基于HS-SPME/GC/MS的姜花不同部位揮發性成分分析

趙 楊 程 力 杜 庭 葉 沖 毛寒冰 - 楊占南 -

(1.貴州中煙工業有限責任公司，貴州 貴陽 550009；2.貴州中醫藥大學第二附屬醫院，貴州 貴陽 550001；3.六盤水市貧困監測中心，貴州 六盤水 553000；4.貴州師范大學貴州省山地環境信息系統與生態環境保護重點實驗室，貴州 貴陽 550003)

姜花(HedychiumcoronariumKoen.)為姜科姜花屬多年生植物[1]，是中國重要的藥食兩用資源之一[2]，主要分布于中國北方部分地區及廣西、廣東等地[3]。作為名貴的香料植物，姜花多用于姜花浸膏和香精的提取[4-5]；也可作為食品的原材料，如姜花雪糕、姜花餅、姜花鳳梨酥、姜花酸奶等[6-8]；在工業上，姜花可作為提取芳香油的工業原料，添加到高級化妝品中[9]。為進一步明確姜花的香氣成分和形成機制，需對姜花的揮發性成分進行鑒定，但僅范燕萍等[10]對姜花的揮發性成分進行了部分報道，且忽視了其不同部位之間的揮發性成分差異。

試驗擬以六盤水市六枝縣新鮮采集的姜花樣品為研究對象，對姜花根、莖葉和花中的揮發性化學成分進行鑒定和對比，采用頂空固相微萃取(HS-SPME)提取其3個部位的揮發性成分，利用氣相色譜—質譜聯用(GC-MS)分析法對揮發性成分進行探究，旨在進一步明確姜花不同部位中揮發性成分異同，為姜花資源的進一步研究、開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試植物

供試植物：2018年10月采自六盤水市六枝縣，由貴州省中藥資源普查隊六枝分隊杜詩興普查員鑒定為姜花(HedychiumcoroariumKoen.)。

1.1.2 儀器與試劑

氣相色譜—質譜聯用儀：TRACE1310/ISQ LT 型，配有EI源，美國Thermo Fisher公司；

進樣器：TriPlus RSH型，含固相微萃取自動進樣，美國Thermo Fisher公司；

色譜柱：DB-WAXETR 60 m×0.25 mm×0.25 μm，美國Agilent Technologies公司；

固相微萃取纖維頭：50/30 μm DVB/CAR/PDMS Stable Flex/ss(1 cm)，美國Supelco 公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 供試植物的預處理 將姜花植物樣品用小刀切碎，分別取一定量樣品置于頂空樣品瓶中，密封。

1.2.2 供試植物揮發性成分的收集

(1)固相微萃取提取：對SPME萃取頭進行預處理，將SPME萃取頭在氣相色譜進樣口老化1 h，進樣口溫度250 ℃；使用固相微萃取頭前，在氣相色譜進樣口老化30 min，進樣口溫度250 ℃。

(2)SPME自動進樣器條件：將裝有樣品的頂空瓶于60 ℃孵化30 min，充分平衡后，將老化后的SPME萃取頭插入頂空瓶萃取30 min，萃取溫度60 ℃，萃取完成后取出萃取頭插入氣相色譜儀進樣口(250 ℃)脫附3 min。

1.2.3 揮發成分分析 參考蔣玉梅等[11]的方法并略作修改。進樣口溫度250 ℃；不分流進樣；載氣為高純He(99.999%)；載氣流速1 mL/min；程序升溫條件：起始溫度40 ℃，保持2 min；以4 ℃/min升溫至200 ℃，保持1 min；再以10 ℃/min升溫至240 ℃，保持10 min；EI離子源；傳輸線溫度240 ℃；離子源溫度280 ℃；電離能量70 eV；質量掃描范圍29～500 amu。

1.3 數據處理

應用NIST library數據庫、Wiley 275 標準質譜圖和結合結合相關參考文獻對姜花樣品揮發性成分總離子流圖進行對比分析，以峰面積歸一化法計算各化合物在跟、莖葉和花中的百分相對含量。

2 結果與分析

2.1 揮發性成分含量

姜花莖葉、花、根3部位總離子流圖如圖1所示。利用面積歸一法計算揮發性成分相對含量，結果見表1。

由表1可知，姜花各部位共鑒定出85種揮發性化學成分，包括烴類化合物42種、醇類化合物30種、酮類化合物4種、酯類化合物3種、醛類化合物2種及其他3種。姜花各部位所含揮發性成分中共有化合物36種，在根、莖葉、花中的相對含量分別為83.864%，66.624%，86.912%，其中β-蒎烯在各部位的相對含量都較高。姜花不同部位中揮發性化學成分基本為單萜烯類、倍半萜烯類及醇類等，與黃文藝等[9]的研究結果一致。現代藥理研究[12]表明，姜花具有抗腫瘤細胞活性、加強心臟收縮以及減慢心率等多種藥理作用。α-蒎烯具有祛痛、鎮咳、抗真菌等作用[13-15]；β-蒎烯能抗炎、祛痰；芳樟醇有抗菌、抗病毒感染、抗齲齒、鎮靜、除臭、殺蟲等作用[16]。

圖1 姜花各部位總離子流圖

表1 姜花不同部位揮發性成分的 GC-MS 分析?

? “—”表示未檢出。

與其他部位相比，花中的α-水芹烯(7.265%)含量明顯高于莖葉和根中的，α-水芹烯是具有生物活性的天然殺蟲劑，也是一種重要的香料原料，同時還可用于藥物、牙膏和化妝品中[17]。莖葉中的β-石竹烯(12.568%)含量遠高于其他部位的，β-石竹烯具抗氧化[18-20]、抗凋亡[21]、抗焦慮[22]、抗炎[23]、止痛[24]等，是一種重要的天然活性成分。根和花中的β-蒎烯含量較高，分別為25.935%，27.799%，β-蒎烯具有良好的抑菌作用，可應用于保鮮方面[25]。

2.2 揮發性成分類別

對各部位的揮發性成分進行分類，計算出各類化合物的含量和種類(見表2)。由表2可知，姜花中不同部位中各揮發性成分含量和數量差異較大，其中，花中的烯烴類化合物含量明顯高于莖葉和根中的，為根中烴類化合物含量的1.59倍；根中的醇類物質明顯多于花與莖葉中的，其含量為花中的2.32倍，莖葉的1.7倍；花中烴類化合物含量最多，而根中醇類化合物含量突出。

表2 姜花根、莖葉、花中各類揮發性成分含量及數量

Table 2 Various volatile components and quantities in roots, stems, leaves and flowers ofHedychiumcoronariumKoen.

部位烯烴類含量/%數量烷烴類含量/%數量醇類含量/%數量醛類含量/%數量酯類含量/%數量酮類含量/%數量其他含量/%數量莖葉64.059360.000026.391220.10111.37210.07211.9001花73.668340.009119.400190.83521.40110.68730.0000根46.271300.000044.930170.53222.34720.91140.5732

2.3 主成分分析

為進一步探究姜花香氣中的主要作用成分，對鑒定出的85種揮發性化合物相對含量進行主成分分析，其中，主成分1為β-石竹烯、6-芹子烯-醇、γ-松油烯、2-甲基-6-(p-甲苯基)-2-庚烯-1-醇、二表雪松烯-1-氧化物、蓽澄茄油烯醇、Z,Z,Z-1,5,9,9-四甲基-1,4,7,-環十一碳三烯、乙酸龍腦酯、11,11-二甲基-4,8-二亞甲基二環[7.2.0]-3-醇、4,5,10-大根香葉三烯-1-醇、環氧化蛇麻烯、香樹烯氧化物、(2-順,6反)-金合歡醇、(+)-大根香葉烯、δ-欖香烯、(R,Z)-2-甲基-6-(4-甲基環戊-1,4-二烯-1-基)2-庚烯-1-醇、冰片、氧化石竹烯、4-萜烯醇、β-姜黃烯、(+)-β-蛇床烯、(1R)-(+)-諾蒎酮、(1S)-1,7,7-三甲基二環[2.2.1]庚烷-2-酮、葑醇；主成分2為畢澄茄烯、α-姜黃烯、α-側柏烯、松香芹酮、8-氧代-9H-環異長葉烯、α-反式香檸烯醇、(2α,3α,5β)-1,1,2-三甲基-3,5-二(1-甲基乙基)-環己烷、cis-紅沒藥烯、6-epi-白菖醇、桉葉油醇、棕櫚酸、反式-橙花叔醇、石竹烷-4,8-二烯-5α-醇、4-異丙基-1-甲基環己-2-烯醇、γ-松油烯、茅蒼術醇、植醇、β-蒎烯、epi-γ-桉葉油醇、(-)-反式一松香芹醇、纈草萘烯醇、α-蒎烯、松油醇、芳樟醇、反式芳樟醇氧化物、α-乙酸松油酯、α-乙酸松油酯、D-檸檬烯。

由表3可知，主成分1和主成分2的累計貢獻率達100%，表明主成分1、2能有效表征整體數據；姜花中的揮發性成分并不是由一種或兩種含量高的成分主導，而是由多種揮發性成分相互作用，共同影響。

表3 2種主成分的特征值及其貢獻率

3 結論

試驗表明，姜花中各部位化合物的種類和含量差異較大，烯烴為各部分的主要成分，根中醇類化合物的含量明顯高于其他部位的。主成分分析表明，姜花獨特的香氣并非是由某一種化合物主導，而是由多種化合物共同影響，相互作用。姜花植物不同部位的化學成分還有待深入研究，尤其是含量較高的萜類化合物。