中文名：沉香螺醇

英文名：Agarospirol

分子式：C15H26O

分子量：222.37

化學(xué)結(jié)構(gòu)：

熔點：56.00至58.00 ℃

沸點：311.00至312.00 ° C

閃點：238.00 ° F。TCC（114.44℃）

植物來源

白木香 Aquilaria sinensis

沉香 Aquilaria agallocha.

化學(xué)成分分析

沉香螺醇屬于倍半萜類化合物，由3個異戊二烯單位的碳鏈形成的二環(huán)萜類化合物。在白木香、沉香中以醇的形式存在于揮發(fā)油中，屬于分子中含15個碳原子的天然萜類化合物，分子結(jié)構(gòu)中含有一個含氧醇基，故可細分為屬于倍半萜醇類化合物。

關(guān)于沉香的介紹

沉香是一種具有非常特殊氣味的精油。幾乎沒有兩種油會有完全相同的氣味：有時是皮革味，有時是煙熏味，有些甚至有水果味，有些則聞起來有點俗。其原因來自于它的生產(chǎn)方式。沉香并不是真正從植物中蒸餾出來的，而是從一種真菌和一種植物之間的復(fù)雜互動中產(chǎn)生的。當(dāng)原產(chǎn)于東南亞的Thymelaeaceae樹種Aquilaria sp.或Gyrinop sp.受傷時，有時會產(chǎn)生沉香木，這是一種芳香的深色油性木材。這種木材的形成過程還不是很清楚，需要相當(dāng)長的時間。這阻礙了種植，并使這種材料很難找到。這些因素也給保護和資源管理帶來了困境。這種稀有性也對沉香油產(chǎn)生了另一個影響：價格高。目前，沉香油可能是市場上最昂貴的產(chǎn)品之一，有時一毫升（約為一盎司的1/33）可賣到400美元。它在中東和亞洲的香水和宗教儀式中非常珍貴。

如前所述，由于宿主和潛在病原體的多樣性，沉香油的變化很大。然而，這些油的特點大多都是存在β-沉香呋喃，沉香螺醇和這些分子的衍生物（圖1）。沉香精油的另一個特點是存在一種色酮，即巨盤木色原酮(Flindersiachromone)，但其濃度并不總是足以被檢測到。在木材中還有許多其他相關(guān)的色原酮，但它們太重，含氧量太高，無法在精油中發(fā)現(xiàn)。這種油的另一個特點是我們對它知之甚少。稀有性、成本和其他多種因素使得從純科學(xué)的角度來研究這種油非常困難，因此有很多未知的化合物。在一個樣品中只有30%的化合物被確認(rèn)，這并不意外。

關(guān)于這種珍貴的精油和沉香本身，已經(jīng)有許多研究（截至2011年，關(guān)于所有報告的化合物的全面綜述已經(jīng)發(fā)表[1]）。這種材料的化學(xué)成分非常奇特，并導(dǎo)致一些在其他地方很少發(fā)現(xiàn)的分子。以下是一些在多項研究中被一致報道的化合物，因此可以認(rèn)為是沉香的特征。

圖1 沉香木油中主要成分及其結(jié)構(gòu)

芐基丙酮(Benzylacetone)是沉香油和提取物中最常見的報告成分之一[1]。沉香油中還有許多其他數(shù)量較少的酚類物質(zhì)，但這是主要的一種。奇怪的是，根據(jù)The Good Scents Company[2]的說法，盡管有香脂的香味，但這種化合物卻有草莓的味道。據(jù)觀察和報告，它在沉香油中的含量從0.5%到8%不等，并被報告為其特征性的香氣決定性化合物之一[3]。

芐基丙酮被懷疑是沉香中另一個非常重要的代謝過程的 "副產(chǎn)品"，導(dǎo)致了一系列的2-苯乙基色酮的生成[4]。這些較重的酚類化合物絕大部分都沒有揮發(fā)到精油中，但在色譜圖的最末端經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)少量的巨盤木色原酮(Flindersiachromone)。這組色酮對沉香來說是非常特殊的，由于一些有趣的生物特性，多年來吸引了大量的研究興趣[5]。

β-沉香呋喃(β-Agarofuran)是沉香油中另一種突出的、經(jīng)常被提及的成分。它可以占到精油的14%。據(jù)報道，它是沉香油的主要香氣貢獻者之一，具有木質(zhì)和堅果的氣味[3]。

Jinkoh-eremol和valenca-1(10),8-dien-11-ol是沉香中發(fā)現(xiàn)的少數(shù)幾個罕見的emophilane型倍半萜醇和酮。它們說明了化學(xué)家?guī)资陙韺@種油的特殊化學(xué)性質(zhì)的研究結(jié)果，特別是在亞洲東部[1]。Jinkoh-eremol常常由于凝聚物而難以發(fā)現(xiàn)，但據(jù)報道在油中高達11.5%，而根據(jù)我們目前的數(shù)據(jù)，Valenca-1(10),8-二烯-11-醇可占其中的5.2%。需要注意的一個重要問題是，這些化合物不是主要的商業(yè)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫的一部分。這使得它們在不挖掘科學(xué)文獻的情況下更難識別，如果它們沒有被列在沉香油分析報告中，你不應(yīng)該擔(dān)心。

沉香螺醇是我們想提到的最后一種有趣的倍半萜醇，因為它的分子框架不太常見。它屬于被稱為vetispiranes的家族，在香根草油中也是異常的豐富。隨著時間的推移，在沉香油中還發(fā)現(xiàn)了其他類似的倍半萜類物質(zhì)，其名稱令人振奮，如2,14-epoxyvetispira-6(14),7-diene [1]。沉香螺醇也有趣地存在于一些天竺葵油中，它也可以與沉香木共同擁有10-表-γ-桉葉油醇的存在。

總的來說，沉香可以包含幾十種不尋常的甚至是未知的倍半萜類物質(zhì)，而且不同批次之間有相當(dāng)大的差異。不言而喻，這種植物材料仍然有些未知之處，需要持續(xù)的科學(xué)關(guān)注。

沉香產(chǎn)香機制的研究進展

沉香中植物與微生物相互作用的產(chǎn)香機制是一個極其迷人的現(xiàn)象。沉香的生產(chǎn)僅限于南亞和東南亞的少數(shù)地區(qū)，那里的潮濕氣候有利于真菌的生長。沉香組織本質(zhì)上是柔軟的。因此，食草動物容易對其造成傷害，使遺傳上易受影響的沉香植物長期受到真菌的感染和發(fā)酵，從而導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)沉香的產(chǎn)生。圖2描述了這種經(jīng)過幾個世紀(jì)的共同進化而建立起來的復(fù)雜關(guān)系，它提出了宿主-病原體之間的相互作用模型。在本研究中，鐮刀菌-沉香木的相互作用表明，在涉及蠟和角質(zhì)層屏障的生物壓力反應(yīng)中看到了典型的感知-反應(yīng)機制，自由脂肪酸的細胞動力學(xué)導(dǎo)致氧化應(yīng)激和脂氧合酶（LOX）途徑的激活。然而，從香氣的角度來看，與樹脂狀的沉香木片的發(fā)酵相比，結(jié)香組織和幼年植物之間的真菌互作致使產(chǎn)生較少的萜類化合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與愈創(chuàng)組織有關(guān)的信號是強烈表達倍半萜合成酶基因的關(guān)鍵前提條件。在最近的一項研究中，發(fā)現(xiàn)對沉香樹懸浮培養(yǎng)物進行熱沖擊（模仿沉香樹的燒鑿鉆孔法），可以誘導(dǎo)茉莉酮酸信號，從而形成沉香木的倍半萜。乙酰CoA處于初級和次級代謝的標(biāo)記點。蠟的生物合成、脂氧合酶、茉莉酸鹽途徑和甲羥戊酸途徑都從乙酰CoA開始。因此，在沉香木與真菌的相互作用過程中，這一點以及MVA和MEP途徑開始時的調(diào)控機制（以及它們的交叉作用）決定了倍半萜的形成。有必要對關(guān)鍵代謝物的形成進行詳細的時間點研究（如沉香螺醇、角鯊烯等的水平）。關(guān)鍵的沉香木esquiterpenes在體外結(jié)香組織與真菌的相互作用中沒有被檢測到，其原因可能會被這種研究所揭示。然而，這項研究首次使人們關(guān)注到真菌代謝產(chǎn)物（如十二烷、4-甲基-二十四烷）和非萜類成分（如酯類、醇類）對沉香獨特香氣的貢獻（如賦予固定特性的3-十七醇）。此外，通過體外共同培養(yǎng)和發(fā)酵，積累了沉香木香氣中迄今未知的芳香分子。這為開發(fā)新的沉香香氣提供了獨特的、令人興奮的可能性，可以在商業(yè)上加以利用。從機制的角度來看，在相互作用過程中出現(xiàn)的具有生態(tài)學(xué)意義的半化學(xué)成分（如信息素）指出了沉香木生產(chǎn)的一個重要方面。在阿薩姆(Assam)沉香的情況下，昆蟲蛀蟲（Zeuzera conferta）的參與是眾所周知的。蛀蟲在啃食沉香木時，會鉆進沉香木的莖部，然后沿著蛀蟲走過的路徑出現(xiàn)黑色的樹脂沉積物。在昆蟲介導(dǎo)的沉香木內(nèi)部組織（心材）的真菌定植中，半化學(xué)成分是否有作用，這是一個重要的問題，需要適當(dāng)?shù)难芯俊Ａ私馍锏南嗷プ饔茫ㄖ参?真菌-昆蟲）可以加強對新型生物香料的研究，并回答在相互作用過程中導(dǎo)致香氣化合物形成的復(fù)雜的代謝途徑調(diào)控的基本問題。[6]

圖2 芳香沉香是真菌與植物相互作用的結(jié)果。采用植物-病原體相互作用的布局來總結(jié)研究結(jié)果。沉香和鐮刀菌在界面上的遺傳和代謝機制的復(fù)雜調(diào)節(jié)導(dǎo)致了防御、次級代謝相關(guān)途徑（脂氧合酶、茉莉酮酸、蠟質(zhì)、甲羥戊酸）和代謝物的調(diào)節(jié)。通過基于GC-MS的分析和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)分析對代謝表型進行比較，發(fā)現(xiàn)萜類化合物、蠟、揮發(fā)物、半化學(xué)物和其他關(guān)鍵代謝物（沉香木倍半萜）的水平發(fā)生了變化，這些代謝物具有沉香木香氣的化學(xué)特征。[6]

產(chǎn)自不同區(qū)域的沉香化學(xué)組成的比較分析

來自不同地理區(qū)域的沉香樣品被制備出來，并使用GC-MS進行測試。揮發(fā)性成分和有效成分的相對百分比被確定下來，并列于表1。

表1 產(chǎn)自不同區(qū)域的沉香化學(xué)組成的比較分析

沉香木的化學(xué)成分已被廣泛研究。來自中國的沉香木的化學(xué)成分與進口沉香木大致相同。對不同地區(qū)的沉香醇提取物進行分析，發(fā)現(xiàn)其中含有揮發(fā)油、倍半萜、2-(2-苯乙基)色酮、脂肪酸等成分。其中，沉香中的主要揮發(fā)油成分是倍半萜類和芳香族化合物。2-(2-苯基乙基)色酮是一種特征成分，證實沉香亞科(subfamily Agaraceae)是一個獨立的亞科，而其前體二苯戊酮廣泛存在于百里香科(Thymelaeaceae)的植物中。

從不同地區(qū)獲得的所有沉香木的有效成分包括倍半萜類、芳香類和色原酮類化合物。例如，在馬來西亞沉香中，色原酮化合物占總含量的2.77%，而在印度尼西亞沉香中，色原酮化合物和沉香螺醇分別占總含量的0.61%和0.49%。在越南沉香中，沉香螺醇和2-(2-苯乙基)色原酮及其衍生物的比例分別為0.66%和0.41%。在中國沉香木中的色原酮化合物的比例是最高的(2.93%)。

據(jù)報道，倍半萜類化合物具有抗神經(jīng)炎癥的特性，而芳香類和色原酮類化合物對人類胃癌細胞有抑制作用。根據(jù)以前的研究，沉香木形成的防御反應(yīng)機制（圖3），可以由物理損傷、化學(xué)損傷、真菌感染或誘發(fā)劑誘發(fā)，如圖4所示。色原酮化合物2-苯乙基-苯并吡喃是誘導(dǎo)沉香木形成的誘因。沉香木樣品中不同的色原酮化合物含量為中國沉香的篩選提供了科學(xué)依據(jù)。[7]

圖3 由防御反應(yīng)形成沉香的四種機制

沉香油的抗氧化活性

DPPH是一種高度穩(wěn)定的以氮為中心的自由基，可以捕獲其他自由基，以517納米為中心的吸收很強。新鮮制備的DPPH溶液呈深紫色，與抗氧化劑反應(yīng)后變成無色或淡黃色。如圖4a所示，隨著精油濃度的增加，其清除活性（SC%）明顯增加。當(dāng)濃度小于60毫克/毫升時，清除活性迅速增加，但隨著濃度的進一步增加，清除活性增加得更慢。精油的抗氧化能力遠遠弱于丁基羥基甲苯（BHT）和維生素E（VE）的抗氧化能力。根據(jù)文獻，如果一種物質(zhì)的SC50值（SC%時的精油濃度）小于10毫克/毫升，則認(rèn)為該物質(zhì)具有抗氧化能力。DPPH清除效果依次下降：BHT>VE>HD（HD代表通過水蒸氣提取的揮發(fā)性成分）。

使用Benzie和Strain建立的鐵離子還原抗氧化能力（FRAP）檢測法來測定樣品的抗氧化活性。試驗得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程（y=0.002x+0.1049，R2=0.999）被用來確定提取物的還原能力。樣品的還原能力用FRAP值表示，F(xiàn)RAP值越高代表還原能力越強。如圖4b所示，鐵還原能力隨著濃度的增加而增加，抗氧化能力依次為：BHT > VE > HD。

圖4 (a) DPPH自由基清除能力和(b)鐵離子還原抗氧化能力(FRAP)測定結(jié)果

沉香油的抑菌活性

近年來，由于植物精油具有顯著的抑菌活性，而且與化學(xué)合成的抑菌劑相比，具有減少副作用和殘留毒性的獨特優(yōu)勢，因此在抑菌化合物研究中受到廣泛關(guān)注。一般來說，革蘭氏陽性菌比革蘭氏陰性菌對植物精油更敏感，因為革蘭氏陰性菌的細胞壁外面含有脂多糖層，可以阻止疏水化合物進入細胞，從而降低抑菌效果。如表2所示，隨著精油濃度的增加，對枯草桿菌（B. subtilis）和金黃色葡萄球菌（S. aureus）的抑制率越來越強，分別為60.80 ± 3.82%和64.46 ± 3.01%。同時，對大腸桿菌（E. coli）的抑制作用較弱，為57.97±3.44%。抑制率的順序如下：金黃色葡萄球菌>枯草桿菌>大腸桿菌。

表2 精油對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制活性

參考文獻：

[1]  Naef, R. The Volatile and Semi-Volatile Constituents of Agarwood, the Infected Heartwood of Aquilaria Species: A Review. Flavour Fragr. J. 2011, 26 (2), 73–87.

[2] The Good Scents Company. Benzylacetone (4-phenylbutan-2-one), [On line], page consulted on 19 nov 2018, URL: http://www.thegoodscentscompany.com/data/rw1024231.html

[3] Pripdeevech, P.; Khummueng, W.; Park, S. K. Identification of Odor-Active Components of Agarwood Essential Oils from Thailand by Solid Phase Microextraction-GC/MS and GC-O. J. Essent. Oil Res. 2011, 23 (4), 46–53.

[4] Liao, G.; Dong, W. H.; Yang, J. L.; Li, W.; Wang, J.; Mei, W. L.; Dai, H. F. Monitoring the Chemical Profile in Agarwood Formation within One Year and Speculating on the Biosynthesis of 2-(2-phenylethyl)chromones. Molecules 2018, 23 (6).

[5] Ibrahim, S. R. M.; Mohamed, G. A. Natural Occurring 2-(2-Phenylethyl) Chromones, Structure Elucidation and Biological Activities. Nat. Prod. Res. 2015, 29 (16), 1489–1520.

[6]  Sen, S. et al. Chemometric analysis reveals links in the formation of fragrant biomolecules during agarwood (Aquilaria malaccensis) and fungal interactions. Sci. Rep. 7, 44406; doi: 10.1038/srep44406 (2017).

[7] Wang, M.-R.; Li, W.; Luo, S.; Zhao, X.; Ma, C.-H.; Liu, S.-X. GC-MS Study of the Chemical Components of Different Aquilaria sinensis (Lour.) Gilgorgans and Agarwood from Different Asian Countries. Molecules 2018, 23, 2168. https://doi.org/10.3390/molecules23092168