全 文 ：第 45 卷第 4 期
2011 年 7 月
生 物 质 化 学 工 程
Biomass Chemical Engineering
Vol． 45 No． 4
July 2011
·研究报告———生物质活性成分·
日本花柏心材精油的抑菌活性分析
收稿日期:2011 － 03 － 07
基金项目:黑龙江省林业厅科技推广项目(01043208003) ;本科生创新性实验项目(10102250107)
作者简介:刘志明(1971 －) ，男，黑龙江明水人，博士，副教授，主要从事生物质材料化学制备方面的研究;E-mail:zhimingliuwhy@
126． com。
刘志明1，王海英2，王 芳2，潘晓星2，田 补2
(1．东北林业大学材料科学与工程学院;生物质材料科学与技术教育部重点实验室，
黑龙江 哈尔滨 150040;2．东北林业大学林学院，黑龙江 哈尔滨 150040)
摘 要:日本花柏心材精油的抑菌活性实验结果表明:下部年轮 5 ～ 10 年心材和中部心材精油均对金黄色葡萄球菌和大
肠杆菌有抑制作用，中部心材精油对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为 14． 86 mm，对大肠杆菌的抑菌圈直径为 14． 56 mm;
气相色谱－质谱分析结果表明日本花柏心材下部年轮 5 ～ 10 年心材和中部心材精油挥发性组分主要由醇类和萜烯类化
合物组成，中部心材精油含有较高的柏木醇(26． 52 %)。柏木醇是具有潜在开发价值的抑菌活性化合物。
关键词:日本花柏心材;精油;抑菌活性;气相色谱－质谱
中图分类号:O624． 13;TQ231． 3 文献标识码:A 文章编号:1673 － 5854(2011)04 － 0027 － 05
Antibacterial Activity Analysis of Essential Oil from
Chamaecyparis pisifera Heartwood
LIU Zhi-ming1，WANG Hai-ying2，WANG Fang2，PAN Xiao-xing2，TIAN Bu2
(1． College of Material Science and Engineering，Northeast Forestry University;Key Laboratory of
Bio-based Material Science and Technology of Ministry of Education，Harbin 150040，China;
2． College of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China)
Abstract:The antibacterial activity of essential oil from heartwood of Chamaecyparis pisifera was evaluated． The test results show
that both of essential oil samples from the 5th to 10th year rings in bottom and middle section of C． pisifera tress have significantly
inhibitory effects on microbes of Staphylococcus aureus and Escherichia coli． The inhibition diameters of essential oil from middle
heartwood of C． pisifera on S． aureus and E． coli reached 14． 86 and 14． 56 mm，respectively． The essential oil samples from the
5th to 10th year rings in bottom and middle section of C． pisifera tress were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry．
Results show that these essential oil samples consist of alcohols and terpenoids，but the content of cedrol (26． 52 %)was the
highest in essential oil from middle section of the tree． The cedrol has a great potential of development value as a kind of
antibacterial activity compound．
Key words:Chamaecyparis pisifera heartwood;essential oil;antibacterial activity;gas chromatography-mass spectrometry
植物精油是近年来植物天然产物研究热点之一，植物精油应用范围广阔，涉及食品、化妆品、农业、
医学等领域。植物精油主要应用在食品和化妆品赋香上，可作为天然香料添加到食品中以及利用植物
精油的防腐作用开发天然食品防腐剂和保鲜剂;也可作为天然防腐剂和香料添加到化妆品中，应用植物
精油原料最多的是香水。农业上常利用其对细菌、真菌等的抑菌作用，对害虫的驱避、拒食、熏杀、触杀
作用以及对杂草的化感作用开发环境友好型农药(抑菌剂、杀虫剂和除草剂等) ;医药上主要是作为皮
肤抑菌外用药应用，新近研究表明植物精油可以通过嗅觉通路调解人的血压，开辟了植物精油在医学上
应用的新领域。植物精油在柏科等植物中含量丰富［1－6］，柏科(Cupressaceae)日本花柏(Chamaecyparis
pisifera(Sieb． et Zucc．)Endl．) ，原产日本，我国在湖北省竹山县九华林场大面积引种成功。日本花柏木
28 生 物 质 化 学 工 程 第 45 卷
材坚韧耐用，边材白色，心材褐黄色，耐腐性强［7］。叶、花、皮、根、木材等含有芳香挥发性化合物，这些
芳香挥发性化合物大多具有活性［8－9］，水蒸气蒸馏法是植物精油的传统提取芳香挥发性化合物的方法
之一，气相色谱－质谱分析方法是分析植物精油多种功效活性化合物的基本方法之一［10－11］，研究结果表
明日本花柏鲜叶精油中的柏木醇(cedrol)是其含量最高的主要成分［12］。Xiao 等［13］研究了日本花柏甲
醇提取物的抑菌活性。本研究采用水蒸气蒸馏法提取日本花柏心材精油，革兰氏阳性菌以自然界及人
体皮肤黏膜最常见的、无芽孢细菌中抵抗力最强的致病菌金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)为代
表，革兰氏阴性菌以分布最广泛的大肠杆菌(Escherichia coli)为代表作为抑菌活性实验的目标菌株，进
行抑菌活性实验，气相色谱－质谱分析其挥发性组分，寻找活性先导化合物，为日本花柏精油的开发利
用提供基础数据。
1 实 验
1． 1 材料
日本花柏(C． pisifera)2004 年 8 月采自湖北省竹山县九华林场。日本花柏树干按地上部分从根到
梢的顺序分别平均锯成 3 段，依次标记为下、中和上部(每段 1． 1 m)运回东北林业大学实验室，自然气
干 2 个月后，分别将下、中和上部树干按从根到梢的顺序再次锯成 5 ～ 7 cm 厚的圆盘，贮存于冰柜中备
用。选取下部树干圆盘(近根端)以及中部树干圆盘，分别将该圆盘的心材以年轮(每 5 年轮)均匀分为
4 组，将每一部分用粉碎机将其粉碎后制备成通过 2 mm筛子的木粉，盛于磨口塞玻璃瓶并置于冰柜中
备用。本次实验材料为日本花柏下部树干圆盘(近根端)年轮 5 ～ 10 年心材木粉和中部树干所有圆盘
心材木粉中分别取出少量等量混合的中部心材木粉。
金黄色葡萄球菌(S． aureus)、大肠杆菌(E． coli) ，均购自黑龙江省科学院应用微生物研究所。无菌
条件下用划线法将供试菌株移接入斜面培养基上，在 37 ℃ 人工气候箱中培养 24 h。取出活化好的菌
株，用适量无菌 9 g /L NaCl 溶液将金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别配置成浓度为 9 × 106、5 ×
106 cfu /mL的菌悬液备用。
正己烷(色谱纯) ，天津市科密欧化学试剂有限公司制造;二氯甲烷(分析纯) ，天津市富宇精细化工
有限公司制造;HPG－280H人工气候箱，生物洁净工作台，均为哈尔滨市东联电子技术开发有限公司制
造;LDZX－40C型立式自控电热压力蒸气灭菌器，上海申安医疗器械厂。培养基:蛋白胨 10 g，氯化钠
5 g，酵母提取物 5 g，琼脂 20 g，去离子水 1 000 mL，用 1 mol /L氢氧化钠溶液调节 pH值 7． 4 ～ 7． 6。
1． 2 方法
1． 2． 1 日本花柏心材精油的提取 称取日本花柏下部及中部心材木粉各 200 g 置于 5 L 烧瓶内，各加
5 L蒸馏水水蒸气蒸馏提取 6 h。提取液分别用乙醚萃取，加入适量无水 Na2SO4 干燥 15 min，过滤后置
于 40 ℃ 水浴下蒸干乙醚溶剂，得到浅黄色油状精油。
1． 2． 2 日本花柏心材精油的抑菌活性实验 根据前期探索性实验，分别将日本花柏心材精油用二氯甲
烷溶解，配制成质量分数为 50 % 的溶液备用。采用滤纸片法［14］和平板菌落计数法［15］进行抑菌活性实
验。将移液器、镊子、培养基、9 g /L NaCl溶液、试管及三角瓶等用牛皮纸包好，滤纸用打孔器打成 6 mm
的纸片，装于洁净三角瓶中，置于高压蒸气灭菌器内，121 ℃ 下湿热灭菌 20 min，备用。用移液器吸取金
黄色葡萄球菌、大肠杆菌菌悬液 0． 1 mL于无菌平皿中，然后倒入已冷却至 45 ℃ 的培养基 15 mL，充分
混匀后水平放置，制成含菌平板。用镊子将滤纸片放入日本花柏心材精油二氯甲烷溶液中，浸泡 10 min
后取出，待溶剂挥发后，将纸片贴在含菌平板上，每个平板贴 3 片滤纸，每个纸片相隔一定间距，并用浸
有二氯甲烷的滤纸片作对照，贴上标签。每株菌做 3 个重复。放入人工气候箱 37 ℃ 下培养 24 h，测定
抑菌圈直径，取其平均值。以上操作均在生物洁净工作台上完成。
1． 2． 3 日本花柏心材精油的气相色谱－质谱分析 用正己烷(色谱纯)分别将日本花柏心材精油配制
成质量浓度为 0． 04 g /mL的溶液，利用 GC－MS 6890N －5973insert气相色谱－质谱联用仪 (美国 Agilent
第 4 期 刘志明，等:日本花柏心材精油的抑菌活性分析 29
公司)分别对日本花柏心材精油进行气相色谱－质谱联用分析，色谱分析条件如下:色谱柱为 DB－17MS
毛细管柱(30 m ×0． 25 mm ×0． 25 μm) ;检测器为 FID 检测器;初始温度 60 ℃，保持 4 min，以 5 ℃ /min
的升温速度升到 250 ℃，保持 5 min。进样口温度 260 ℃，进样量 1． 0 μL，不分流，氦气载气，流速
1 mL /min。质谱分析条件:EI离子源，接口温度 280 ℃，离子源温度 230 ℃，轰击电压 70 eV，质量扫描
检测范围:15 ～ 260 u。
2 结果与讨论
2． 1 日本花柏心材精油的抑菌活性
日本花柏心材精油对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制效果如表 1 所示。
表 1 日本花柏心材精油对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制效果
Table 1 Inhibitory effect of essential oil from heartwood of C． pisifera on S． aureus and E． coli
试样 sample
抑菌圈直径 inhibition diameter /mm
金黄色葡萄球菌 S． aureus 大肠杆菌 E． coli
下部年轮 5 ～ 10 年心材精油
essential oil from bottom heartwood of growth ring from 5th to 10th years 13． 35 12． 84
中部心材精油
essential oil from middle heartwood 14． 86 14． 56
从表 1 可以看出日本花柏下部年轮 5 ～ 10 年心材和中部心材精油均对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌
有抑制作用。日本花柏中部心材精油对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为 14． 86 mm，对大肠杆菌的抑菌
圈直径为 14． 56 mm。
2． 2 日本花柏心材的 GC－MS分析结果
日本花柏心材精油挥发性组分气相色谱－质谱的总离子流色谱图经计算机 NIST质谱库自动检索、
解析和部分化合物的人工解析，面积归一化法计算各化合物的 GC含量，其主要挥发性组分列于表 2。
匹配度 53 % 的化合物 m/z为 27、43、55、69、79、95、105、121、137、149、161、179、189、204、222，经计
算机质谱库自动检索、解析和人工解析以及查阅文献初步确定为 α－杜松醇［16］，有待进一步分离、鉴定，
其他挥发性组分匹配度均在 60 % 以上，与 NIST 谱库有良好的匹配。从表 2 可以看出，日本花柏下部
年轮5 ～ 10 年心材精油主要挥发性组分为 α －杜松醇(16． 30 %)、可巴烯(14． 77 %)、柏木醇
(13． 62 %)、α－荜澄茄油烯(4． 81 %)、卡达烯(4． 00 %)、别香橙烯(3． 56 %)和罗汉柏烯(3． 37 %)。
日本花柏中部心材精油主要挥发性组分为柏木醇(26． 52 %)、别香橙烯(7． 10 %)、罗汉柏烯(4． 25 %)
和花侧柏烯(3． 65 %)。下部年轮 5 ～ 10 年心材和中部心材精油挥发性组分主要由醇类和萜烯类化合
物组成，共有组分为 α－柏木烯、依兰烯、β－柏木烯、罗汉柏烯、二氢－β－紫罗兰酮、α－依兰油烯、α－荜澄
茄油烯、δ－杜松烯、花侧柏烯、二氢白菖考烯、γ－依兰油烯、8，9－脱氢－新异长叶烯、别香橙烯、柏木醇和
雪松烯。不同之处为下部年轮 5 ～ 10 年心材精油含有较高的 α－杜松醇，中部心材精油含有较高的柏木
醇。下部年轮 5 ～ 10 年心材精油含有长叶烯、别香橙烯氧化物、α－杜松醇、榄香醇、可巴烯、α－古芸烯、
卡达烯，而中部心材精油不含这些成分;中部心材精油含有 α－柏木萜烯、α－甜没药醇、表柏木醇、β－叩
巴萜酮、α－恰米烯和 α－紫穗槐烯，而下部年轮 5 ～ 10 年心材精油不含这些成分。下部年轮 5 ～ 10 年心
材和中部心材精油不相同的单个化合物，除 α－杜松醇外含量均较低。据文献报道 α－杜松醇具有杀螨
活性［17－18］。柏木醇具有愉快而持久的柏木香气，具有抗蚁、抗螨、抗菌的活性［19－20］。日本花柏下部年轮
5 ～ 10 年心材和中部心材精油的活性成分的分离鉴定及其抑菌机制有待进一步研究。
3 结 论
3． 1 日本花柏下部年轮 5 ～ 10 年心材和中部心材精油均对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有抑制作用。
30 生 物 质 化 学 工 程 第 45 卷
中部心材精油对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为 14． 86 mm，对大肠杆菌的抑菌圈直径为 14． 56 mm。
表 2 日本花柏心材精油的主要挥发性组分
Table 2 Main volatile component of essential oils from heartwood of C． pisifera
编号
No．
化合物
compounds
分子式
formula
下部年轮 5 ～ 10 年心材精油
essential oil from bottom heartwood of
growth ring from 5th to 10th years
保留时间 /min
retention
time
GC含量 /%
GC content
匹配度 /%
matching
degree
中部心材精油
essential oil from middle
heartwood
保留时间 /min
retention
time
GC含量 /%
GC content
匹配度 /%
matching
degree
1 α－柏木萜烯 α-funebrene C15H24 — — — 18． 568 0． 22 96
2 α－柏木烯 α-cedrene C15H24 19． 525 0． 91 99 19． 534 1． 84 99
3 依兰烯 ylangene C15H24 19． 867 0． 20 83 19． 876 0． 29 78
4 β－柏木烯 β-cedrene C15H24 20． 004 0． 34 94 20． 013 0． 78 94
5 罗汉柏烯 thujopsene C15H24 20． 415 3． 37 99 20． 406 4． 25 99
6 二氢－β－紫罗兰酮dihydro-β-ionone
C13H22O 21． 783 0． 30 98 21． 782 0． 27 98
7 α－依兰油烯 α-muurolene C15H24 22． 253 1． 09 95 22． 236 0． 32 95
8 α－荜澄茄油烯 α-cubebene C15H24 27． 229 4． 81 91 27． 152 0． 67 90
9 δ－杜松烯 δ-cadinene C15H24 22． 954 0． 91 96 22． 945 0． 13 98
10 花侧柏烯 cuparene C15H22 23． 458 1． 63 98 23． 467 3． 65 97
11 二氢白菖考烯 calamenene C15H22 23． 740 0． 45 97 23． 740 0． 12 76
12 γ－依兰油烯 γ-muurolene C15H24 21． 569 0． 50 98 21． 569 0． 23 98
13 8，9－脱氢－新异长叶烯8，9-dehydro-neoisolongifolene
C15H22 25． 237 1． 08 89 25． 219 0． 53 89
14 长叶烯 longifolene C15H24 25． 972 1． 51 78 — — —
15 别香橙烯 alloaromadendrene C15H24 30． 931 3． 56 83 30． 931 7． 10 86
16 别香橙烯氧化物alloaromadendrene oxide
C15H24O 32． 256 0． 14 64 — — —
17 α－杜松醇 α-cadinol C16H26O 27． 579 16． 30 53 — — —
18 α－甜没药醇 α-bisabolol C15H26O — — — 27． 477 0． 23 72
19 柏木醇 cedrol C15H26O 26． 263 13． 62 96 26． 357 26． 52 96
20 表柏木醇 epicedrol C15H26O — — — 26． 587 0． 54 97
21 榄香醇 elemol C15H26O 24． 296 0． 32 91 — — —
22 β－叩巴萜酮 β-cuparenone C15H20O — — — 30． 452 0． 29 96
23 α－恰米烯 α-chamigrene C15H24 — — — 22． 629 0． 23 95
24 α－紫穗槐烯 α-amorphene C15H24 — — — 22． 791 0． 71 96
25 可巴烯 copaene C15H24 27． 066 14． 77 60 — — —
26 α－古芸烯 α-gurjunene C15H24 27． 733 0． 48 83 — — —
27 卡达烯 cadalene C15H18 28． 725 4． 00 99 — — —
28 雪松烯 himachalene C15H24 23． 561 0． 91 91 23． 561 0． 86 87
3． 2 气相色谱－质谱分析结果表明日本花柏下部年轮 5 ～ 10 年心材和中部心材精油的挥发性组分主要
由醇类和萜烯类化合物组成，其共有组分为 α－柏木烯、依兰烯、β－柏木烯、罗汉柏烯、二氢－β－紫罗兰
酮、α－依兰油烯、α－荜澄茄油烯、δ－杜松烯、花侧柏烯、二氢白菖考烯、γ－依兰油烯、8，9－脱氢－新异长
叶烯、别香橙烯、柏木醇和雪松烯。日本花柏下部年轮 5 ～ 10 年心材和中部心材精油的活性成分不同，
中部心材精油含有较高的柏木醇(26． 52 %)。
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39－41．
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