全 文 ：热带亚热带植物学报 2016,24(1)：93 ~ 98
Journal of Tropical and Subtropical Botany

收稿日期: 2015-05-27 接受日期: 2015-07-28
基金项目：国家科技支撑计划项目(2014BAD15B00)；福建省自然科学基金项目(2015J01119)；省属公益类科研院所基本科研专项(2013GY04)资助
This work was supported by the Projects in the National Science & Technology Pillar Program (Grant No. 2014BAD15B00), the National Natural Science
Foundation of Fujian, China (Grant No. 2015J01119), and the Special Projects for Basic Scientific Research of Provincial Public Research Institutes (Grant No.
2013GY04).
作者简介: 牛先前(1981~ ), 男, 硕士, 研究方向为植物生理生态。E-mail: nxq828@126.com
* 通信作者 Corresponding author. E-mail: fafuzgh@126.com


胡椒木叶片精油成分分析及其抗氧化、驱虫、抗菌
活性

牛先前1，杜丽君2，林秀香1，郑国华3*
(1. 福建省热带作物科学研究所，福建 漳州 363001；2. 漳州城市职业学院，福建 漳州 363002；3. 福建农林大学园艺学院，福州 350002)

摘要: 为解决在城市绿化中滥用化学农药引起的生态问题，研究了胡椒木(Zanthoxylum piperitum)叶片的精油成分及其驱虫、
杀虫、杀菌活性。结果表明, 采用石油醚萃取胡椒木叶片精油的最佳工艺条件为提取时间 4 h、温度 50℃、料液比 1꞉5，得率
最高为 0.5123%。从胡椒木叶片精油中共鉴定出 25 个化学成分，主要为酯类、烃类和醇类，占总峰面积的 99.96%，而具有
驱虫、杀虫和抗菌活性的成分占 88.50%，包括肉桂酸甲酯(87.83%)、柠檬烯(0.18%)、薄荷醇(0.11%)、香茅醛(0.10%)、α-蒎
烯(0.08%)、α-石竹烯(0.08%)、松油醇(0.04%)、石竹烯(0.03%)、羟基大牻牛儿-1(10),5-二烯(0.03%)和 β-水芹烯(0.02%)等。
20 mg mL–1的精油对 DPPH·自由基的清除率达 85.38%，接近 BHT 阳性对照；但还原性低于 Vc，表现出较弱活性，这可能
与提取工艺有关。因此，胡椒木叶精油含有多种驱虫、杀虫、抗菌等生物活性成分，具有开发为天然植物农药的潜力。
关键词: 正交试验；溶剂萃取法；胡椒木；精油；GC-MS
doi: 10.11926/j.issn.1005-3395.2016.01.013

Components of Essential Oils from Zanthoxylum piperitum Leaves and Its
Capacities of Antioxidant, Anthelmintic, and Bacteriostasis

NIU Xian-qian
1
, DU Li-jun
2
, LIN Xiu-xiang
1
, ZHENG Guo-hua
3*

(1. Fujian Institute of Tropical Crops, Zhangzhou 363001, Fujian, China; 2. Zhangzhou City College, Zhangzhou 363001, Fujian, China; 3. Horticulture
College, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China)

Abstract: In order to resolve a series of ecological problem caused by abuse of chemical pesticides in urban
greening, the composition of essential oils from Zanthoxylum piperitum leaves were analyzed, and their
insecticidal and antibacterial effects were studied. The results showed that the optimum process of petroleum ether
extraction for essential oils was 4 h, 50℃, with solid-to-liquid ratio of 1꞉5, and the highest yield was 0.5123%.
Twenty five compounds dominated by hydrocarbons, alcohols and esters were identified, accounting for 99.96%
of total peak area. Among them, the components with anthelmintic, insecticidal and antibacterial activity
accounted for 88.50%, such as methyl cinnamate (87.83%), limonene (0.18%), menthol (0.11%), citronellal
(0.10%), α-pinene (0.08%), α-caryophyllene (0.08%), terpineol (0.04%), caryophyllene (0.03%),
hydroxygermacra-1(10),5-diene (0.03%) and β-phellandrene (0.02%), et al. The DPPH· scavenging rate treated by
20 mg mL
–1
essential oils was 85.38% closed to the BHT positive control, but its reductibility was weaker than
that of Vc, which might be associated with extraction process. Therefore, the essential oils of Z. piperitum leaves
contained many kinds of bioactive substances, such as insecticide, insecticidal and antibacterial, it had
94 热带亚热带植物学报 第 24 卷

development potential for nature plant pesticides.
Key words: Orthogonal test; Solvent extraction; Zanthoxylum piperitum; Oil; GC-MS
胡椒木(Zanthoxylum piperitum)是芸香科(Rutaceae)
花椒属植物，主要分布在长江以南地区，具有耐热、
耐寒、耐旱、耐风、耐修剪，易造型、易栽培、易移
植，叶青翠适合作庭植美化。因胡椒木全株具浓烈胡
椒香味，自身少有病虫害(目前仅偶见炭疽病及蚜虫),
且周边植物也少有病虫害。这对减少农药使用和开发
替代化学农药的植物天然保护剂具有重要意义。
农药使用者只考虑农药购买成本和施药时的
劳动成本，不承担农药使用后的环境成本和社会成
本，是导致农药使用不科学、不合理的重要原因[1]。
尤其是在人口密度高度集中的城市绿地维护中农
药滥用的问题更加突出。有调查表明，城市农药污
染问题普遍高于农村，北京城区土壤中农药污染毒
性高出农村约1.2~1.6倍[2–3]；天津城区土壤中农药
毒性高出近郊区约1.3倍，高出远郊区约5.2倍[4]。有
关胡椒木具有驱虫抗菌特点的研究尚未见报道, 但
利用胡椒木驱虫抗菌的特点来减少养护管理中农
药使用带来的污染，营造利于人体健康的生态氛
围，是一条切实可行的可持续发展思路。本研究通
过正交试验探索溶剂萃取法提取胡椒木叶片精油
的工艺流程，采用GC-MS分析胡椒木叶片精油中的
化学成份，并对其抗氧化性进行检测，论证胡椒木
驱虫抗菌的特性，为避免或减少农药使用, 保护城
市生态环境提供理论依据，也为替代化学农药的植
物天然保护剂的开发提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料和仪器
胡椒木 (Zanthoxylum piperitum)为2年生盆栽
苗，株高50 cm、冠径50 cm左右，购于福建省福州
市缤纷花木市场，先在福建农林大学园艺学院盆栽
试验场培养45 d，于9月中旬采摘生长健壮、无病虫害
的完整叶片，单蒸水冲洗，混匀、晾干后称重。
BS/BT系列电子天平(德国赛多丽斯)；旋转蒸
发仪(日本EYELA)；LGJ-25C 冷冻干燥机(北京四环)；
ZHWY-100B 塑壳经典型小容量恒温培养振荡器(上海正
慧)；气质联用仪(GC/MS) (美国Varian Saturn3900/2100)。

1.2 精油提取
取叶片 20 g 于 250 mL 萃取瓶中按设定条件萃
取，滤渣重复萃取 2 次。滤液抽滤除去粗杂质后，经
旋转蒸发去有机溶剂，得精油。精油得率(%)=(M2-
M1)/样品质量×100%，式中M1为干燥的旋蒸瓶质量；
M2为旋转蒸发后旋蒸瓶质量。

1.3 正交试验
选择萃取杂质相对少且低沸点易蒸干的石油
醚为萃取溶剂。在单因子研究基础上，选取时间(A)、
温度(B)和料液比(C)等 3 个因子，按照正交试验法
设计 L9(3
4
)正交试验(表 1)。以胡椒木叶片精油得率
为依据，确定最佳提取工艺。

1.4 GC-MS 分析
提取的精油干燥后，用石油醚(60℃~90℃)稀释
20倍，过0.22 μm有机滤膜，取1.5 mL待测。气相条件：
采用DB-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，传输
线温度280℃，进样口温度250℃；升温顺序：起始
温度50℃，保留5 min；以5 ℃ min–1上升到260℃,
保留2 min；载气为氦气(纯度≥99.999%), 流速为
1 mL min
–1
(横流模式)，进样量10 μL；质谱条件: 电
离方式为EI，电子能量70 eV，阱温220℃；质量扫
描范围为40~650 amu。

1.5 抗氧化活性测定
将所得精油配制成2、4、6、8、10、12、14、
16、18、20 mg mL–1的精油乙醇溶液。参考Feresin
等[5]的方法测定DPPH·自由基清除能力，以同浓度
表 1 正交试验的因子及水平
Table 1 Factors and levels for orthogonal test
水平
Level
因子 Factor
时间 Hour (A) 温度 Temperature (℃) (B) 料液比 Ratio of solid-to-liquid (C)
1 3 50 1꞉8
2 4 40 1꞉6.5
3 5 30 1꞉5
第 1 期 牛先前等：胡椒木叶片精油成分分析及其抗氧化、驱虫、抗菌活性 95


的BHT为阳性对照。还原力测定参考邢思雷等[6]的
方法，以同浓度的抗坏血酸(Vc)为阳性对照。

1.6 统计分析
采用DPS 7.05版软件新复极差法进行数据统计
分析处理，SigmaPlot V 10.0软件作图。

2 结果和分析

2.1 最佳工艺流程
选择提取时间(A)、温度(B)、料液比(C)为主要
因子，依照L9(3
4
)设计正交试验确定最优提取条件，
为防止漏掉对试验结果有重要影响的其它因子，加
入空列。由表2可知，A、B、C因子的极差分别为
0.0395、0.1455、0.025，即影响提取效果的主次顺序
为：B>A>C。可见，提取温度对精油得率影响最为关
键，其次是提取时间，而料液比的影响最小。工艺优
化以精油得率为考察指标，因此选择各因子中得率最
大值所对应的水平，得出最优方案为A2B1C3，即提取
时间为4 h，温度为50℃，料液比为1꞉5。
表 3 的统计分析表明，因子 B 对精油得率的影
响达极显著水平；从 F 值也可看出，各因子影响提
取效果的主次顺序为 B>A>C。
按 A2B1C3的工艺条件，即提取时间 4 h，温度
50℃，料液比 1꞉5，提取胡椒木叶片精油，并重复 3
次，精油得率的平均值为 0.5123%，高于正交试验
方案中的最高值(0.4783%)，说明提取工艺的优化方
案是有效的。

2.2 GC-MS 分析鉴定
采用GC-MS法对提取的胡椒木叶片精油进行
分析，在Thermo Frace化学工作站NIST (2005)质谱
库检索与标准图进行对比，并结合文献资料进行确
认。从石油醚萃取的胡椒木叶片精油中共鉴定出25
种化学成分(图1和表4)，占总量的99.96%。其中主
要成分为脂类，含量较高的有肉桂酸甲酯(87.83%)、

表 2 L9(3
4
)正交试验
Table 2 Orthogonal test of L9(3
4
)
编号 No. A B C 空列 Blank 提取率 Yield (%)
1 1 1 1 1 0.355
2 1 2 2 2 0.2833
3 1 3 3 3 0.2983
4 2 1 2 3 0.4783
5 2 2 3 1 0.315
6 2 3 1 2 0.2617
7 3 1 3 2 0.4
8 3 2 1 3 0.3217
9 3 3 2 1 0.2367
K1 0.9366 1.2333 0.9384 0.9067
K2 1.055 0.92 0.9983 0.945
K3 0.9584 0.7967 1.0133 1.0983
k1 0.3122 0.4111 0.3128 0.3022
k2 0.3517 0.3067 0.3328 0.315
k3 0.3195 0.2656 0.3378 0.3661
R 0.0395 0.1455 0.025 0.0128
K1、K2和 K3为总和，而 k1、k2和 k3为平均值; R: 极差。
K1, K2 and K3 present the sum, while k1, k2 and k3 for the average, respectively; R: Range.

表 3 正交试验的方差分析
Table 3 ANVOA analysis of orthogonal test
变异来源
Source of variation
平方和
Sum of square
自由度
Degree of freedom
均方
Mean square
F P
A 0.0079 2 0.004 1.6220 0.2251>0.05
B 0.1014 2 0.0507 20.7082 0.0001<0.01
C 0.0032 2 0.0016 0.6436 0.5371>0.05
96 热带亚热带植物学报 第 24 卷

图 1 溶剂萃取胡椒木叶片精油组分总离子图
Fig. 1 Total ion diagram of essential oils from Zanthoxylum piperitum leaves

表 4 胡椒木叶片的精油成分
Table 4 Composition of essential oils from Zanthoxylum piperitum leaves
序号
No.
保留时间
Retention time
(min)
化合物
Compound
分子式
Molecular
formula
分子量
Molecular
weight
相对含量
Relative
content (%)
1 5.955 苯乙烷 Ethylbenzene C8H10 106 0.12
2 6.273 邻二甲苯 o-Xylene C8H10 106 0.52
3 7.684 α-蒎烯 α-Pinene C10H16 136 0.08
4 9.898 β-水芹烯 β-Phellandrene C10H16 136 0.02
5 10.578 β-月桂烯 β-Myrcene C10H16 136 0.01
6 11.172 α-水芹烯 α-Phellandrene C10H16 136 0.01
7 11.975 柠檬烯 Limonene C10H16 136 0.18
8 12.648 庚酮 2-Heptanone C7H14O 114 0.04
9 13.473 邻甲苯胺 o-Toluidine C7H9N 107 0.31
10 14.403 芳樟醇 Linalool C10H18O 154 0.05
11 15.155 辛酸甲酯 Octanoic acid, methyl ester C9H18O2 158 0.03
12 16.057 香茅醛 Citronellal C10H18O 154 0.10
13 17.444 α-松油醇 α-Terpineol C10H18O 154 0.04
14 17.847 薄荷醇 Menthol C10H20O 156 0.11
15 20.598 肉桂酸甲酯 Methyl cinnamate C10H10O2 162 87.83
16 21.455 反式-乙酸香芹酯 trans-Carvyl acetate C12H18O2 194 0.08
17 21.717 α-松油烯 α-Terpinene C10H16 136 0.33
18 23.688 石竹烯 Caryophyllene C15H24 204 0.03
19 24.604 α-石竹烯 α-Caryophyllene C15H24 204 0.08
20 27.885 羟基大牻牛儿-1(10),5-二烯 Hydroxygermacra-1(10),5-diene C15H26O 222 0.03
21 29.873 顺式-对甲氧基肉桂酸甲酯 cis-Methyl p-methoxycinnamate C11H12O3 192 0.32
22 33.775 Scytalone C10H10O4 194 0.05
23 35.704 邻苯二甲酸丁基环己酯 1,2-Benzenedicarboxylic acid, butyl cycl C18H25O4 305 8.78
24 35.995 泪杉醇 Manool C20H34O 290 0.26
25 39.713 扁桃酸甲基酯 Mandelic acid methyl ester C9H10O3 166 0.55
邻苯二甲酸丁基环己酯 (8.78%)、扁桃酸甲基酯
(0.55%)等。

2.3 抗氧化活性测定
由图2可知，石油醚提取的胡椒木叶片精油有清
除DPPH·自由基的能力，精油浓度为1~20 mg mL–1时，
清除能力逐渐增强。精油浓度与清除能力呈现较好
的量效关系，其IC50为7.413 mg mL
–1。精油浓度为
20 mg mL
–1时，对DPPH·自由基的清除率达到阳性对
照BHT的85.38%。石油醚提取的胡椒木叶片精油还
原能力随精油浓度的增加而逐渐增强，但比对照的
还原能力弱, 精油浓度为20 mg mL–1时的还原能力
150
0
50
100
20 25 30 35
时间 Time (min)
40 45 50
k
C
o
u
n
ts

200
250
300
350
400
0 5 10 15


第 1 期 牛先前等：胡椒木叶片精油成分分析及其抗氧化、驱虫、抗菌活性 97

图 2 胡椒木叶片精油的抗氧化能力
Fig. 2 Antioxidant capacities of essential oils from Zanthoxylum piperitum leaves

仅为Vc的24.49%。

3 讨论和结论

GC-MS分析表明，胡椒木叶片精油含有大量的
驱虫、杀虫、杀菌成分，其中最有效成分是柠檬烯
(0.18%)和肉桂酸甲酯(87.83%)[7]。柠檬烯和α-蒎烯
(0.08%)具有强大的抗菌活性，可抑制多种病原菌的
生长、繁殖[8]。柠檬烯对蚊虫及其他昆虫具有明显
的驱避及毒杀活性[9–10]，α-蒎烯对蚊虫具有毒杀活
性[11]。α-松油醇(0.04%)对革兰阴性菌和革兰阳性菌
均具有较强抗菌活性[12]，可以通过细胞壁和细胞膜
透性变化抑制细菌核酸的合成和可溶性蛋白的表
达[13]。薄荷醇(0.11%)及薄荷醇类物质对白纹伊蚊具
有一定的驱避效果[14]。香茅醛(0.10%)的缩醛类化合
物对中华按蚊、白纹伊蚊、淡色库蚊表现出较理想
的趋避活性[15]，对红火蚁及小黄家蚁也都具有较好
的驱避活性[16]。β-水芹烯(0.02%)对储粮害虫具有高效
广谱的杀虫活性[17]，被誉为是粮食的保护剂。α-石竹
烯(0.08%)、石竹烯(0.03%)、石竹烯氧化物(0.03%)等
很可能是对蚊虫起驱避和毒杀作用的有效成分[18]。
此外，有研究表明，用乙醇提取的花椒属植物
精油，表现出体外抗甲型流感病毒活性，且在相对
高浓度时有抑制神经氨酸酶的活性[19]；其还参与脂
肪形成途径，具有抑制脂肪生成的作用[20]；还具有
很强的清理DPPH·自由基的能力[21]，酚类物质是强
有力的游离基清除剂和还原剂，并可能有降低神经
疾病的风险[22]。本研究结果表明，胡椒木叶片精油
浓度为20 mg mL–1时，对DPPH·自由基的清除率达
85.38%，接近BHT，具有较强的清除能力；但还原
性仅为Vc的24.49%，说明此提取方法可能忽视了某
些还原性物质成分的提取。这可能与提取工艺的
选择有关，在50℃下萃取胡椒木叶片精油，高温可
能影响了精油中还原性和抗氧化性物质的萃取效
果，尤其是对还原性较强的多酚类化合物；多酚类、
萜类化合物具有相对较强的极性，而石油醚是一种
弱极性有机溶剂，可能影响萃取效果。要全面准确
地了解胡椒木精油的成分，需要运用多种方法综合
分析，以便于全面衡量其开发和利用价值。
以石油醚为溶剂提取胡椒木叶片精油的正交
试验结果表明，温度对精油得率的影响最为关键,
其次是提取时间和料液比，以料液比为1꞉5，50℃萃
取4 h为最佳工艺条件，此时精油得率为0.5123%,
其中已知的具有抗菌、驱虫、杀虫活性成分占
88.50%。这是胡椒木少有病虫害发生的根本原因。
同时表明，胡椒木具有开发为植物天然杀虫剂、驱
虫剂、抗菌剂的潜力。

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浓度 Concentration (mg mL
-1
)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
抑
制
率

In
h
ib
it
in
g
r
a
te
(%
)
0
20
40
60
80
100
对照 Control
精油 Essentiol oil
浓 度 Concentration (mg mL
-1
)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
还
原
力
R
e
d
u
c
ti
b
il
it
y
0.0
.5
1.0
1.5
2.0
2.5
浓度 Concentration ( g mL–1) 浓度 Concentration (mg mL–1)
8 1 2 2
100



8



6



4



2
























0.
还
原
力

R
ed
u
ct
ib
il
it
y

抑
制
率

In
h
ib
it
in
g
r
at
e
(%
)
C ntrol
精油 Essential oil




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