云南香茅草精油含量及主要化學成分分析①

許智萍 范源洪 何 璐 任洪濤 范建成 袁建民 楊曉瓊

(1 云南省農業科學院熱區生態農業研究所 云南元謀651300;2 云南元謀干熱河谷植物園 云南元謀651300;3 云南省高原特色農業產業研究院 云南昆明650225;4 云南農業大學香料研究所 云南昆明650051)

香茅屬植物是多年生草本植物，廣泛分布于亞洲、非洲和美洲等。適生于熱帶、亞熱帶、高原草地和干旱地區。香茅屬植物大都具有再生力強、分蘗多、生長快［1]、投資小、見效快易于發展種植等特點，全世界約有香茅屬植物140 余種［2]。我國香茅屬植物有8 種，分別為爪哇香茅、檸檬草、蕓香草、高桿野香茅（枯草）、紅桿草（魯沙香茅）、扭鞘香茅（野香茅）、亞香茅、楓茅，主要分布于云南、四川、貴州、廣東、廣西、臺灣、海南、福建等地，是一種重要的禾本科植物［3-4]。香茅屬植物大多是一種具有特殊香氣的草本植物，集多功能于一體，故被廣泛引種種植。香茅草具有藥用價值和食用價值被民間廣為應用，香茅草精油在日化、香精香料、食品等行業也被廣泛的應用，香茅草精油及其蒸餾液是當今合成有機化學工業極有用途的原料，具有廣闊的開發前景。本實驗利用水蒸氣蒸餾法提取香茅草精油，采用氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）對香茅草精油的主要成分進行分析，它是一種高效的分析鑒定儀器，主要是利用氣相色譜儀的分離能力將混合物中的各組分按保留時間進行分離，通過質譜儀對分離出的組分進行定性和定量分析，計算出各組分的含量［5]。對云南地區的香茅草精油進行分析研究，是為了解其主要活性成分，對云南香茅草資源的進一步研究提供一定的數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料

以2018年至2019年分別由云南省芒市、臨滄、西雙版納、紅河、盈江地區引種種植的5份香茅草資源和元謀本地已有香茅草資源1份為試驗材料，6 份試驗材料于2020年4月采集并提取香茅草精油供上機測試。

1.1.2 氣相色譜分析條件

儀器為HP 5890A GC。色譜條件：色譜柱HP-5MS 30 m×0.25 mm×0.25 m。檢測器：FID，柱溫、初溫100℃，保持2 min，升溫速度4℃/min，末溫220℃，恒溫20 min。進樣溫度220℃，檢測溫度220℃，載氣N2，分流比30∶1，進樣量0.2 μL。

1.2 方法

1.2.1 精油的提取及計算

采用水蒸氣蒸餾法提取精油，實驗當天采集新鮮香茅草，剪碎至2～5 cm，稱取新鮮香茅草樣500 g 于精油提取裝置的上層，加入2500 mL 的水于精油提取裝置中的下層，在功率為2800 W 的加熱器上蒸餾，20 min后開始收集蒸餾液，蒸餾時間為1 h，將收集到的蒸餾液在油水分離器中進行分離收集，無水硫酸鈉脫水并稱取質量，最后計算得油率。

得油率W＝M2/M1×100%，式中：W為香茅草揮發油得率（%）；M1 為香茅草的質量（g）；M2 為揮發油的質量（g）。

1.2.2 數據分析

運用計算機檢索并與圖譜庫（NIST）的標準質譜圖比對，確認各香氣物質的化學成分，按峰面積歸一化法計算樣品中各個組分的相對含量；數據采用Microsoft Excel 2003 軟件進行整理，采用SPSS 25.0軟件進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 精油得油率

從表1 可以看出，6 份香茅草資源的得油率有所差異，盈江地區的的得油率最高，達到0.76%的出油率，得油率最低的是臨滄和西雙版納地區，分別有0.27%和0.36%的得油率，芒市和紅河地區的得油率基本一致，僅相差0.01%。

表1 六份香茅草的得油率及精油色澤

2.2 氣相色譜分析結果

6 個香茅草精油樣品中目標化合物的FID 檢測結果表明，檢測出的化合物含量相對較高且為應用較普遍的成分。含量最高的是臨滄，占93.19%，最低的是紅河，占64.48%。6個地區的香茅草精油都含有3種主要成分，分別是香茅醛、香葉醇和乙酸香茅酯。

元謀、臨滄、芒市、西雙版納4個地區的香茅草精油中鑒定出6 種主要成分（表2），分別為α-蒎烯、香茅醛、α-檸檬醛（香葉醛）、β-檸檬醛（橙花醛）、香葉醇、乙酸香茅酯。4 個地區精油中檸檬醛（α-檸檬醛和β-檸檬醛）的相對含量分別高達86.6%、85.09%、84.39%和86.6%，臨滄、西雙版納和元謀地區的相對總含量比芒市地區的分別高16.91%、16.69%和16.02%，比紅河地區的分別高28.71%、28.49%和27.82%；β-檸檬醛（橙花醛）的相對含量由高到低依次為元謀、臨滄、西雙版納和芒市，元謀、臨滄和西雙版納的相對含量分別比芒市地區的高14.84%、13.48%和11.29%；西雙版納，元謀和臨滄的α-檸檬醛（香葉醛）含量較高，分別比芒市地區高8.32%、6.98%和6.83%。α-蒎烯相對含量是芒市地區的最高，元謀地區最低，芒市地區分別比元謀、臨滄和西雙版納的高5.53%、1.13%和1.48%。芒市和西雙版納地區的香葉醇的相對含量相差不大，分別為2.84%和2.71%，而臨滄地區的香葉醇含量稍低，其相對含量僅為1.99%；盈江和紅河2 個地區的精油主要成分更豐富，與上述4個地區的香茅草精油的主要成分區別較為明顯，從其精油中分析鑒定出12 種主要精油成分，分別為檸檬烯、香茅醇、芳樟醇、乙酸香葉酯、β-欖香烯、大根香葉烯、δ-杜松烯、欖香醇、香茅醛、乙酸香茅酯、香葉醇、β-蓽澄茄烯。其中大根香葉烯是紅河所特有的成分，占相對總含量的1.23%，β-蓽澄茄烯是盈江所特有的成分，占比為2.0%，兩個地區的相對含量最高的3種成分分別是香茅醛、香茅醇和香葉醇，但兩地的各個精油成分含量各有差異。盈江精油的香茅醛、香茅醇、檸檬烯、芳樟醇、β-欖香烯、δ-杜松烯、欖香醇含量分別高于紅河地區的6.9%、2.47%、0.52%、0.24%、1.43%、1.7%、2.39%，而香葉醇、乙酸香茅酯、乙酸香葉酯的含量則是元謀地區的相對含量高于盈江地區的，分別高出1.39%、1.78%、3.12%。

表2 云南香茅草精油化學成分及含量 單位：%

2.3 相關性分析

對云南香茅草精油總含量、香葉醇、香茅醛、乙酸香茅酯、α-蒎烯、香葉醛、橙花醛、醛類、烯類、醇類、酯類等11 種成分進行相關性分析，結果見表3。云南香茅草精油總含量與醛類化合物呈正相關性，p＜0.01，差異性極顯著；百分總含量與香葉醛和橙花醛呈正相關性，p＜0.05，差異性顯著；百分總含量與乙酸香茅酯、香葉醇和酯類呈負相關性，p＜0.01，差異性性極顯著；百分總含量與香葉醇和酯類呈負相關性，p＜0.005，差異性顯著；醛類化合物與橙花醛呈正相關性，p＜0.01，差異性極顯著；醛類化合物與香葉醛呈正相關性，p＜0.05，差異性顯著；酯類化合物含量與乙酸香茅酯的含量呈正相關性，p＜0.01，差異性極顯著；酯類化合物含量與醇類化合物含量和香葉醇的含量呈正相關性，p＜0.05，差異性顯著；酯類化合物含量與醛類化合物含量呈負相關性，p＜0.05，差異性顯著；醇類化合物含量與香茅醛、香葉醇的含量呈正相關性，p＜0.01，差異性極顯著；醇類化合物含量與乙酸香茅酯和酯類化合物呈正相關性，p＜0.05，差異性顯著。

表3 云南香茅草精油總含量、醛類、烯類、酯類、醇類等的相關性分析

2.4 主要成分對精油品質的影響

有研究表明，香茅草精油對多數植物病原真菌，如黃瓜菌核病菌、黃瓜腐霉菌、黃瓜鐮刀菌、辣椒疫霉菌、辣椒尖孢鐮刀菌、棉花枯萎病菌、棉花黃萎病菌、花生根腐病菌、花生白絹病菌、花生冠腐病菌、桔青霉菌、蘋果青霉病菌，西瓜腐霉和尖鐮孢菌、莖枯病菌、小麥鐮孢菌、番茄鐮孢菌、灰葡萄孢菌、早疫病菌等具有較強的抑制作用［6-9]。

香茅精油中的揮發性化合物主要包括：醛類、醇類、酚類、脂類、萜烯類和酮類等化合物［10]。由表2可知，云南香茅草精油化學成分主要包括四大類，分別是醛類、烯類、酯類和醇類。醛類化合物含量最高，云南6個地區的香茅草精油中醛類含量由高到低依次為元謀＞臨滄＞西雙版納＞芒市＞盈江＞紅河，含量較高的是元謀、臨滄和西雙版納，含量均為80%以上，其次是芒市，含量為65.94%，盈江和紅河的含量在20%～30%；醇類化合物含量較高的是盈江和紅河，分別占33.32%和29.61%，其它地區的含量均低于5%；烯類化合物和酯類化合物含量較低，含量均小于10%。

2.4.1 檸檬醛

香茅草精油中檸檬醛的含量高低決定香茅草精油價值，含量越高其利用價值越高，價格相對也較高。檸檬醛包括α-檸檬醛（香葉醛）和β-檸檬醛（橙花醛），是一種萜烯類醛，化學式同為3，7-二甲基-2，6-辛二烯-1-醛，二者互為同分異構體，香葉醛為反式檸檬醛a 或α-檸檬醛，橙花醛為順式檸檬醛b或β-檸檬醛［11]。

檸檬醛為無色油狀液體，有檸檬香氣，是很有價值的芳香成分，不僅適用于調配食用香精，也可作為合成紫羅蘭酮（香水及化妝品香精原料）、甲基紫羅蘭酮、VA和VE的重要原料。檸檬醛在香料工業中應用非常廣泛，常將檸檬醛作為軟性飲料、香皂、香水、化妝品及清潔劑的香精料［12]。同時，檸檬醛已被證實為香葉精油中的抗菌活性成分［13]，研究表明，檸檬醛中香葉醛和橙花醛有相互促進作用，兩者混合時有較高的殺菌功能，若單獨的香葉醛和橙花醛抗菌功能較低，檸檬醛適用于茶、棉、果、瓜、菜等主要作物真菌的防治，其抑菌活性高［14-16]，是一種天然植物殺菌劑。

2.4.2 香茅醛

香茅醛，學名3，7-二甲基-6-辛烯醛，是一種無環單萜醛。無色至微黃色液體，具有檸檬、香茅和玫瑰香氣。以d-，l-和dl-三種旋光體存在。D-香茅醛大量存在于精油中，為香茅油的主要成分，在酸性介質中易環化而成薄荷腦。主要作為香料的原料，常用于食用香精，配制柑橘和櫻桃類香精，也用作調制低檔皂用香精等［5]。有研究表明，香茅醛能破壞細胞壁、質膜，改變質膜選擇通透性，從而抑制菌絲體生長及孢子的萌發，引起細胞死亡，是較好的抑菌劑［17]，是一種天然的活性抑菌成分，香茅草精油中香茅醛的含量決定其抑菌活性。

2.4.3 香葉醇

云南6個不同地區的香茅草精油成分中均含有香葉醇。香葉醇，又名牻牛兒醇，主要提取于蕓香科、百合科、樟科、唇形科、薔薇科等植物中，天然存在于香葉油、香茅油、玫瑰草油、玫瑰油等精油中，作為玫瑰系香精的主劑，又是各種花香香精中不可缺少的調香原料，也可看作增甜劑，還可用于配制食品，香皂，日用化妝品香精。香葉醇是中間體類物質合成和新藥合成的重要原料，具有抗腫瘤、平喘、抗菌等多種藥理活性。香葉醇還是合成香草醇，香草醛、檸檬醛、羥基香草醛、紫羅蘭酮和維生素A 的原料，合成的各種酯，也是很好的香料。

2.4.4 香茅醇

香茅醇是重要的環萜烯醇，可用作香精香料物質的原料。據相關研究報道稱，香茅醇對乳腺癌具有顯著的化學預防作用，可用于提取研制抗癌藥物［18]。

3 討論

云南6地區香茅草的得油率有所差異，得油率由高到低依次為：盈江＞紅河＞芒市＞元謀＞西雙版納＞臨滄，盈江地區的香茅草精油得率最高為0.76%。李國民［5]等通過水蒸氣蒸餾法對瑞麗檸檬香茅草進行精油提取，其得油率為0.65%。梁宗武［19]等采用水蒸氣蒸餾法在不同條件下提取海南產香茅草精油，最大得油率為0.68%。導致香茅草精油得油率不同的原因可能與香茅草的品種、產地環境、采收時間、刈割高度、提取條件、提取工藝等［20-24]有關。

云南6個地區香茅草精油的主要成分分析結果表明，云南盈江和紅河地區的香茅草精油成分基本相同，其主要成分有11 種。元謀、德宏、西雙版納和臨滄地區的香茅草精油主要成分中檸檬醛（α-檸檬醛和β-檸檬醛）的相對含量均在84%以上，從檸檬醛含量看可視為同一類型的檸檬香茅草，比相關報道［25-33]的檸檬香茅中檸檬醛相對含量在45%～81%還高，導致精油含量高的具體原因還有待進一步的深入研究。

本試驗中收集、引種的6個云南不同地區的香茅草資源，在同一氣候特征和相同栽培管理條件下的精油得油率均不相同，其主要化學成分及含量也有所差異，其中臨滄、芒市、西雙版納和元謀的4份香茅草精油的主要成分一致但其含量均有一定差異，盈江和紅河地區的香茅草精油成分基本一致，其各成分的含量也各不相同，這可能與香茅草的品種、氣候環境、土壤環境等差異有關。通過對云南6 個地區的香茅草精油的相關性分析，結果表明云南香茅草精油中醛類化合物的含量主要與香葉醛和橙花醛的相對含量相關性顯著，云南香茅草精油總含量主要取決于醛類化合物的含量，而云南香茅草精油的百分總含量值越大，醛類化合物含量越多，說明醛類化合物決定云南香茅草精油得品質；酯類化合物的含量取決于乙酸香茅酯的含量，酯類化合物含量越高，其醇類化合物含量也越高，但醛類化合物含量與之相反。云南產香茅草精油的應用價值較高，具有較好的推廣前景，6 份香茅草資源的評價和鑒定可為香茅草資源開發利用提供參考。