松树精油成分分析及其生理功能的研究进展

类程月，周晓琴，王 琪，郭亭好，李德海, ，杨 凯

（1.东北林业大学林学院，黑龙江哈尔滨 150040；2.中粮营养健康研究院有限公司，北京 102209）

松树（学名：Pinus）是松科、松属植物，资源丰富。松树种类有八十余种，主要分为马尾松、白皮松、罗汉松、大别山五针松、黑松、华山松、红松、樟子松等[1]。松树松子可供食用或药用，松树种鳞、松针、树皮可以制备精油。松树作为一种分布广泛，储量丰富的资源目前已经得到国内外学者的重视，从中提炼出的精油[2]就是一种极具价值的产品。其在保鲜剂、食品添加剂、医药、杀虫剂等领域有良好的应用前景[3]，特别是在食品领域，松树精油为新型天然添加剂和天然保鲜剂的开发提供了可能。

近年来，松树精油的成分分析已经成为国内外学者研究的热点，目前已对多种不同种类、不同部位、不同季节的松树精油进行了提取及成分分析。研究表明，多种松树精油具有优越的抑菌性能和抗氧化性[4]，同时松树精油的一些特殊生理功能引起了国内外的广泛关注，其对多种疾病的治疗功能及其作用机理已成为研究热点。但与单种化合物的作用不同，松树精油具有复杂多变的成分，且其成分与作用间不呈现单一的关系，其作用效果不一且受多种因素的影响。目前缺少对不同松树精油成分、抑菌效果、抗氧化功能以及多样生理功能的总结和归纳。因此，本文从松树精油的成分、含量及其生理功能与机理等几方面进行总结及比较分析，并对其部分规律进行归纳。以期为松树精油复杂的功能作用与成分间的研究及未来开发绿色、安全的功能性食品提供参考，进一步扩大松树资源的利用。

1 松树精油的化学成分分析

近年来很多学者制备各种松科植物精油并对其成分进行检测分析。不同部位提取的松树精油富含不同化学成分，主要含有萜烯类、醛类、酯类、醇类等。

1.1 松树种鳞精油的化学成分分析

松树种鳞是松子的副产物，资源十分丰富但是利用率低，通过研究发现种鳞可以用来提取精油。通过盐析辅助水蒸气蒸馏法（Salt out-assisted steam distillation, SOSD）制备的偃松种鳞精油中萜烯类含量丰富[5]；红松松塔精油成分以萜类、脂类为主，萜类含量高达66.25%，脂类占18.94%[6]。由表1 可知偃松和红松松塔精油中都含有柠檬烯和蒎烯等物质，但是含量组成差距很大，偃松中的各种物质的含量远低于红松，如在红松中柠檬烯的含量为22.67 %，而在偃松中仅含6.67%，偃松中含量最高的α-松油醇含量仅为9.91 %。在不同种类松树相同部位的精油含量有着较大的差异。

表1 松树不同部位精油的化学成分及其含量的分析Table 1 Analysis of chemical constituents and contents of essential oils from different parts of pine

1.2 松树松针精油的化学成分分析

松针也称松叶，是松树类植物的主要副产物之一，大部分松树精油都来自松针。偃松松针中主要含萜类[7]；红松中的主要成分是萜类，含量为75.93%，其次是脂类19.96%[6]；岗松松针在鲜叶和干叶提取精油的情况下有所不同[15]，鲜叶中含量最高的成分为α-侧柏烯，而干叶中含量最高的成分是桉叶素。干叶是鲜叶存放一年所制得，干叶相比鲜叶有一部分成分含量降低，4-松油醇最为明显，从10.04%降低到2.83%，而β-蒎烯、对伞花烃、桉叶素、松油醇的含量有所增加，其中桉叶素相对质量分数从5.66%增加至17.27%，增加最为明显；云南松中主要成分α-蒎烯含量高达64.23%[8]；马尾松中主要含有烯萜类物质[9]，雪松松针中主要含有烯萜类物质，含量最高的是月桂烯，其次是α-蒎烯、β-蒎烯、松油醇和石竹烯等[11]；樟子松中的主要成分是δ-杜松烯、α-杜松醇、τ-依兰醇、γ-杜松烯[11]，和以上几种松树松针的成分有明显差异；罗汉松中的主要成分是α-石竹烯、β-石竹烯、α-蒎烯[10]。

综上可以看出在松针精油中主要存在的化学成分为α-蒎烯、β-蒎烯和石竹烯等。α-蒎烯在不同种松树中含量有一定的差异，云南松针叶精油中α-蒎烯含量高达64.23%，而其它精油中含量基本都在20%，岗松干叶和樟子松中的α-蒎烯含量较低不足10%。

1.3 松树其他部位精油的化学成分分析

松树特有的松香气味成分遍布各个部位，有研究学者发现松树的皮、根、松枝和木材中均含有丰富的挥发性成分和功能性成分。红松的种壳中含有约5.23%的萜烯类成分，黄酮类高达59.39%，其次是脂类含量较高，为14.31%，松壳精油中主要的脂类是酞酸二乙酯，醇类含量为10.98%，还含有少量烷烃类及其他成分[6]；马尾松、油松、巴山松中主要含有较高质量的α-蒎烯，三种松树的特有成分分别是长叶烯、γ-广藿香烯、2-13 酮[12−14]；马尾松中精油主要来源于树皮[13]，主要成分为月桂烯、3-蒈烯等；文福姬等[14]研究松树枝中主要成分是γ-萜品烯、α-蒎烯等。

综上可知，松树精油是一种以萜烯类为主要成分具有强烈的芳香松脂气味的混合物。萜烯类物质是松树精油中的主要成分，其中，含量最多的成分一般是α-蒎烯，含量较多的为β-蒎烯、石竹烯等。油松树木精油的α-蒎烯含量高达87.38%，其它精油中其含量也基本在20%左右。特别的，樟子松、罗汉松松针精油中α-蒎烯含量较少不足10%。精油中的其他成分为脂类还有少量烷烃类。不同部位松树精油的主要成分不同且整体成分含量也有较大差距，如红松种鳞中主要成分是柠檬烯，松针中主要成分是α-蒎烯，而松壳中主要成分是4-羟基-4-甲基-2-戊酮且松壳中各成分的含量占比较高；偃松中针叶精油各成分含量高于种鳞精油中成分含量；马尾松树木精油中的α-蒎烯含量远高于树皮中的含量。

对于产生以上差距的原因，有研究表明[16−17]，广泛存在于松科植物精油中的萜类含量不仅与部位有关，还受周围环境的影响[18]，比如土壤、水质、空气质量等。松树不同部位的组成和所含的营养成分不同，导致相应的精油成分存在差异。有研究发现，同一地区不同植物中提取的精油含有相似度极高的成分，可见环境对松树精油成分有所影响，所以不同种类的松树因为生长环境不同，即使是同一器官的精油成分也必然存在差异[19]。

2 松树精油生理功能的研究

松树精油中含有丰富的萜烯类等活性成分，具有多种生理功能，已成为研究热点。下面通过对文献资料的总结主要介绍了松树精油的抑菌性、抗氧化性、降血糖作用、抗肿瘤作用等功能。

2.1 松树精油抑菌功能的研究

多数松树精油具有广泛的抑菌效果，在食品领域有作为抗菌添加剂替代品的潜力[20]。研究表明，植物精油的抑菌机理是影响病菌的细胞壁、细胞膜功能[21]或损伤微生物的酶系统[22−23]且不同的松树精油有其独特的作用和优势[24]。

影响松树精油抑菌活性的因素主要有松树品种、部位及化学成分含量等，由表2 可知：a.品种相似的松树精油具有相似的抑菌活性，如6 种杜松属植物精油具有相似的抑菌活性[26]；b.同一品种不同部位的松树精油抑菌性有显著差异，如波士尼亚松松针精油的抑菌性能要比波士尼亚松木材精油弱的多[19,25]；c.不同松树最敏感的菌种不同，多数对金黄色葡萄球菌有抑制作用，四种松树精油对金黄色葡萄球菌的抑菌能力从大到小为樟子松（34.00 mm）、杜松（27.7 mm）、甘松（15.9 mm）、红松（15.20 mm）[26−29]；d.抑菌活性的差距与松树精油的成分有密切关系，α-蒎烯的含量代表了非常重要的抗菌能力，但在化学成分复杂的松树精油中，主要抗菌化合物含量高低并不一定能评判精油的抗菌潜力，在一定程度上，抑菌能力取决于主要抗菌化合物与次要化合物如柠檬烯的协同作用[25]。

表2 松树精油抑菌功能的研究Table 2 Study on the bacteriostatic function of pine essential oil

2.2 松树精油抗氧化功能研究

多数植物精油具有抗氧化功能，其中的酚类物质是抗氧化的主要活性成分，作用途径主要包括直接作用：清除自由基、与金属离子螯合和间接作用：抑制细胞膜脂质过氧化和调节氧化酶[30]。

如表3 可知，不同品种和地区的松树精油成分不同，其抗氧化能力也不同。由表可知，雪松精油、红松精油、甘松精油、樟子松精油等具有自由基清除能力，而Ustun 等[31]研究表明地中海松松针和嫩枝精油则具有较弱的清除自由基的能力，阿尔及利亚的10 种地中海松精油则具有不同程度的较高的自由基清除能力及β-胡萝卜素漂白能力。对其成分研究表明，成分以石竹烯氧化物为特征的地中海松精油在四项测试中显示出最高的抗氧化活性；成分以对伞花烃为特征的地中海松精油，通过四项测试显示出相对中等的抗氧化活性；成分以α-蒎烯为特征的地中海松精油，在四项测试中显示出最低的抗氧化活性[32]。

表3 松树精油抗氧化功能的研究Table 3 Study on antioxidation function of pine essential oil

松树精油的抗氧化能力大小与精油浓度、松树部位及存在状态有关。松树精油浓度越高自由基清除率越高[28]。在黑松、樟子松、地中海松嫩枝和针叶精油的抗氧化能力对比实验中，樟子松嫩枝精油具有最高的金属螯合活性（72.46%±3.72%）。松树精油乳液比松树精油具有更好的抗氧化性，雪松精油的两种乳液ABTS、DPPH 自由基清除能力及铁还原能力均大于纯雪松精油，这可能与乳剂的水溶性有关。且抗氧化性的强弱与乳化剂的种类有关，以吐温80 和司盘 80 以1:2 的比例复配的雪松精油乳剂的清除能力及还原能力均大于以辛烯基琥珀酸淀粉酸酐（OSA）改性的淀粉复配的雪松精油乳剂[33]。松树精油的抗氧化性能极高，红松针叶精油对三种自由基（DPPH 自由基、ABTS 自由基、超氧阴离子（O2-·）自由基）的半数清除率均超过同质量浓度的VC[28]。

2.3 松树精油降血糖活性研究

控制并降低血糖是治疗糖尿病的有效途径，据报道松科植物中含有多种挥发性成分，具有降低血糖的活性。研究表明松树精油对α-淀粉酶有抑制活性且抑制活性随精油的浓度增加而增加，通过抑制α-淀粉酶来降低血糖水平是抗糖尿病的一个重要治疗方法，因此这种有效的α-淀粉酶抑制能力可提供治疗糖尿病的有效方法[32]。而雪松松果精油、黑松锥油、油松精油也具有抑制α-淀粉酶的活性，其中，当雪松松果精油浓度为600 μg/mL 时，抑制率达到88.03%，IC50值为（119.67±0.72）μg/mL；当黑松锥油浓度在500 μg/mL 时，抑制率为92.10%；当油松精油浓度为600.00 μg/mL 时，抑制率达到81.66%，IC50值为（107.60±0.70）μg/mL。这种抑制活性与其中的活性化合物有关，通过分子对接法对以上松树精油抑制α-淀粉酶有效成分的筛选表明长蒎烯、芳香树烯、长叶烯分别是以上精油中的主要活性成分，长叶烯通过范德华力、溶剂化力和静电力与α-淀粉酶的催化残基相互作用而稳定在活性位点从而抑制α-淀粉酶的活性。此外，α-古巴烯、β-古巴烯、石竹烯和γ-毕澄茄烯对α-淀粉酶也具有潜在的抑制活性，这些活性化合物单独或协同作用可抑制α-淀粉酶活性[34−37]。

2.4 松树精油抗肿瘤功能研究

目前癌症化学疗法经常受到耐药性和部分危及生命的副作用的影响，因此，迫切需要具有改进功能的新型治疗方案。研究表明，一些天然的植物成分已用于癌症治疗[38]，且松树精油中含有的成分α-蒎烯、β-蒎烯已被证明可作为针对相同或不同肿瘤细胞系的良好抗增殖剂[39]，来自植物的天然产物已经成为开发新型抗癌剂的沃土。乔松（Pinus wallichina）针叶精油有清除自由基的能力，并且通过体外抗增殖实验证实其对五种人类肿瘤细胞系（单核细胞（THP-1）、肺癌（A-549）、肝腺癌（HEP-1）、前列腺（PC-3）和卵巢癌（IGR-OV-1））有抗增殖活性，精油含量为100 μg/mL 时对四种肿瘤细胞的生长抑制百分比分别为（96%±2.08%）、（92%±1.04%）、（62%±3.05%）、（59%±3.89%）、（83%±2.04%）。其中，有效成分为氧化石竹烯、α-卡地诺、α-葎草烯、α-蒎烯、β-蒎烯、α-水芹烯和反式石竹烯[40]，红松松果精油能够抑制人胃癌细胞（MGC-803）的增殖和迁移。它可以阻止G2/M 期的细胞周期、降低线粒体膜电位从而诱导细胞凋亡。其抑制机理与其对基因的调整以及调节HIPPO/YAP（Yes-associated protein）信号通路有关[41]。此外，其纳米乳液也具有抗肿瘤功能，精油纳米乳液能提高精油的分散性和稳定性，降低其刺激性，提高其在体内的生物利用度。相似的，红松松果纳米乳液可通过下调YAP1/TEAD及其靶蛋白结缔组织生长因子（CTGF）、双调蛋白（AREG）和GLI2（GLI family zinc finger 2）的表达来调节HIPPO/YAP 信号通路及其下游信号传导，从而抑制MGC-803 细胞的增殖，精油纳米乳低剂量组、精油纳米乳高剂量组、精油治疗小鼠肿瘤相对增殖率分别为36.95%，30.23%，34.57%[42]。以上研究表明，松树精油具有治疗癌症的前景，但也存在不足，如乔松针叶精油的毒性问题还未解决，需要进一步研究确认这种油在动物模型中的药理活性。

2.5 其他作用研究

据报道松树精油在医学上还具有预防治疗肝肾损害、阿兹海默症、外伤等多种疾病的前景。其中，樟子松精油可以通过降低葡萄糖、肌酸酐、脂质过氧化、胆固醇和蛋白质水平等增强酶抗氧化防御，从而抑制阿司匹林诱导的肝肾损害[43]，同时，可以显著提高细胞活力，使超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性显著下降从而抑制阿司匹林诱导的小肠上皮细胞毒性[44]。此外，樟子松精油还具有促智和神经保护活性，它能使急性淀粉样蛋白-β（1-42）毒性大鼠海马体中平衡氧化剂-抗氧化剂和乙酰胆碱酯酶作用受到影响，从而可以被认为是减轻急性淀粉样蛋白-β（1-42）毒性和神经元功能障碍的治疗工具[45]。黑松、地中海松、波士尼亚松（P. heldreichiisubsp.leucodermis）等松树精油也具有胆碱酯酶抑制活性。其中，地中海松针叶精油表现出较高的乙酰胆碱酯酶（AChE）（83.91%±3.95%）和丁酰胆碱酯酶（BChE）（80.62%±2.95%）抑制活性。其中，β-水芹烯等可能有协同作用，许多常见的基本成分中α-蒎烯对AChE 的抑制最活跃，反式石竹烯和松油烯-4-醇强烈抑制BChE。α-蒎烯、β-蒎烯和柠檬烯的比例可能是松树精油对AChE 和BChE 产生强烈抑制作用的主要因素[31]。通过抑制两种胆碱酯酶AChE 和BChE 来恢复人乙酰胆碱的水平可以治疗阿尔茨海默病和其他类型痴呆症[46]。在土耳其民间医学中，松类被用于治疗风湿性疼痛和外伤。对多个品种松树精油的伤口愈合活性评估表明，意大利石松（Pinus pinea）、叙利亚松（Pinus halepensis）、黎巴嫩雪松（Cedrus libani）等有明显的伤口愈合活性[47−48]。其作用机理是精油起到抑制透明质酸酶、清除自由基、抗氧化、抗炎、抑菌等几方面的作用，从而加快创面愈合。研究认为，精油成分中的柠檬烯是伤口愈合过程中重要的单萜[49]，同时α-蒎烯也是一种具有消炎作用的重要单萜，通过其抗炎作用能够加快伤口愈合[50]。

除治疗疾病的功能外，实验证实松树精油对虫有一定的毒性[51]，目前，雪松精油已被用作杀虫剂和动物疾病的管理[52]。研究表明雪松和马尾松针叶精油对白纹伊蚊和致倦库蚊成蚊有薰杀作用且雪松叶精油和马尾松叶精油比一摸香（Zanthoxylum beecheyanumvar.alatum）叶、辽细辛（Asarum heterotropoidescvar.mandshuricum）精油对蚊虫的熏蒸活性更强[19]。但有些松树精油对虫的毒性则很弱，波士尼亚松精油对发育中的果蝇幼虫的毒性较低，而地中海松精油在浓度高达3%时未显示任何毒性迹象。这种毒性与其种类和成分有很大关系。在果蝇模型中，果蝇的发育时间延迟和死亡率与精油中的蒎烯含量呈正相关[53]。多项研究[54−57]表明化合物α-蒎烯、β-蒎烯、α-水芹烯、α-松油烯和γ-松油烯等对蚊虫具有毒杀活性。

3 结语

不同来源松树精油含有的萜烯类成分相似，但含量因松树种类、部位以及制备方法的不同而具有显著差异。目前，松树精油大部分都是来源于松针叶精油，其中，α-蒎烯含量最多最广泛，几乎存在于每一种松树精油中。松树精油普遍具有良好的抑菌功能，其中，松树精油对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌抑制效果最好，而且多数松树精油通过清除自由基、螯合金属离子等途径起到抗氧化作用和很强的抗氧化功能。同时，松树精油还具有降血糖、抗肿瘤、治疗阿兹海默症、加速创面愈合及一定的杀虫作用，这些功能很大程度上受其成分的影响。目前，我国虽然拥有大量的松树资源且初步开展了对松树精油治疗疾病的方法和利用的研究[58−60]，但国内对松树精油的生理功能研究较少，尤其缺乏对其作用机理的研究。同时，许多松树精油被证实的功能还未开发出相应产品，未投入使用。针对以上问题，为扩大对松树利用，未来研究应致力于以下几方面。第一，松树还有很多疾病治疗功能未被证实，应加强对松树精油的生理功能研究，尤其是对其作用机理的研究。第二，应用其生理功能开发功能性产品。充分利用每种松树精油其特有作用和优势协调互补研发健康环保的功能性产品。第三，精油微乳也具有抗氧化、抗肿瘤的功能，可以进一步结合微乳技术、包埋技术、纳米乳液技术等提高精油稳定性的技术研究精油的活性，进一步扩大其应用。