气，平冲降气的功效，主治风寒感冒，脘腹冷痛，血寒经闭，关节痹痛，痰饮，水肿，心悸，奔豚［1］。现代应用中桂枝主要有降低肠道紧张度，轻度促进胆汁分泌，可抗凝、利尿等药理作用。桂丁为樟科植物肉桂的幼嫩果实，具有温里散寒，止痛，止呕功效，主治心胸疼痛，胃腹冷痛，恶心，嗳气，呃逆，呕吐，肺寒咳喘［3］。现代主要应用于中枢神经系统的镇痛、降压作用和抗氧化作用［4］。三者同源而异用，不同的功效与三者间不同的物质基础是否存在着一定的关联性，本研究拟通过HS-SPME-GC-MS研究三者主要含有的挥发性成分的异同，揭示三者间功效不同的物质依据。

目前，通过查阅相关文献发现分析鉴定肉桂、桂枝的化学成分的研究较多。袁鹏飞等［5］采用HPLC化学成分指纹图谱方法，分析桂枝、肉桂指纹图谱的特点，发现两者化学成分种类相似，但是含量上存在差异。龚正等［6］采用气相色谱—质谱联用技术分析比较肉桂、桂枝挥发油成分，发现两者挥发油的主要成分是桂皮醛。刘浩［7］通过应用2WA型阿贝折射仪，测定肉桂和桂枝的挥发油折射率，通过HPLC法测定肉桂、桂枝成分，发现肉桂中桂皮醛含量高于桂枝，但在其他成分种类上两者的化学成分相似。胡锦亮等［8］运用气相色谱质谱对桂丁挥发油的化学成分进行分离鉴定，鉴定出19种醛类化合物。目前未见到国内外文献中有运用HS-SPME-GC-MS法对肉桂、桂枝及桂丁挥发性成分进行比较分析的研究报道。本研究利用HS-SPME-GC-MS法对肉桂、桂枝及桂丁的挥发性成分进行分析和比较，并用面积归一化法测定挥发油各组分的相对含量，旨在从挥发性成分的角度比较分析肉桂、桂枝、桂丁的异同点，为三者挥发油进一步开发利用提供试验依据。

顶空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）技术是集采样、萃取、浓缩和进样于一体的一种快速采样技术［9］，通过结合气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）可以快速分析顶空固相微萃取仪富集样本中绝大部分的挥发性成分［10，11］。因其操作简单、采样迅速、重现性和线性良好，能够有效避免有机溶剂提取和浓缩的繁琐操作［12］，且所需样品量少，样品处理时间短，不使用有机溶剂，能够真实地反映样品挥发性组分的特点。因顶空固相微萃取的这些优点，使得其在食品、医药和环境检测鉴定挥发性组分的分析中得以广泛应用。因此本试验采用HS-SPME-GC-MS技术对肉桂、桂枝、桂丁三者的挥发性成分进行快速萃取和分析，研究肉桂、桂枝、桂丁化学成分的特点，以期为三者的临床应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 样品

供试药材肉桂、桂枝、桂丁采自广西壮族自治区藤县平福乡仁厚村，自然阴干，经广西中医药大学药学院梁子宁教授鉴定分别为樟科植物肉桂的干燥树皮、干燥嫩枝、幼嫩果实。

1.2 仪器

Agilent 7697A型自动顶空进样器；气相色谱-质谱联用仪（7890B GC-5977B MSD，配备30 m×250 μm×0.25 μm的HP-5MS石英毛细管色谱柱）；20 mL顶空进样瓶、密封瓶盖、封盖器，美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 挥发性成分提取 取肉桂、桂枝、桂丁粉末样品约0.5 g，置于带有硅橡胶隔垫的卷边盖透明顶空进样瓶中（20 mL），将顶空进样瓶放置在样品盘中。自动顶空进样，顶空平衡温度为70℃，平衡时间为10 min，样品环温度为80℃，传输线温度为90℃，进样时间为0.5 min，气相色谱循环时间为50 min［13］。

1.3.2 气相色谱-质谱（GC-MS）条件 色谱条件：经查阅文献及考察最终确定色谱柱为HP-5MS石英毛细管柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；升温程序从70℃开始，以5℃/min升至170℃，保持2 min，再以10℃/min升至230℃，保持1 min；进样方式为顶空自动进样，不分流，载高纯度He，柱流速1 mL/min。质谱条件：电子轰击离子源（EI），电离能70 eV，离子源温度为230℃，四级杆温度150℃，接口温度为250℃，扫描质量范围30～550 amu［14］。

2 结果与分析

经化学工作站数据处理及采用面积归一化法从各总离子流中计算各组分相对百分含量，按各峰的质谱图经质谱数据库检索，结合相对保留时间，确定各成分。从肉桂中检出25个峰，鉴定出22种成分，其中（E）-桂皮醛占挥发性成分32.14%，古巴烯占总挥发性成分的29.88%；桂枝中检出18个峰，共鉴定出17种成分，其中（E）-桂皮醛含量为三者中最高，占挥发性成分的87.74%，古巴烯占总挥发性成分的2.65%；桂丁中检出23个峰，鉴定出20种成分，（E）-桂皮醛占挥发性成分的79.90%，古巴烯占总挥发性成分的3.83%。具体结果见图1、图2、图3及表1。由表1可知，肉桂、桂枝、桂丁都含有（E）-桂皮醛、古巴烯、α-衣兰油烯、（1S-顺式）-1，2，3，5，6，8α-六氢-4，7-二甲基-1-（1-甲基乙基）-萘等挥发性成分。特别是（E-）-桂皮醛成分在三者中占比都是最高的，通过HS-SPME-GC-MS检测肉桂、桂枝、桂丁（E-）-桂皮醛成分，发现相同成分含量最高的（E-）-桂皮醛在13.568 min左右有最大吸收，相似度分数大约为99.56%。化学结构式见图4，质谱和镜像质谱见图5、图6。古巴烯在16.345 min左右有最大吸收，相似度分数大约为98.77%。化学结构式见图7，质谱和镜像质谱见图8、图9。

图7 古巴烯结构式

图8 古巴烯MS

图9 古巴烯镜像MS

表1 肉桂、桂枝、桂丁挥发性成分比较

图1 肉桂挥发性成分总离子

图2 桂枝挥发性成分总离子

图3 桂丁挥发性成分总离子

图4 桂皮醛结构式

图5 桂皮醛MS

图6 桂皮醛镜像MS

3 讨论

研究结果表明，肉桂、桂枝及桂丁三者挥发性成分的组成存在异同，肉桂中挥发性成分含量最高的为（E）-桂皮醛（32.14%）、古巴烯（29.88%）、（1S-顺式）-1，2，3，5，6，8α-六氢-4，7-二甲基-1-（1-甲基乙基）-萘（11.12%）、α-衣兰油烯（9.12%）、γ-衣兰油烯（3.72%）等；桂枝中挥发性成分含量最高为（E）-桂皮醛（87.74%）、古巴烯（2.65%）、（1S-顺式）-1，2，3，5，6，8α-六氢-4，7-二甲基-1-（1-甲基乙基）-萘（1.79%）、3-苯基-2-丙烯（1.13%）、α-衣兰油烯（0.89%）等；桂丁中挥发性成分含量最高的为（E）-桂皮醛（79.90%）、古巴烯（3.83%）、反式-4-甲氧基肉桂醛（2.75%）、苯乙醇（1.62%）、2-（苄氧基）丙酸乙酯（1.57%）等。三者间的主要挥发性成分（E）-桂皮醛、古巴烯都是相同的，肉桂与桂枝主要的挥发性成分相似程度比桂丁大，这可能是由物质基础造成桂丁与肉桂、桂枝功效差异的原因之一。

据文献报道，桂皮醛具有抗炎作用［15-29］，主要是通过减低MMP-9的表达，达到减轻BBB的通透性效果，从而减轻炎症反应。抗病毒作用［20-23］，桂皮醛通过显著升高IFN-β的量（感染甲型流感病毒的MDCK细胞上清液中所含物质），显著上调细胞中TLR7、IRAK-4、IFN-βmRNA表达水平从而达到对抗病毒作用。抑菌作用［24-27］，桂皮醛的抗菌机制为破坏细胞壁多糖结构、破坏细菌正常的生理代谢或与细胞内的蛋白质、激素等因子相结合达到抑菌杀菌效果。抗肿瘤作用［28-32］，对结肠癌细胞通过增加Bax、Caspase-3的活性及抑制Bcl-2的表达从而实现抗肿瘤作用。桂皮醛作为肉桂、桂枝、桂丁的主要有效成分，在含量上肉桂比桂枝、桂丁都低，而桂皮醛作为解热、镇痛、通血脉的主要成分，这与桂枝主发汗解肌功效相通。

肉桂与桂枝、桂丁比较，含有2-亚甲基-5-（1-甲基乙烯基）-8-甲基-双环［5.3.0］癸烷（1.30%）、α-二去氢菖蒲烯（0.82%）、（-）-异硫氰酸酯（0.79%）、T-杜松醇（0.49%）、反式-α-佛手柑碱（0.33%）等成分。桂枝与肉桂、桂丁比较，除相同成分外还含有1-（1，5-二甲基-4-己烯基）-4-甲基-苯（0.56%）、α-石竹烯（0.55%）、（E）-1-甲基-4-（6-甲基庚-5-烯-2-亚基）环己-1-烯（0.45%）、顺式-1-羟基-2-吲哚甲酸酯（0.36%）、（1R，5R）-2-甲基-5-（R）-6-甲基庚-5-烯-2-基）双环［3.1.0］六角-2-烯（0.33%）；桂丁与肉桂、桂枝相比，还含有反式-4-甲氧基肉桂醛（2.75%）、2-（苄氧基）丙酸乙酯（1.57%）、香豆素（0.77%）、（Z）-2-甲氧基肉桂醛（0.46%）、（-）-马兜铃烯（0.36%）、胡芦烯（0.34%）等不同挥发性成分。其中肉桂特有的（-）-异硫氰酸酯具有高度的生物活性，具有抗癌、抗肿瘤活性，可以防止多环芳烃、杂环胺、亚硝胺等致癌物质引起的DNA损伤和癌症疾病［33］。香豆素挥发性成分具有抗氧化、抗凝血作用、降血糖作用［34］。通过本研究发现肉桂、桂枝、桂丁的挥发性成分存在着异同，物质基础的差异可能是导致三者功效差异的主要原因，对三者挥发性成分进行比较，为肉桂、桂枝、桂丁的临床应用提供依据。