GC-MS结合保留指数研究龙脑樟不同部位精油成分

杨海宽，温世钫，章 挺，李 江

（江西省林业科学院 a.江西省木本油料与香精香料高效利用工程研究中心；b.国家林业和草原局樟树工程技术研究中心，江西 南昌 330032）

樟树Cinnamomum camphora属樟科Lauraceae樟属Cinnamomum常绿树种，为我国珍贵树种，主要分布在我国长江流域以南地区[1]。龙脑樟 Cinnamomum camphoraL.Presl 是樟树特有的化学类型，因其精油中富含天然龙脑而得名，天然龙脑是一种名贵中药，具有开窍醒神、抗菌消炎等诸多功效，并常被用作复方中药的辅药或引药[2-3]。近年来，针对龙脑樟的研究主要集中在叶精油化学成分分析、不同种源龙脑樟叶精油主成分差异性研究等方面。刘塔斯等[4]研究了龙脑樟单株地上部位龙脑含量差异，结果表明阴干的龙脑樟叶中龙脑含量最高。张宇思等[5]研究了不同种源龙脑樟叶精油化学成分组成差异，结果表明：吉安龙脑樟叶精油中龙脑含量较高。刘宝全等[6]采用乙醇浸提法，结合GC-MS 检测手段，研究龙脑樟不同部位中龙脑含量差异，结果表明，叶中龙脑含量最高。黄慧莲等[7]研究了龙脑樟枝叶化学成分组成，GC-MS 检测共鉴定出34 种化合物。本文以5年实生龙脑樟为研究对象，开展同一单株龙脑樟不同部位（叶、干、根）精油化学成分组成差异性研究，为龙脑樟用材林培育、龙脑樟矮林作业提供理论依据。

综合现有研究报道，针对植物精油化学成分分析，主要采用GC-MS 检测方法[8-9]，但均未结合保留指数对化合物进行鉴定。研究结果表明，主要化学成分基本相同，但对于某些微量化学成分、大分子化合物，在化合物命名、结构鉴定等方面存在显著差异，主要的原因是：仅采用GC-MS 检测手段，谱库直接检索精确性不够。需要采用GC-MS 与保留指数相结合的方法，以获得准确的鉴定结果[10]。本研究可为掌握龙脑樟精油化学成分组成提供科学依据，并为龙脑樟主要萜类化合物空间变化规律研究、龙脑樟精油化学成分指纹图谱的建立奠定研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验材料：5年生龙脑樟，江西吉安；正构烷烃C7-C40 混标，分析纯，上海安谱实验科技股份有限公司；无水乙醇，分析纯，西陇科学股份有限公司；无水硫酸镁，分析纯，天津市大茂化学试剂厂。

GC-MS检测仪器：日本SHIMADAZU GCMS-QP2020 型气相色谱-质谱联用仪，色谱柱类型：SH-RXI-5SILMS 型色谱柱（规格：30 m× 0.25 mm×0.25 µm）。

1.2 实验方法

1.2.1 精油提取、收集与保存

采用水蒸气蒸馏法提取挥发性精油，水上蒸馏法分别提取龙脑樟叶、干、根等3 个不同部位挥发性精油，水蒸气蒸馏时间4 h。

粗龙脑固体经水蒸气蒸馏，冷凝结晶于冷凝管内壁，采用无水乙醇充分润洗至烧杯中，室温下保存，待溶剂完全挥发（即质量不再变化），称重，低温下密闭保存，待GC-MS 检测。

龙脑油、干精油和根精油常温下呈液态，充分静置后，油水进行分离。油层称重后，低温下密闭保存，待GC-MS 检测。

1.2.2 样品配制

1）粗龙脑样品配制

准确称取200.0 mg 样品，采用无水乙醇进行充分溶解，并定容至10 mL，配制好的龙脑溶液浓度约20.0 mg/mL。龙脑在干燥过程中易吸潮，在进行GC-MS 检测前需进行干燥处理。精密吸取2 mL 配制后的溶液，先经无水硫酸镁干燥，再过滤至专用进样瓶中，进行GC-MS 检测。

2）液态精油样品的配制

专用进样瓶中，精密吸取25 µL 精油样品，用无水乙醇定容至1 mL，精油样品浓度约20.0 mg/mL，进行GC-MS 检测。

1.2.3 GC-MS 检测

GC 条件：进样口温度250 ℃，进样量1 µL，进样分流比1 ∶20，载气He，流速1.0 mL/min。升温程序：起始温度80 ℃，保持2 min；8 ℃/min 升至160 ℃，保持0 min；8 ℃/min 升至250 ℃，保持2 min。峰面积归一化法计算各组分相对百分含量。

MS 条件：EI 离子源温度200 ℃，连接线温度230 ℃，扫描范围50～600 m/z。各分离组分采用Nist8.0 谱库进行化合物检索。

1.2.4RI值计算

正构烷烃混标、粗龙脑样品、龙脑精油、干精油和根精油依次采用以上方法，进行GC-MS 检测。记录各精油GC-MS 离子流图出峰时间，根据以下公式计算RI值：

式中：tR(x)、tR(n)，tR(n+1)分别代表待测组分、碳数n、碳数n+1 的正构烷保留时间。且tR(n)＜tR(x)＜tR(n+1)。

2 结果与分析

2.1 粗龙脑化学成分组成

由GC-MS 结果可知，粗龙脑中共鉴定出8 种化合物，占挥发油总含量的99.97%，其中含量＞1.00%的化合物共2 种，分别是：龙脑（94.02%）和乙酸龙脑酯（3.87%）。因此，粗龙脑中主要的化学成分是龙脑。

粗龙脑中所鉴定出的8 种挥发性成分，按化合物类型分为：醇类化合物4 种，占挥发油总含量的95.48%；酮类化合物1 种，占挥发油总含量的0.53%；酯类化合物1 种，占挥发油总含量的3.87%；烯烃类化合物1 种，占挥发油总含量的0.05%；其他1 种，占挥发油总含量的0.04%（图1）。

图1 粗龙脑总离子流图像Fig.1 Total ion chromatogram of rough borneol

2.2 龙脑油化学成分组成

由GC-MS 结果可知，龙脑油中共鉴定出28 种化合物，占挥发油总含量的99.73%，其中含量＞1.00%的化合物共16 种。分别是：α-蒎烯（5.67%）、莰烯（3.90%）、β-蒎烯（2.90%）、β-月桂烯（3.79%）、α-水芹烯（1.23%）、对伞花烃（1.10%）、柠檬烯（8.82%）、桉叶油素（3.05%）、萜品油烯（1.67%）、芳樟醇（7.38%）、樟脑（3.08%）、龙脑（26.58%）、4-萜品醇（2.32%）、α-萜品醇（3.28%）、乙酸龙脑酯（18.46%）、α-石竹烯（1.08%）。因此，龙脑油中主要化学成分是龙脑、乙酸龙脑酯等。

龙脑油中所鉴定出的28 种化合物，按化合物类型分为：烯烃类化合物19 种，占挥发油总含量的35.08%；醇类化合物6 种，占挥发油总含量的40.06%；酮类化合物1 种，占挥发油总含量的3.08%；酯类化合物1 种，占挥发油总含量的18.46%；其他1 种，占挥发油总含量的3.05%（图2）。

图2 龙脑油总离子流图像Fig.2 Total ion chromatogram of borneol oil

2.3 龙脑干精油化学成分组成

由GC-MS 结果可知，龙脑干精油中共鉴定出27 种化合物，占挥发油总含量的98.97%，其中含量＞1.00%的化合物共14 种。分别是：α-蒎烯（3.68%）、莰烯（1.99%）、β-水芹烯（3.79%）、β-蒎烯（2.09%）、β-月桂烯（2.14%）、对伞花烃（1.92%）、柠檬烯（5.16%）、桉叶油素（23.57%）、γ-松油烯（1.37%）、樟脑（13.76%）、龙脑（24.79%）、4-萜品醇（2.83%）、α-萜品醇（4.21%）、氧化石竹烯（1.19%）。

龙脑干精油中所鉴定出的27 种化合物，按化合物类型分为：烯烃类化合物16 种，占挥发油总含量的26.48%；醇类化合物4 种，占挥发油总含量的32.26%；酚类化合物2 种，占挥发油总含量的0.69%；酮类化合物1 种，占挥发油总含量的13.76%；酯类化合物1 种，占挥发油总含量的0.21%；氧化物1 种，占挥发油总含量的1.19%；其他2 种，占挥发油总含量的24.38%（图3）。

图3 龙脑干精油总离子流图像Fig.3 Total ion chromatogram of steam essential oil

2.4 龙脑根精油化学成分组成

由GC-MS 结果可知，龙脑根精油中共鉴定出26 种化合物，占挥发油总含量的98.69%，其中含量＞1.00%的化合物共14 种。分别是：α-蒎烯（3.68%）、莰烯（1.99%）、β-水芹烯（3.79%）、β-蒎烯（2.09%）、β-月桂烯（2.14%）、对伞花烃（1.92%）、柠檬烯（5.16%）、桉叶油素（23.57%）、γ-松油烯（1.37%）、樟脑（13.76%）、龙脑（24.79%）、4-萜品醇（2.83%）、α-萜品醇（4.21%）、氧化石竹烯（1.19%）。结果表明，龙脑根精油中主要化学成分是黄樟油素。

龙脑根精油中所鉴定出的26 种化合物，按化合物类型分为：烯烃类化合物17 种，占挥发油总含量的3.70%；醇类化合物3 种，占挥发油总含量的1.50%；酚类化合物2 种，占挥发油总含量的8.08%；酮类化合物1 种，占挥发油总含量的6.25%；醛类化合物1 种，占挥发油总含量的0.07%；其他2 种，占挥发油总含量的79.09%（图4）。

图4 龙脑根精油总离子流图像Fig.4 Total ion chromatogram of root essential oil

2.5 不同部位精油化学成分组成差异

龙脑樟不同部位（叶、干、根）挥发性精油化学成分组成，如表1所示。由实验结果可知，龙脑樟叶水蒸气蒸馏所得挥发性精油呈现2 种形态：粗龙脑固体和龙脑油液体，粗龙脑固体为天然龙脑经冷凝结晶形成，精油化学成分组成较少。因此，研究龙脑油（叶精油）、干精油和根精油化学成分组成差异。

表1 龙脑樟不同部位精油化学成分组成Table1 Composition of essential oil from different parts of Cinnamomum camphora

由表1可知，龙脑樟叶、干、根3 个不同部位精油中共鉴定出35 种化合物，主要以单萜类化合物和倍半萜类化合物为主，3 个不同部位精油所共有的化学成分共计20 种。除3 个部位精油所共有的化学成分外，叶和干精油所共有的化学成分有3 种，分别是：芳樟醇、乙酸龙脑酯和β-石竹烯；干和根精油所共有的化学成分有3 种，分别是：黄樟油素、丁香酚和甲基丁香酚。叶精油中特有的化学成分有5 种，分别是：β-罗勒烯、β-萜品醇、香叶醇、大根香叶烯D 和γ-榄香烯。干精油中特有的化学成分有1 种，氧化石竹烯。根精油中特有的化学成分有3 种，分别是：α-荜澄茄油烯、α-依兰油烯和肉豆蔻醛。

龙脑樟不同部位精油化学成分组成存在显著差异。叶和干精油中含量最高的化合物均为龙脑，而根精油中龙脑含量极低，其相对百分含量低于0.5%，表明龙脑主要分布于龙脑樟地上部位。龙脑樟根精油中含量最高的化合物是黄樟油素，此结论与胡文杰等[11-12]针对樟树油樟型、樟脑型和异樟型根精油化学成分分析结果一致，结果表明不同化学类型樟树根精油中主成分相同，而干和叶是一系列萜类化合物生物、化学合成的关键性部位，并对其化学类型分类起决定作用。同时，叶、干和根精油中相对百分含量列第二位的化合物分别是：乙酸龙脑酯、桉叶油素和甲基丁香酚。

3 结论与讨论

1）采用GC-MS 结合保留指数分析方法，于龙脑樟叶、干、根3 个不同部位精油中共鉴定出35 种化合物，主要以单萜类化合物和倍半萜类化合物为主，3 个不同部位精油所共有的化学成分共计20 种。

2）龙脑樟叶精油中特有的化学成分有5 种，分别是：β-罗勒烯、β-萜品醇、香叶醇、大根香叶烯D 和γ-榄香烯；干精油中特有的化学成分有1 种，氧化石竹烯；根精油中特有的化学成分有3 种，分别是：α-荜澄茄油烯、α-依兰油烯和肉豆蔻醛。

3）龙脑樟叶、干精油中含量最高的化合物均为龙脑，而根精油中龙脑含量极低，其相对百分含量低于0.5%，表明龙脑主要分布于龙脑樟地上部位。龙脑樟根精油中含量最高的化合物是黄樟油素，与樟树油樟型、樟脑型和异樟型等不同化学类型相似，根精油中主要化学成分均是黄樟油素。结果表明，樟树干和叶是一系列萜类化合物生物、化学合成的关键性部位，并对其化学类型分类起决定性作用。

4）采用保留指数结合GC-MS 方法针对龙脑樟不同部位精油化学成分差异开展研究，可为龙脑樟精油化学成分空间变化规律、精油指纹图谱建立等方面的研究提供基础。同时针对不同种源、不同生长年限、不同立地条件等因素对龙脑樟不同部位精油化学成分组成的影响可进一步开展研究。