不同因素对互叶白千层精油化学组分的影响

刘义军，袁 源，刘洋洋，张 帆，李积华，* ，李思东

(1.中国热带农业科学院农产品加工研究所，广东湛江524001;2.农业部热带作物产品加工重点实验室，广东湛江524001;3.广东海洋大学化学与环境学院，广东湛江524094)

互叶白千层(Melaleuca ahemifolia)是桃金娘目桃金娘科(Myrtaceae)，白千层属(Melaleual)的常绿灌木至小乔木树种，原产于澳大利亚东部的昆士兰州和新南威尔斯州的北部，通过蒸馏其枝叶而获得一种芳香油，商品名叫茶树精油［1］。我国从20世纪90年代开始引种互叶白千层，从栽培到提取开展了深入研究，在我国广西、广东、福建等地区互叶白千层已达规模化种植，并初具一定规模，大部分单个种植户都已经超过500亩的规模。

国内外科研工作者对互叶白千层精油的作用机理进行了深入的研究，发现互叶白千精油的成分多样，主要化学成分为蒎烯、桧烯、柠檬烯、对伞花烃、1，8－桉叶素、松油烯－4－醇、松油醇等［2－3］。互叶白千精油具有非常显著的抑菌功效，其对金黄色葡萄［4］、表皮金黄色葡萄球菌、痤疮丙酸杆菌［5－6］、大肠杆菌［7－8］、足癣病原菌、须癣毛癣菌及红色毛癣菌［9－10］均有显著的抑制作用，此外，其在化妆品、食品保鲜剂［11－13］等方面也有着广泛的应用。现有研究结果表明，影响精油品质的因素有很多，比如季节性［14］、提取工艺［15］等。随着种植面积的扩大，及时收割原料极其重要。如果不及时收割，大量原料囤放发酵，枝条的颜色会发生变化，绿色退去，缓慢变白，叶片发生老化，甚至开始从枝条脱落。而此因素是否会影响精油品质尚未做过深入研究。

因此，本文以互叶白千层叶片成熟度、热风干燥及物料状态为影响因子，考察其对互叶白千层精油化学组分的影响，为互叶白千层收割、加工提供必要的基础数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

互叶白千层 生长周期为一年生植物枝条，于10月份采自梅州市兴宁市石马镇互叶白千层种植基地(N24°16'55.36″、E115°48'16.75″)。

GCMS－QP 2010Plus气相色谱－质谱联用仪 日本岛津公司;DHG－9140A热风干燥箱上海林频仪器股份有限公司;MRS120－3快速水分测定仪 德国KERN＆Sohn GmbH公司。

1.2 实验方法

1.2.1 互叶白千层的采摘及预处理 2017年10月9日，从白千层基地将白千层从底部砍掉，然后将树顶部30 cm左右的小枝条掰下来，整颗枝条自封袋包装，此部分枝条定义为嫩叶;将树底部30 cm左右的小枝条掰下来，整颗枝条自封袋包装，此部分枝条定义为老叶;样品各取样10 kg，回实验室后0.5 kg一份真空包装好，置于4℃冰箱保存，试验待用。

1.2.2 精油的提取 称取一定量的样品，剪碎至1～2 cm，置于蒸馏瓶中，加水450 g，连接冷凝管和油水分离器，开启冷凝水，然后加热至沸腾，然后小火加热保持沸腾状态，连续蒸馏2 h，收集油层，得到茶树精油。

1.2.3 各因素对枝叶含水率、提取率、精油化学组分的影响

1.2.3.1 成熟度对精油品质的影响 分别按照上述1.2.1的分类，称取老叶和嫩叶1 kg左右，剪碎至长度为1～2 cm左右，混匀，每份准确称取300 g，并检测样品的含水率，按照1.2.2的方法提取精油，并对精油的提取率和化学组分进行分析。

1.2.3.2 热风干燥对精油品质的影响 分别按照上述1.2.1的分类，取样3 kg左右，置于热风干燥箱中烘干，烘干温度40℃，烘干时间6 h，然后取出，将样品剪碎至长度为1～2 cm左右，混匀，每份准确称取200 g，并检测样品的含水率，按照1.2.2的方法提取精油，并对精油的提取率和化学组分进行分析，以未烘干的嫩叶和老叶做对比。

1.2.3.3 物料状态对精油品质的影响 预实验结果表明，嫩叶含水率较高，堆积导致物料发热，使其容易长白霉。老叶发酵较差，不具备代表性。因此，选取1.2.1的嫩叶进行发酵。取样2 kg嫩叶，此时11月份，地点梅州兴宁，室内平均温度0～24℃、湿度80%，物料采用整枝条堆放，堆积高度大概为5 cm，长度大概为30 cm，第2 d物料发热，枝条间长白霉，第4 d嫩叶枝条由绿转淡，叶片组织结构软烂，第5 d叶片开始脱落，放置7 d后，将样品剪碎至长度为1～2 cm左右，混匀，每份准确称取200 g，并检测样品的含水率，按照1.2.2的方法提取精油，并对精油的提取率和化学组分进行分析。

1.2.4 指标测定

1.2.4.1 含水率的测定 将少量样品平铺于水分快速测定仪的平板上，然后采用重量百分比递减的模式，开机，当重量百分比2 min内波动少于0.5%就停止加热，读取样品的含水率。

1.2.4.2 精油提取率的计算

式中:Ea:精油的提取率，%(干基);m1:样品的质量，g;c:样品的含水量，%;m2:精油的质量，g。

1.2.4.3 精油化学组分的测定 采用GC－MS联用仪(GC－MS－QP2010 Plus)检测茶树精油中 α－蒎烯、桧烯、α－松油烯、柠檬烯、对伞花烃、1，8－桉叶素、松油烯－4－醇等15种特征化学组分。

检测条件:GC:色谱柱:RTX－5MS(30 m×0.25 mm×0.25 mm);样口温度250.0℃;载气:高纯氦;柱流量:1.0 mL/min;分流比:30∶1;进样量:1 μL;程序升温:起始温度70℃，以速率2℃/min，升温至180℃。

RI值的测定:取C7～C30正构烷烃标准品，以正己烷为溶剂配制浓度为0.1%的溶液，采取上述条件进行分离，测定各正构烷烃的保留时间。各成分的RI值根据Kovats公式进行计算:

其中，RI为被分析组分的保留指数;tx为分析组分流出峰的保留时间(min);tn为碳原子数为n的正构烷流出峰的保留时间(min);tn+1为碳原子数为n+1的正烷烃流出峰的保留时间(min)，且tn＜tx＜tn+1。

相对含量的确定:所得各组分峰用 NIST Chemical Structures(美国国家标准研究所，第8版)库和Wiley Library(威廉图谱库，第9版)库进行检索，结合文献RI值，以质谱匹配度和RI值匹配度最高的化学结构为最佳鉴定结果，部分主要成分利用标准品(STD)进一步进行确认，可信度更高。各组分峰相对含量的确定采用峰面积归一化法。

1.3 数据处理

每组实验重复3次，结果取平均值。所有数据采用SPSS 22.0进行分析，采用LSD多重比较方法分析不同因素间显著性差异。

2 结果与分析

2.1 枝叶成熟度对互叶白千层精油品质的影响

互叶白千层是木本植物，一年四季都生长，受光照强度以及生长时间的影响，植物的顶部和底部叶片的成熟度也不一样，其品质也不一样。从表1可知，嫩叶的含水率和精油提取率都比老叶高，两者具有极显著性差异(p=0.00＜0.01);从表2可知，嫩叶中提取的松油烯－4－醇含量、α－松油醇比老叶的含量高，α－蒎烯、α－松油烯、柠檬烯、对伞花烃、γ－松油烯、异松油烯1，8－桉叶素比老叶低。目前市场、国家标准 GB 1886.270－2016［16］以及国际标准 ISO－4790［17］主要以松油烯醇和1，8－桉叶素为硬性指标，其中松油烯－4－醇的含量越高越好，1，8－桉叶素的含量越低越好，参照此依据，互叶白千层精油提取过程中应该选择较多嫩叶，然而实际生产过程中，由于互叶白千层在不断的生长，枝条太嫩了，产量低，枝条太老了精油的品质会有所下降，因此一般在10～12月采摘互叶白千层，此时光照积累到一定程度整株枝条生产茂盛，12月份以后，光照减弱，枝条生长缓慢，逐渐衰老，与广西地区互叶白千层研究人员柴玲有着相同的研究结果［14］。

表1 枝叶成熟度对互叶白千层精油提取率及含水率的影响Table 1 Effects of leaf maturity on the extraction rate of Melaleuca ahemifolia oil

表2 枝叶成熟度对互叶白千层精油化学组成的影响Table 2 Effects of leaf maturity on chemical composition of Melaleuca ahemifolia oil

2.2 热风干燥对互叶白千层精油品质的影响

由于互叶白千层采收有一定的季节性，当种植规模达到一定程度时，现有的生产设备无法在2～3个月内集中加工完毕，就需要寻求一种方式是否能将物料采摘完后，然后干燥处理，延长工厂的提取周期，因此本文研究了常规热风干燥对互叶白千层精油品质的影响。从表3得知，采用热风干燥后，嫩叶和老叶中精油的提取率分别下降了0.86%、0.45%，由于互叶白千层精油属于挥发性精油，在干燥过程中精油随着水分的蒸发而挥发。从表4得知，互叶白千层枝条经过热风干燥后，松油烯－4－醇的含量降低了，1，8－桉叶素的含量增加，其它指标含量没有明显的变化规律。研究结果表明:采用热风干燥方式干燥互叶白千层后，精油的品质在一定程度上有所下降，其中松油烯－4－醇的含量降低了2.0%～3.0%，1，8－桉叶素含量增加了0.1%左右，但是其含量仍然符合国际标准ISO－4790，因此当加工能力无法满足现有种植条件时，可以将物料先进行热风干燥，将含水率干燥至低于13%，临时储存，适当延长工厂加工周期。

表3 热风干燥工艺对互叶白千层精油提取率及含水率的影响Table 3 Effects of hot air drying methods on the extraction rate of Melaleuca ahemifolia oil

表4 热风干燥工艺对互叶白千层精油化学组成的影响Table 4 Effects of hot air drying methods on chemical composition of tea tree oil

2.3 物料状态对互叶白千层精油品质的影响

从表5可知，互叶白千层枝条嫩叶堆放发酵后含水率降低了41.6%，精油的提取率降低了1.08%;从表6可知，互叶白千层枝条嫩叶堆放后，α－蒎烯、α－松油烯、柠檬烯、对伞花烃、γ－松油烯、异松油烯、香树烯、喇叭烯、δ－杜松烯、1，8－桉叶素的含量都增加了，松油烯－4－醇、α－松油醇、蓝桉醇、绿花白千层醇的含量减少了，其中松油烯4－醇含量降低了6%左右，1，8－桉叶素变化不大，因此互叶白千层采收后不要堆放过久，以免引起发酵，降低互叶白千层精油提取率和品质。

表5 物料状态对互叶白千层精油提取率及含水率的影响Table 5 Effects of material status on the extraction rate of tea tree oil

表6 物料状态对互叶白千层精油化学组成的影响Table 6 Effects of material status on chemical composition of tea tree oil

2.4 不同因素对精油中各类组分的差异性分析

本研究主要对其五类三组差异性进行对比分析。从图1可知，老叶中松油烯类、1，8桉叶素含量最高，嫩叶中松油烯醇类、绿花白千层醇类含量最高，烘干老叶中绿花白千层烯类物质含量最高;不同因素中松油烯类、绿花白千层烯类、绿花白千层烯醇类的差异极显著(p=0.00＜0.01);老叶与烘干老叶之间松油烯醇类含量差异不显著(p=0.19＞0.05)，嫩叶、烘干嫩叶、发酵嫩叶及老叶之间松油烯醇类含量差异极显著(p=0.00＜0.01);嫩叶及发酵嫩叶中1，8－桉叶素含量差异不显著(p=0.22＞0.05)，其它因素二者之间的差异极显著(p=0.00＜0.01)。

图1 不同因素对精油中各类组分的差异性分析Fig.1 Variance analysis of different factors on different categories chemical composition of tea tree oil

3 结论

互叶白千层在生长过程中，松油烯－4－醇的含量随着叶片的衰老逐渐降低，同时热风干燥及物料未及时处理都会导致松油烯－4－醇含量的降低，精油的提取率也会降低;整个实验过程中1，8－桉叶素的含量都低于 2.0%(国际标准 ISO－4790要求低于5.0%)，不同因素对其影响变化不大，因此在生产过程中需要检测分析松油烯－4－醇的含量。工厂在提取互叶白千层精油的过程中如果生产能力小于种植规模时，可以考虑将物料干燥，避免物料堆积引起发酵或者不采收导致叶片老化等因素，使得精油的品质和得率下降。

本研究针对互叶白千层精油产业中的实际问题补充了相关数据，但是互叶白千层采用什么干燥手段进行干燥可以获得最佳的效果，以及茶树精油的各组分在原料生长过程中的代谢规律及在存储过程中发生变化的影响因素还需要进行更加深入的研究。