九峰国家森林公园3种林分芬多精成分分析

李光荣　蔡芳　李军章　王义勋　向珊珊　杜业云

摘要：为了解九峰国家森林公园芬多精的主要成分及相对含量，以马尾松林、枫香林和油桐林为研究对象，采用热脱附-气相色谱-质谱（TD-GC-MS）联用法分析林分中芬多精的主要成分及相对含量。结果表明：马尾松林中相对含量最高的为左旋樟脑14.68%，枫香林中相对含量最高的为癸醛6.59%，油桐林中相对含量最高的为反式角鲨烯9.00%；马尾松林、枫香林、油桐林中萜类物质相对含量为40.71%、17.72%、24.22%，尤其马尾松林中萜类物质含量最高，具有较好的森林疗养功效。

关键词：芬多精；热脱附-气相色譜-质谱；萜类；森林康养

中图分类号：S788.1文献标识码：A文章编号：1004-3020（2023）03-0046-07

Components of Phytoncides of Three Stands in Jiufeng National Forest Park

Li GuangrongCai FangLi JunzhangWang YixunXiang ShanshanDu Yeyun

（Hubei Academy of ForestryWuhan430075）

Abstract：In order to understand the main components and relative contents of phytoncides in Jiufeng National Forest Park，the main components and relative contents of phytoncides of pinus massoniana forest，Liquidambar forest and tungoiltree forest were analyzed by thermal desorption with gas chromatography-mass spectrometry （TD-GC-MS）. The results showed that the highest relative content in Pinus massoniana was L-camphor （14.68%），and the highest relative content in Liquidambar forest was decanal （6.59%），the highest relative content in tungoiltree forest is trans-squalene（9.00%）the relative contents of terpenes in Pinus massoniana forest，Liquidambar forest and tungoiltree forest were 40.71%，17.72% and 24.22%，especially the content of terpenes in Pinus massoniana forest is the highest，which has a good forest therapy effect.

Key words：phytoncides; thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry（TD-GC-MS）; terpenes; forest therapy

森林康养指依托优质的森林资源，将现代医学和传统中医学有机结合，配备相应的养生休闲及医疗、康体服务设施，在森林里开展以修身养性、调适机能、延缓衰老为目的的森林游憩、度假、疗养、保健、养老等一系列有益人类身心健康的活动［1］。森林对人体康养作用主要表现为能够释放芬多精，产生负氧离子，净化空气，降低噪音，刺激五官体验等，其中，植物释放的芬多精是森林康养研究的核心要素之一。芬多精是植物的器官和组织在自然状态下释放出的气态有机物，又称植物杀菌素、植物精气或植物挥发性有机物，主要是通过嗅觉处理途径影响人体生理。一方面通过鼻通道中的毛细血管进入上体血液循环传入大脑，刺激中枢神经系统的下丘脑调节腺体分泌；另一方面通过刺激丘脑，以脑电活动传导方式接近控制人体情绪的大脑边缘系统。目前，关于芬多精的人体保健功能研究主要集中在镇痛、抗炎杀菌、抗癌、调节血压、缓解精神障碍、抗痉挛等方面［2］。芬多精大致分为萜类化合物、烷烃、烯烃、芳香烃及其氧化产物（以醇、醛、有机酸为主）。为了解九峰国家森林公园芬多精释放情况，本研究通过吸附管采样-热脱附/气相色谱-质谱法分析公园内马尾松林、枫香林和油桐林释放的芬多精成分及其相对含量。

1区域概况

九峰国家森林公园（114°2950”E，30°314”N）位于武汉市东郊，距离武汉市中心约12 km。属于亚热带季风气候区，年均气温16.3 ℃，极端高温41 ℃，极端低温-17.6 ℃，年日照数1 600 h左右［3］。现有林地约483.52 hm²，其中，以马尾松Pinus massoniana纯林为主的常绿针叶林面积最大最广，约有216.56 hm²，占现有林地的44.79％；其次是以枫香树Liquidambar formosana、栓皮栎Quercus variabilis和马尾松为优势树种的针阔混交林，面积约156.06 hm²，占现有林地的32.28％［4］。

2材料与方法

2.1实验材料

采样管：填料为TA，填料目数为60～80目。

2.2设备仪器

气质联用仪Thermal Fisher Trace 1310 GC/ISQ LT（单四级杆），色谱柱为TG-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；热脱附仪Markes Unity series 2；大气采样器（北京科安劳保新技术有限公司）。

2.3采样地点

采样地点为九峰国家森林公园内的马尾松林、枫香林和油桐Vernicia fordii林，采样的具体位置为林分中距林间小路50～100 m处。马尾松林及枫香林并非纯林，由于造林时间长，林间参杂有大量的灌木，会影响林间气体的成分；油桐林为近年来所造纯林，灌木较少。枫香林与油桐林相距较近，马尾松林与枫香林、油桐林相距较远。

2.4采样方法

利用大气采样器，通过采样管吸附林间芬多精。大气采样器与采样管之间通过干燥剂相连，气体采集方向与管上所标方向一致，管子另外一端连接硅胶管，硅胶管口的高度为1.5 m。通过实验，在保证不透析的情况下，针对九峰国家森林公园的芬多精含量，采样体积控制在2 L左右，本研究采样流量控制在50 mL·min^-1，时间控制在40 min。采样前设置延时5 min，完成后通过专门的封头密封采样管两端，置于冰箱冷藏，并在3 d内完成样品测试。

2.5样品分析

2.5.1热脱附条件

高纯氦气（99.999%）为载气，高纯氮气（99.999%）为制冷剂，热脱附温度为300 ℃，冷阱温度为-10 ℃，冷阱脱附温度320 ℃，保持3 min，传输线温度180 ℃。

2.5.2GC-MS工作参数

气相色谱参数：载气为高纯氦气，流速为1.0 mL·min^-1，不分流；进样口温度250 ℃；色谱柱程序升温：40 ℃，以5 ℃·min^-1升温至120 ℃，保持5 min，以5 ℃·min^-1升溫至250 ℃，保持10 min。质谱参数：电离方式EI，离子能量70 eV；传输线温度270 ℃；离子源温度280 ℃；质量扫描范围40～650 μ，延迟扫描2 min。

2.5.3数据处理

经过main lab质谱图谱库检索进行确认及筛选，通过面积归一化法确定各种芬多精成分的相对含量。

3结果与分析

3.13种林分芬多精成分分析GC-MS谱图表征（解析）

图1～3为3种林分芬多精释放分析的GC-MS谱图表征，峰形良好，未出现平头峰、拖尾峰，说明气体采集量不过载，载气流速、程序升温等参数的设置合适。马尾松林、枫香林、油桐林达到检出限的成分分别有283种、276种、281种，马尾松林、枫香林、油桐林前150种相对含量分别不小于0.04%、0.06%、0.07%。由谱图可见物质集中出现在5～16 min和35～51 min，萜类物质主要在16 min之前出现，35～51 min出现的物质主要有烷类和酯类，在16～35 min之间出现的物质相对含量较低、种类较少，可以通过缩短程序升温的时间减少分析的时间，提高分析效率。

3.23种林分芬多精主要化学成分及相对含量

对前150种（不同保留时间的同分异构体归为一种物质）成分进行定性分析，通过面积归一化法计算每种成分的相对含量，如表1所示，列举了主要的化合物及相对含量。马尾松林中相对含量在1.00%以上的物质有左旋樟脑（14.68%）、反式角鲨烯（7.23%）、邻苯二甲酸二丁酯（5.54%）、2-甲基十九烷（3.80%）、beta-蒎烯（3.35%）、芳樟醇（2.26%）、罗勒烯（2.16%）、棕榈醇（2.14%）、α-蒎烯（1.75%）等22种；枫香林中相对含量在1.00%以上的物质有癸醛（6.59%）、左旋樟脑（6.09%）、反式角鲨烯（4.84%）、棕榈醇（4.48%）、芳樟醇（1.46%）、对甲氧基肉桂酸辛酯（1.33%）、棕榈酸（1.27%）、beta-蒎烯（1.22%）等26种物质；油桐林中相对含量在1.00%以上的物质有反式角鲨烯（9.00%）、左旋樟脑（6.05%）、壬醛（4.31%）、癸醛（3.15%）、苯乙酮（2.91%）、芳樟醇（2.52%）、（+）-柠檬烯（2.06%）、10-烯雌酚（1.79%）、棕榈醇（1.76%）、2-乙基己基反-4-甲氧基肉桂酸（1.51%）等23种物质。3种林分中所检测到比较有价值且相对含量较高的芬多精成分有左旋樟脑、反式角鲨烯、芳樟醇、beta-蒎烯、罗勒烯、（+）-柠檬烯、（-）-异丁香烯等烯类物质，马尾松林和枫香林中左旋樟脑相对含量最高，油桐林中反式角鲨烯相对含量最高。

3.33种林分芬多精类型及其相对含量

由于萜类的物质对人体保健作用最大，因此，单独统计3种林分芬多精中萜类物质的相对含量，更有利于评价不同林分对森林康养的价值。萜类是概括所有异戊二烯的聚合物以及它们衍生物的总称，通式（C5H8）n，是普遍存在于植物界的一类化合物，在动物界为数甚少。本研究将芬多精分为萜类、烯类、醇类、醛类、酮类、酯类、酸类、烷类及其他类（表2）。在马尾松林中，萜类、酯类、烷类物质相对含量较高，均超过了10%，萜类物质相对含量最高（40.71%），种类最多（21种）；在枫香林中，醛类、萜类、醇类、酸类物质相对含量较高，均超过了10%，酯类物质种类最多（16种）；在油桐林中，萜类和醛类物质相对含量较高，均超过了15%，萜类物质相对含量最高（24.22%），烷类物质种类最多（19种）；3种林分烯类物质相对含量均较低。

3.3.43种林分中不同芬多精的功效

由表2可知，3种林分中萜类物质相对含量都较高，萜类物质具有神经治疗、抗炎、抗氧化和缓解疼痛的功效，如α-蒎烯、β-蒎烯、石竹烯、长叶烯、芳樟醇、龙脑和（+/-）-薄荷醇等。在3种林分中相较于其他萜类物质，左旋樟脑相对含量较高，马尾松林中甚至达到了14.68%，左旋樟脑是樟脑中的一种，左旋的天然樟脑比较稀少，右旋的天然樟脑比较多，樟脑具有旋光学活性［5］；而β-蒎烯、芳樟醇、α-蒎烯的相对含量在3种林分中含量都较高；3种林分中所测得的反式角鲨烯是独特的活性营养物质三十碳六烯，是一种高度不饱和的直链三萜类化合物，是一种重要的天然活性物质，具有促进血液循环、活化机体细胞、抗氧化、消炎杀菌和细胞修复等功能，可用于各种缺氧性疾病、心脏病、肝炎和癌症的防治［7］；相对含量较高的罗勒烯具有疏风解表、化湿和中、行气活血、解毒消肿的功效，一般多用于感冒头痛、发热咳嗽、食积不化、脘腹胀痛跌打损伤，蛇虫咬伤等症。

3种林分中醛类物质相对含量也很高，尤其是枫香林中的醛类物质，相对含量高达19.69%，醛类物质中，己醛、壬醛、癸醛通过嗅其芳香气味，作用于脑波中β波α慢波比例增加，使人产生美好感觉。檬醛和香茅醛具有生理生态作用机制，香茅醛影响白纹伊蚊行为，柠檬醛联合阿霉素能够增加促凋亡蛋白BAK表达，降低抗凋亡蛋白BCL-XL表达，发挥其抗癌活性［6］。

4结论与讨论

以九峰国家森林公园中马尾松林、枫香林和油桐林为研究对象，利用采样管采集林分间的气体；采用热脱附-气相色谱-质谱（TD-GC-MS）联用法分析，热脱附温度为300 ℃，冷阱温度为-10 ℃，冷阱脱附温度320 ℃，保持3 min，传输线温度180 ℃；可以得到峰形良好的GC-MS谱图表征（解析），后续可以进一步优化程序升温，减少分析时间，提高分析效率。

经过main lab质谱图谱库检索进行确认及筛选，对达到检出限的前150种成分进行定性分析，通过面积归一化法计算每种成分的相对含量，并单独统计具有保健功能的萜类物质含量。结果表明：马尾松林中相对含量最高的为左旋樟脑14.68%，枫香林中相对含量最高的为癸醛6.59%，油桐林中相对含量最高的为反式角鲨烯9.00%；马尾松林、枫香林、油桐林中萜类物质相对含量分别为40.71%、17.72%、24.22%，其中马尾松林萜类物质相对含量与简毅［8］等测定分析的马尾松林中8月萜类物质相对含量43.31%相近。具有较好的森林康养功效。

3种林分的芬多精成分大体一致，但是又不完全相同，尤其是相对含量较高的左旋樟脑、反式角鲨烯的相对含量差异较大，适量的樟脑具有改善情绪障碍的作用，适量的角鲨烯具有提高体内超氧化物歧化酶活性、增强机体的免疫能力、抗疲劳、抗衰老、抗肿瘤等多种生理功效，对于有不同森林康养需求的人而言具有重要意义。

此种林间采样方式［8］，相对于套袋于树枝、采集树叶于袋内的采样方式［9-14］更能反应在林间活动人所呼吸空气的成分，对于森林康养基地空气质量的评价更具指导意义。后期将进一步验证此种采样方式及分析方法的可靠性，为森林康养基地空气质量评价提供基础数据。

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（编校：郑京津）