奇楠沉香与普通沉香分泌物特性及抑菌活性比较*

胡泽坤 陈 媛 晏婷婷 李改云

（中国林业科学研究院木材工业研究所 北京 100091）

沉香指沉香属（Aquilariaspp.）树木生长过程中形成的由木质部组织及其分泌物共同组成的天然混合物质，是一种中药材，也是一种高附加值林产品，且众多天然活性成分的存在使其成为一种名贵香料（Bardenet al.，2000）。天然沉香资源匮乏，我国自20世纪末开始大规模栽培白木香（Aquilaria sinensis），白木香是我国沉香的唯一植物来源，主产于海南、广东、广西等省（区），为我国特有的珍贵药源植物，现已被列为国家二级濒危保护植物。白木香树茎干在未受伤情况下不会结香，只有经雷劈、刀砍、虫蛀、腐病等自然或人为伤害后，沉香树出于自身的愈伤机制，才会分泌出特殊的树脂来保护自己，即形成沉香树脂，但多数白木香树经刺激后存在产香时间长、产香量低等问题。近年来实践发现，将从白木香中选育的易结香品种嫁接于普通白木香砧木上繁育的苗木，可将结香树龄由普通白木香的6～7 年缩短至3 年左右，结香1 年后分泌物极其丰富，由其形成的沉香被称为奇楠沉香（王军等，2019），目前该品种易产生分泌物的原因尚不清楚。

作为名贵熏香香料之一，沉香燃烧后可产生令人愉悦的香气，不仅具有净化空气效果，而且具有药理效应，沉香熏香疗法能够有效改善失眠障碍，并兼镇静、抗焦虑和抗抑郁的作用（Kaoet al.，2021；Donget al.，2022）。沉香熏香过程中，点燃后的温度高达500 ℃（Niebleret al.，2015），目前关于沉香烟气成分的研究主要是对普通沉香特定温度下（150～210 ℃）挥发性成分的分析（Ishiharaet al.，1993；Kaoet al.，2018），对普通沉香和奇楠沉香点燃后产生烟气的化学成分研究不足，且对2 种沉香燃香烟气的抑菌效果尚未见报道。

鉴于此，本研究比较奇楠沉香与普通沉香分泌物分布及其主要化学成分种类和相对含量差异，通过抑菌活性试验分析2 种沉香燃香烟气抑菌效果，以期为奇楠沉香的品质评价与合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

随机选取10 批次奇楠沉香（广东省，Q1～10）和9批次刀砍法普通沉香（广东省，A1～9）样品，所有样品经中国林业科学研究院木材工业研究所鉴定为瑞香科（Thymelaeaceae）沉香属，凭证保存于中国林业科学研究院木材工业研究所。样品信息见表1。

表1 样品信息Tab. 1 Sample information

1.2 研究方法

1.2.1 乙醇提取物含量与木材解剖构造 参照国家林业行业标准《沉香》（LY/T 2904—2017）测定样品乙醇提取物含量，以表征2 种沉香分泌物含量差异；采用显微切片法比较2 种沉香分泌物分布，首先利用轮转式切片机（科迪，KD226）制备厚15 µm 横切面切片，对切片进行脱水、封片处理，然后将切片置于光学显微镜（明美，ML31-P）下观察沉香分泌物分布，并应用PS 软件计算2 种沉香样品内含韧皮部和木射线薄壁细胞组织比量，以分析2 种沉香分泌物分布和含量差异。

1.2.2 分泌物主要化学成分分析 倍半萜类化合物基于NIST 14 数据库、MS 信息和保留时间确定（陈媛等，2018），色酮类化合物参照文献（Meiet al.，2013；Yanet al.，2019；Yanget al.，2021）进行定性分析，沉香四醇通过对照品并结合文献（Yanet al.，2019）进行鉴定。

1.2.3 线香制备与燃香烟气成分测定 利用研磨粉碎机粉碎19 批次样品（Q1～10、A1～9）并过180 目筛。为消除个体样品引起的误差，将10 批次奇楠沉香样品（Q1～10）粉末等量混合制备奇楠沉香线香，将9 批次普通沉香样品（A1～9）粉末等量混合制备普通沉香线香。按照样品粉末：榆木粉：助燃剂（KNO3）=100∶48∶3 的比例，加入适量蒸馏水制成线香（约Ф2 mm×200 mm），阴干72 h 备用。

点燃线香，用20 mL 顶空瓶采集烟气，时间20 s。采集样品于70 ℃水浴中平衡20 min，采用50/30 µm DVB/CAR/PDMS 纤维头萃取20 min。GC 升温程序：起始温度50 ℃，保持1 min；以2 ℃·min-1升温至150 ℃，保持5 min；以2 ℃·min-1升温至250 ℃，保持1 min。MS 条件：参照文献（陈媛等，2018），并采用同一程序对正构烷烃混标（C9-C40）对照品进行分析。

1.2.4 线香燃香烟气抑菌效果测定 参照《消毒技术规范》中“空气消毒效果鉴定试验”（卫生部卫生法制与监督司，2002）进行线香样品空气中自然菌消亡测试。将4 支线香样品于试验舱（1.0 m×1.0 m×1.0 m）内点燃，90 min 后用筛孔撞击式六级空气微生物采样器（JWL-6）以28.3 L·min-1的抽风量采集样品，时间5 min，采集样品进行活菌培养计数，试验重复3 次。

参照《消毒技术规范》中“空气消毒效果鉴定试验”（卫生部卫生法制与监督司，2002）进行线香样品空气抑菌效果测定。大肠杆菌（Escherichia coil）8099、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）ATCC 6538、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）ATCC 9027由广东省微生物研究所提供。取以上菌株配制成菌悬液，喷洒2 个大小相同的试验柜（1.0 m×1.0 m×1.0 m），一个作为试验组，一个作为对照组，含菌量2.3×106～4.4×106cfu·m-3。将4 支线香样品于试验组的试验柜内点燃，对照组不点香，120 min 后用液体撞击式微生物气溶胶采样器以11 L·min-1的流量采集样品，时间2 min，采集样品进行活菌培养计数，试验重复3 次。

2 结果与分析

2.1 分泌物及微观解剖构造特性

乙醇提取物含量既是沉香质量评价和分级的重要指标，也是表征沉香分泌物含量的重要方式。10 批次奇楠沉香样品乙醇提取物含量在33.2%～53.1%之间，平均含量为43.1%，9 批次普通沉香乙醇提取物含量在15.6%～29.4%之间，平均含量为22.5%，奇楠沉香分泌物含量明显高于普通沉香。

从奇楠沉香与普通沉香的横截面微观结构（图1）可以看出，2 种沉香分泌物主要分布在内含韧皮部和木射线薄壁细胞，奇楠沉香内含韧皮部和木射线薄壁细胞的组织比量分别为26.4%±5.1%和13.2%±3.5%，普通沉香内含韧皮部和木射线薄壁细胞的组织比量分别为15.2%±4.4%和4.5%±1.2%，奇楠沉香中2 种结构的组织比量大于普通沉香。内含韧皮部均匀分布在组织中，含有丰富的有机物，是沉香结香的主要部位，其受到外界刺激后能够产生分泌物，分泌物累积在内含韧皮部并通过横向运输广泛分布于木射线薄壁细胞中（Raoet al.，1992）。奇楠沉香相比普通沉香内含韧皮部和木射线薄壁细胞的组织比量大，为奇楠沉香受到外界刺激后产生的分泌物提供更多空间，有利于分泌物累积。内含韧皮部组织比量越大，其内积累的储存物质淀粉粒越多，当受到外界刺激后，将会有更多淀粉粒转换为次生代谢产物，故分泌物含量也就越多，这可能是奇楠沉香相比普通沉香分泌物含量高的重要原因之一。

图1 奇楠沉香与普通沉香的外观形貌及横切面微观构造Fig. 1 Appearance morphology and cross section microstructure of Qi-Nan agarwood and ordinary agarwood

2.2 分泌物主要化学成分

奇楠沉香与普通沉香分泌物的GC-MS 总离子流图见图2，主要化学成分见表2，2 种沉香分泌物主要化学成分均为倍半萜类化合物及色酮类化合物。

图2 奇楠沉香与普通沉香的GC-MS 总离子流图Fig. 2 The GC-MS total ion chromatographs of Qi-Nan agarwood and ordinary agarwood

表2 奇楠沉香与普通沉香分泌物的主要化学成分①Tab. 2 The main chemical composition of Qi-Nan agarwood and ordinary agarwood

倍半萜类化合物主要出现在保留时间15～55 min，奇楠沉香与普通沉香分泌物中倍半萜类化合物存在大量共有物质，包括α-檀香醛、沉香螺旋醇、α-乙酸阔叶缬草醇酯和缬草烯醛等。倍半萜类化合物既是沉香药理作用的重要来源，也是沉香香气物质的重要组成，如沉香螺旋醇具有稍带辛香的杉木香味，其药理作用包括阵痛、镇静和抑制中枢神经等（Okugawaet al.，1996；杨德兰等，2014）。色酮类化合物主要出现在保留时间55～95 min，奇楠沉香分泌物中色酮类化合物种类简单，以2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮为主；普通沉香分泌物中色酮类化合物种类丰富，在保留时间67～95 min 出现大量2-(2-苯乙基)色酮类化合物，包括6,7-二甲氧基-2-(2-苯乙基)色酮、6-羟基-8-氯-2-(2-苯乙基)色酮和沉香四醇等。Yu 等（2021）利用超高效液相色谱-四极杆高分辨飞行时间质谱联用仪研究发现，奇楠沉香分泌物中色酮均属于Flidersia 型2-(2-苯乙基)色酮，普通沉香分泌物中除含有Flidersia 型2-(2-苯乙基)色酮外，还存在5,6,7,8-四氢-2-(2-苯乙基)色酮类化合物、5,6-环氧-2-(2-苯乙基)色酮类化合物以及5,6,7,8-二环氧-2-(2-苯乙基)色酮类化合物，该结果进一步说明普通沉香分泌物中色酮类化合物种类较奇楠沉香丰富。

奇楠沉香与普通沉香分泌物中倍半萜类化合物和色酮类化合物的相对含量存在差异，普通沉香分泌物中倍半萜类化合物的相对含量近50%，奇楠沉香分泌物中倍半萜类化合物的相对含量仅14.6%，普通沉香分泌物中倍半萜类化合物的相对含量约为奇楠沉香的3.4 倍。普通沉香分泌物中倍半萜类化合物缬草烯醛、α-木香醛、异海松醛3 种化合物的相对含量均大于5.5%，相对含量之和为19.05%，三者在奇楠沉香分泌物中仅检测到缬草烯醛，且相对含量仅0.11%。此外，奇楠沉香分泌物中色酮类化合物的相对含量为78.4%，普通沉香分泌物中色酮类化合物的相对含量为50.9%。奇楠沉香分泌物中2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮2 种化合物的相对含量之和达77.3%，普通沉香仅1.5%，普通沉香分泌物色酮类成分中相对含量最大的是6,7-二甲氧基-2-(2-苯乙基)色酮（6.33%）。2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮在高品质沉香中大量存在，2 种化合物的相对含量之和是沉香质量分级的重要依据（付跃进等，2020；杨德兰等，2014），因此，2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮可作为奇楠沉香区别于普通沉香的重要化学特征。

化学型是植物众多种内变异的一种，其在外在形态上无显著差异，只是在生长发育过程中的新陈代谢机制上有所不同，导致合成累积的次生代谢产物差别，包括化学成分含量、组成等（余丽，2021），由此可见，奇楠沉香与普通沉香是由2 种不同化学型白木香结香形成的。

2.3 燃香烟气成分分析

奇楠沉香与普通沉香线香燃香烟气成分的GCMS 图谱见图3，定性结果见表3。2 种沉香线香燃烧后的烟气成分包括芳香族化合物、倍半萜类化合物以及色酮类化合物；与分泌物主要化学成分相比，烟气成分含有大量芳香族化合物，且部分芳香族化合物结构与色酮部分结构类似，如对甲氧基苯甲醛、色酮、2-甲基色酮等。Hashimoto 等（1985）研究发现，2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮150 ℃下加热6 h 可裂解产生对甲氧基苯甲醛，推测本研究部分芳香族化合物由色酮类化合物高温裂解产生。此外，糠醛、糠醇等芳香族化合物由木材裂解产生（Takamatsuet al.，2018；Uchinoet al.，1998）。考虑到倍半萜类化合物具有较高热稳定性（Uchinoet al.，1998），故在燃香时部分倍半萜类化合物仍以原有形式挥发至空气中。奇楠沉香燃香烟气中检测到大量2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮，主要是因为奇楠沉香分泌物中2 种色酮含量极高，燃烧过程中未完全裂解所致。2 种沉香烟气成分来源复杂，主要由分泌物中的挥发性物质、分泌物裂解产物和木材裂解产物组成，这也是沉香熏香香味无法人工合成的重要原因。

图3 奇楠沉香与普通沉香线香燃香烟气成分的GC-MS 图谱Fig. 3 The GC-MS chromatographs of smoke generated by Qi-Nan agarwood and ordinary agarwood sticks when burned

表3 沉香线香燃烧烟气成分①Tab. 3 The smoke composition of agarwood sticks when burned

观察奇楠沉香与普通沉香线香燃烧过程发现，奇楠沉香燃烧时烟气质量浓度较普通沉香大，通过烟气成分GC-MS 图谱总峰面积结果也证实奇楠沉香（总峰面积2.2×108）线香燃烧后的烟气含量大于普通沉香（总峰面积1.8×107），这可能是奇楠沉香自身分泌物含量较高导致，同时也与奇楠沉香分泌物中大量2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮在燃烧过程中未完全裂解仍大量存在于烟气成分中有关。奇楠沉香与普通沉香烟气成分中芳香族化合物和倍半萜类化合物种类相近，二者主要差异体现在色酮类化合物上，奇楠沉香烟气中2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮的相对含量之和达77.67%，但普通沉香烟气中仅检测到少量2-(2-苯乙基)色酮，这与2 种沉香本身分泌物的化学成分差异密切相关。

2.4 线香烟气成分抑菌活性分析

由图4 可知，奇楠沉香与普通沉香线香燃烧产生的烟气对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌3 种常见致病菌具有显著抑菌活性，细菌杀灭率均可达99%，且二者无明显差异。分析其原因，一是奇楠沉香与普通沉香线香燃烧产生的烟气中均包含对甲氧基苯甲醛、乙酸等物质，对甲氧基苯甲醛具有很强抗菌活性，且抗菌谱广，其在较低质量浓度下即能发挥抑制金黄色葡萄球菌的作用（Gutiérrezet al.，1994），乙酸对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌也具有抑制作用（张冠楠，2016；孙克勤等，2020）。此外，沉香分泌物中倍半萜类化合物以及2-(2-苯乙基)色酮类化合物具有抑菌活性，是沉香的主要生物活性物质（Liet al.，2014；2016）。本研究表明，奇楠沉香与普通沉香燃香烟气成分中2-(2-苯乙基)色酮与2-[2-(4-甲氧基)苯乙基] 色酮含量存在显著差异，但二者对上述3 种常见致病菌的抑菌活性无明显差异，结合文献报道2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮对金黄色葡萄球菌无明显抑制作用（Liet al.，2014），推断奇楠沉香与普通沉香线香燃香后具有抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的主要活性物质应为芳香族化合物和倍半萜类化合物。

图4 线香燃烧产生烟气的细菌杀灭率Fig. 4 The killing rate of bcateria in the smoke produced by incense sticks when burned

空气中细菌微生物在空间内孳生、繁殖后污染空气，引起疾病，对空气质量、人体健康以及公共卫生安全会产生巨大影响。本研究测定2 种沉香线香燃香烟气成分对空气中自然菌的抑菌效果发现，奇楠沉香线香燃香烟气对空气中自然菌的杀灭率高达96.3%，普通沉香线香为93.1%，奇楠沉香线香燃香烟气对空气中自然菌的抑菌效果略优于普通沉香，推测可能与奇楠沉香线香燃香烟气中含有大量2-(2-苯乙基)色酮类化合物有关。

3 结论

奇楠沉香与普通沉香由2 种不同化学型白木香结香形成，二者分泌物特性存在显著差异。奇楠沉香分泌物含量显著高于普通沉香，且奇楠沉香内含韧皮部和木射线薄壁细胞的组织比量显著高于普通沉香。2 种沉香分泌物化学成分差异主要体现在色酮类化合物上，奇楠沉香分泌物中2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮相对含量之和达77.3%，普通沉香仅1.5%。分泌物化学成分差异使得2 种沉香线香燃烧后烟气成分的组成和含量存在显著差异，奇楠沉香线香燃香烟气中含有大量2-(2-苯乙基)色酮和2-[2-(4-甲氧基)苯乙基]色酮。奇楠沉香与普通沉香线香燃烧产生的烟气对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌3 种常见致病菌具有显著抑菌活性，细菌杀灭率均可达99%，但奇楠沉香燃香烟气对空气中自然菌的抑菌效果略优于普通沉香。