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季节对大叶桉和柠檬桉叶挥发油化学成分的影响及抑菌性研究



全 文 :第 44 卷第 11 期
2015 年 11 月
应 用 化 工
Applied Chemical Industry
Vol. 44 No. 11
Nov. 2015
收稿日期:2015-07-27 修改稿日期:2015-08-14
基金项目:国家自然科学基金(11462001) ;广西大学“大学生实验技能和科技创新能力训练基金”资助项目
作者简介:张闻扬(1993 -) ,女(苗族) ,湖南龙山人,广西大学在读硕士研究生,师从刘雄民教授,从事天然产物化工研
究。电话:15077191599,E - mail:zwy1275 @ 163. com
通讯联系人:刘雄民(1960 -) ,男,博士,教授,博士生导师,主要从事天然产物化工。E - mail:xmliu1@ gxu. edu. cn
季节对大叶桉和柠檬桉叶挥发油化学成分的
影响及抑菌性研究
张闻扬,郑燕菲,袁子娇,赵亮宇,刘雄民
(广西大学 化学化工学院,广西 南宁 530004)
摘 要:采用水蒸气蒸馏法提取桉叶挥发油,用 GC-MS 法分析挥发油的主要成分,考察了季节对大叶桉和柠檬桉
两种桉叶挥发油化学成分的影响及抑菌活性。结果表明,两种桉叶挥发油含量在春季(1 ~ 3 月)和冬季(10 ~ 12
月)较高,其中冬季挥发油含量最高。大叶桉叶挥发油主要成分为 3-蒈烯、α-松油醇、(-)-蓝桉醇、D-萜二烯、1-松
香芹醇;柠檬桉叶挥发油主要成分为香茅醛、异胡薄荷醇、β-香茅醇。大叶桉挥发油中的代表成分 3-蒈烯和柠檬桉
挥发油中的代表成分香茅醛在春季(1 ~ 3 月)含量为最高。两种挥发油对常见致病菌有良好的抑制作用。
关键词:大叶桉;柠檬桉;挥发油;成分;抑菌性
中图分类号:TQ 654 + . 2;TQ 651 + . 2 文献标识码:A 文章编号:1671 - 3206(2015)11 - 2123 - 05
Studies on compositions and antimicrobial activities of volatile oils
from leaves of Eucalyptus Robusta and Eucalyptus Citriodora
ZHANG Wen-yang,ZHENG Yan-fei,YUAN Zi-jiao,ZHAO Liang-yu,LIU Xiong-min
(College of Chemistry and Chemical Engineering of Guangxi University,Nanning 530004,China)
Abstract:The volatile oils from leaves of Eucalyptus robusta and Eucalyptus citriodora were obtained using
hydrodistillation,and the composition was analyzed by GC-MS. The effect of season on the volatile constit-
uents and antimicrobial activities was also investigated. The results showed that the contents of volatile oils
from both Eucalyptus robusta leaf and Eucalyptus citriodora leaf were higher in spring,highest in winter.
The major compositions of the Eucalyptus robusta leaf were 3-carene,α-terpineol,(-)-eucalyptus alco-
hol,d-limonene and l-pinocarveol. The major compositions of volatile oil from the Eucalyptus citriodora
leaf were citronellal,isopulegol,and β-citronellol. In spring,the content of 3-carene and citronellal
reached the highest. Besides,the strong antibacterial effects of the two volatile oils against common patho-
genic bacteria were found.
Key words:Eucalyptus robusta;Eucalyptus citriodora;essential oils;compositions;antimicrobial activi-
ties
桉树,桃金娘科,又名尤加利树。大叶桉(Euca-
lyptus robusta)和柠檬桉(Eucalyptus citriodora)是我
国重要的桉树树种。其木材可用于制造家具、人造
板、纸浆等[1-2],但废弃的桉叶将造成资源浪费。大
叶桉和柠檬桉叶挥发油具有抗氧化、抗菌消炎、抗肿
瘤等生物活性,在医药、化工、食品、香料行业有广泛
应用[3-4]。Madden等[5]研究了澳大利亚桉叶油的化
学成分,田玉红等[4,6-7]对 14 种桉树挥发油的成分
及抑菌活性进行了研究,桉叶油受产地及采摘时间
的影响[8-9]。杨巧丽[10]指出了尾巨桉桉叶油脂对农
杆菌、大肠杆菌、葡萄球菌有抑菌活性。3-蒈烯存在
于许多植物精油中,属于稀有资源[11],其可应用于
食品、农药和医药领域,而 3-蒈烯在大叶桉中的大
量存在没有受到足够重视。柠檬桉叶挥发油是获得
高价值香料香茅醛的主要来源之一。另外,大叶桉、
柠檬桉叶挥发油含量和化学成分随季节变化及桉叶
油的活性没有受到关注,值得深入研究。
为了获得高得率大叶桉和柠檬桉挥发油、高含
量 3-蒈烯和香茅醛成分,本文考察了大叶桉和柠檬
桉挥发油含量和化学成分的季节变化情况,并探讨
DOI:10.16581/j.cnki.issn1671-3206.2015.11.039
应用化工 第 44 卷
两种桉叶挥发油的抑菌活性,这可以充分利用广西
丰富的大叶桉和柠檬桉树叶资源,变废为宝,对提高
桉树的综合利用效率、带动相关产业的发展提供科
学依据。
1 实验部分
1. 1 材料与仪器
大叶桉、柠檬桉叶均采于广西大学校园内,分春
季(1 ~ 3 月)、夏季(4 ~ 6 月)、秋(7 ~ 9 月)、冬季
(10 ~ 12 月)采摘;牛肉膏、蛋白胨、琼脂均为生化试
剂;阿莫西林,药用试剂;氯化钠,分析纯;沙门氏菌、
金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、痢疾杆菌均由广西中医
药大学提供。
DF-101S 型集热式恒温加热磁力搅拌器;
AR224CN型电子天平;QP2010 型气相色谱-质谱联
用仪;SPX-250 型生化培养箱;SW-CJ-1F 型超净工
作台;YX-280B型高压灭菌锅。
1. 2 桉叶挥发油的提取
将新鲜桉叶剪成 1 ~ 2 cm2 大小,称取 200 g,装
于 1 000 mL圆底烧瓶中,加入蒸馏水 800 mL,连续
蒸馏 4 h,冷却静置后读取桉油体积,平行实验 3 次,
取平均值计算提取率(以鲜重计)。
1. 3 桉叶挥发油成分的 GC-MS分析
气相色谱条件:RTX-5 型弹性石英毛细管色谱
柱,0. 25 μm × 0. 25 μm × 30 m;采用升温程序:
60 ℃保持 1 min,升至 140 ℃(3 ℃ /min) ,再升至
170 ℃(2 ℃ /min) ,继续升至 250 ℃(8 ℃ /min) ,于
250 ℃保持 5 min;载气为高纯氦气;进样量 0. 1 μL,
分流比 1∶ 50,进样口温度 250 ℃,接口温度 230 ℃。
质谱采用 EI电离源,电子能量 70 eV,质谱扫描范围
35 ~ 500 amu,全扫描方式。
1. 4 桉叶挥发油抑菌性测定
双层滤纸片法[4-5,12-13]。吸取菌液均匀涂布于
培养基上,将灭菌后的滤纸片双层呈正方形贴在含
菌平板上,在滤纸片上分别滴加大叶桉油样、柠檬桉
油样、阿莫西林溶液和吐温 80 溶液(阿莫西林作为
阳性对照,吐温 80 溶液作为空白对照) ,将含菌平
板置于 37 ℃培养箱中培养 24 h,取出并测量各滤纸
片的抑菌圈直径,比较抑菌效果。
2 结果与讨论
2. 1 桉叶挥发油提取率的变化
用水蒸气蒸馏法提取不同季节新鲜的大叶桉、
柠檬桉叶中的挥发油,结果见表 1。
由表 1 可知,不同季节采摘的大叶桉和柠檬桉
叶挥发油的含量是不同的。大叶桉叶挥发油含量较
低,且随季节变化不明显,提取率为 0. 40% ~
0. 58%,与田玉红[14]报道的大叶桉树叶挥发油得率
(0. 35%)相比偏高。大叶桉叶挥发油在冬季提取
率最高,而在夏季和秋季,含量较低。柠檬桉叶挥发
油含量比大叶桉叶挥发油含量高,且随季节变化比
较显著,提取率为 1. 37% ~ 3. 03%,稍高于文献[15]
报道的柠檬桉叶挥发油得率 1. 36%,在冬季,柠檬
桉叶挥发油的提取率最高为 3. 03%;春季的提取率
也大于 2%,但在夏季和秋季,含量偏低。造成这种
现象的原因可能是春季(1 ~ 3 月)与冬季(10 ~ 12
月)天气冷,植物生长量低,精油得以积累,而在夏
季(4 ~ 6 月)和秋季(7 ~ 9 月)植物生长速度快,叶
子鲜嫩,油份积累少。若单纯从提取率方面考虑,大
叶桉叶和柠檬桉叶都应该在春季和冬季采摘作为提
取挥发油的原料。
表 1 两种桉叶挥发油各个季节提取率
Table 1 The season change of the extraction yield of
volatile oils from two kinds of eucalyptus
树种
提取率 /%
春 夏 秋 冬
大叶桉 0. 48 0. 44 0. 40 0. 58
柠檬桉 2. 24 1. 37 1. 60 3. 03
2. 2 桉叶挥发油的成分分析
分别对四个季节的大叶桉和柠檬桉挥发油进行
化学成分分析,采用计算机对各峰的质谱图进行
NIST标准谱库的检索,根据质谱裂解规律进行核
对,参考标准图谱和相关文献[5-12]确定其化学结构,
利用峰面积归一法计算各组分的相对含量,结果见
表 2、表 3。
由表 2 可知,从大叶桉叶挥发油中鉴定出 26 种
化合物,主要成分是 3-蒈烯、α-松油醇、(-)-蓝桉
醇、D-萜二烯、1-松香芹醇。大叶桉叶挥发油成分的
含量受季节变化影响较小,3-蒈烯含量在春季最高,
秋季次之;在夏季,其含量最低,但从总体上讲,3-蒈
烯受季节变化的影响也不大,含量为 25. 48% ~
31. 93%。3-蒈烯可应用于配制多种食用香精,也可
作为农药和医药的合成原料,虽然它存在于许多植
物精油中,但因多数含量较低,难于分离提纯,所以,
大叶桉叶挥发油中的大量 3-蒈烯是值得关注的。α-
松油醇在四个季节的含量变化不明显,含量最高的
是冬季(12. 71%) ,含量最低的是春季(10. 46%)。
(-)-蓝桉醇的含量受季节变化比较显著,含量较
高的是夏季(9. 40%)和春季(8. 07%) ,含量较低的
是秋季(5. 68%)和冬季(4. 42%)。乙酸叶醇酯在
春、夏、秋三个季节的含量分别为 0. 56%,0. 57%,
4212
第 11 期 张闻扬等:季节对大叶桉和柠檬桉叶挥发油化学成分的影响及抑菌性研究
1. 12%,但是在冬季未被检测到。水合樟烯在春、
秋、冬三个季节含量分别为 0. 50%,0. 45%,
0. 52%,但在夏季的含量为 0。1-乙酸冰片在春季和
冬季的含量分别为 0. 50%,0. 71%,而在夏季和秋
季未被检测到。胡椒酮仅在秋季检测到,占总含量
的 0. 68%。
表 2 大叶桉叶挥发油主要化学成分随季节变化
Table 2 The season change of main chemical
constituents in volatile oils from Eucalyptus robusta
化合物 分子式 分子量
含量 /%
春季 夏季 秋季 冬季
异戊醛 C5H10O 86 1. 12 - 1. 34 -
3-蒈烯 C10H16 136 31. 93 25. 48 29. 81 28. 09
葑烯 C10H16 136 0. 54 0. 41 0. 51 0. 72
莰烯 C10H16 136 1. 89 1. 37 1. 65 2. 48
(1S)-(1)-
β-蒎烯
C10H16 136 1. 21 1. 58 1. 59 0. 95
乙酸叶醇酯 C8H14O2 142 0. 56 0. 57 1. 12 -
邻异丙基甲苯 C10H14 134 6. 00 6. 93 8. 98 3. 90
D-萜二烯 C10H16 136 7. 3 7. 79 7. 63 7. 37
桉叶油醇 C10H18O 154 0. 79 1. 11 1. 45 0. 66
葑醇 C10H18O 154 2. 41 2. 38 2. 58 3. 88
龙脑烯醛 C10H16O 152 0. 68 0. 58 0. 79 1. 01
1-松香芹醇 C10H16O 152 7. 30 6. 92 6. 74 11. 82
水合樟烯 C10H18O 154 0. 50 - 0. 45 0. 52
3-Nopinenone C10H14O 150 1. 54 - 1. 50 3. 40
2-莰醇 C10H18O 154 4. 87 5. 14 5. 02 7. 32
柠檬醛 C10H16O 152 0. 96 1. 33 - 0. 74
(-)-4-萜品醇 C10H18O 154 1. 00 1. 19 2. 58 0. 86
α-松油醇 C10H18O 154 10. 46 12. 24 10. 99 12. 71
桧醇 C12H18O2 194 - - 0. 38 -
(Z)-香芹醇 C10H16O 152 0. 41 0. 46 - 0. 53
1-乙酸冰片酯 C12H20O2 196 0. 50 - - 0. 71
异香芹醇 C10H16O 152 0. 54 1. 04 0. 72 1. 97
胡椒酮 C10H16O 152 - - 0. 68 -
(-)-香树烯酸 C15H24 204 3. 16 3. 79 1. 80 1. 58
表蓝桉醇 C15H26O 222 1. 96 2. 15 1. 37 1. 00
(-)-蓝桉醇 C15H26O 222 8. 07 9. 40 5. 68 4. 42
总量 95. 70 95. 78 95. 36 96. 64
注:“ -”表示没有检测到该化合物。
由表 3 可知,从柠檬桉叶挥发油中鉴定出 25 种
化合物,主要成分是香茅醛、异胡薄荷醇、β-香茅醇
等。柠檬桉叶挥发油成分的含量受季节变化影响较
大。香茅醛的含量受季节影响很大,变化趋势为先
减少随后相对平稳。其中,春季的含量高达
63. 91%,夏季的含量急剧下降到 20. 79%,秋季含
量最低为 12. 12%。香茅醛是合成多种昂贵香精香
料的重要原料,所以可利用柠檬桉叶提取香茅醛。
异胡薄荷醇含量在各个季节的含量分别为 4. 12%,
43. 37%,41. 14%,47. 48%,可见,四个季节相比,异
胡薄荷醇在春季的含量最低。β-香茅醇在四个季节
的含量比较稳定,在 11% ~ 20%之间。乙酸香茅酯
只在秋季和冬季被检测到,含量分别为 14. 61%,
3. 33%。水芹烯和罗勒烯均只在夏季被检测到。
表 3 柠檬桉叶挥发油主要化学成分随季节变化
Table 3 The season change of main chemical constituents
in volatile oils from Eucalyptus citriodora
化合物 分子式 分子量
含量 /%
春季 夏季 秋季 冬季
异丁酸异丁酯 C8H16O2 144 - 0. 06 - 0. 11
α-蒎烯 C10H16 136 - 0. 31 0. 29 0. 15
水芹烯 C10H16 136 - 0. 05 - -
(1S)-(1)-
β-蒎烯
C10H16 136 0. 46 0. 74 0. 64 0. 34
月桂烯 C10H16 136 0. 28 0. 35 0. 26 0. 16
D-萜二烯 C10H16 136 0. 41 0. 49 0. 35 -
桉叶油醇 C10H18O 154 2. 09 2. 54 2. 05 0. 54
罗勒烯 C10H16 136 - 0. 14 - -
甜瓜醛 C9H16O 140 0. 24 0. 19 0. 34 0. 17
萜品烯 C10H16 136 0. 21 0. 25 0. 16 -
薄荷呋喃 C10H16 136 - 0. 17 0. 12 0. 08
4-蒈烯 C10H16 136 - 0. 17 - 0. 19
芳樟醇 C10H18O 154 2. 10 2. 80 2. 08 1. 14
玫瑰醚 C10H18O 154 - 0. 10 0. 31 -
异胡薄荷醇 C10H18O 154 4. 12 43. 37 41. 14 47. 48
香茅醛 C10H18O 154 63. 91 20. 79 12. 13 29. 13
α-松油醇 C10H18O 154 0. 33 0. 49 0. 28 0. 14
β-香茅醇 C10H20O 156 18. 07 19. 75 19. 87 12. 15
香茅酸 C10H18O2 170 0. 42 0. 91 1. 26 -
2-(2-hydroxy-2-
propyl)-5-methyl-
Cyclohexanol
C10H20O2 172 5. 17 5. 10 2. 74 4. 54
茉莉酮 C11H16O 164 0. 70 0. 48 - -
乙酸香茅酯 C12H22O2 172 - - 14. 9 3. 39
1-石竹烯 C15H24 198 1. 11 0. 79 0. 54 0. 27
匙桉醇 C15H24O 220 0. 20 - 0. 13 -
氧化石竹烯 C15H24O 220 0. 21 - 0. 43 -
总量 76. 05 83. 86 98. 04 98. 17
注:“ -”表示没有检测到该化合物。
田玉红等[14-15]研究报道了大叶桉叶挥发油的
主要成分为 1,8-桉叶油素、α-蒎烯、1-松香芹醇,柠
檬桉叶挥发油的主要成分为香茅醛和香茅醇,与本
实验的两种桉叶挥发油的成分分析结果稍有差异。
5212
应用化工 第 44 卷
2. 3 桉叶挥发油的抑菌性
胡林峰等[16]研究表明,植物挥发油中的酚、酮、
醛以及醇类化合物具有开发为抑菌活性成分的潜
力。萜类及酚类化合物均为良好的天然抑菌活性成
分[17],α-蒎烯有较强的解热、抗炎和抗菌作用[18],
蓝亮美等[19]研究指出,桉叶油中的香茅醛、乙酸香
茅醛、桉树脑、罗勒烯、α-蒎烯对食品中常见致腐菌
具有较好的抑菌性。大叶桉和柠檬桉挥发油中的抑
菌,实验结果见表 4 和表 5。
由表 4 和表 5 可知,大叶桉和柠檬桉叶挥发油
对供试菌种均有一定的抑制性,但与阳性对照———
阿莫西林溶液相比较,大叶桉、柠檬桉叶挥发油的抑
菌性均弱于阿莫西林。
表 4 大叶桉叶挥发油的抑菌直径
Table 4 Diameter of antibacterial zone of
volatile oils from Eucalyptus robusta
菌种
抑菌直径
空白对照 阳性对照 春季 夏季 秋季 冬季
金黄色葡萄球菌 - ﹢﹢﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢﹢
绿脓杆菌 - ﹢﹢﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢
痢疾杆菌 - ﹢﹢﹢﹢ ﹢﹢ ﹢ ﹢﹢﹢ ﹢
沙门氏菌 - ﹢﹢﹢﹢ ﹢ ﹢ ﹢ ﹢
注:“ -”表示无抑菌圈;“﹢”表示抑菌圈为 9. 0 ~ 15. 0 mm;“﹢
﹢”表示抑菌圈为 16. 0 ~ 22. 0 mm;“﹢﹢﹢”表示抑菌圈为
23. 0 ~ 29. 0 mm;“﹢﹢﹢﹢”表示抑菌圈 > 30. 0 mm。
不同季节的大叶桉叶挥发油对同一种细菌的抑
菌性有差异。对于金黄色葡萄球菌,大叶桉叶挥发
油抑菌性受季节影响,前三季的抑菌效果差别不大,
均为“﹢﹢”,冬季的抑菌作用比前三季强,为“﹢﹢
﹢”;对于绿脓杆菌,四季挥发油的抑菌效果相当,
强度均为“﹢﹢”;对于痢疾杆菌,大叶桉叶挥发油
的抑菌性受季节影响大,夏季和冬季的抑菌能力最
弱,仅为“﹢”,秋季的抑菌能力最强,为“﹢﹢﹢”;
对于沙门氏菌,大叶桉叶挥发油的抑菌性不受季节
影响,且抑菌作用很弱,均为“﹢”。
表 5 柠檬桉叶挥发油的抑菌直径
Table 5 Diameter of antibacterial zone of volatile
oils from Eucalyptus citriodora
菌种
抑菌直径
空白对照 阳性对照 春季 夏季 秋季 冬季
金黄色葡萄球菌 - ﹢﹢﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢﹢ ﹢﹢
绿脓杆菌 - ﹢﹢﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢
痢疾杆菌 - ﹢﹢﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢ ﹢﹢
沙门杆菌 - ﹢﹢﹢﹢ ﹢﹢ ﹢ ﹢﹢ ﹢
注:“ -”表示无抑菌圈;“﹢”表示抑菌圈为 9. 0 ~ 15. 0 mm;“﹢
﹢”表示抑菌圈为 16. 0 ~ 22. 0 mm;“﹢﹢﹢”表示抑菌圈为
23. 0 ~ 29. 0 mm;“﹢﹢﹢﹢”表示抑菌圈 > 30. 0 mm。
不同季节的柠檬桉叶挥发油对同一种细菌的抑
菌性也有差异。对于金黄色葡萄球菌,春、夏、冬三
季柠檬桉叶挥发油抑菌效果相同,均为“﹢﹢”,秋
季的抑菌作用很强,为“﹢﹢﹢”,可见,柠檬桉叶挥
发油对金黄色葡萄球菌抑菌性受季节影响大;对于
绿脓杆菌和痢疾杆菌,四季的柠檬桉叶挥发油的抑
菌性比较稳定,受季节影响小,效果均为“﹢﹢”;对
于沙门氏菌,夏季和冬季的抑菌作用最弱,效果仅为
“﹢”,春季和秋季的抑菌作用较强,为“﹢﹢”,可
见,柠檬桉叶挥发油对沙门氏菌的抑菌性受季节影
响大。
蓝亮美等[19]对柠檬桉叶挥发油的抑菌活性研
究结果显示,柠檬桉叶挥发油对痢疾杆菌及沙门氏
菌都有一定的抑菌性,与本文结论相符。
3 结论
(1)大叶桉叶挥发油含量少,随季节变化不显
著;柠檬桉叶挥发油含量多,且随季节变化显著。若
以挥发油提取率为标准,两者的最佳采摘季节均为
春季和冬季。
(2)大叶桉叶挥发油主要成分为 3-蒈烯、α-松
油醇、(-)-蓝桉醇、D-萜二烯、1-松香芹醇。柠檬桉
叶挥发油主要成分为香茅醛、异胡薄荷醇、β-香
茅醇。
(3)在大叶桉叶挥发油中,3-蒈烯、α-松油醇、D-
萜二烯三种主要成分的含量受季节变化影响小。
(4)在柠檬桉叶挥发油中,香茅醛、异胡薄荷
醇、水芹烯、罗勒烯的含量受季节变化影响大。
(5)大叶桉挥发油中的代表成分 3-蒈烯和柠檬
桉挥发油中的代表成分香茅醛均在春季含量为
最高。
(6)大叶桉和柠檬桉叶挥发油对供试菌种均有
一定的抑制性。
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