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缙云山亮叶桦叶片精油GC-MS鉴定及挥发性成分应用分析



全 文 :第38卷第3期          西 南 大 学 学 报 (自然科学版)           2016年3月
Vol.38 No.3 Journal of Southwest University(Natural Science Edition) Mar. 2016
DOI:10.13718/j.cnki.xdzk.2016.03.012
缙云山亮叶桦叶片精油GC-MS鉴定
及挥发性成分应用分析

陈思伶, 张金康, 周建华, 刘世尧
西南大学 园艺园林学院/南方山地园艺学教育部重点实验室,重庆400716
摘要:对重庆乡土植物资源亮叶桦叶片精油组分进行了GC-MS鉴定和挥发性成分应用分析,采用水蒸气蒸馏法进
行缙云山野生亮叶桦叶片精油分离提取,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)法进行叶片精油挥发性成分组成鉴
定,结合文献检索对其主要挥发性成分的应用方向和开发潜力进行分析阐述.结果表明:从缙云山亮叶桦叶片精油
中分离鉴定出挥发性成分61种,以酯类、醇类、烷烃、烯烃、羧酸类化合物为主,其中水杨酸甲酯、芳樟醇、植物
醇、香叶醇是其主要组分,具有产业化开发价值.重庆乡土植物资源亮叶桦是对人体健康非常有益的新型绿化树
种,其叶片精油也是新型精细化工原料,具有较高的开发和推广价值.
关 键 词:亮叶桦;水蒸气蒸馏法;气象色谱-质谱联用法;挥发油成分;应用
中图分类号:Q946.8    文献标志码:A    文章编号:1673-9868(2016)03-0070-07
亮叶桦(Betula luminifera H.Winkl)为桦木科(Betulaceae)桦木属(Betula)多年生落叶乔木,又名光皮桦、
桦木,在我国的云南、贵州、四川、陕西、甘肃、湖北、江西、浙江、广东、广西等省区分布较多[1].亮叶桦树皮
光滑呈淡黄褐色,老则呈暗黄灰色或红褐色,木材淡黄色或淡红褐色.其树皮、木材、叶、芽均含芳香油,是提
取香桦油、桦焦油和桦芽油的原料,树皮含鞣质,可提取拷胶[2].生产出的桦焦油可供皮肤病治疗及矿石浮选
剂用,桦木油则供轻化、食品工业用.亮叶桦木材纹理细致、不裂,是供造纸、航空、建筑、家具等制造的上等
材料.亮叶桦生长速度快、适应性强,耐干旱贫瘠,生于石灰岩地区,且人工繁育可行,在石质山地造林效果
很好,是各类荒山瘠地的一种主要速生先锋树种[3],还是未来一种重要的城市园林绿化树种.重庆野生亮叶桦
资源丰富,是重要的乡土树种资源之一,但目前对亮叶桦的开发应用尚缺乏系统研究.
随着“芳香疗法”的日渐盛行,富含挥发性芳香油的植物在康复花园、疗养院等场所的园林绿化中得到
广泛运用,对植物香味挥发性成分的分析也越来越受到国内外学者的重视.亮叶桦是我国特有的优良速生
树种,重庆地区也有大量的栽培,并且香气很浓.但目前对亮叶桦的文献研究相对较少,且主要集中在繁殖
栽培、育苗技术以及群落特征和生态效益等方面,对亮叶桦产生香气的挥发性成分分析还是空白.本文以
重庆缙云山地区的亮叶桦为材料,对其叶片精油挥发性成分进行鉴定,分析各成分的应用价值,旨在了解
缙云山地区亮叶桦的香气特征,为亮叶桦的开发利用提供科学依据.
1 材料与方法
1.1 仪器与材料
实验材料为重庆西北部缙云山自然保护区野生亮叶桦新鲜叶片,样品采于2013年5月20日,经过西
① 收稿日期:2015-02-05
基金项目:重庆市科技攻关计划项目(CSTC,2009AC1180).
作者简介:陈思伶(1991-),女,四川大竹人,硕士研究生,主要从事园林植物资源、风景园林与规划设计研究.
通信作者:刘世尧,副教授.
南大学园艺园林学院刘世尧博士鉴定为桦木科桦木属亮叶桦(Betula luminifera H.Winkl).
1.2 仪器与试剂
Shimadzu 2010QP Ultra气相色谱一质谱联用仪,配GC-MS Real Time Analysis工作站GC-MS Pos-
trun Analysis分析软件,NIST 2008和NIST 2008S质谱数据库(日本岛津公司);挥发油提取器;电热套;
万分之一电子天平;高速植物组织捣碎机;分析纯石油醚(60~90℃);超纯水;载气为高纯氦气.
1.3 实验方法
1.3.1 挥发油提取
将取回的叶片清洗、阴干、剪碎,置于1 000mL圆底烧瓶中,加入超纯水冲洗一次,再加入水至瓶嘴
处.按照《中国药典》(2010年版,一部)附录X D挥发油测定法下的甲法提取挥发油,得到淡黄色的油状液
体,鲜叶精油提取率在0.12%±0.07%.
精密量取亮叶桦鲜叶精油1μL,用0.5mL石油醚(60~90℃)溶解、混匀,过0.45μm有机滤膜.参
考卞京军、罗思源等人报道的方法[4-5]对亮叶桦叶片精油进行GC-MS检测,按照1.3.2和1.3.3的条件不
分流进样1μL,进样时间为0.5min.通过GC-MS Real Time AnaLysis工作站采集挥发油总离子图.
1.3.2 气相色谱条件
色谱柱为岛津Rxt-5MS毛细管色谱柱(30m×0.25mm,0.25μm);分流比为10∶1;进样口温度
为280℃;程序升温:初始温度为70℃,保持1min后,以6℃/min升至290℃保持10min;传输线温
度为270℃;载气流速为1mL/min.
1.3.3 质谱条件
电离方式:EI离子源,电离能量为70eV;离子源温度:230℃;质量扫描范围(m/z):30~600;检测
器增益:1.5×105;溶剂延迟时间:3min.
1.3.4 数据处理
利用GC-MS Postrun Analysis分析软件、NIST 2008和NIST 2008S质谱数据库自动检索各组分质谱
数据,按照面积归一化法计算各组分的相对含量.
2 结果与分析
2.1 亮叶桦叶片精油挥发性成分GC-MS鉴定
通过GC-MS检测,得到重庆亮叶桦叶片精油挥发性成分总离子流色谱图(图1).
图1 重庆亮叶桦挥发油GC-MS总离子流图
通过GC-MS鉴定以及数据处理,文献检索确定后,从亮叶桦叶片精油中鉴定出61种挥发性成分
(表1),占到了叶片精油总量的97.35%,以酯类、醇类、烃类、醛类、酸类、酮类化合物为主.
17第3期     陈思伶,等:缙云山亮叶桦叶片精油GC-MS鉴定及挥发性成分应用分析
表1 重庆亮叶桦挥发油化学成分
编号
保留时间/
min
化 合 物 名 称 分子式
相对
分子质量
相对含量/

1  3.060 庚烷 C7H16 100  0.02
2  3.475  2-甲基-2戊醇 C6H14O  102  0.01
3  5.615 (3Z)-3-己烯-1-醇 C6H12O  100  0.02
4  5.697 (E)-2-己烯-1-醇 C6H12O  100  0.12
5  5.976  1-已醇 C6H14O  102  0.03
6  7.302  3-甲基戊酸 C6H12O3 132  0.02
7  7.581 左旋-alpha-蒎烯 C10H16 136  0.14
8  7.967 莰烯 C10H16 136  0.05
9  8.286  5-甲基-糠醛 C6H6O2 110  0.02
10  8.583 β-水芹烯 C10H16 136  0.08
11  8.686  6,6-二甲基-2-亚甲基二环[3.1.1]己烷的均聚物 C10H16 136  0.07
12  8.990 β-月桂烯 C10H16 136  0.03
13  9.054 十一炔 C11H20 152  0.01
14  9.204 十一烷 C11H24 156  0.01
15  9.382 乙酸叶醇酯 C8H14O2 142  0.04
16  9.444 十二炔 C12H22 166  0.02
17  9.905 邻异丙基甲苯 C10H14 134  0.04
18  10.027 D-苎烯 C10H16 136  0.09
19  10.114 桉树脑 C10H18O  154  0.25
20  10.818  1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1,4-环己二烯 C10H16 136  0.02
21  11.065  1-辛醇 C8H18O  130  0.04
22  11.188 红没药醇 C10H18O2 170  0.12
23  11.525  3,7-二甲基-1-辛烯-3-醇 C10H16O  152  0.02
24  11.864 芳樟醇 C10H18O  154  2.24
25  11.962 壬醛 C9H18O  142  0.71
26  13.327  3,6-二氢-4-甲基-2-(2-甲基-1-丙烯基)-2H-吡喃 C10H16O  152  0.04
27  14.028  4-甲基-1-(1-甲基乙基)-3-环己烯-1-醇 C10H18O  154  0.03
28  14.788 水杨酸甲酯 C8H8O3 152  84.99
29  15.077  3-壬烯-5-酮 C9H16O  140  0.07
30  15.209 对-1-孟烯-9-醛 C10H16O  152  0.17
31  15.389  2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-羧醛 C10H16O  152  0.04
32  15.509 (Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇 C10H18O  154  0.20
33  16.349 香叶醇 C10H18O  154  1.04
34  16.744 壬酸 C9H18O2 158  0.08
35  17.015  2-羟基-5-甲基苯甲酸乙酯 C9H10O3 166  0.52
36  17.919 十三烷 C13H28 184  0.14
37  18.511  2-羟基-4-甲基苯乙酮 C9H10O2 150  0.05
38  19.854 香叶酸 C10H16O2 168  0.10
39  21.204  1-(2,6,6-三甲基-1,3-环己二烯-1-基)-2-丁烯-1-酮 C13H18O  190  0.19
40  21.635 十四烷 C14H30 198  0.04
41  21.997 十二醛 C12H24O  184  0.06
42  22.677 石竹烯 C15H24 204  0.13
27 西南大学学报(自然科学版)     http://xbbjb.swu.edu.cn     第38卷
 续表1
表1 重庆亮叶桦挥发油化学成分
编号
保留时间/
min
化 合 物 名 称 分子式
相对
分子质量
相对含量/

43  23.989 荐草烯 C15H24 204  0.08
44  27.961 十二酸 C12H24O2 200  0.35
45  28.050  3,7,11-三甲基-1,6,10-十二烷三烯-3-醇 C15H26O  222  0.08
46  29.004 石竹烯氧化物 C15H24O  220  0.16
47  29.382 十七烷 C17H36 240  0.05
48  29.864 十四烷醛 C14H28O  212  0.26
49  30.002  2,5,9-三甲基-4,8-二烯癸醛 C14H22O  206  0.16
50  31.565 β-石竹烯 C15H24 204  0.30
51  31.670 四氢-α-戊基-2-呋喃甲醇乙酸酯 C15H26O2 238  0.08
52  32.158 穿心莲内酯 C20H30O5 350  0.13
53  33.398  5-甲基-2-(1-甲基乙烯基)-4-己烯-1-醇乙酸酯 C10H14O  150  0.15
54  35.431 十四酸 C14H28O2 228  0.42
55  38.873  6,10,14-三甲基-2-十五烷酮 C18H36O  268  0.07
56  40.111  2-羟基苯甲酸苯甲基酯 C14H12O3 228  0.33
57  44.552 异植物醇 C20H40O  296  0.15
58  45.528 正十六酸甲酯 C16H3202 256  0.46
59  51.486 二十烷 C20H42 282  0.10
60  51.882 植物醇 C20H40O  296  1.62
61  56.452 二十五烷 C25H52 352  0.29
2.2 挥发油成分分析
2.2.1 主体香气成分分析
由表1可见,亮叶桦叶片精油挥发性成分中酯类化合物含量最高,共7种,占相对含量的86.70%;其
次为醇类化合物,共14种,占5.72%;烃类化合物共20种,占1.71%;醛类化合物共7种,占1.42%;酸
类化合物共6种,占1.04%;酮类化合物共4种,占0.38%.另外还含有桉树脑(0.25%)、石竹烯氧化物
(0.16%),以及吡喃(0.04%).酯类物质中,水杨酸甲酯的含量占到了相对含量的84.99%,另外6种酯类
化合物共占1.71%,由此可见,水杨酸甲酯为重庆缙云山地区亮叶桦叶片精油的最主要香气成分.
2.2.2 主要挥发性成分分析
在缙云山亮叶桦叶片精油挥发性成分中,水杨酸甲酯含量最高,为84.99%.除水杨酸甲酯以外,其他
主要的挥发性成分依次为:芳樟醇(2.24%)、植物醇(1.62%)、香叶醇(1.04%)、壬醛(0.71%)、2-羟基-5-
甲基苯甲酸乙酯(0.52%)等,相对含量大于1%的化合物有3种,其他类化合物的相对含量都低于1%.通
过文献检索,对亮叶桦叶片精油主要挥发性成分的相关性质及应用进行阐述分析(表2).
3 讨 论
水杨酸甲酯具有冬青树叶香气故又称冬青油,由于具有特殊的芳香气味,现已广泛被用作化妆品、牙
膏和食品香料;在医学领域,水杨酸甲酯有消炎镇痛作用,局部用于关节或肌肉疼痛,常做搽剂治疗风湿
痛之用[6].刘素琴等人通过抑菌实验观察发现,水杨酸甲酯对11种致病性真菌具有显著的抑制作用[7],且
对病人的刺激性不大,可以作为临床抗真菌物应用.植物中天然水杨酸甲酯等有效成分能清除·O2-,阻断
强致癌物———亚硝胺的合成[8],因此天然植物源水杨酸甲酯可实现生物体的抗氧化防衰老,也是防治癌症
的有效成分之一.在农业领域,已被证实植物体内源产生或外源喷洒的水杨酸甲酯能够提高植物的多项抗
逆性指标,如抗寒性、抗病性、抗虫性等[9-12].除此外,水杨酸甲酯还可用作溶剂和中间体制造涂料、油
墨、杀虫剂、杀菌剂、上光剂及纤维助染剂等[13],应用范围广阔,开发潜力较大.
37第3期     陈思伶,等:缙云山亮叶桦叶片精油GC-MS鉴定及挥发性成分应用分析
表2 亮叶桦叶片精油主要挥发性成分的相关性质及应用分析
序号 结  构  式 名称 分子式 分子量 理化性质 运 用

水杨酸
甲酯
C8H8O3 152
无色或淡黄色液体,
溶于有机溶剂、微溶
于水,有特征性芳香
气味[6].
香料合成、医药制剂、
农业生产、杀虫剂、杀
菌剂、上光剂及纤维
助染剂[6-13].
2 芳樟醇 C10H18O  154
无色液体,溶于丙二
醇、非挥发性油和矿
物油,不溶于水和甘
油,有铃兰花香气[14].
制造香精香料、医疗
保健药物合成中间体、
除臭剂、抗龋齿剂、驱
虫剂和杀虫剂[14-16].
3 植物醇 C20H40O  296
无色或浅黄色油状黏
性液体,与有机溶剂
混溶,不溶于水,有很
弱的花香和香脂香气.
日化香精,生产维生
素 K1、 维 生 素
E[17-18],食品乳化剂,
抗氧化剂,营养添加
剂.
4 香叶醇 C10H18O  154
无色至黄色油状液体,
溶于醇、醚,微溶于
水,不溶于甘油,有类
似玫瑰花香[19].
日用、食用香精,新药
及中间体类物质合成,
抗肿瘤、平喘、抗菌等
药 理 作 用, 驱 避 蚊
虫[19-24].
5 壬醛 C9H18O  142
无色至浅黄色油状液
体、溶于大多数有机
溶剂,不溶于水,强烈
的脂肪气味[25].
日用香精、极微量用
于食用香精[25].
  芳樟醇是香水香精、家用产品香精和皂用香精配方中使用频率最高的香料品种,也常用于配制食用
香精[14],且对人体具有医疗保健之功效.民间自古以来就将含有芳樟醇的挥发油或植物制剂作为催眠和
镇静剂加以使用.研究结果表明,芳樟醇对人体中枢神经系统有一定的影响,将天然芳樟醇给人体吸入,
让人镇静作用明显[15].张婷等人还发现芳樟醇能够杀伤处于静止期的白血病细胞,并推测芳樟醇对白血
病干细胞也具有杀伤作用[16].另外,芳樟醇还具有抗菌、抗病毒的作用是合成维生素 A、抗癌药西松内
酯类化合物的中间体,也被用作除臭剂、抗龋齿剂、驱虫剂和杀虫剂[14].因此亮叶桦叶片精油中的芳樟
醇有益于人体健康.
植物醇在日化香精配方中应用广泛,在口红、唇膏、粉底、胭脂等化妆品中适当添加植物醇,可增强化
妆品的耐久性,并可减少对皮肤的刺激.植物醇也是生产维生素K1、维生素E等的基本原料[17-18].除此之
外,它还有良好的抗氧化作用,也可作为食品乳化剂、抗氧化剂、营养添加剂.
香叶醇具有典雅的玫瑰香气,是玫瑰系香精的主剂,广泛用作日用香精和食用香精.同时,香叶醇还有
一定的平哮喘[19]、抗胰腺癌[20]、抗菌[21]、驱避蚊虫[22]等作用,也是抗结核药物(SQ109)等的医药合成中
间体[23-24],因此亮叶桦叶片精油香叶醇具有重要应用价值.
壬醛有强烈的脂肪气味,稀释后有橙子及玫瑰香气,可用于配制人造玫瑰油和玫瑰型香精,工业生产
中可用作食品、纺织品等的芳香剂或异味掩盖剂,也常作为醛香基的头香,还可极微量用于食用香精中[25].
亮叶桦叶片精油挥发性成分中的酯类、醇类、羧酸类等化合物大多数带有芳香味,可以用于香料合成
和香精制作.如十四酸可用于配制各种食用香料;十二酸是生产香皂、洗涤剂、化妆品的原料;有淡淡丁香
味的β-石竹烯,主要用于配制精仿制品和定香剂,也可用作食用香料;十四烷醛可少量地用于百合花、桅
子香、素心兰等日用香精中.部分物质还有明显的抗菌、抗病毒、抗肿瘤、平哮喘、镇静、驱虫等作用,有
的物质还作为植物生长的调节剂及农副除草剂、杀虫剂的合成原料.
47 西南大学学报(自然科学版)     http://xbbjb.swu.edu.cn     第38卷
近年来流行的“芳香疗法”和“芳香养生”就是广泛运用各种芳香精油,通过精油中物质的平哮喘、镇
静、止痛、抗菌、杀病毒、除臭、驱虫等作用,让人松弛肌肉,产生欣快感,同时对一些疾病起到抑制、治疗
的功效.天然的植物精油气味纯正、圆和、甜润、幽雅,其功效是合成精油难以相比的.有研究证明中药芳
香疗法还被用于传统的阴道念珠菌病治疗[26].随着人们生态、天然、健康意识的逐渐增强,有益于人体健
康的植物定会越来越受到人们的亲睐.
4 结 论
经过对亮叶桦叶片精油的GC-MS分析,共检测出61种挥发性成分,占到了叶片精油总量的97.35%,
以酯类为主(86.70%),其他还有醇类(5.72%)、烃类(1.71%)、醛类(1.42%)、酸类(1.04%)、酮类
(0.38%)、桉树脑(0.25%)、石竹烯氧化物(0.16%),以及吡喃(0.04%)等化合物.亮叶桦叶片精油的挥发
性物质所含成分复杂,化合物种类较多,除水杨酸甲酯(84.99%)外,相对含量大于1%的化合物只有3种,
分别为:芳樟醇(2.24%)、植物醇(1.62%)、香叶醇(1.04%).亮叶桦生长迅速,适应性强,且可以人工繁
育,除可用作提取香精香料的原料外,还有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、平哮喘、镇静、驱虫的作用.因此,亮叶
桦是促进人体健康的新型绿化树资源,可用作康复中心、疗养院、医院的园林绿化植物;同时,亮叶桦也是
新型精细化工原料,可大面积种植,用作功能性城市行道绿化树种或提取纯天然植物精油加以产业化开发.
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GC-MS Analysis of Volatile Substances of Essential Oil
in Fresh Leaves of Betula luminiferain the Jinyun
Mountains and Their Application
CHEN Si-ling, ZHANG Jin-kang, ZHOU Jian-hua, LIU Shi-yao
School of Horticulture and Landscape Architecture,Southwest University/Key Laboratory of Horticulture Science for
Southern Mountainous Regions,Ministry of Education,Chongqing 400716,China
Abstract:Objective:To analyze the volatile substances of the essential oil in the leaves of Betula luminif-
era,an indigenous plant species in the Jinyun mountains of Chongqing,and to study their possible applica-
tions so as to establish a scientific basis for the industrialized development and application of this wild plant
species.Methods:The essential oil was extracted with steam distilation from the leaves of B.luminifera
plants growing in the Jinyun mountains,and the volatile substances in it were analyzed and identified with
GC-MS.The application and development potentials of the volatile substances were described and analyzed
through literature retrieval.Results:A total of 61volatile aromatic substances were separated and identi-
fied,mainly including esters,alcohols,alkanes,alkenes and carboxylic acids,and methyl salicylate,lina-
lool,phytol and geraniol were the main components,which were of the value of industrial development.
Conclusion:B.luminiferais a new greening tree species,which is beneficial to human health and the es-
sential oil in its leaves is a new fine chemical raw material.Hence it is of considerable value of development
and extension.
Key words:Betula luminifera H.Winkl;steam distilation;GC-MS;volatile component;application
责任编辑 潘春燕    
67 西南大学学报(自然科学版)     http://xbbjb.swu.edu.cn     第38卷