全 文 ：第 28卷第 2期
2008年 4月
林　产　化　学　与　工　业
ChemistryandIndustryofForestProducts
Vol.28 No.2
Apr.2008
苏铁蕨中脂溶性成分的提取及 GC-MS分析
　　收稿日期:2007-04-23
　　基金项目:国家星火计划(2005EA780029);广东省自然科学基金(06300617);广东省科技计划(2006B20901006)
　　作者简介:樊亚鸣(1957-),女 ,贵州贵阳人 ,副教授 ,硕士生导师 ,研究领域:天然产物化学;E-mail:fanyaming@163.net。
FANYa-ming　　
樊亚鸣 1 , 方雪辉1 , 陆慧宁 2 , 陶文琴 3 , 高绍中1 , 陈永亨 4
(1.广州大学化学化工学院 , 广东 广州 510006;2.中山大学测试中心 , 广东 广州 510275;
3.广州大学生命科学学院 , 广东 广州 510006;
4.广州大学环境科学与工程学院 , 广东 广州 510006)
摘　要:　采用微波-乙醇工艺提取苏铁蕨的木质根上茎直立部分 ,经 GC-MS分析 , 分离出 60个
峰 , 并确认了其中 55个成分 , 所鉴定的组分占总峰面积的 97.88%。苏铁蕨中的脂溶性成分被划
分为 4类化合物:有机酸类 、倍半萜类 、烷烃类和环硅氧烷类。经结构分析 , 各类化合物内部的分子结构间存在高度的相
关性 , 特别在烷烃类与环硅氧烷类中 ,相邻的化合物间具有相同的结构差。其中环硅氧烷的结构在蕨类植物研究中尚未
见报道。
关键词:　苏铁蕨;环硅氧烷;微波-乙醇提取
中图分类号:TQ654.2;O657.71　　　　　文献标识码:A　　　　　　文章编号:0253-2417(2008)02-0110-05
ExtractionandAnalysisofLipophilicComponentsfrom
Brainiainsignis(Hook.)J.Sm.byGC-MS
FANYa-ming1 , FANGXue-hui1 , LUHui-ning2 , TAOWen-qin3 , GAOShao-zhong1 , CHENYong-heng4
(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering, GuangzhouUniversity, Guangzhou510006, China;
2.InstrumentationAnalysisResearchCenter, ZhongshanUniversity, Guangzhou510275, China;
3.SchoolofLifeSciences, GuangzhouUniversity, Guangzhou510006, China;
4.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering, GuangzhouUniversity, Guangzhou510006, China)
Abstract:TheupstandingpartofxylemcaudexofBrainiainsignis(Hook.)J.Sm.wasextractedbyorganicsolventsunderlow
temperatureandmildmicrowaveirradiation.TheextractwasanalyzedbyGC-MS, 60 peakswereseparatedand55 compounds
wereidentified, whichaccountedfor97.88%oftotalpeakarea.ThevolatilecomponentsinB.insigniswereclassifiedintofour
structuregroups:organicacids, sesquiterpenes, alkanesandcyclosiloxanes.Fromstructuralanalysis, thereareclosecorrelations
amongindividualgroupsofcompounds.Especialyinalkaneandcyclosiloxanegroups, therearesimilarstructuraldifferences
betweentheneighboringcompounds.Thecyclosiloxaneshavenotbeenreportedhithertoinfernresearch.
Keywords:Brainiainsignis(Hook.)J.Sm.;cyclosiloxanes;lowtemperature-microwaveextraction
苏铁蕨(Brainiainsignis(Hook.)J.Sm.),别名赤蕨 ,是乌毛蕨科苏铁蕨属唯一的种 , 为古代泥盆
纪时代孑遗植物 [ 1] 。其在地球上出现大约四亿年 ,是活着的化石。地球上蕨类品种繁多 ,但是较大型 、
有直立主干的乔木蕨类只有桫椤和苏铁蕨 。其中苏铁蕨主要分布在我国的广东 、广西 、福建 、台湾 、贵
州 、云南一带 ,为罕见的野生植物资源 ,故被国家林业局正式定为重点二级保护植物 [ 2] 。据报道[ 3] ,大
多数蕨类植物均有药用价值 ,药用蕨类植物含有黄酮类 、甾类 、生物碱等活性物质 。有资料记载 ,苏铁蕨
的根茎具有重要的药用价值[ 4-5] 。将其茎干去皮入药 ,有清热解毒 、止血散瘀 、抗菌治烫的作用。利用
苏铁蕨根茎与其他中草药配伍而成的行军救急散 ,可通关消积 ,止痛止泻 ,常用于中暑伤风 ,发热恶寒 、
头眩身酸 ,心胃气痛等症 [ 6] 。目前 ,国外尚无有关苏铁蕨的研究报道;国内对苏铁蕨的研究主要集中在
第 2期 樊亚鸣 , 等:苏铁蕨中脂溶性成分的提取及 GC-MS分析 111　
其植物特征的领域 ,尚未涉及到其中的有效成分。即使对蕨类植物中挥发成分的研究 ,也仅有少量报
道 [ 7-8] ,且所采用的提取工艺均为水蒸气蒸馏法配合溶剂萃取 ,因而难免受热时间较长破坏植物中的热
敏成分 ,导致最终成分的改变。本研究通过微波-乙醇法在较低温度下提取苏铁蕨中的挥发成分 ,以尽
量保存其中的热敏成分 , GC-MS测试试样;在分析图谱与确定结构时 ,结合 NIST谱库检索 、次生代谢产
物间的生源关系及质谱图的人工分析 ,首次确定了苏铁蕨中有代表性的一系列化合物。研究苏铁蕨中
的有效成分 ,对于深入了解其药理性质 ,探索新化合物的构效关系有重要意义;对于研究植物的物种进
化 、植物区系 、古植物 、古气候及植物界发展演化的过程等都有一定的借鉴与帮助 。
1　实 验
1.1　材料与仪器
VoyagerGC-MS型气相色谱-质谱联用仪 ,美国 Finnigan公司;南京杰全 NJL07-3型微波提取装置。
材料:苏铁蕨 ,采于广东英德石门台省级自然保护区(因修建铁路 ,该区域有苏铁蕨根部受损 ,故采出)。
1.2　提取工艺
取苏铁蕨木质根上茎直立部分于 60℃烘干 ,粉碎过 188μm筛 ,称质量 50g,微波照射下乙醇提取 ,
抽滤 ,滤液在 58℃浓缩至无乙醇;正己烷多次萃取以上浓缩物至萃取液无色 ,萃取液在 58℃浓缩至无
正己烷 ,得棕黄色黏稠状物 ,以此作为脂溶性成分供 GC-MS分析 。
1.3　GC-MS测定条件
1.3.1　气相色谱条件　顶空固相微萃取 ,不分流进样;色谱柱:BPX5-MS(25m×0.22mm×0.25μm)
弹性石英毛细管柱 ,柱初温 60℃(保持 3min),程序升温 10℃/min至 130℃,然后以 5℃/min升温至
250℃(保持 3min);载气为 He,流速 1mL/min。
1.3.2　质谱条件　EI离子源 ,温度 200℃,界面温度 230℃,电子能量 70eV,倍增器电压 350V,质量
范围 m/z28 ～ 510u,标准质谱谱库:NIST库 。
1.4　GC-MS图谱分析
结合 NIST谱库检索 、次生代谢产物间的生源关系及质谱图的人工分析 ,多角度推断并验证各成分
的化学结构 ,以提供较为可靠的苏铁蕨中脂溶性化合物群体的结构特征;同时 ,按峰面积归一化法进行
定量分析 ,分别求得各化合物在提取物中的 GC含量 。
2　结果与分析
2.1　提取条件分析
控制整个处理及提取过程在 60℃或以下进行:包括粉末样品在 60℃恒温干燥 1h,提取及浓缩等
均控制在 60℃以下;选择较低的微波功率(<187W)进行提取 ,取微波强化加速提取之长 ,避其高功率
破坏有效成分之短;尽量缩短样品受热时间 ,提取过程在 45min内完成;为充分提尽样品中的醇溶性成
分 ,设计反复 3次提取;己烷萃取醇提物中的脂溶性成分 ,也反复萃取以至完全。
微波-乙醇法提取苏铁蕨木质根上茎直立部分的提取条件如表 1所示。
表 1　微波-乙醇法提取苏铁蕨中有效成分的条件
Table1　Microwave-ethanolextractionconditionofeffectivecomponentsinB.insignis
提取次数
extractingtimes
液固比(mL∶g)
liquid∶solid
提取时间 /min
extractingtime
提取温度 /℃
extractingtemp.
微波功率 /W
microwavepower
1 3∶1 20 58 187
2 2∶1 15 58 182
3 1∶1 10 58 186
2.2　GC-MS分析结果
按以上条件对苏铁蕨进行 GC-MS分析 ,分离出 60个组分 ,确定了其中 55个组分的结构 ,结果见表 2。
112　 林　产　化　学　与　工　业 第 28卷
表 2　苏铁蕨中脂溶性化学成分及 GC含量
Table2　ChemicalcomponentsandGCcontentsofvolatilefractionfromB.insignis
序号
No.
化合物
compounds
保留时间 /min
retentiontime
分子式　
formula　
相对分子质量
Mr
GC含量 /%
GCcontent
1 羟基乙酸 hydroxyaceticacid 3.10 C2H4O3 76 1.27
2 己酸 hexanoicacid 6.58 C6H12O2 116 23.2
3 4-己烯酸 4-hexenoicacid 6.68 C6H10O2 114 0.73
4 十甲基环戊硅氧烷 decamethyl-cyclopentasiloxane 8.05 C10H30O5Si5 370 0.23
5
2-(4-甲基-6-(2, 6, 6-三甲基环己-1-烯)己烷-1, 3, 5-三烯基)环
己-1-烯-1-甲醛 2-(4-methyl-6-(2, 6, 6-trimethylcyclohex-1-enyl)
hexa-1, 3, 5-trienyl)cyclohex-1-en-1-carboxaldehyde
10.29 C23H32O 324 0.21
6 十二甲基环己硅氧烷 dodecamethyl-cyclohexasiloxane 10.49 C10H36O6Si6 444 1.92
7 十三烷 tridecane 10.83 C13H28 184 0.71
8
2-乙酸萘-6-羟基-6-甲基环十酯
2-yl-aceticacid-naphthalen-6-hydroxy-6-methyl-cyclodecylester 11.20 C23H30O3 354 0.08
9
2-苯甲酰-1, 1, 10-三甲基-6, 9-对二氧萘烷
2-benzoyloxy-1, 1, 10-trimethyl-6, 9-epidioxydecalin 11.60 C20H26O4 330 0.05
10 9-己基十七烷 9-hexylheptadecane 11.89 C23H48 324 0.29
11 二十四烷 tetracosane 12.00 C24H50 338 0.25
12 2-甲基-4-乙基-4-丙基癸烷 2-methyl-4-ethyl-4-propanyl-decane 12.06 C16H34 226 0.23
13
3, 7, 11-三甲基-1, 6, 10-十二碳三烯-3-乙烯基甲酸酯
3, 7, 11-trimethyl-1, 6, 10-dodecatrien-3-vinylformate 12.31 C16H26O2 250 0.5
14 2-甲基-2-十三碳烯 2-methyl-2-tridecene 12.42 C14H28 196 0.92
15 十四烷 tetradecane 12.54 C14H30 198 1.84
16 三十烷 triacontane 12.66 C30H62 422 0.26
17 油酸 oleicacid 12.83 C16H26O2 282 0.23
18 (Z, E)-α-金合欢烯 (Z, E)-α-farnesene 12.95 C15H24 204 0.26
19 长叶烯 longifolene 13.05 C15H24 204 3.28
20 β-石竹烯 β-caryophylene 13.18 C15H24 204 3.96
21 十四甲基环庚硅氧烷 tetradecamethyl-cycloheptasiloxane 13.28 C14H42O7Si7 518 1.78
22 1-辛基-环己烷 1-octyl-cyclohexane 13.55 C14H28 196 0.16
23 β-倍半水芹烯 β-sesquiphelandrene 13.60 C15H24 204 1.14
24 3-甲基-6-丙基十二烷 3-methyl-6-propyl-dodecane 13.70 C16H34 226 0.58
25 α-石竹烯 α-caryophylene 13.87 C15H24 204 1.83
26 1-十五烯 1-pentadecene 14.07 C15H30 210 2.21
27 反-2-十六烯-1-醇 trans-2-hexadecene-1-ol 14.19 C16H32O 240 2.4
28 α-姜黄烯 α-curcumene 14.27 C15H22 202 0.52
29 十五烷 pentadecane 14.42 C15H32 212 11.53
30 α-香柠檬烯 α-bergamotene 14.51 C15H24 204 1.47
31 β-马榄烯 β-maaliene 14.66 C15H24 204 0.56
32 β-红没药烯 β-bisabolene 14.76 C15H24 204 2.25
33 δ-杜松烯 δ-cadinene 15.02 C15H24 204 0.44
34 桉叶烯-3, 7(11)-二烯 eudesma-3, 7(11)-diene 15.14 C15H24 204 0.78
35 顺-α-红没药烯 cis-α-bisabolene 15.39 C15H24 204 0.94
36 二十烷 icosane 15.64 C20H42 282 0.57
37 二十八烷 octacosane 15.79 C28H58 394 0.44
38 1-3-二聚环戊二烯 1, 3-cyclopentadienedimmer 16.21 C10H12 132 0.59
39 1-十六烯 1-hexadecene 16.27 C16H32 224 1.78
40 十六烷 hexadecane 16.39 C16H34 226 3.27
41 3-二十三烯 3-tricosene 16.50 C13H46 322 0.32
42 2, 6, 10-三甲基十五烷 2, 6, 10-trimethyl-pentadecane 17.26 C18H38 254 1.41
43 三十二烷 dotriacontane 17.80 C32H66 450 0.47
44 顺-3-十七烯 cis-3-heptadecene 18.00 C17H34 238 2.80
45 反-8-十七烯 trans-8-heptadecene 18.16 C17H34 238 4.83
46 十七烷 heptadecane 18.40 C17H36 240 7.69
47 2-二十一烯 2-henicosene 20.29 C21H42 294 0.56
48 二十二烷 docosane 20.40 C22H46 310 0.51
49 3-乙基-5(2-乙基丁基)-十七烷 3-ethyl-5(2-ethylbutyl)-heptadecane 20.45 C26H54 366 0.50
50 异丁基-4-辛基-邻苯二甲酸酯 isobutyl-4-octyl-phthalate 21.91 C20H30O4 334 1.74
51 乙基-异甾烷酯 ethyliso-alocholate 22.13 C26H44O5 436 0.30
52 二十九烷 nonacosane 22.35 C29H60 408 0.25
53 丁基辛基邻苯二甲酸酯 butyloctylphthalate 22.85 C20H30O4 334 0.11
54 二丁基邻苯二甲酸酯 dibutyl-phthalate 23.77 C16H22O4 278 0.56
55 棕榈酸乙酯 ethyl-palmitate 24.24 C18H36O2 284 0.17
第 2期 樊亚鸣 , 等:苏铁蕨中脂溶性成分的提取及 GC-MS分析 113　
2.3　测定结果分析
从苏铁蕨的脂溶性成分中鉴定出 55个化合物。按大类分别为有机酸 、倍半萜 、烷烃 、环硅氧烷 4大
类物质 。由表 2可知 ,已鉴定的成分占色谱总出峰面积的 97.88%。
在检出化合物中 , GC含量最高的成分为己酸 ,达 23.2%,加上羟基乙酸 、4-己烯酸及油酸 ,酸性脂
溶性成分所占 GC含量达 25.43%,说明苏铁蕨是一种处于酸性状态的植物;其次是烷烃的总 GC含量
最高 ,达 30.38%,所对应的烷烃类化合物有 17个之多 ,其中 GC含量最高的为十五烷(11.53%),且直
链烷烃占 12个;第三是倍半萜类 ,其对应的化合物有 13个 ,其中 GC含量较高的有长叶烯(3.28%)、
β-石竹烯(3.96%)及 β-红没药烯(2.25%)等 ,总 GC含量达 19.64%,资料 [ 9]表明倍半萜类成分具有
挥发性 ,并有多种生物活性;第四是环硅氧烷化合物 ,也是苏铁蕨中最具代表性的化合物 ,其中包括十四
甲基环庚硅氧烷(1.78%)等 3个化合物 ,总 GC含量为 3.93%,这类化合物在蕨类植物中首次发现。
2.4　化合物内分子间的相互关系
2.4.1　环硅氧烷类　在图谱分析中 , 21号峰对应的未知物与十四甲基环庚硅氧烷的标准质谱图最为相
似 ,两者的分子离子峰及其碎片基本相同(见图 1),因而可确认 21号峰的结构是十四甲基环庚硅氧烷。
图 1　21号峰未知物的质谱图(a)与标准质谱图(b)间的比较
Fig.1　Comparisonofmassspectrabetweenunknowncompound21 (a)andcyclosiloxaneasstandard(b)
　　确认 21号峰的结构为 4、6号峰对应的化合物结构提供了佐证 。因相似的代谢途径与酶的催化作用 ,
使存在于同一天然产物中的化合物之间在结构上具有一定的相关性。 4、6号峰对应的环硅氧烷结构 ,既是
NIST谱库检出的首选结构 ,也是类似物中相似度最高的结构 。作者有理由认为 4、6号峰的相似度是较高
的 ,可以作为 21号峰的同系物而确认其结构。苏铁蕨脂溶成分中 3个典型结构的相关性还可从环上硅原
子数依次递增(5、6与 7个硅原子)方面找到明确的证据。 3个环硅氧烷同系物的结构见图 2。
图 2　苏铁蕨中 3个环硅氧烷结构的比较
Fig.2　ComparisonofthestructuresforthreecyclosiloxanesinB.insignis
2.4.2　有机酸类　检出的 4个酸性化合物中 ,两个结构是相互关联的 ,它们彼此映证了对方的存在。
114　 林　产　化　学　与　工　业 第 28卷
2.4.3　烷烃类　天然产物的脂溶性挥发成分中含有烷烃是比较常见的 。但在苏铁蕨中部分烷经系列
不分奇偶以一个碳为系差非常有规律的递增是比较少见的:十三烷(0.71%)、十四烷(1.84%)、十五
烷(11.53%)、十六烷(3.27%)及十七烷(7.69%)。
2.4.4　倍半萜类　13个倍半萜类化合物结构本身就是特征性很强的脂溶性挥发成分 。
3　结 论
3.1　采用温和的条件提取苏铁蕨中的脂溶性成分 ,以保留化合物的原始结构;通过 GC-MS进行测试
分析。提取条件:苏铁蕨木质根上茎直立部分的粉末 50g,温度 60℃,微波功率低于 187W,提取时间
45min;共检出 60个成分 ,并鉴定出其中 55个化合物的结构。
3.2　采用 NIST谱库检索 、次生代谢产物间的生源关系及质谱图的人工分析 ,首次确定了苏铁蕨中有代
表性一个化合物群———环硅氧烷系列的 3个同系物的化学结构。
3.3　通过分析 ,将苏铁蕨中的脂溶性挥发成分划分为 4类化合物:有机酸类 、烷烃类 、倍半萜类与环硅
氧烷类 。此 4类化合物使苏铁蕨这种珍稀植物具有以下特征:酸性植物;已检测的次生代谢产物的结构
的稳定性都较高 。这是否与其四亿年的存在状况有关还有待进一步研究。
参考文献:
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本刊 信 息
《林产化学与工业 》征订启事
《林产化学与工业》(双月刊)是中国林业科学研究院林产化学工业研究所和中国林学会林产化学化工分会共同主
办的学术类刊物。报道范围是可再生的木质和非木质生物质资源的化学加工与利用 ,包括生物质能源 、生物质化学品和
生物质材料等 , 主要包括植物资源的热转化 、热化学转化和活性炭 ,木材化学和制浆造纸 ,生物质原料水解 , 松脂及松香 、
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新研究成果。
本刊自 1981年创刊以来即先后被美国《CA》、英国《CABAbstracts》、英国《FPA》、俄罗斯《PЖ》、日本《科学技术文献
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