龙脑樟资源利用研究现状与发展趋势

李刘泽木，何洪城

（湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004）

龙脑樟资源利用研究现状与发展趋势

李刘泽木，何洪城

（湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004）

天然冰片（右旋龙脑）是一种名贵中药材和高级香料，因其珍贵和稀少又称为“龙脑”。龙脑樟叶片精油中富含右旋龙脑，是目前最适合提取天然冰片的植物新资源。为了保护和合理开发利用这一宝贵资源，本文主要从龙脑樟资源开发、人工繁殖、矮林作业技术、挥发油成分分析、天然冰片的提取纯化及药用价值等方面进行了详细阐述，并提出了龙脑樟产业的发展方向及趋势。

龙脑樟；天然冰片；繁殖栽培；提取纯化；生产应用

“天然冰片”最早以“龙脑”一词记载于《名医别录》：“龙脑治妇人难产，水调服，立差”，主要成分为右旋龙脑，其气清香、味苦、辛凉，有通诸窍、散郁火之效［1］，药用价值极高。最早天然冰片是指从原产于印度尼西亚、菲律宾、马来西亚、印度等地的植物龙脑香（Dipterocarpus turbinatus）的树干中蒸馏得到的结晶，又称为龙脑冰片、梅花冰片等，我国只能依靠进口满足需求。但印尼等地因长期砍挖龙脑香树树根提取天然冰片，导致自然资源破坏严重，已近枯竭。为了缓解天然冰片供不应求及高成本的现状，目前市场上多以樟脑、松节油等为原料的合成冰片代替天然冰片，但药效不佳，且含有异龙脑等副成分［2］。随着国际上对药品和食品添加剂使用标准愈发严格，合成冰片市场受到极大限制［3］。因此，开发天然冰片新资源，提高天然冰片提取纯化技术是解决天然冰片供需矛盾的主要方向。据统计，世界范围内约一百余种植物中含有天然冰片，这些植物分属于 27 科 66 属［4］，其中，我国科研人员从樟树（Cinnamomum cam-phora）中优选出含天然冰片的龙脑型樟（龙脑樟），填补了我国不产天然冰片的历史空白。

1 龙脑樟资源利用研究现状

1.1 龙脑樟品种的发现

我国樟属（Cinnamomum）植物资源丰富，约 46 个种和 1 个变型，主产南方各省区，北达陕西及甘肃南部［5］。20 世纪 80 年代初，江西省吉安市林科所对全区范围内樟树资源进行调查和分析测定，并依据樟叶精油中主成分含量将其分为五种化学型，分别是芳樟型（精油主成分为芳樟醇，下同）、脑樟型（樟脑）、油樟型（1,8-桉油素）、异樟型（异-橙花叔醇）和龙脑型（右旋龙脑）［6-7］。其中龙脑型樟系我国首次发现的一种樟树珍稀新品种，其叶片精油富含右旋龙脑，经水蒸汽蒸馏后进一步精制可得到天然冰片，与进口天然冰片成分十分相近［8］。除龙脑樟外，油樟（Cinnamomum longepaniculatum）、阴香（Cinnamomum burmanni）［9］等植物中同样含有右旋龙脑，但含量均不及龙脑樟（油樟 77.57%，阴香 70.81%，龙脑樟 81.78%）［10］。因此，龙脑樟被认为是目前最适宜提取天然冰片的植物新资源。

1988 年，湖南省新晃侗族自治县步头降苗乡的原始森林中再次发现龙脑樟树，湖南是除江西外的另一个龙脑樟重要自然分布区。此后经科研工作者多年研究，逐步完成了龙脑樟的优株选育、天然冰片的提取等工作［11］。2005 年，湖南怀化市第一个世界银行贷款农业综合开发科技项目——新晃龙脑樟项目正式启动［12］，在湖南省林业科学院专家的主持下，与北京大学药学院等大学、企业合作下，做了大量有关龙脑樟规模化快繁、天然冰片精制工艺研究、产品质量标准分析检测、毒性及药效初步试验等工作，填补了国内用龙脑樟制备右旋龙脑的空白，也为龙脑樟的产业化发展奠定了基础。2007 年湖南新晃县龙脑开发有限公司建成天然冰片年产量达 35 t 的现代化工业生产基地［13］，首次实现了国内天然冰片的产业化发展。

1.2 龙脑樟快繁育苗技术

龙脑樟传统繁殖包括播种、嫁接和扦插。郭照光等［14］认为播种繁殖龙脑樟发芽率虽可达 72.4%～81.2%，但实生苗个体差异大，长势不齐，后代分化严重，难以保持亲本的优良性状；陈美兰等［15］统计发现，同一株龙脑樟母树上采集的种子繁殖子代中，仅 60% 的实生苗能够保留原有化学型（龙脑型），其余子代则分化为油樟型（20%）、脑樟型（11.43%）和异樟型（8.57%）。作者进一步分单株对不同栽培时期的龙脑樟实生苗叶片进行 GC-MS 分析，结果显示，栽培 3 个月的幼苗叶精油主要分化成黄樟油素和丁香酚甲醚两种化学型，龙脑含量极少；栽培至12 个月，幼苗精油成分发生变化，主成分为龙脑和 1,8-桉叶油，并伴随有杂质的产生。这表明龙脑樟有性繁殖化学型的变异可能与植物生长发育阶段有关，不同的生长发育阶段具有其特殊的新陈代谢机制，进而影响了次生代谢产物的生成［16］。变异的发生还可能与母性遗传效应、生长的营养条件、生长环境等有关［15］。嫁接法虽能保持母本性状，但因耗费人力物力，工期长，成活率低，同样难以实现快繁育苗目的［14-15］。

目前，扦插是龙脑樟快繁最常用的方法。龙脑樟扦插通常在春、夏、秋三季进行，但郑小春等［17］研究发现，冬季 11—12 月利用一年生播种实生苗穗条进行冬插，其生根率同样高达 91%。取材时母株及插穗状态对扦插效果也有一定影响，随母株树龄增加，插穗生根率降低，一般以 1～5 年生母株上采集的插穗成活率最高，插穗以当年生 50%～80% 木质化的枝条生根效果最佳［18］。生根粉 ABT、生长素 IBA 和 NAA 常用以龙脑樟扦插生根，以生根粉 ABT 效果最好。邱凤英等［19］研究发现用 100 mg/kg 的 ABT 1 号生根粉溶液浸泡龙脑樟插穗 1.5 小时，生根率可达 79%，成活率达 87%。张永绵［20］则指出 ABT 生根粉的最佳处理浓度和时间与扦插时的气温及插穗的木质化程度有关。目前，大田扦插出苗量约为 1.5～2 万株/667 m2，容器扦插育苗出苗量可达 10 万株/667 m2［21］。江西省安福县利用“樟树双覆盖扦插育苗技术”，在原有扦插技术的基础上增加塑料薄膜小拱棚和遮阴网大棚，实现“双覆盖”培育，已成功获得龙脑樟扦插苗 600 万株［22］。

1.3 龙脑樟矮林作业技术

当前，龙脑樟种植主要以营建矮林，实施矮林作业技术为主。矮林是指以无性更新方法（营养繁殖法）形成的森林，具有培育周期短，生长速度快的特点。矮林作业技术可以改变当前以破坏自然资源为代价的粗放提取方式，实现连年采割，对于缓解自然资源枯竭，缩短生产周期，维护生态平衡有重要意义［23-24］。大量研究表明，立地条件、造林技术、抚育管理技术、枝叶采割方式、基地复壮等都是影响龙脑樟矮林作业效果的重要因素。

龙脑樟矮林应选在阳光充足，交通方便，坡度低于 25°，pH 4.5～7.0 的湿润肥沃土地。选用地径大于 0.6 m 的龙脑樟扦插苗，保留根幅约 35 cm，于 2 月—3 月上旬进行栽植［23］。栽植后及时进行抚育管理，包括除草松土、施肥以及病虫害防治。投产收割前，龙脑樟矮林每年应进行两次除草松土，投产后每年 3—4 月进行一次，同时可结合施用尿素和复合肥。施肥包括使用植物生长调节剂和肥料，叶面喷施赤霉素和吲哚乙酸可有效提高龙脑樟生物量和龙脑产量，增产幅度可达 11.58%～45.72%［25］；施用适宜的氮肥（N 100 g/株）、磷肥（P2O5140 g/株）和钾肥（K2O 6 g/株）能够提高龙脑樟叶片中叶绿素含量、净光合速率和胞间 CO2浓度，加快龙脑樟的生长发育，促进叶片中光合产物的积累，提高产量［26］。龙脑樟矮林病虫害主要为樟叶蜂和樟巢螟，可分别通过喷洒 1 ∶ 4 000 的敌杀死药剂和人工摘取烧毁进行防治［23］。科学的枝叶采割方式在获得最大经济效益的同时，能够保持林木萌芽的更新能力、生长速度以及萌芽条质量。龙脑樟采割宜采用留营养枝型或留枝桩型，通常在 11 月生长停止期进行，此时龙脑含量较高，采割对植株造成的伤害较小［3,23］。连续多年采割的龙脑樟矮林易出现地力衰退，土壤营养元素失衡等问题，进而造成龙脑樟提早落叶、枝叶产量下降。郭志文等［27］利用测土平衡施肥法，使用复壮专用肥1号促进龙脑樟鲜枝叶产量增加 3 485.85 kg/hm2，增产 82.39%，复壮效果显著。

1.4 龙脑樟叶油成分分析

樟叶油具有特征稳定，遗传能力强，不受树龄影响等特点，因此以其主要成分组成作为区分樟树化学型的标准［7］。龙脑樟叶片挥发油组成成分丰富，多为萜类及其衍生物，主要为单萜和倍半萜，其中龙脑占挥发油总量的 75.94%，其次为芳樟醇 2.89 %、左旋乙酸冰片酯 2.63%、樟脑 2.54%、石竹烯 2.10%、桉叶油醇 1.57% 和（Z,Z,Z）-1,5,9,9-四甲基-(1,4,7)-环十-碳三烯 1.35% 等，以上成分共占挥发油总量的 90.01%［28-30］。张宇思等［31］采用 GC-MS 法分别测定江西吉安、湖南新晃、浙江淳安和福建厦门 4 个产地的龙脑樟叶，结果显示，不同产地龙脑樟挥发油成分种类及含量有一定差异，分别含有成分种类：江西吉安产 44 种、湖南新晃产 33 种、浙江淳安产 34 种以及福建厦门产 25 种。其中，主要成分右旋龙脑的相对含量从高到低依次为福建厦门产（60.74%）、江西吉安产（53.17%）、浙江淳安产（41.89%）、湖南新晃产（32.71%）。造成差异的原因可能与产地的气候条件、龙脑樟的生长环境及种植方式有关。福建厦门和浙江淳安作为龙脑樟的新兴产地，其挥发油质量并不亚于江西吉安和湖南新晃两个传统产地，这为我国南方地区进一步推广龙脑樟产业化栽培提供了可能性。

1.5 天然冰片的提取及纯化技术

1.5.1 最佳取材部位及时间 龙脑樟不同部位其精油的化学成分有所不同，研究发现，龙脑樟叶油的主成分为右旋龙脑，而枝油成分以樟脑为主，根油中以樟脑和松油醇为主［7］。石书江［32］运用 GC/FID、GC/MS 法分别测定龙脑樟的花、嫩叶、嫩枝，结果显示，挥发油得率由高到低依次为嫩叶（28.1 g/kg），花（23.8 g/kg）和嫩枝（10.3 g/kg）；其中，右旋龙脑含量以嫩叶最高，可达 17.22 g/kg，其次为花（12.13 g/kg），嫩枝中含量较低（3.47 g/kg）。刘宝全等［33］通过测定龙脑樟粗枝枝皮、粗枝木质部、末端枝条与树叶四个部位，发现龙脑樟叶片中龙脑含量（70.17%）显著高于其它部位，再次证实了叶片是龙脑樟提取天然冰片的最佳材料。郭英［34］使用内标法测定一年中不同时期的叶片，结果显示，叶片中右旋龙脑的含量受到生长季节变化的影响，自 2 月—8月，右旋龙脑含量逐渐升高，8 月达到最高，后逐渐降低。8 月为龙脑樟盛叶期，此时枝叶量大，叶质厚而油润，为最佳采收期。刘塔斯等［35］指出，同一株龙脑樟上鲜叶和鲜叶阴干后的右旋龙脑含量明显高于干叶和落叶，以阴干叶片中右旋龙脑含量最高，可达 63.97%，故在生产中采收鲜叶阴干后提取天然冰片可降低成本，提高生产效益。

1.5.2 粗加工提取技术 目前，国内制取天然冰片主要采用直接水蒸汽蒸馏法，即以龙脑樟枝叶为原料，经水蒸气蒸馏后冷凝结晶提取粗品，提取率在 80% 左右，所得龙脑含量较低。该方法工艺简单、成本较低，但操作周期长、效率低、溶剂残渣利用不充分。何洪城等［13］对现有工艺中原料投料量、贮存期、蒸馏时间和温度等因素进行探究，结果显示，原料投料量越小，天然冰片得率越高，但生产成本显著提高，投料量以50～60 kg 为宜。新鲜枝叶采集后立即进行加工，其得到的粗品中杂质较多，后期分离困难，但贮存时间过长又会导致天然冰片挥发，得率下降，10天左右为最佳贮存期。陈小兰等［36］通过测定不同蒸馏时段的出油率变化发现，96.53% 的馏分蒸出集中在蒸馏开始的前 60 min，其中前 10 min 出油量最大，占总出油量 57.58%。何洪城等［13］综合考虑提取时天然冰片得率和能耗的关系，提出蒸馏时间以 2 h 为宜，此时得率为 1.19%。蒸馏温度以 100～110 ℃ 为宜，温度过高天然冰片易脱氢生成樟脑，或裂解生成融沸点较低、分子量较小的有机化合物，导致得率下降［37］。张伟等［38］自主研制的超声强化水蒸气蒸馏装置，运用超声场的强化作用破坏植物细胞壁，加速有效物质流出，以提高挥发油提取率及右旋龙脑纯度。陈楚阳等［39］通过将传统水蒸汽蒸馏工艺中的单级冷却水冷凝改为空气与冷却水两级冷凝工艺，结合传统的水蒸气蒸馏—溶剂萃取—升华工艺，使冰片在冷凝过程中直接析出，缩短了工艺链，省略了有机溶剂萃取的步骤，避免了传统工艺中溶剂残留问题，并得到纯度达 95% 以上的天然冰片。经研究改进后的天然冰片提取及纯化的工业化生产技术加工流程如图 1 所示［13］。

图1 天然冰片的提取加工工艺流程Fig.1 The processing technology of extraction of natural borneol

1.5.3 精制及纯化技术 天然冰片的精制纯化方法主要有升华法和溶剂结晶法。由于龙脑具有升华的物性，且原油中其他液体成分的沸点均低于右旋龙脑，因此可采用常压、冷冻、离心升华方法进行分离提纯［40］。罗忠生等［41］将冷冻过的龙脑原油在常温压下进行离心过滤，分离出固体和液体，再以导热油为传热介质进行升华提纯。升华法获得天然冰片得率最高可达 90%，含量可达96%。但重复升华，冰片在高温条件下易脱氢或裂解生成樟脑和其他副成分，导致有效成分含量降低［42］。升华法不产生任何废液，生产过程环保［43］，但因设备复杂，高温操作有危险性，生产上应用较少。

宋永芳等［44］采用溶剂结晶法研究发现，汽油是结晶右旋龙脑最好的溶剂，当物料比为1 ∶ 1.7～2.0，结晶时间 4 d 以上时，天然右旋龙脑的纯度可达 99% 以上，外观呈白色片状，符合中药传统检定要求，但母液中大量天然冰片与樟脑混合物被丢弃。何洪城等［45］采用柱层层析法回收结晶母液，以硅胶为填料，石油醚与乙酸乙酯混合溶剂为洗脱液，将龙脑与樟脑分离，结果显示，前 20 ml 洗脱液主要成分为樟脑（99.11%），龙脑仅占 0.89%；随后的 20 ml 中樟脑纯度仍高达 91.09%；最后 20 ml 洗脱液中主成份为龙脑，纯度高达 98.22%。该方法能够将龙脑与樟脑有效分离，但成本较高，仅适用于母液中粗产品的回收。

1.6 天然冰片应用于医药产业

据《中药大辞典》记载，天然冰片具有抗菌、消炎、止痛、醒脑、改善心脑血管循环系统、抗癌治癌等多种功效，因其是一种高脂溶性化学物质，能快速被胃肠道吸收并透过血脑屏障，常作为复方中药中的辅药或引药［46-47］。我国早在《名医别录》和《本草纲目》中就记载有含天然冰片的药方。目前，市场上天然冰片产品也十分常见，如障翳散、复方熊胆滴眼液、夏天无滴眼液、妇乐洗液、云南白药等；临床上天然冰片已应用于治疗慢性气管炎、蛲虫病、小儿烧伤、溃疡性口腔炎等疾病［48］；在治疗直肠癌、宫颈癌、阴道癌、血管癌和缓解癌症疼痛方面，相关研究也已有报道［49］。

2 龙脑樟产业的发展趋势

2.1 龙脑樟繁殖方式由扦插向组培育苗发展

植物组织培养技术具有繁殖周期短，增殖系数高等优点，是公认的植物快繁有效途径。但关于龙脑樟的组织培养技术研究极少，针对试管苗长期离体培养过程中出现的玻璃化、褐化等问题的系统研究更未见报道。胡庆等［50］以龙脑樟带芽茎段为外植体，诱导得到愈伤组织和不定芽，再接种于附加 6-BA 1.0 mg/L，生长素 NAA 0.05 mg/L，Na2S2O3150 mg/L 的改良 MS（硝酸钾和硝酸铵减半，氯化钙增加 20%，硫酸盐加倍）培养基中进行扩繁，最后生根移栽获得完整植株，成活率可达 95%以上。该研究初步建立了龙脑樟组织培养技术体系，但增殖效果（增殖率仅 2.7）远远无法满足产业化生产需求。刘秀芳等［51］和戴小英［52］等通过对消毒方法、激素种类及浓度、培养条件等因素进行筛选和改良，显著提高了组培苗增殖率（5.0 以上），但多代培养后组培苗玻璃化及褐化问题仍未解决。

植物细胞培养技术具有产量高、占地少、周期短等优点，通过诱变筛选手段可获得高产细胞株，并且通过控制特定的生物转化途径可获得特定所需产物。徐剑［53］以龙脑樟幼茎为外植体，诱导获得愈伤组织并测得右旋龙脑含量 2.745 3 μg/g·DW，之后将筛选出的优良龙脑樟愈伤组织多次继代后转入液体培养基中进行悬浮培养，龙脑含量进一步提高约 39%。由此可见，植物细胞培养技术不失为生产高纯度天然冰片的又一有效途径。

2.2 天然冰片加工由传统技术向新型技术发展

超临界流体萃取技术是一种以超临界流体代替常规有毒、易燃、易挥发的有机溶剂对植物有效成分进行萃取和分离的新型技术［54］，已广泛应用于中药提取挥发油、生物碱、有机酚酸、苯内素、黄酮类以及天然色素等成分［55］。CO2流体因具有良好的溶解性能，可直接萃取大多数物质，且无毒无味、易于回收，是目前最为常用的萃取方法。HE 等［56］以天然冰片结晶母液中的冰片残片为原料，采用 CO2流体超临界法精制提纯，在萃取压力 11 MPa，温度 40 ℃，C02流量 25 L/h，萃取时间 20 min 的工艺条件下，天然冰片纯度和得率分别可达 96.66% 和 61.47%。该技术操作简单，效率高，产物无溶剂残留，可用于回收樟脑副产物，也可用于天然冰片粗产品精制提纯。

超声提取技术是近年来广泛应用的植物成分新型提取技术，在多糖、黄酮、生物碱、苷类物质的提取中取得较好效果。超声提取技术是利用超声波的空化作用以及超声波的次级效应加速植物有效成分的浸出，从而完成提取的一种新方法。徐剑［53］指出超声波提取天然冰片的最佳方法为以无水乙醇为萃取剂，按料液比 1 ∶ 10（g/mL），提取温度 40 ℃，提取 2 次，超声时间 120 min，可得到右旋龙脑含量 19.43 μg/g·DW。随着天然冰片产业现代化的推进，低污染、高效率的新型提取技术必将逐步取代高成本、重污染的传统提取技术。

2.3 天然冰片应用由医药向药妆、日化及副产品利用等方向发展

天然冰片具有抗菌消炎、镇痛、促吸收等功效［48,57］，除药用外，还可应用于药妆［57］。目前，市场上已出现天然冰片类面膜、眼贴等药妆，对改善面部皮脂代谢，消除炎症，促进溃疡愈合等有一定疗效［57］。中国药典（2015 年版）中记载，天然冰片能够开窍醒神，清热止痛，用于治疗热病神昏、惊厥，气郁暴厥，咽喉肿痛等疾病［59］。将天然冰片精油用于鼻吸或外部涂抹，可提神养气，预防呼吸道疾病，活血化瘀，生肌止痒。目前，天然冰片已广泛应用于皂用香精、漱口水、痱子粉等生活用品中［49］，随着人们生活品质的提高，天然冰片的市场还在不断拓展，开发利用潜力和经济效益极为显著。

另外，天然冰片生产过程中产生的龙脑樟挥发油中还含有较高含量的樟脑、桉叶油素、β—蒎烯、柠檬烯等成分。樟脑可广泛应用于医药工业制造维生素、樟脑、樟脑醛、溴化樟脑等，也常用作家庭卫生用品，具有较好的防霉、防蛀、抑菌、驱虫效果［34,60］；桉叶油素可以治疗流感、细菌性痢疾、肠炎等感染疾病，用于口腔清洁剂中具有防败血和除臭的功效［61］；β—蒎烯、柠檬烯在医疗上具有祛痰、抗真菌之效。由此可见，龙脑樟挥发油中剩余成分同样具有宝贵的利用价值，综合开发利用右旋龙脑结晶后的剩余成分，对于龙脑樟的产业化发展具有重要意义［16,31］。

3 结语

天然冰片资源稀缺，价格昂贵，目前市场上以冰片（合成冰片）为主。据笔者统计，2015 版《中国药典》中含有冰片成分的中药制剂高达 110余种［59］，但随着欧盟及美国宣布禁止进口以合成冰片为原料药品，天然冰片取代合成冰片将成为必然结果。目前，天然冰片应用领域还在不断扩展，可以预见，天然冰片的发展前景十分广阔，市场需求潜力巨大。

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（文字编校：龚玉子）

Research status and development trend on utilization of Borneol camphor resource

LI Liuzemu，HE Hongcheng
（Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China）

Natural borneol（D-borneol） is a kind of rare medicinal herbs and senior spices, because of its precious and rare, also known as‘borneol’.Essential oil of Borneol camphor leaf is rich in D-borneol, is currently the most suitable for extraction of natural borneol plant new resources.In order to protect and rationally develop and utilize this valuable resource, this paper mainly discusses the borneol cam phor resources development, artificial breeding, coppice s ystem,componentanalysis of essential oil, extraction and purification of natural borneol and medicinal value, this paper expounds in detail the six aspects and puts forward the development direction and trend of borneol camphor industry.

borneol camphor；natural borneol；propagation and cultivation；extraction and purification ；production and application

S 792.23

A

1003-5710（2017）03-0090 -07

10.3969/j.issn.1003-5710.2017.03.016

2017-04-09

湖南省科技计划项目（2016NK2156）

李刘泽木（1991-），女，湖南省长沙市人，硕士，主要从事木本植物的遗传育种、栽培研究

何洪城，教授级高工；E-mail：xbd9818@163.com