GCMS研究胡椒木精油成分变化及生物活性对比*

刘彩英，李俭云，马玄昊，孙 楠，伍 燕

(兴义民族师范学院生物与化学学院，贵州 兴义 562400)

胡椒木(ZanthoxylumpiperitumBenn.)为芸香科Rutaceae花椒属Zanthoxylum常绿灌木，奇数羽状复叶，叶面有透明的油点，揉碎后会散发出浓郁的芳香气味，胡椒木枝叶青翠，树形优美，是常见的绿篱造型植物[1-2]。胡椒木叶和果实中富含油脂，研究表明主要成分是柠檬烯、肉桂酸甲酯、蒈烯、蒎烯、水芹烯、石竹烯等萜烯类和酯类物质，散发的混合芳香气味具有抑菌、趋避和杀虫活性作用[3]，因此在种植胡椒木的周围环境病虫害少，可以减少化学农药的施用，进而减小对土壤和水源的污染[4]。胡椒木还能运输和吸收土壤中的重金属，修复被农药和过度施肥引起的土壤污染[5]。

目前，有研究者在不同季节提取和研究了胡椒木精油中的成分，对胡椒木精油不同季节的次生代谢产物累积和变化趋势做了研究[6]，但对不同季节提取的精油在活性上的差异未有报道，本研究在此基础上，采用水蒸气蒸馏法提取四月份和七月份产出的胡椒木叶和果实，对两种精油的可挥发性成分采用气质连用分析次生代谢产物在不同月份的积累和变化，检测两种精油对常见病原菌大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和肺炎克雷伯菌的抗菌活性差异，对斜纹夜蛾幼虫的拒食活性及对ABTs、DPPH自由基的抗氧化活性差异，找出引起差异的关联成分，以便对胡椒木的开发利用有更好的了解。

1 实 验

1.1 材料与设备

1.1.1 实验材料

四月份采摘胡椒木的叶和七月份采摘胡椒木的果实。

供试细菌：大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌(本实验室保存)。

供试昆虫：斜纹夜蛾卵，购于河南省济源白云实业有限公司。

1.1.2 试剂和设备

1,1-二苯基-2 -三硝基苯肼(DPPH)、2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)，麦克林试剂公司；SW-CJ-2F超净工作台，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；YXQ-SL-75G高压蒸汽灭菌锅，上海东亚压力容器制造有限公司；7890B-5977A气相色谱-质谱联用仪，美国安捷伦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 精油提取

采用水蒸气蒸馏法提取，饱和氯化钠分层后保留上层精油，密封后避光保存。

1.2.2 GC-MS分析条件

色谱条件：用10倍甲醇稀释精油原液，HP-5弹性石英毛细管柱(0.25 mm×30 m，0.25 μm)，载气为高纯氦气，流速为1.5 mL·min-1，分流比50:1，进样量为1 μL，进样口温度280 ℃，程序升温为柱温80 ℃，2 ℃·min-1的速率升至250 ℃。

质谱条件：电子轰击(EI)能量70 eV，离子源温度220 ℃，接口温度250 ℃，溶剂延迟2 min，全扫描，质量扫描范围为50～400 m/z。

定性定量条件：各组分质谱碎片在质谱检索标准库NIST 14中进行匹配解析。

1.2.3 精油的抑菌活性实验

采用对倍稀释法，参照文献[7]进行。

1.2.4 精油对斜纹夜蛾幼虫拒食活性实验

采用小叶碟法，参照文献[8]进行。

1.2.5 精油对ABTs、DPPH自由基的清除率实验

分别称取适量四月胡椒木精油和七月胡椒木精油原液，用无水乙醇配制成100、80、60、40、20和10 mg/mL不同浓度溶液待用，ABTs自由基清除试验在734 nm波长处测定吸光度值，参照文献[9]进行；DPPH·清除试验在517 nm波长处测吸光度值，参照文献[10]进行。

2 结果与讨论

2.1 不同月份胡椒木果精油总离子流图

图1 四月(A)和七月(B)胡椒木精油总离子流程图Fig.1 Total ion current of volatile flavor components of Zanthoxylum piperitum from April(A) and July(B)

不同季节采摘的胡椒木精油可挥发性成分GC-MS总离子流图如图1A和图1B所示。利用NIST 14谱图库自动检索各组分的质谱数据并人工校对，四月胡椒木精油检测出30种化合物，七月胡椒木精油检测出14种化合物，从图可知，经过3个月的生长和积累后，精油的成分和含量有明显变化。

2.2 不同月份胡椒木精油可挥发性成分对比

采用峰面积归一化法得到不同月份胡椒木精油各主要成分的含量如表1所示，四月份胡椒木精油主要以肉桂酸甲酯为主，柠檬烯其次；七月份胡椒木精油萜烯类物质增加，柠檬烯含量增加，其它如蒈烯、石竹烯、蛇麻烯、香橙烯含量均有增加，肉桂酸甲酯含量降低。

表1 不同月份胡椒木挥发油的化学物质组成比较Table 1 Analytical result of volatile components of different months from Zanthoxylum piperitum

续表1

2.3 不同月份胡椒木精油对常见病原菌的抑制活性对比

表2 胡椒木精油的抑菌活性Table 2 The antibacterial activity of essential oils from Zanthoxylum piperitum

由表2可知，两种精油对4种常见病原菌表现出不同的抑制活性，从结果可知，七月份胡椒木精油对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌的最小抑菌浓度均比四月份胡椒木精油的低，抑制效果好。

2.4 不同月份胡椒木精油对斜纹夜蛾拒食活性比较

从图2可知，不同浓度的胡椒木精油对斜纹夜蛾均有拒食作用，随着精油浓度增加对斜纹夜蛾的拒食效果也加强，七月胡椒木精油表现出较强的拒食活性。

图2 不同浓度胡椒木精油对斜纹夜蛾的拒食率Fig.2 Results of antifeeding rate of essential oils from Zanthoxylum piperitum

2.5 不同月份胡椒木精油的抗氧化活性比较

图3所示，胡椒木精油对ABTs、DPPH自由基的清除率随精油浓度的升高有量效关系。精油浓度在10～100 mg/mL范围内，七月胡椒木精油对ABTs和DPPH的清除作用优于四月胡椒木精油。

图3 胡椒木精油对ABTs、DPPH自由基的清除率Fig.3 Scavenging effects of the essential oil from Zanthoxylum piperitum on ABTs and DPPH free radicals

3 结 论

胡椒木精油经GC-MS鉴定共有33种有机类物质，主要是萜烯类、酯类、醇类和少量醛、酮等，其中萜烯类化合物17种，酯类化合物5种，醇类化合物7种，胡椒木的特殊芳香味来自这些有机物的混合释放。胡椒木在不同月份释放的挥发性成分在种类和含量上存在明显差异，四月份可鉴定的挥发性成分有30种，而七月份挥发性成分只有14种，成分的累积也发生相应变化，四月份萜烯类物质含量低于酯类物质，七月份萜烯类物质含量高于酯类物质。酯类物质如肉桂酸甲酯四月份含量较高，达到64.06%，七月份减少到38.24%，萜烯类物质如柠檬烯在四月份有19.59%，七月份升高到32.83%，其它的蒈烯、萜品烯、石竹烯、蛇麻烯、水芹烯等烯类含量也有不同程度升高。

胡椒木不同月份次生代谢物在种类和含量上发生变化，表现在抑菌、拒食和抗氧化活性上也不同。七月份提取的精油在抑菌活性上显示出较强的抑制活性，其最小抑菌浓度MIC值均比四月份提取的精油小；在对斜纹夜蛾幼虫的拒食活性上，七月份提取的精油拒食效果也比四月份的强；抗氧化实验表明，七月份胡椒木精油对ABTs和DPPH自由基的清除效果较四月份的好。研究表明，胡椒木精油成分中的柠檬烯可抑制多种病原菌的生长，对昆虫也具有明显的趋避和拒食作用[11]，蒈烯对蚊虫具有毒杀作用，水芹烯、石竹烯、香茅醛、薄荷醇、松油醇等萜烯类和醇醛类物质对病原菌和昆虫也具有毒杀和趋避活性[12-18]，因此，七月份提取的精油萜烯类成分增多，在抑菌、拒食上较四月份活性高。本研究表明，胡椒木作为美化环境的绿篱植物，树形优美，可塑性强，释放的芳香气体可抑菌、拒食和趋避，对减少农药施放起到一定作用，尤其是七月份积累的有机物使得药理活性更高。