GC-MS分析比较琼产降香黄檀不同部位材化学成分

李彤彤，李冠君，李家宁

降香黄檀(Dalbergia odorifera)，别称花梨、海南檀［1］、降香檀［2］，属蝶形花科黄檀属半落叶乔木［3］，国家二级保护植物，原产海南，广东、广西、福建均有引种栽培［4］。其心材结构致密、瑰丽美致，是我国标准国产红木之一，自明代以来为宫廷名贵家具、工艺品的上等用材［5］。同时，降香黄檀也是珍贵的中药材，其树干和根部的心材药用价值极高［6］。目前，降香黄檀的研究领域主要集中在栽培育种［7-8］和心材成分分析及应用，研究发现，心材的主要成分是挥发油和黄酮类化合物［9-12］。

近年来，降香黄檀市场需求量大，天然材及大径级材趋近枯竭，而最具经济价值的部分在其心材，自然状态下心材形成较缓慢，因此有学者开展了人工促进降香黄檀心材形成的研究［13］。贾瑞丰［14］采用真菌菌液作用及逆境胁迫手段开展促进降香黄檀心材形成的研究，取得一定效果。刘小金［15］研究发现对树干注射乙烯利、茉莉酸等生长调节剂能促进降香黄檀形成心材。周双清［16］采用气相色谱-质谱对乙烯利诱导形成降香心材的挥发油化学成分进行分析，发现诱导形成的降香心材挥发油成分中主要成分为橙花叔醇。文献均报道了加速降香黄檀心材形成的不同方法，而对降香黄檀心材、心边材过渡带、边材的化学成分系统分析及差异还未见报道。本研究采用气质联用技术(GC-MS)对海南儋州产10年生降香黄檀心材、心边材过渡带和边材的化学成分进行分析比较，为进一步研究琼产降香黄檀心材成分的形成提供试验数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

降香黄檀取自海南省儋州市中国热带农业科学院橡胶研究所试验基地人工种植降香黄檀，10年生，离地1 m处截取圆盘，圆盘直径10.1 cm，其中心材直径最长处3.1 cm，试材分为3部分:心材、心边材过渡带、边材，自然气干1周，并粉碎成粉末(50目)，备用。试材新锯切断面时木材散发香味，其心材颜色为深褐色，边材为浅黄白色，极易区分，将距离心材边缘1 cm范围的圆环状定为心边材过渡带［17］(图1)。试验中采用的提取溶剂为石油醚、乙酸乙酯、甲醇，极性由小到大，均为分析纯，购自广州化学试剂厂。试验中采用的索氏抽提装置规格为150 mL。气相-质谱联用仪(GC-MS)型号为Agilent 7890B-7000B，美国安捷伦公司。

图1 降香黄檀心材、心边材过渡带、边材示意Fig.1 The schematic diagram of heartwood，heart-sapwood transition zone and sapwood of D.odorifera

1.2 方法

1.2.1 降香黄檀心边材抽提物的提取 分别称取降香黄檀心材、心边材过渡带及边材的粉末2.000 g，用滤纸包裹放入虹吸管中，容量瓶中加入提取试剂甲醇65 mL，采用索氏抽提装置对粉末进行抽提，至虹吸回流液呈无色透明清液，停止抽提，得到甲醇提取液。本试验中选取的提取试剂为石油醚、乙酸乙酯、甲醇，极性由小至大，使得不同极性的提取物均被提取出来。乙酸乙酯与石油醚抽提试验如上述方法。

1.2.2 降香黄檀提取液的鉴定 采用 Agilent 7890B-7000B气相-质谱联用仪对得到的抽提液化学成分进行分析［18-19］，分析前抽提液未做任何处理。测试条件为:

气相条件:色谱柱为Hp-5毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度为 250℃;进样方式:不分流进样，进样量为1 μL;程序升温:起始温度80℃，保持2 min，然后以 6℃·min－1的升温速率升至300℃，保持20 min。

质谱条件:辅助加热器温度(传输线温度):260℃;电子能量:－70 eV;扫描模式:全扫描;扫描范围:20～450 u;离子源温度:250℃。

结构分析:对GC-MS分析得到的总离子色谱图采用数据库检索，各色谱峰相应质谱图经计算机质谱库(NIST 2011)检索定性鉴别，结合人工图谱解析确认化合物的成分。采用面积归一化法，以各组分的峰面积占总峰面积之比表示各化合物的相对含量。

2 结果与分析

2.1 降香黄檀心边材相同溶剂提取液的成分比较分析

2.1.1 乙酸乙酯提取液的成分分析比较 降香黄檀木材的心材、心边材过渡带及边材部位乙酸乙酯提取液在试验条件下检测，得到总离子流图(图2)。分别对总离子流图中的各峰进行质谱库系统检索，比对标准质谱图，鉴定抽提液中的主要化学成分，以面积归一化法表征各化合物的相对含量，得到表1。从表1看出，在降香黄檀木材乙酸乙酯提取液中边材部位含有的主要成分为2，5-二-(1，1-二甲基乙基)-苯酚(12.88%)，还有饱和烷烃、醇类、酯类及酚类物质;心边材过渡带中主要成分为2，4-二叔丁基苯酚(9.64%)、饱和烷烃、醇类、酚类及羧酸类物质;在其心材部位含有的主要成分为6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(22.93%)，俗称美迪紫檀素。其次为7-羟基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃(22.16%)、萜类、醇类、酚类物质。比较不同部位中的化学成分发现，在边材、心边材过渡带、心材部位均含有反式-橙花叔醇，含量分别为1.96 %、2.83%、5.89%。降香黄檀心材中还含有少量 橙花叔醇，与反式-橙花叔醇互为异构体。

图2 降香黄檀心材提取液(乙酸乙酯作溶剂)GC-MS总离子流Fig.2 Total ion current of GC-MS spectrum of ethyl acetate extract of heartwood of D.odorifera

表1 降香黄檀心边材乙酸乙酯提取液的主要化学成分Table 1 The main chemical components of ethyl acetate extract of heartwood，heart-sapwood transition zone and sapwood of D.odorifera

2.1.2 甲醇提取液的成分分析比较 用甲醇分别对降香黄檀木材心材、心边材过渡带、边材进行抽提，得到不同部位的甲醇抽提液，对抽提液中的化学成分进行GC-MS分析解析(表2)。从表2得出，心边材过渡带与边材存在部分共有成分，二者含量较高的成分均为反式-4-(3-羟丙基-1-烯-1-基)-2-甲氧基苯酚(9.21%，20.08%)，而心材中含量较高的为6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(26.07%)。

表2 降香黄檀心边材甲醇提取液的主要化学成分Table 2 The main chemical components of methanol extract of heartwood，heart-sapwood transition zone and sapwood of D.odorifera

2.1.3 石油醚提取液的成分分析比较 表3为降香黄檀不同部位石油醚提取液中含有的主要化学成分。从表中可知，降香黄檀心材和心边材过渡带中含量较多的成分均为十一烷，分别为 31.77%、42.79%。边材中含量较高的为酞酸二丁酯(7.49%)，其次为十氢化萘(4.54%)。石油醚的极性较弱，根据相似相溶原理，提取液中主要得到的物质为烷烃类物质。

2.2 降香黄檀心材不同溶剂提取液成分比较分析

为探究降香黄檀心材不同溶剂提取液的成分差异，由表1～表3数据分析得出，甲醇提取液中主要含有萜类、醇类及酚类物质，含量最多的为6α、11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(26.07%)。乙酸乙酯提取液中含量最多的也是6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(22.93%)，其次为 7-羟基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃(22.16%)，还含有一些醇类、萜类、烷烃类物质。采用不同溶剂提取降香黄檀心材，可以将心材中不同极性的化合物被提取出来，成分分析较完全。石油醚极性较弱，其提取液中含有烷烃类物质较多，十一烷的含量高达31.77%。综上，降香黄檀心材主要含有25种化合物，分别为醇类、烷烃类、萜类、酯类、酚类物质。

3 结论与讨论

3.1 结论

采用不同极性溶剂对琼产10年生降香黄檀木材不同部位材进行提取，可以提取到木材抽提物中不同极性范围的化合物，化合物种类较为完全，气质联用分析研究了幼龄降香黄檀的心边材不同部位材化学成分，结果表明，降香黄檀心材主要含有25种化合物，分别为醇类、烷烃类、萜类、酯类、酚类物质，心材乙酸乙酯提取液中主要的成分为6α，11α-二甲氧 基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(22.93%)，其次为 7-羟基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃(22.16%)、萜类、醇类、酚类物质。心边材过渡带乙酸乙酯提取液中主要成分为2，4-二叔丁基苯酚(9.64%)、饱和烷烃、醇类、酚类及羧酸类物质;边材乙酸乙酯提取液中含有的主要成分为2，5-二-(1，1-二甲基乙基)-苯酚(12.88%)，还有饱和烷烃、醇类、酯类及酚类物质。

表3 降香黄檀心边材石油醚提取液的主要化学成分Table 3 The main chemical components of petroleum ether extract of heartwood，heart-sapwood transition zone and sapwood of D.odorifera

图3 几种化合物的结构式Fig.3 Schematic structures of compounds

在边材、心边材过渡带、心材部位乙酸乙酯提取液中均含有反式-橙花叔醇，他们的含量分别为1.96%、2.83%、5.89%。7-羟基-3-(4-甲氧基苯基)-2H-1-苯并吡喃-2-酮、3，4-二氢-3-(2-羟基-4-甲氧基苯基)-2-氢-1-苯并吡喃-7-醇和7-羟基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃-4-酮是合成 6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃的中间体，木材内部化合物间发生一系列的生理生化变化，逐渐累积形成心材成分。

3.2 讨论

目前，降香黄檀的天然材及大径级材几乎砍伐殆尽，近年来人工栽培面积逐年增大，前人报道中基本集中在对老龄材料的研究，而本试验树样10年生属于幼龄材，有利于探究人工栽培降香黄檀木材不同部位材的成分比较。锯开试样发现已含有一定比例的心材，表明心材形成时期早于第10年。采用不同溶剂对降香黄檀心边材进行提取，根据相似相溶原理，可以提取到不同极性的化合物，提取液的化学成分种类较全面。比较降香黄檀不同部位材的抽提物，心材中含有萜类、醇类、饱和烷烃类物质较多;心边材过渡带中主要含有酯类、酚类物质;边材中主要含有烷烃类、酯类、酚类、萜类物质。国内外已对降香黄檀心材的化学成分进行了报道，发现不同产地、生长年龄的降香黄檀心材的化学成分有明显差异，赵夏博［20］等研究表明，降香黄檀心材中含量最多的是氧化石竹烯;刘洪玲［21］研究表明，降香挥发油的主要活性成分是橙花叔醇;本研究中，降香黄檀心材中含量最多的为 6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃(美迪紫檀素，结构式见图3A)。美迪紫檀素是一种紫檀烷类化合物，具有抗肿瘤活性［22］。查阅相关文献得到 6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃的合成路线［23］，对照心材中的化学成分分析可知，7-羟基-3-(4-甲氧基苯基)-2H-1-苯并吡喃-2-酮(图 3B)，3，4-二氢-3-(2-羟基-4-甲氧基苯基)-2-氢-1-苯并吡喃-7-醇(图3C)和7-羟基-3-(4-甲氧基苯基)-4H-1-苯并吡喃-4-酮(图 3D)是合成 6α，11α-二甲氧基-6H-苯并呋喃-［3，2-c］［1］-苯并吡喃的中间体。由此可以推测，木材内部化合物间发生一系列的生理生化变化，逐渐累积形成心材成分。比较3种溶剂对降香黄檀的提取效果，乙酸乙酯提取酯类物质较多，与文献报道［24］一致。

虽然降香黄檀提取物成分各有差异，但普遍存在的化学成分为橙花叔醇［25-27］。本研究中，琼产10年生降香黄檀乙酸乙酯抽提液中含有橙花叔醇和反式-橙花叔醇，但含量与文献报道相比较低，可能与不同抽提方法有关，亦可能是琼产10年生降香黄檀心材形成周期较短，文献报道一般降香黄檀6 a后心材开始形成［14］，香味成分的形成逐渐开始，积累较少。在本研究中，心材、心边材过渡带及边材化学成分中均含有橙花叔醇，据文献报道，木材心材的提取物形成有2种类型，刺槐属类型，提取物在边材和心材之间相当窄的过渡带积累;胡桃属类型，心材的酚类前体化合物随边材的老化而积累［28-30］。因此，由以上研究成果初步推断降香黄檀心材形成可能属于胡桃属类型。本研究比较分析降香黄檀木材心边材提取物成分差异，为探究琼产人工栽培降香黄檀心材挥发性成分的形成提供试验数据。

致谢:感谢陈俊明、邹积鑫同志提供试材，特别感谢陈翠、朱智峰同志协助木材样品制备!