肖玉菲，覃子海，张 烨，张晓宁，陈博雯，梁忠云，覃玉凤，晏 巢，刘海龙*

（1. 广西壮族自治区林业科学研究院 ，广西 南宁 530002；2. 中国林业科学研究院亚热带林业实验中心 ，江西 分宜 336600）

0 引言

【研究意义】澳洲茶树[Melaleuca alternifolia（Maiden & Betche）Cheel]，又名互叶白千层、澳洲白千层， 属桃金娘科（Myrtaceae）白千层属（Melaleuca）植物，原产于新南威尔士北部和东部的昆士兰州，是澳大利亚著名的芳香油料树种[1]，1993 年起，我国广东、广西、云南等地先后成功地引种澳洲茶树[2−3]。澳洲茶树为速生树种，萌芽能力强，定植后可多次收割枝叶，其枝叶可提取精油，称为茶树精油，茶树精油是优良的天然芳香剂、防腐剂和抗菌剂，在制药、日化、食品、香料等行业得到广泛应用[4]，经济价值和经济效益极高[5]。然而，澳洲茶树不同部位精油成分和含量不尽相同[6−8]，对澳洲茶树不同部位精油含量及成分进行比较分析，选取合适的部位进行提取精油可以保证精油的品质。同时，采用主成分分析（principal component analysis, PCA）可以通过降维的方式提取茶树精油的代表性主成分，能够为茶树精油的组分分析做简化指导。【前人研究进展】目前，对于茶树精油化学成分的研究已有多篇报道，包含不同生化类型[9]、不同季节[10]、不同收获时间[11]、不同枝叶储藏时间[12]和不同工艺[13]等对茶树精油得油率和化学成分的影响，有关不同部位精油得油率和化学成分的研究仅见3 篇报道[6−8]，其分析了不同部位叶片、花和果的精油成分。【本研究切入点】在澳洲茶树收割加工利用过程中，一般不会选取花和果作为原材料，也不会只选取叶片作为原材料，通常会同时包含叶片、枝条甚至茎干，但枝条、茎干的精油成分和含量与叶片是否存在显著差异而影响茶树精油的品质尚未见报道。而对茶树精油化学成分分析时，多数学者选取的成分较为随机，没有理论支撑其选择代表性的主要成分。【拟解决的关键问题】本研究选取澳洲茶树嫩叶、老叶、枝条和茎干作为试验材料，采用气相色谱-质谱联用技术，分析比较不同部位精油的得油率和化学成分的差异，同时对不同部位精油化学成分的含量进行主成分分析，提取茶树精油的代表性主成分，为澳洲茶树精油的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来源于广西壮族自治区林业科学研究院苗圃（N22°55′13.85″，E108°21′4.39″）内长势良好的5 年生澳洲茶树。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集 2018 年11 月，在5 年生澳洲茶树上分别采集嫩叶（叶绿素SPAD 含量≤4.5 ）、老叶（叶绿素SPAD 含量＞8.1 ）、枝条（直径≤0.5 cm）和茎干（直径＞3.0 cm）各100 g，每一样株采集10 个样本，提取精油后测定精油成分及含量。

1.2.2 精油提取与成分测定 参照《中华人民共和国药典》[14]中水蒸气蒸馏法测定得油率。参照气相色谱-质谱联用技术[13]的定性分析结果，并按照国家标准GB/T 26514-2011[15]确定澳洲茶树精油主要的化学成分；用气相色谱法进行定量分析，面积归一化法确定各组分的含量，其定性和定量条件参照梁忠云等[9]的研究结果。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007 软件对数据进行常规统计和作图。采用IBM SPSS 19.0 软件对澳洲茶树不同部位得油率及精油化学成分含量进行单因素方差分析和多重比较（采用邓肯氏新复极差法），并对澳洲茶树不同部位精油化学成分进行主成分分析和作图。所有分析显著性水平均设定为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同部位得油率

不同部位得油率见图1，澳洲茶树不同部位精油的得油率差异显著（P＜0.05），其中老叶中精油得油率最高，可达1.89%，其次是嫩叶和枝条，得油率分别为1.42%和1.50%，嫩叶和枝条中精油得油率差别不显著，茎干中精油得油率最低，为0.39%，仅为老叶中得油率的约1/4，显著低于嫩叶、老叶和枝条。

图 1 澳洲茶树不同部位得油率Fig. 1 Yield of essential oils from various parts ofM.alternifoliaplant

2.2 不同部位精油的化学成分及含量

由表1 可知，澳洲茶树不同部位提取的精油主要化学成分相似，但具体成分和含量有所差别，4 个部位共检测出26 种化学成分，其中有20 个共有成分，主要为萜烯烃类和烯醇类化合物，在嫩叶精油中为未检测到驱回素、喇叭烯和榄香素，老叶精油中未检测到胡萝卜醇、喇叭茶醇和α-荜澄茄油萜，枝条中未检测到驱回素，茎干精油中未检测到喇叭茶醇和榄香素。在嫩叶、老叶、枝条和茎干精油的差别化学成分中，除茎干精油中的喇叭烯含量较高外，其他成分（胡萝卜醇、α-荜澄茄油萜、喇叭茶醇和榄香素）均含量较低，不是精油的主要成分。在不同部位精油检测出的化学成分中，4-松油醇含量最高，在嫩叶、老叶、枝条和茎干精油中分别占33.71%、40.13%、31.28%和15.59%，嫩叶、老叶、枝条精油中4-松油醇含量约为茎干精油的2 倍，符合国家标准[15]，茎干精油中4-松油醇含量不符合茶树精油（4-松油醇型）国家标准。1,8 桉叶素含量在嫩叶、老叶和枝条精油中差别不显著，分别为1.07%、1.04%和1.06%，在茎干精油中含量为1.36%，显著高于嫩叶、老叶和枝条，但都符合茶树精油（4-松油醇型）国家标准。嫩叶、老叶和枝条精油中含量排名前三的成分均是4-松油醇、γ-松油烯和α-松油烯，而茎干精油中含量排名前三的成分是4-松油醇、α-松油烯和α-松油醇，α-松油醇在嫩叶、老叶和枝条精油中分别为2.62%、2.71%和2.46%，差别不显著，但均显著低于茎干精油的含量（4.17%）。

表 1 澳洲茶树不同部位的精油化学成分及含量Table 1 Essential oils from various parts ofM. alternifoliaplant

2.3 不同部位精油化学成分含量的主成分分析

采用SPSS 19.0 软件对不同部位20 种共有精油化学成分含量进行主成分分析，提取特征值大于1 的主成分，得到主成分的特征值和贡献率（表2）。由表2 可知，前4 个主成分的特征值8.30、6.12、3.37、1.03，第1 主成分的贡献率为41.49%，第2 主成分的贡献率为30.61%，第3 主成分的贡献率为16.85%，第4 主成分的贡献率为5.13%。前4 个主成分的累计贡献率达94.09%（＞85%），因此，选取前4 个主成分作为精油化学成分分析的主要成分，能够代表20个精油化学成分变量94.09%的信息量，具有很好的代表性，基本可以代表其样品化学成分含量的差别。

表 2 主成分的特征值及其贡献率Table 2 Eigenvalues, contribution, and cumulative contribution of principal components

由表3 主成分载荷矩阵可知各主成分各变量的载荷值。在第1 主成分中载荷较高的正影响成分有β-水芹烯、白千层烯、白千层醇、香橙烯、对花伞烃，载荷值分别为 0.99、0.96、0.91、0.88、0.83；负向影响较大的为γ-松油烯和4-松油醇，载荷值分别为−0.91 和−0.89。第2 主成分中载荷较高的正影响成分依次为α-侧柏烯、α-蒎烯、蓝桉醇、α-松油醇、1,8-桉叶素和异松油烯，载荷值分别为0.90、0.89、0.88、0.73、0.62；负向影响最大的为柠檬烯，载荷值为−0.72。第3 主成分中载荷较高的正影响成分依次为异松油烯、δ-杜松烯、桧烯，载荷值分别为0.69、0.66、0.62；负向影响最大的为柠檬烯，载荷值为−0.66。第4 主成分中载荷较高的正影响成分为β-蒎烯，载荷值为0.78；负向影响最大的为α-松油烯，载荷值为−0.52。主成分载荷矩阵反映了该指标在该主成分上的载荷程度，载荷值小的挥发性成分对精油化学成分的贡献小，同时也表明它的含量较低。其中第1 主成分和第2 主成分的累计贡献率为72.11%，说明这2 个主成分对精油的化学成分的贡献超过一半。做20 种化学成分的主成分散点图（图2），2D 图（图2-a）分 别 以PCA1、PCA2 为X、Y 轴，3D 图（2-b）分别以PCA1、PCA2、PCA3 为X、Y、Z 轴，可以直观地看出各化学成分在前3 个主成分的分布状况，图2-a 可知，大部分化学成分处于一、四象限，由图2-b 可知，不同化学成分在前3 个主成分上的分布存在显著差异。综合表3 和图2，可选择在第1、第2 主成分综合表现突出的化学成分作为代表进行精油分析。因此，β-水芹烯、白千层烯、白千层醇、香橙烯、对花伞烃、γ-松油烯和4-松油醇、α-侧柏烯、α-蒎烯、蓝桉醇、α-松油醇、1,8-桉叶素和柠檬烯，这13 种化学成分可作为精油的代表性化学成分。

图 2 20 种化学成分的主成分散点图Fig. 2 PCA biplot for 20 chemical components in essential oil ofM. alternifoliaplant

表 3 主成分载荷矩阵Table 3 Loading matrix of principal components

3 讨论与结论

澳洲茶树含有多种化学成分，根据成分及含量的不同，澳洲茶树可分为多种生化类型。Laura[16]共发现了6 种澳洲茶树的生化类型。引种中国后，不同研究者对不同单株进行测定，结果大不相同，分别发现了桉叶素型、桉叶素-异松油烯型[17]、4-松油醇型[18]、桉叶素-松油醇型和γ-松油烯型[19]。本研究通过比较澳洲茶树不同部位化学成分差异发现，尽管各部位精油的化学成分含量差别较大，但不同部位的茶树精油化学成分均以4-松油醇含量最高，均≥30%，且显著高于其他物质，而且1,8-桉叶素含量极低，均≤10%，依据茶树精油（4-松油醇型）的国家标准[20]，本研究的澳洲茶树属于4-松油醇型。

4-松油醇、1,8-桉叶素和α-松油烯是茶树精油的主要抑菌成分[21−22]。但1,8-桉叶素容易引起皮肤过敏，还具有致癌和生殖毒性[23]，α-松油烯对空气和光等较为敏感，暴露于空气中易氧化分解，形成致敏物对异丙基甲苯和1,4-过氧对孟烯，刺激皮肤导致不适[24]，为避免茶树精油使用出现上述问题，我国通常以1,8-桉油素和4-松油醇作为评价茶树精油品质的指标（1,8-桉油素的含量应在10%以下，而4-松油醇应不少于30%），其中4-松油醇含量越高，精油品质越好[25]。本研究中澳洲茶树4 个不同部位中1,8-桉叶素含量极低（1.04%～1.36%），均符合国家标准，但茎干精油中4-松油醇含量仅为15.59%，不符合高品质茶树精油的标准，而且茎干的提油率也显著低于其他3 个部位，因此，为保证精油的品质，选择嫩叶、老叶和枝条作为原材料提油更佳。

在分析澳洲茶树精油含量变化规律时，对所有成分均进行分析，数据量较大，故学者一般仅选择几种成分进行分析[10]，但随机选择的成分可能会由于不具代表性而影响实际结果的准确性。主成分分析法是通过降维处理，将多个变量整合成少数几个综合变量，尽可能多地反映原有变量信息的统计分析方法，该方法能够化繁为简，避免主观随意性，已得到广泛应用[26−27]。本研究通过主成分分析，提取了13 种化学成分，基本可以代表所有化学成分的信息。

综上所述，供试澳洲茶树属于4-松油醇型，为提高得油率和精油品质，在采收澳洲茶树时最好选择嫩叶、老叶和枝条作为材料进行提油，在进行澳洲茶树精油成分含量差异分析时，为简化分析内容，可选取β-水芹烯、白千层烯、白千层醇、香橙烯、对花伞烃、γ-松油烯和4-松油醇、α-侧柏烯、α-蒎烯、蓝桉醇、α-松油醇、1,8-桉叶素和柠檬烯这13 种化学成分作为代表性特征化学成分，基本可以代表精油化学成分的信息。