4种精油组成成分及总抗氧化活性分析研究

陈潘，席斌，高雅琴*，王芳，杨晓玲

(1.中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所，兰州 730050；2.农业农村部畜产品质量安全风险评估实验室，兰州 730050)

植物精油，亦称植物挥发油，是从芳香植物中提取的具有挥发性的一类植物次生代谢物质[1]。水蒸气蒸馏法是精油提取最常用的方法，通过水散作用，将待提取成分从植物组织中渗透出来与水混合形成油水混合体系，经冷凝后油水分离得到较纯的精油。此方法操作容易、设备简单、绿色环保[2]。精油具有抗氧化剂活性[3]，且活性与萜烯及其含氧化合物的存在有关[4,5]。植物精油的组成成分多样、结构复杂，需要灵敏度较高的检测分析方法才可定性及定量[6]。

目前植物精油的分析方法有高效液相色谱法(HPLC)、薄层色谱法(TLC)、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)、超临界流体色谱法(SFC)等[7,8]，其中GC-MS分离能力强、分析速度快、灵敏度高、选择性好，因此常常被用于植物精油中主要组成成分的定性和定量分析。本实验通过水蒸气蒸馏法提取茶树精油、薄荷精油、柚皮精油和柑橘皮精油，用GC-MS对4种精油进行成分鉴定，测定4种精油的总抗氧化活性，对4种精油的共有化合物成分萜烯类物质和总抗氧化活性做相关性分析。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜薄荷叶、互叶白千层叶、新鲜柑橘皮、新鲜柚子皮；无水硫酸镁：天津市凯信化学工业有限公司产品；超纯水：沃特浦超纯水机制备；总抗氧化能力(T-AOC)检测试剂盒：北京索莱宝科技有限公司。

Agilent 6890GC/5973N MSD联用仪和NIST 2008谱库 美国安捷伦公司；UV-2550型紫外可见分光光度计 日本岛津仪器公司；DZF-6050F真空干燥箱 上海和呈仪器制造有限公司；挥发油测定器、1000 mL圆底烧瓶、蛇形冷凝管 天津恒山化工科技有限公司；调温电热套 北京科伟永兴仪器有限公司；沃特浦超纯水机 四川沃特尔水处理设备有限公司；电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 水蒸气蒸馏法提取4种精油

将新鲜薄荷叶、互叶白千层叶、新鲜柑橘皮、新鲜柚子皮于48 ℃烘干，剪碎备用。取烘干剪碎后的橘皮、薄荷叶、互叶白千层叶、柚子皮各20 g，按料液比1∶30采用水蒸气蒸馏法提取精油，连续提取5 h通过读取挥发油测定器刻度数确定植物挥发油的含量不再增加，此时即为提取终点。分别获得柑橘皮精油、薄荷油、茶树油和柚子皮精油。对水蒸气蒸馏法获得的柑橘皮精油、薄荷油、茶树油和柚子皮精油用无水硫酸镁除水、离心后得到挥发油的提取量[9]。

1.2.2 4种植物精油GC-MS分析

注入气质联用仪对精油进行分析。气相色谱条件：Agilent TG-5MS气相色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm，Thermo Scientific)；载气为高纯氦气，流速为1 mL/min；进样口温度为270 ℃；分流；分流比100∶1。质谱条件：电子轰击电离源(EI)，电子能量为70 eV；离子源和传输线温度均为270 ℃。升温程序：初始温度50 ℃，保持3 min；再以5 ℃/min程序升温至120 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min程序升温至250 ℃，保持2 min。选取Scan模式时，质量扫描范围为34～600(m/z)，溶剂延迟5 min[10-14]。将所检测的组分与标准样品及NIST数据库中的谱图数据进行检索对比，从而定义化合物的名称。

1.2.3 4种植物精油总抗氧化能力(T-AOC)测定

按照T-AOC试剂盒的总抗氧化能力测定操作步骤进行测定，采用紫外分光光度法，用蒸馏水调零，在593 nm处测定各溶液吸光度值，根据吸光度值计算出不同精油的总抗氧化能力。

1.3 数据处理

使用SPSS 22.0统计软件对数据进行分析(显著性水平设置为0.05)，采用Excel软件整理数据作图。

2 结果与分析

2.1 4种植物精油提取率

按照1.2.1水蒸气蒸馏法计算出柑橘皮精油、薄荷油、茶树油和柚子皮精油的提取率分别为1%、0.5%、1.6%、0.8%。

2.2 4种精油成分分析

采用GC-MS分析4种精油，经NIST数据库中的谱图数据检索筛选出相似度大于90%的物质，并结合文献[15-17]手工解谱，分别鉴定出柑橘皮精油、薄荷油、茶树油和柚子皮精油组成成分，结果见图1～图4。 组成成分根据含量排列，结果见表1～表4。

图1 茶树精油气质联用离子流图

图2 薄荷精油气质联用离子流图

图3 柚皮精油气质联用离子流图

图4 橘皮精油气质联用离子流图

2.2.1 茶树精油化合物成分分析

表1 茶树精油化合物成分分析

续 表

由表1可知，提取的茶树精油中共鉴定出48种已知挥发性物质，总含量占96.07%，其中以萜烯类、醇类物质为主，还含有一定量的烃类、酚类和酮类。萜烯类有31种，总的相对含量为50.58%，以γ-松油烯、2-蒈烯、柠檬烯及(+)-喇叭烯的含量较高；醇类物质有11种，总的相对含量为40.12%，含量较高的为松油烯-4-醇、α-松油醇、(-)-蓝桉醇和(+)维里地黄醇。烃类物质有3种，总的相对含量为5.03%，4-异丙基甲苯的含量最高，为3.79%。其余的是1种酮类物质，1种酚类物质，相对含量分别为0.15%和0.09%。石金娥等[18]测定了互叶白千层茶树精油的挥发性成分结果显示含量最高的是松油烯-4-醇，是茶树精油的特征性成分, 松油烯-4-醇含量的高低是衡量互叶白千层是否属于优良品系的标志之一。国标GB/T 26514—2011《互叶白千层(精)油，松油烯-4-醇型[茶树(精)油]》中规定[19]，松油烯-4-醇的含量≥30%，亦符合ISO4730对其质量标准的要求[20]，松油烯-4-醇≥30% 。本实验用水蒸气蒸馏法提取的茶树精油中松油烯-4-醇的含量为32.07%，符合标准要求。

2.2.2 薄荷精油化合物成分分析

表2 薄荷精油化合物成分分析

续 表

由表2可知，提取的薄荷精油中共鉴定出34种已知挥发物质，含量为96.14%。其中含量最高的是酮类，相对含量67.61%，左旋香芹酮含量占比为64.4%，是薄荷精油的主要组成成分；萜烯类有23种，总的相对含量为23.84%，以柠檬烯、β-荜澄茄烯和石竹烯的含量较高，相对含量分别为11.47%、2.49%、2.31%；醇类物质6种，总的相对含量占比为3.4%。烃类有2种，占比小于1%。王少铭等[21]对花溪区、兴义市、毕节威宁地区薄荷精油组分进行分析，结果表明这3个地区的薄荷精油组成以香芹酮为主，含量分别高达66.28%、53.29%、53.49%。

2.2.3 柚皮精油化合物成分分析

表3 柚皮精油化合物成分分析

续 表

由表3可知，提取的柚皮精油经气质联用共鉴定出已知挥发物11种，含量为95.58%。含量最高的是烯类物质，共5种，高达81.30%，其中D-柠檬烯相对含量占比为64.29%，(-)-β-蒎烯相对含量为16.12%，邻苯二甲酸二异丁酯相对含量为9.62%，圆柚酮相对含量为2.15%。烃类物质1种，相对含量为0.99%。亚油酸相对含量为1.03%；蛇床子素相对含量0.11%。冯堃等[22]测定了5种柚皮精油的挥发性成分，其中D-柠檬烯是几种柚皮精油的主要化合物，含量在42.43%～89.91%，与本研究结果一致。

2.2.4 橘皮精油化合物成分分析

表4 橘皮精油化合物成分分析

由表4可知，提取的橘皮精油经气质联用共鉴定出已知挥发物10种，总含量为99.19%。鉴定出烯类化合物8种，相对含量面积占比高达97.12%；橘皮精油最主要的组成成分是萜烯类化合物，其中最多的成分是D-柠檬烯，相对含量占比为91.52%；γ-松油烯相对含量占比为3.85%。研究表明[23]，柑橘精油主要由萜烯类碳氢化合物和含氧化合物构成，碳氢化合物中的单萜烯成分含量最高(78.65%～96.57%)，其中柠檬烯含量最多，另外研究结果还显示除了萜烯类成分柑橘精油外还含有γ-松油烯、α-蒎烯、β-蒎烯等单萜烯。烃类物质1种，三十一烷的相对含量占比为0.25%。酯类物质1种，相对含量为1.82%。陈玲娟等以雪峰蜜橘橘皮为原料，采用SFE-CO2法从中提取挥发油，其中柠檬烯的相对含量为89.43%[24]。贾德翠等从椪柑果皮精油中鉴定出53种挥发性成分，其中D-柠檬烯相对含量占比为60.4%，朱凤妮等对江西省“三湖红橘”果皮挥发油成分进行鉴定，检测到萜烯烃类物质12 种，烷烃类1种，未检测到醇类、醛类等物质，与本研究结果一致。

表5 4种精油总抗氧化活性

图5 4种精油总抗氧化活性柱形图

由表5和图5可知，4种精油的总抗氧化活性顺序为橘皮精油>柚皮精油>茶树精油>薄荷精油。

3 讨论与结论

3.1 4种精油中挥发性物质的比较

表6 4种精油各类挥发性物质含量

图6 4种精油中各类挥发性物质的比例

由表6和图6可知，茶树精油中检测的主要挥发性物质是烯类和醇类物质，占比分别为50.58%和40.12%；烃类物质占比为5.03%；酮类和酚类占比较少，分别为0.15%、0.09%；未检出酯类物质。薄荷精油检测出的主要物质是酮类物质，占比为67.61%；其次为烯类物质，占比为23.84%；检测出的醇类、酯类、烃类物质分别占3.4%、0.89%、0.07%；未检测出酚类物质。橘皮精油检测出的挥发性物质有烯类、酯类和烃类，其中烯类是主要挥发性物质，占比高达97.02%。柚皮精油中检测出的挥发性物质有烯类、酚类、酯类和烃类，其中主要的挥发性物质为烯类物质，占比为81.3%；酯类占比为9.62%[25]。从化合物成分来看，4种精油都含有烯类和烃类；其中3种精油所含烯类是其主要化合物组成，占比都在50%以上；烃类化合物在4种精油的化合物组成中占比较少，只有茶树精油中烃类占比为5.03%，其余3种精油中烃类占比均在1%以下。有3种精油鉴定出酮类物质，酮类物质是薄荷精油的主要组成物质，含量可达67.61%，而在茶树精油和柚皮精油中占比较少，不是主要组成成分。醇类物质是茶树精油的主要组成成分，占比为40.12%，在薄荷精油中占比为3.4%；柑橘皮精油和柚皮精油中未鉴定出醇类物质。只有茶树精油中鉴定出酚类物质，相对含量占比为0.09%，其余3类精油中均未鉴定出酚类物质。4种精油中有3种精油鉴定出酯类物质，其中柚皮精油是4种精油中鉴定出酯类物质含量最高的，占比为9.62%；茶树精油中未鉴定出酯类物质。

3.2 主成分及相关性分析

根据4种精油的化合物鉴定结果，对化合物的主要组成物质烯类、醇类、酮类、酯类、烃类等通过SPSS 22.0软件对相关数据做主成分分析，结果见表7和图7。

表7 相关系数矩阵的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率

图7 主成分分析碎石图

由表7可知，第一主成分贡献率为50.690%，第二主成分贡献率为41.871%，前两个主成分累计贡献率达到92.561%。由图7可知，特征根大于1的为第一和第二主成分，因此保留第一、第二主成分，说明这两个主成分能够代表原来5种化合物总抗氧化活性的大部分信息，符合主成分分析的要求[26]。因此，可以把影响总抗氧化活性的化合物综合成两个主成分，这两个主成分分别是烯类和醇类。烯类是4种精油化合物共同的成分，对烯类化合物和总抗氧化活性做相关性分析，结果见表8，烯类成分和总抗氧化活性相关性显著(P<0.05)且4种精油中烯类化合物的含量与总抗氧化活性呈正相关，即总抗氧化活性橘皮精油>柚皮精油>茶树精油>薄荷精油。

表8 烯类成分与总抗氧化活性相关性分析

4 结论

本研究用水蒸气蒸馏法提取柑橘皮精油、薄荷油、茶树油和柚子皮精油的提取率分别为1%、0.5%、1.6%、0.8%。

提取的茶树精油、薄荷精油、柑橘皮精油和柚皮精油经气相色谱-质谱联用仪进行定性定量分析，鉴定出已知化合物分别为48种、34种、10种和11种，其中萜烯类化合物含量分别为50.58%、23.84%、97.02%和81.3%。通过对4种精油总抗氧化活性测定及与烯类化合物含量相关性分析，结果总抗氧化活性与精油中烯类化合物含量呈正相关(P<0.05)，4种精油中烯类化合物含量由高到低依次是橘皮精油>柚皮精油>茶树精油>薄荷精油，总抗氧化活性由强到弱依次为橘皮精油>柚皮精油>茶树精油>薄荷精油。