3种人工结香方法所得沉香挥发性成分的SPME/GC-MS分析

张静斐，吴惠勤，黄晓兰,林晓珊，马艳芳,侯思润

(1.广东省测试分析研究所，广东省分析测试技术公共实验室，广东 广州 510070；2.中国科学院广州化学研究所，广东 广州 510650；3.中国科学院大学，北京 100049)

沉香为瑞香科植物沉香或白木香含有黑色树脂的木质部分[1-5]，前者主产于印度和马来西亚等地，被称为进口沉香，后者主产于广东、广西、海南等省被称为国产沉香。沉香为我国传统中药，其味辛、性微温，具行气止痛、温中止呕的功效。一般来讲，白木香树本身不会自然产生沉香[6]，而是在受到外界伤害为了自我保护而分泌树脂来隔离伤口。当树脂被真菌侵入寄生，在菌体内物质酶的作用下，使树木薄壁细胞储存的淀粉产生一系列变化形成香脂，经年累月后，凝聚的香脂与木质纤维的融合物即为沉香。由于白木香树传统结香方法周期长[7]，导致其价格高昂，供不应求。为了满足对沉香的需求，人们尝试用人工方法生成沉香[8]。根据结香诱导物质的不同，人工结香方法可分为：①物理伤害结香法[9]；②化学伤害结香法[10]；③生物结香法[6]。本文分别对物理(火钻法)、化学以及生物3种结香方法所得沉香进行分析。

国内外学者研究发现，沉香主要成分为木脂素类、色酮类等难挥发性成分[11]以及脂肪酸、倍半萜类、芳香族类等挥发性成分[12]。前人对于国产沉香挥发性成分的报道大多是通过乙醚超声法[13]、氯仿冷浸法[6]、乙醇热回流法[14]、水蒸气蒸馏法[15]获得并进行检测，以上方法均有较多局限性，如材料用量大、消耗大量时间、人力，有机溶剂易带入杂质，受热导致热不稳定成分分解等。本文在前期研究[16]的基础上采用SPME/GC-MS对3种人工结香方法进行分析，以沉香的特征性成分为指标对其品质进行评价，对结香方法的优劣提出科学评价，并与前期所研究的天然沉香品质进行比较。

1 实验部分

1.1 仪器装置与样品

1.1.1实验装置Agilent 6890 GC/5973i MS气相色谱-质谱联用仪(美国安捷伦公司)；色谱柱为AB-5弹性石英毛细管(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；NACC-1固相微萃取头(广东省测试分析研究所自主研发)。

1.1.2实验样品本实验采用了6批人工结香的样品，均为国产沉香，分别为生物结香PR1、PR2，化学结香C1、C2，物理结香(火钻法)F1、F2。其中火钻法所得的沉香树体不仅有孔，而且会有灼烧的痕迹；化学结香方法所得的沉香树体上会有输液时所钻小孔，且树体会有腐烂。

1.2 SPME法富集沉香挥发性成分

取0.10 g样品于20 mL带有聚四氟乙烯密封塞的顶空瓶中，密封，将带有NACC-1萃取头的固相微萃取针穿过密封塞插入顶空瓶中，推出NACC-1萃取头(萃取头距样品表面约1 cm)，于70 ℃下萃取40 min，取出固相微萃取针迅速插入气相色谱进样口中，在250 ℃下解吸10 min，GC-MS测定微量成分。

1.3 气相色谱-质谱测定条件

1.3.1GC条件色谱柱：AB-5弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气：He(99.999%)；柱流量：0.7 mL/min，恒流；不分流进样；进样口温度：250 ℃；柱初温120 ℃，程序升温：以4 ℃/min升至240 ℃，保留2.7 min，运行时间32.7 min。固相微萃取的解吸时间为10 min。

1.3.2MS条件离子源：EI离子源；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；色谱-质谱连接口温度：280 ℃；电子能量：70 eV；电子倍增器电压：在自动调谐基础上加200 V；扫描方式：SCAN，扫描范围m/z33～550 u。

1.4 GC-MS测定

将富集了沉香挥发性成分的固相微萃取针头迅速插入气相色谱进样口，经气相色谱分离后，质谱测定，全扫描方式记录总离子流色谱图(TIC)，以质谱鉴定各色谱峰的化学成分，用峰面积归一化法确定相对含量。

2 结果与讨论

2.1 沉香化学成分的SPME/GC-MS鉴定

3种不同结香方法所得沉香的TIC见图1，各色谱峰对应的质谱图经人工解析谱图及计算机谱库检索确定其化学成分，共鉴定出77种主要成分，其中生物结香(PR生物结香液)方法所得沉香PR1和PR2分别鉴定出45种、46种，化学方法所得沉香C1和C2分别鉴定出33种、42种,火钻法所得沉香F1和F2分别鉴定出40种、39种。对质谱图进行分析比较，发现生物结香方法所得沉香的色谱图和天然沉香的相似度最高。用面积归一化法计算其相对含量，结果见表1。

图1 3种不同结香方法所得沉香的代表性总离子流色谱图Fig.1 TICs of the representative agarwood formed by three different inducing methods

PeakCompoundMolecularformulaMolecularweightContent(%)PR1PR2C1C2F1F21Benzaldehyde(苯甲醛)C7H6O106.03.314.235.015.442.59-*2Benzoicacid(苯甲酸)C7H6O2122.00.32----0.633Nonanal(壬醛)C9H18O142.11.750.332.261.460.13-4Decanal(癸醛)C10H20O156.20.330.45-0.76--54-phenyl-2-Butanone(苄基丙酮)C10H12O148.12.452.862.322.611.731.096Tetradecane(十四烷)C14H30198.2--2.671.080.65-7β-Elemene(β-榄香烯)C15H24204.22.793.152.60-5.823.898α-Cedrene(α-白木香烯)C15H24204.23.633.00-0.674.300.369α-Amorphene(紫穗槐烯)C15H24204.2------10β-Bergamotene(β-香柠檬烯)C15H24204.21.64---3.001.0111Zingiberene(姜烯)C15H24204.2----0.45-12α-Guaiene(α-愈创木烯)C15H24204.20.620.77-1.805.931.8413α-Humulene(α-蛇麻烯)C15H24204.21.292.003.192.192.20-14Aristolene(马兜铃烯)C15H24204.22.381.191.771.373.031.7915α-Bergamotene(α-香柠檬烯)C15H24204.20.740.34---0.8416α-Selinene(α-蛇床烯)C15H24204.23.163.522.892.786.833.2717δ-Selinene(δ-蛇床烯)C15H24204.23.744.102.033.8710.14.53181-(1,5-dimethyl-4-hexenyl)-4-methyl-Benzene(1-(1,5-二甲基-4-己烯基)-4-甲基苯)C15H22202.26.734.10----19Curcumene(姜黄烯)C15H22202.2-1.93-1.783.955.51201,2,3a,3b,4,5-hexahydro-3b-methyl-7-(1-methyle-thyl)-3-Cyclopenta[1,3]cyclopropa[1,2]benzene-3,6(7H)-dione(1,2,3a,3b,4,5-六氢-3b-甲基-7-(1-甲基乙基)-3H-环戊二烯并[1,3]环丙并[1,2]苯-3,6(7H)-二酮)C14H20O2220.2--4.892.571.97-21Aromadendrene(香橙烯)C15H24204.2-5.13--7.40-22β-Selinene(β-蛇床烯)C15H24204.21.201.022.091.212.330.5423p-Methoxybenzylacetone(对甲氧基苄基丙酮)C11H14O2178.11.522.680.750.891.320.9824Alloaromadendrene(别香橙烯)C15H24204.21.020.38-1.25--25α-Gurjunene(α-古芸烯)C15H24204.2--6.25-1.36-26δ-Guaiene(δ-愈创木烯)C15H24204.21.982.08-1.662.213.4227β-Patchoulene(β-绿叶烯)C15H24204.20.68----0.8328γ-Cadinene(γ-杜松烯)C15H24204.2--5.340.620.79-29δ-Cadinene(δ-杜松萜烯)C15H24204.2--7.760.990.63-30Cadina-1,3,5-triene(1,3,5-杜松三烯)C15H22202.2--2.442.43--31Ledene(绿花烯)C15H24204.20.24--0.45--32Isolongifolene(异长叶烯)C15H24204.2-0.83----33Guaiol(愈创醇)C15H26O222.21.131.06----

(续表1)

PeakCompoundMolecularformulaMolecularweightContent(%)PR1PR2C1C2F1F234Elemol(榄香醇)C15H26O222.22.780.67-1.31-3.6135Selina-3,7(11)-diene(3,7(11)-蛇床二烯)C15H24204.2-----0.33361a,2,6,7,7a,7b-hexahydro-1,1,7,7a-tetramethyl-1H-Cyclopropa[a]naphthalene(1a,2,6,7,7a,7b-六氢-1,1,7,7a-四甲基-1H-环丙沙星[a]萘)C15H22202.2---3.043.43-378,9-Dehydro-neoisolongifolene(8,9-脱氢新异长叶烯)C15H22202.21.060.96--0.43-38Agarofuran(沉香呋喃)C15H26O222.22.461.971.771.321.250.8739Hexadecane(十六烷)C16H34226.3--3.821.520.51-40α-Santalol(α-檀香醇)C15H2O220.26.027.34--2.393.2041γ-Bisabolene(γ-没药烯)C15H24204.2---2.85--421-(1-buten-3-yl)-4-pentyl-Benzene(1-(1-丁烯-3-基)-4-戊基-苯)C15H22202.2--3.45-1.68-433,4-dihydro-4,4,5,7-tetramethyl-Coumarin-6-ol(3,4-二氢-4,4,5,7-四甲基-香豆素-6-醇)C13H16O3220.1-----1.1744β-Ionone(β-紫罗兰酮)C13H20O192.2----0.39-45β-Humulene(β-蛇麻烯)C15H24204.22.303.03--0.963.48462,6-bis(1,1-dimethylethyl)-1,4-Benzenediol(2,6-双(1,1-二甲基乙基)-1,4-苯二酚)C14H22O2222.2-0.32---3.23471-methyl-4-(1,2,2-trimethylcyclopentyl)-Benzene(1-甲基-4-(1,2,2-三甲基环戊基)-苯)C15H22202.2--2.04--1.5248α-Farnesene(α-金合欢烯)C15H24204.2------49γ-Eudesmol(γ-桉叶醇)C15H26O222.22.703.012.332.312.095.6250γ-Selinene(γ-蛇床烯)C15H24204.23.314.581.981.382.641.1751Valencene(瓦伦烯)C15H24204.2-0.57-3.820.742.4252Longifolen(长叶烯酮)C15H24204.24.315.41----53Agarospirol(沉香螺旋醇)C15H26O222.25.084.993.073.125.675.4254γ-Muurolene(γ-衣兰油烯)C15H24204.20.220.543.602.88--55Hinesol(苍术醇)C15H26O222.23.042.700.891.032.253.45561,2,4a,5,6,8a-hexahydro-4,7-dimethyl-1-(1-methyl-ethyl)-Naphthalene(1,2,4a,5,6,8a-六氢-4,7-二甲基-1-(1-甲基乙基)-萘)C15H24204.2--9.057.49--57α-Muurolene(α-衣兰油烯)C15H24204.20.810.61----58β-Eudesmol(β-桉叶醇)C15H26O222.22.02-3.091.86--59Guaia-3,9-diene(Guaia-3,9-二烯)C15H24204.2--0.86-1.48-60α-Eudesmol(α-桉叶醇)C15H26O222.23.731.09-2.77--61Neoisolongifolene(新异长叶烯)C15H24204.20.971.29-2.97--62Valerenal(缬草萜烯醛)C15H22O218.2--1.18---636-ethenyl-6-methyl-1-(1-methylethyl)-3-(1-methyle-thylidene)-Cyclohexene(6-乙烯基-6-甲基-1-(1-甲基乙基)-3-(1-甲基亚乙基)-环己烯)C15H24204.2------641,4-dimethyl-7-(1-methylethyl)-Azulene(1,4-二甲基-7-(1-甲基乙基)-薁)C15H18198.1--5.267.03--65Aristolone(马兜铃酮)C15H22O218.21.681.221.392.31--66dehydro-Cyclolongifoleneoxide(脱氢环长叶烯氧化物)C15H22O218.22.831.17-3.13-3.43673,5,6,7,8,8a-hexahydro-4,8a-dimethyl-6-(1-methyl-ethenyl)-2(1H)Naphthalenone(3,5,6,7,8,8a-六氢-4,8a-二甲基-6-(1-甲基乙烯基)-2(1H)萘酮)C15H22O218.25.495.70-4.06-1.54681,5,9,9-tetramethyl-1,4,7-Cycloundecatriene(1,5,9,9-四甲基-1,4,7-环十一碳三烯)C15H24204.2-----9.7469Valerenol(缬草萜烯醇)C15H24O220.20.380.94--0.342.31704-(2,2,6-Trimethyl-7-oxabicyclo[4.1.0]hept-4-en-1-yl)pent-3-en-2-one(4-(2,2,6-三甲基-7-氧杂二环[4.1.0]庚-4-烯-1-基)戊-3-烯-2-酮)C14H20O2220.2-----0.4471octahydro-3,6,6,7a-tetramethyl-2H-2a,7-Methanoa-zuleno[5,6-b]oxirene(八氢-3,6,6,7a-四甲基-2H-2a,7-亚甲基薁基[5,6-b]氧杂环戊烯)C15H24O220.2-----1.03

(续表1)

PeakCompoundMolecularformulaMolecularweightContent(%)PR1PR2C1C2F1F2724,6,6-Trimethyl-2-(3-methylbuta-1,3-dienyl)-3-ox-atricyclo[5.1.0.0(2,4)]octane(4,6,6-三甲基-2-(3-甲基丁-1,3-二烯基)-3-氧杂三环[5.1.0.0(2,4)]辛烷)C15H22O218.2-----1.10738-oxo-9H-Cycloisolongifolene(8-氧代-9H-环异长叶烯)C15H22O218.22.021.11--0.364.5274Baimuxinal(白木香醛)C15H24O2236.21.931.670.320.151.322.01752,4,6,7,8,8a-hexahydro-3,8-dimethyl-4-(1-methyl-ethylidene)-5(1H)-Azulenone(2,4,6,7,8,8a-六氢-3,8-二甲基-4-(1-甲基亚乙基)-5(1H)-薁酮)C15H22O218.20.491.791.643.103.356.48764,4a,5,6,7,8-hexahydro-4a,5-dimethyl-3-(1-methyl-ethylidene)-2(3H)-Naphthalenone(4,4a,5,6,7,8-六氢-4a,5-二甲基-3-(1-甲基亚乙基)-2(3H)-萘酮)C15H22O218.21.721.62-2.67-1.3877Nootkatone(圆柚酮)C15H22O218.2-0.55----Totalnumberoftheidentifiedcompounds(鉴定出化合物的总数目)454633424039Totalcontentofsesquiterpenoids(倍半萜化合物的总含量)76.3877.7158.3859.3885.676.15Totalcontentofaromaticcompounds(芳香族化合物的总含量)21.5421.5132.7735.812.7211.40Totalcontentofaliphaticcompounds(脂肪族化合物的总含量)2.080.788.754.821.6812.45Theratioofcontentofsesquiterpenoidsandaromaticcompounds(倍半萜/芳香族化合物含量的比值)3.553.611.781.666.736.68

*not detected

2.2 不同结香方法所得沉香的化学成分及含量的差异

前人报道[17]，自国产沉香挥发油中分离得到沉香螺旋醇、白木香酸、白木香醛等13个倍半萜成分以及苄基丙酮、对甲氧基苄基丙酮、茴香酸等3个芳香族成分；戚树源等[18]报道，健康白木香木材组织中未见沉香倍半萜类成分，其主要成分为棕榈酸、油酸和亚油酸等脂肪酸。本文采用SPME法富集沉香中的挥发性成分，用GC-MS技术分离鉴别，结果发现6批沉香样品均主要由倍半萜、芳香族、脂肪族等化合物组成，6批沉香均含有苄基丙酮、沉香螺旋醇，说明本次研究的生物、化学、火钻结香方法均已产生沉香，但由于结香方法不同，其化学成分及含量有很大差别。由表1可知，生物结香方法所得沉香的倍半萜/芳香族化合物含量的比值约为3.6，化学法所得沉香的比值约为1.7，而火钻法所得沉香的比值最高，约为6.7；与化学法所得沉香相比，生物及火钻方法所得的沉香中倍半萜化合物总含量相对较高，而芳香族的含量相对较低。比较表1结果发现，6个沉香样品除了13个相同的成分(见表2)之外，3种不同结香方法以及相同结香方法所得不同批次的样品，其余化学成分均相差比较大。

表2 6批沉香的共有成分以及含量Table 2 The common constituents and contents of the six kinds of agarwood

2.3 不同人工结香方法所得沉香的特征性成分与品质评价

有文献报道[7,11,19]，沉香的特征性有效成分主要有苄基丙酮、对甲氧基苄基丙酮芳香族成分以及沉香呋喃、沉香螺旋醇、苍术醇、白木香醛等倍半萜成分，以这些特征性成分及其含量作为评价沉香品质的主要指标。比较不同结香方法所得沉香的特征性成分及含量(表3)发现，火钻法沉香的特征成分沉香螺旋醇的相对含量最高，约为5.5%，生物法沉香约为5%，化学法所得沉香最低，约为3.1%；而且生物结香方法所得沉香的特征性成分的总含量最高，为16.6%，高于火钻法所得的沉香(约为13.6%)，而化学法所得沉香总含量最低，为9.12%。因此在这3种人工结香方法所得6批沉香样品中，生物法沉香的质量最好，所得沉香的品质与天然沉香的品质最为相似，火钻法次之，再次是化学法。

表3 6批沉香样品的特征成分及相对含量Table 3 The characteristic constituents and content of the six kinds of agarwood

3 结 论

本文采用固相微萃取/气相色谱-质谱联用(SPME/GC-MS)对沉香的挥发性化学成分进行研究，通过对总离子流色谱图、沉香特征成分及含量进行分析，对生物、火钻以及化学3种人工结香方法所得的沉香进行品质评价，并对结香方法的优劣提出科学评价。实验结果表明，生物结香方法的结香效果最好，其次为火钻法，均优于化学法。

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