两种八角叶挥发油含量和化学成分的季节变化

梁 曼，马 丽，赖 芳，刘雄民

（广西大学 化学化工学院，广西 南宁 530004）

两种八角叶挥发油含量和化学成分的季节变化

梁 曼，马 丽，赖 芳，刘雄民

（广西大学 化学化工学院，广西 南宁 530004）

采用水蒸气蒸馏法提取不同季节软枝八角和硬枝八角新鲜枝叶中的挥发油，用GC-MS对挥发油的成分进行分析。考察了两种八角枝叶挥发油含量和化学成分随季节变化的规律，以挥发油的提油率为指标，确定八角叶最佳的采收季节。结果表明，硬枝八角叶的挥发油含量大于软枝八角叶的；秋季（9—11月）和冬季（12—2月）两种八角叶挥发油的含量高于春季（3—5月）和夏季（6—8月），并且在秋季为挥发油含量较高的季节，软枝八角叶和硬枝八角叶含量最高分别达到了0.83%和0.84%，是八角叶采摘最佳的季节。不同季节挥发油化学成分基本一致，但各组分含量存在一定的差异。 挥发油主要成分是反式茴香脑、草蒿脑、对甲基苯甲醛、桉叶油醇、芳樟醇、1-（3-甲基-2-丁烯基）-4-（1-丙烯基）苯等。挥发油中代表成分反式茴香脑在秋季含量最高，草蒿脑含量在春季最高。

软枝八角叶；硬枝八角叶；挥发油；化学组成；季节变化

八角茴香系木兰科八角茴香，在我国，主要分布在广西、广东、云南等南方地区[1]。八角主要用于调味香料，被称为饮食行业的大料[2-4]。八角果实使用价值高，茴香味辛、性温，有温阳散寒、理气止痛功效，用于寒疝腹痛、肾虚腰痛，胃寒呕吐,脘腹冷痛等症[5]。研究表明，八角具有一定的抗肿瘤作用[6]，对一些常见的病菌有较强的抑制作用[7-8]。八角叶资源也极为丰富，1株 8 ～ 20 a树龄的八角树，每年产干果 10 ～ 60 kg，落叶 20 ～30 kg，而且四季都有落叶。八角叶中含有的挥发油具有较强烈的芳香味，在食品、化妆品的加香上有很广泛的应用，还用于医疗方面。八角的产地、种类的不同会使八角叶挥发油的含量和成分存在一定的差异。张俊魏等[9-10]对大八角叶和小花八角叶的挥发油成分进行了研究，指出不同种类八角叶精油的化学成分存在差异；李静等[11]探索了容县八角叶八角茴香油的化学成分，得到八角挥发油最主要成分为反式茴香脑，草蒿脑，顺式茴香脑等；黄相中等[12]分析了云南富宁八角茎和叶挥发油成分。

环境因子包括光照、温度、土壤水分和氮磷钾等，它们会随着季节的变化而发生变化。已有研究表明，环境因子对不同的木本经济作物的产量有较大的影响[13-14]。但有关季节变化对木本经济作物八角的枝叶中挥发油含量及其化学组成的影响的研究未见报道。广西为八角主产区，栽培面积和产量均占世界的 85 % 以上[15]，按照树形以及分枝习性进行分类主要有普通八角、软枝八角和硬枝八角[16]。本研究以广西广泛种植的软枝八角和硬枝八角为研究对象，考察了两种八角叶不同季节挥发油提取率和化学成分的季节变化规律，为八角叶的适时采摘，充分开发利用八角挥发油提供了参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

软枝和硬枝八角叶样本采自广西南宁市高峰林场界牌分场，经广西壮族自治区林业科学研究院鉴定。从随机选定的 6 棵软枝八角树和6棵硬枝八角树分春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12—2月）四季采摘叶片样本，将采摘后的新鲜八角叶用保鲜袋密封保存于冰箱中，并于3 d 内提取完。

1.2 实验仪器

QP5050A 型气相色谱－质谱联用仪 （日本Shimadzu 公司）；KQ－600DB 型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）；AR224CN型电子天平（OHAUS国际贸易（上海）有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 八角叶挥发油的提取

将新鲜八角叶样品剪成小碎片，每次称取100 g样品以去离子水为溶剂，用水蒸气蒸馏法在120 ℃提取4 h，平行提取3份。将提取液静置一定时间使油水清晰分层读取油相体积，得到八角茴香油，称重，计算3次平行提取得到挥发油重量的平均值，所得八角茴香油提取率以鲜重计，计算公式如下：式（1）中：m1为八角叶的总质量(g)；m0为挥发油的质量(g)；w为挥发油提取率

1.3.2 八角叶挥发油成分的 GC-MS 分析

采用气相色谱－质谱联用技术对所得八角叶挥发油直接进行定性定量分析。

气相色谱条件：RTX-5型弹性石英毛细管色谱柱（J&W Scienti fi c，USA），规格为0.25 μm×0.25 μm×30 m；采用升温程序：60 ℃升至220 ℃(5 ℃ /min)，再升至 280 ℃ (15 ℃ /min)，于 280 ℃保持2 min；载气为高纯氦气；进样量0.3 μL，分流比1∶10，进样口温度280 ℃，接口温度230 ℃。

质谱条件：质谱采用EI电离源，电子能量70 eV，质谱扫描范围35～500 amu，全扫描方式。

2 结果与分析

2.1 八角叶挥发油提取率的季节变化

根据南宁地区的气候特征，将一年划分为春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12—2月）四季。每月采样一次，以每季度中3个月挥发油提取率的平均值作为本季度八角叶挥发油含量。各季度软枝八角叶和硬枝八角叶挥发油的含量变化如图1所示。

图1 八角叶挥发油含量的季节变化Fig.1 The season changes of the content of volatile oils from star anise leaves

由图1可知，不同季节采摘的硬枝八角叶中挥发油含量都大于软枝八角叶挥发油的含量；软枝八角和硬枝八角叶挥发油的含量随季节变化较明显。这两种八角叶的挥发油含量都是秋季和冬季较高，软枝八角叶含量为0.71%～0.83%，在秋季和冬季八角叶挥发油分别达到了0.83%和0.80%；而在春季（0.72%）和夏季（0.71%）软枝八角叶挥发油的含量较低。在秋季，硬枝八角叶挥发油的含量最高为0.84%，冬季的含量也达到了0.82%；春季挥发油的含量为0.75%，夏季最低，只有0.73%。其中南宁地区春季和夏季雨水较多，是八角叶生长最快的季节，嫩叶增多，嫩叶中含水量高，挥发油没有得到积累，所以含量较低。秋季和冬季降雨量少，植物生长速度缓慢，叶子中含水量较低，挥发油得到了积累，含量较高。因此，单纯从提取到更多的挥发油方面考虑，软枝八角和硬枝八角叶都应该在秋季和冬季采摘最佳。从品种上考虑，硬枝八角挥发油含量更高，应该选择硬枝八角叶为宜。

2.2 八角叶挥发油的成分分析

按前述1.3.2 GC-MS 条件分别对一年四季软枝八角和硬枝八角叶挥发油进行化学成分分析。采用计算机对各峰的质谱图进行 NIST 标准谱库的检索，根据质谱裂解规律进行核对，参考 NIST 谱库的标准图谱和相关文献[17-20]确定其化学结构；利用峰面积归一法计算各组分的相对含量。经鉴定确认的软枝八角和硬枝八角叶挥发油中化合物及其相对含量如表一所示。

从八角叶挥发油中一共鉴定出了20余种化合物，为茴香脑类、萜类、醇、醛、苯类化合物，如表1。从表1可知，不同季节两种八角叶挥发油化学成分基本一致，但各组分含量会随季节发生变化存在一定的差异，主要成分为反式茴香脑、草蒿脑、对甲基苯甲醛、1-（3-甲基-2-丁烯基）-4-（1-丙烯基）苯等。其中1-（3-甲基-2-丁烯氧基）-4-（1-丙烯基）苯在之前的文献报道中没检测到[21-22]。在本实验中，我们检测到了1-（3-甲基-2-丁烯基）-4-（1-丙烯基）苯。其含量随季节的变化如图2所示。

表1 八角叶挥发油主要化学成分随季节变化†Table 1 The season changes of main chemical constituents in volatile oils from leaves of star anise

从图2可知，挥发油中1-（3-甲基-2-丁烯氧基）-4-（1-丙烯基）苯的含量季节变化比较显著。该化合物在两种春季八角叶挥发油中含量最高，软枝八角叶中达到了5.74%，硬枝八角叶含量为2.44%。

2.3 挥发油中反式茴香脑和草蒿脑的变化规律

从表1可以看出挥发油中反式茴香脑和草蒿脑是八角叶挥发油的主要成分，它们是同分异构体，结构如图3所示。茴香脑可用作药物和合成药物的原料；此外茴香脑可用于药物的矫味剂、化妆品和香皂的香料等[23]。从表1可以发现挥发油中含量较高的还有草蒿脑，草蒿脑具有较强的生物活性,除食用香料外还有农药、医药等领域应用[24]。

两种八角叶中反式茴香脑和草蒿脑的含量随着季节的变化如图4。

100 g新鲜叶中的含量=投料叶重×挥发油的得油率×挥发油中茴脑的百分含量。

从图4可知，在不同季节硬枝八角叶中反式茴香脑含量都大于软枝八角叶中的含量。季节对反式茴香脑的含量有一定的影响，其中秋季两种八角叶中反式茴香脑最高，软枝八角叶中含量为0.69 g/100 g，硬枝八角叶含量为0.72 g/100 g；春季最低，软枝八角叶中含量只有0.43 g/100 g，硬枝八角叶中含量为0.51 g/100 g。从图4还可以看到，草蒿脑的含量随着季节变化差异很大，软枝八角叶中草蒿脑的含量大于硬枝八角叶中的含量。春季最高，软枝八角叶达到了0.11 g/100 g，硬枝八角叶也有0.06 g/100 g。

从图4还可发现春、夏季八角叶中草蒿脑含量较高，茴脑的含量则相对较低；到秋、冬季八角叶中草蒿脑含量降低，但茴脑的含量则相对提高。由于茴脑和草蒿脑是同分异构体，它们的这种变化趋势可能是由于在植物体内草蒿脑异构化为茴脑引起的。春季和夏季八角叶生长快，嫩叶较多，可能嫩叶中草蒿脑含量高，还没有转化为反式茴香脑。而秋季和冬季的八角叶生长较慢，得到了一定的积累，反式茴香脑含量就较高。

图2 各季节中八角叶中1-（3-甲基-2-丁烯氧基）-4-（1-丙烯基）苯含量Fig.2 The content of 1-(3-methylbut-2-enoxy)-4-(1-propenyl)benzene from star anise leaves in different seasons

图3 反式茴香脑(A)和草蒿脑(B)结构式Fig.3 The structure type of trans-anethole(A) and estragole(B)

图4 各季节中两种八角叶代表成分的含量Fig.4 The content of representative component from two kinds star anise leaves in different seasons

2.4 八角叶与八角果实主要成分比较

2.4.1 八角叶与八角果实挥发油提取率的比较

八角果实在春季和秋季采自相同的八角树，按上述的提取方法提取八角挥发油，与八角叶春秋季节的提取率进行比较，结果如下表：

表2 春秋八角叶与果实挥发油含量的差异Table 2 The difference of the content of essential oil from the leaves of the spring and autumn leaves and the fruit

从表2可以看出八角挥发油叶子与果实的含量均是秋季大于春季，而且比较果实的含量硬枝八角大于软枝八角。果实中秋季硬枝八角挥发油含量最高，达到了2.87%；秋季软枝八角果实含量也有2.71%；春季软枝果实中含量最低，只有2.21%，春季硬枝八角果中含量为2.32%。

2.4.2 八角叶与八角果实挥发油中反式茴香脑的比较

八角果实在春季和秋季采自相同的八角树，按前述 GC-MS 条件分别对八角果实挥发油进行化学成分分析，与八角叶中反式茴香脑进行比较，结果如表3所示：

表3 八角叶与春秋果实挥发油中反式茴香脑的差异Table 3 The difference of trans-anethol of essential oil from the leaves of the spring and autumn leaves and the fruit

由表3可以发现两种八角叶和八角果实挥发油反式茴香脑的含量均是秋季大于春季，硬枝八角果实大于软枝果实。其中秋季硬枝果实中茴香脑含量最大，达到了2.48 g/100 g，春季软枝果实中茴香脑含量最低，只有1.85 g/100 g。

从表2和表3中可得出秋季八角叶中挥发油含量较高，硬枝八角叶挥发油中主要成分反式茴香脑的含量达到0.72 g/100 g。广西是八角重要的产地，是四季常绿乔木，八角叶资源也极为丰富，为了充分利用八角叶资源，我们可以选择秋季八角叶提取挥发油来降低生产成本。

3 小结与讨论

本实验研究了两种八角叶子挥发油含量以及主要成分的季节变化规律，结果表明硬枝八角叶的挥发油含量大于软枝八角叶，两种八角叶均在秋季为挥发油含量最高的季节，是八角叶采摘最佳的季节。

挥发油中主要成分均为反式茴香脑、草蒿脑、1-（3-甲基-2-丁烯氧基）-4-（1-丙烯基）苯等，含量受季节影响较大。硬枝八角叶中挥发油代表成分反式茴香脑的含量大于软枝八角叶，并且在秋季含量最高，草蒿脑含量则是软枝八角叶中含量较高。两种八角叶中茴香脑含量高的季节，草蒿脑含量较低；在茴香脑含量低的季节，草蒿脑含量较高，这种变化趋势可能是由于在植物体内草蒿脑异构化为茴脑引起的。

八角挥发油叶子与果实的含量均是秋季大于春季，硬枝八角大于软枝八角。八角果实中代表成分反式茴香脑在秋季硬枝中含量最高，秋季的八角叶子中反式茴香脑含量为0.72 g/100 g，为了降低生产成本可以选择八角叶代替八角果实提取挥发油。

本研究主要是按季节的划分研究了季节变化这一气候因素对两种八角叶子挥发油含量以及主要成分的影响。研究对八角叶的适时采摘，充分开发利用八角挥发油具有一定的指导意义。由于气候因素涉及月均温度、年均温度、积温、月均降水量、年均降水量和总降水量等因子，单以季节变化来来考察对八角叶挥发油含量及成分的影响会有一定的偏差。因此通过获取更多的气象实验数据支持，进一步研究各种气象因子对八角挥发油以及其他有效成分，如莽草酸的影响，将会对八角的综合利用起到重要的促进作用。

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Studies on season variation of contents and chemical composition in volatile oils from leaves of soft branch star anise and hard branch star anise

LIANG Man, MA Li, LAI Fang, LIU Xiong-min
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, Guangxi, China)

The essential oils were extracted from the leaves of soft and hard branch star anise in different seasons with steam distillation and their chemical compositions were determined with GC-MS respectively. The season variations of the contents and chemical compositions in the volatile oils were studied. The results showed that the content of the essential oil from the leaves of hard branch star anise were more than from soft branch star anise. The essential oil content of two kinds of leaves in autumn was highest, up to 0.83% (soft branch) and 0.84% (hard branch) respectively. Autumn was the best season for harvesting star anise leaves. The chemical components of essential oils were same in different season but there was some difference among the percentage of contents. The major chemical components of essential oils were E-anethole, Estragole, P-anisaldehyde, Cineole,Linalool, 1-(3-methyl-2-butenoxy)-4-(1-propenyl)benzene. In autumn, the content of E-anethole reached the highest and the content of Estragole was the highest in spring.

soft branch star anise leaves; hard branch star anise leaves; essential oils; chemical composition; season variation

S789.4；TS205.9

A

1673-923X(2016)12-0079-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.12.014

http: //qks.csuft.edu.cn

2015-12-26

国家自然科学基金（21502027）；广西大学科研基金资助项目(XBZ140564)

梁 曼，硕士研究生

马 丽，高级工程师；E-mail：gxumali@126.com

梁 曼，马 丽，赖 芳，等. 两种八角叶挥发油含量和化学成分的季节变化[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(12):79-84.

[本文编校：文凤鸣]