基于HS-SPME-GC-MS的襄荷不同部位揮發性成分分析

鄧 淼,秦楓怡,李子怡,江鴻翎,卿志星,趙玲艷,羅鳳蓮,3*

1湖南農業大學食品科學技術學院;2湖南農業大學動物醫學院;3湖南農業大學食品科學技術學院 食品科學與生物技術湖南省重點實驗室,長沙 410128

襄荷(ZingibermiogaRosc.)為姜科姜屬多年生草本植物,又叫作茗荷、陽荷、陽藿、野姜等,在韓國以Yangha著稱,而在日本以Myoga著稱,是我國重要的食藥兼用保健型植物資源[1]。襄荷喜歡溫暖蔭濕環境,多生長于山地林蔭下或水溝旁,山谷中蔭濕處,在國內主要分布于我國華中南地區[2]。襄荷的地下莖、花軸、嫩芽都可以用作各種食材,是一種營養價值很高的藥食同源膳食纖維蔬菜[3]。在《本草綱目》中有記載,襄荷不僅可以作為蔬菜食用,還具有活血調經、鎮咳祛痰、改善炎癥、風濕性疾病和胃腸道不適等多種藥用功效[4]。襄荷富含多酚、姜辣素、黃酮、萜類等化合物,這些化合物表現出了強烈的抗炎、抗氧化、抗疲勞、降血糖、減肥、緩解過敏性哮喘等活性[5-11]。目前對襄荷的研究集中于花苞中的黃酮類化合物,但襄荷中還富含具有多種生理活性的揮發性成分,如α-蒎烯、β-蒎烯等,另外,襄荷根、莖具有芳香味,對襄荷中揮發性成分的研究也集中于其花苞部位,目前尚未有對其不同部位中的揮發性成分進行分析研究。若能對襄荷不同部位(根、莖、葉、花苞)的揮發性成分進行鑒定,以便從襄荷植株不同部位提取天然香料成分,將會給襄荷的多樣化利用提供新的思路。本實驗采用頂空固相微萃取法結合氣相色譜-質譜技術(HS-SPME-GC-MS)對襄荷不同部位(根、莖、葉、花苞)進行揮發性成分測定,為襄荷資源的綜合利用提供幫助。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮襄荷樣品采自湖南省懷化市芷江縣,經湖南農業大學羅鳳蓮副教授鑒定為襄荷(ZingibermiogaRosc),樣品存放湖南農業大學動物醫學院中獸藥湖南省重點實驗室-20 ℃冰箱。分別取襄荷根、莖、葉、花苞共四部位進行試驗。

1.2 儀器與設備

GC/MS-QP2010型氣相色譜-質譜聯用儀、GC/MS Solution色譜工作站和NIST.17質譜數據庫(日本島津公司);SAAA-SPME-ST固相微萃取儀、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取纖維頭、13-425標準螺紋口樣品瓶(上海安譜實驗科技股份有限公司);Scientz冷凍干燥機(寧波新芝生物科技股份有限公司);HB-88毛細管色譜柱(100.0 m × 0.25 mm × 0.20 μm,美國安捷倫公司)。

1.3 樣品制備

先將襄荷的根、莖、葉、花苞樣品置于冷凍干燥機中干燥,然后分別用粉碎機磨碎,稱取根、莖、葉、花苞四部位樣品各0.5 g置于10 mL頂空萃取瓶,待檢測。

1.4 萃取方法

氣化室設定溫度240 ℃,需將萃取纖維頭插入氣化室中40 min,除去纖維頭上殘存或空氣中的雜質。初始固相微萃取裝置溫度為70 ℃,再將裝有樣品的萃取瓶置于固定在裝置中預熱,40 min后將萃取進樣手柄插入頂空樣品瓶中,萃取40 min后,將萃取手柄取出。

1.5 GC-MS條件

進樣口溫度:240 ℃;柱內溫度:60 ℃;進樣方式:無分流;載氣高純He;載氣流速:1.37 mL/min;分割比:-0.1;初始溫度:60 ℃,維持5 min,再以3 ℃/min升至140 ℃,維持5 min,然后以5 ℃/min升至210 ℃,維持5 min,最后從10 ℃/min升至240 ℃,維持10 min。

離子源:EI源;離子源溫度為200 ℃,接口溫度為220 ℃。質核比掃描范圍為45～500m/z;采集的GC-MS數據由日本島津公司GC/MS Solution色譜工作站進行處理,自動識別信噪比>50的色譜峰,并將質譜圖與美國國家標準技術研究所(NIST)17質譜庫檢索比對,結合匹配度、保留時間,并與文獻報道進行對比,選擇相似度大于80%的化合物作為鑒定結果。各揮發性化合物含量由色譜峰面積的外部歸一化計算,以相對百分比表示。

2 結果

通過HS-SPME-GC-MS對襄荷不同部位(根、莖、葉、花苞)揮發性成分進行測定,得到襄荷不同部位揮發性化學成分的總離子流圖(見圖1)。經過NIST.17質譜數據庫檢索,采用面積歸一法計算各個積分的色譜峰占總峰面積百分比,得到襄荷不同部位揮發性成分的種類及相對百分比含量(見表1和表2)。

表2 襄荷不同部位揮發性成分鑒定結果Table 2 Results of volatile components in different parts of Z.mioga

圖1 襄荷不同部位揮發性成分總離子流圖Fig.1 Total ion chromatograms of volatile components in different parts of Z.mioga注:a.根;b.莖;c.葉;d.花苞。Note:a.Root;b.Stem;c.Leaf;d.Flower bud.

由表1、表2可知,采用HS-SPME-GC-MS方法從襄荷不同部位(根、莖、葉、花苞)中共鑒定出197種不同化合物,其中根、莖、葉、花苞分別鑒定92、67、64和96種,各部位的特有化合物分別為48、18、21和45種。烯烴類化合物是襄荷揮發性成分中種類最多、相對含量最高的一類化合物,在根、莖、葉中均占到了60%以上,在花苞中占到了54.35%。檜烯在根和花苞含量中含量最高,在莖中含量為其次,但在葉中的含量僅為1.98%。β-蒎烯在各部位的相對百分比含量均較高,是襄荷主要的揮發性成分。異胡蘿卜烯是根中特有的高含量揮發性成分。此外,葎草烯、隱品酮、α-蒎烯等化合物也是襄荷主要的揮發性成分。在襄荷各部位的揮發性成分中,共存在23種相同的揮發性成分(見圖2),包括有檜烯、α-蒎烯、β-蒎烯、D-檸檬烯、隱品酮等。

圖2 襄荷不同部位揮發性成分差異對比Fig.2 Comparison of volatile components in different parts of Z.mioga

3 討論與結論

氣味是目前判斷藥用植物優劣的重要手段之一,藥用植物中所含有的揮發性成分能夠使其具有特有的氣味,因此揮發性化合物是評價藥用植物質量的重要指標。襄荷中揮發性成分的研究主要集中于花苞部位,目前已被報道的揮發性成分有50多種,本試驗的測定結果發現共有25種化合物(如α-蒎烯、β-蒎烯、D-檸檬烯等)為已被報道的揮發性成分,這與Zhang等[12]的結果基本一致。此外,本試驗還測定了襄荷根、莖、葉部位的揮發性成分,這些結果可以為襄荷的多樣化利用提供新的思路。

烯烴類化合物是襄荷揮發性成分中種類最多、相對含量最高的一類化合物,由于閾值較低,對襄荷的風味貢獻較大。檜烯是一種重要的高密度燃料前體,可以作為航空燃料的添加劑,也可以作為香水添加劑、精細化學品消炎藥物,特別是針對慢性炎癥有很好的緩解作用[13]。α-蒎烯和β-蒎烯是多種香精、香料制造的中間體,可以被用于制作殺菌劑、香料、抗病毒和抗菌劑[14]。葎草烯具有抗腫瘤、抗病毒等藥理活性,廣泛應用于醫藥、食品、保健品等領域[15]。D-檸檬烯因其高品質的香味特性,主要以添加劑的形式添加在香水、肥皂和食品中[16]。石竹烯和β-欖香烯分別呈木香和辛香,具有顯著的抗癌、抗炎活性,其中β-欖香烯在中醫中被用于治療多種癌癥,且沒有嚴重的副作用[17,18]。

醇類化合物在襄荷揮發性成分中相對含量和種類僅次于烯烴類化合物,大多具有令人愉快的花香、果香[19]。襄荷樣品中的揮發性醇類化合物主要為松油醇(α-松油醇和4-萜烯醇)。α-松油醇具有紫丁香香氣,其甲酸酯及乙酸酯可用于香精的配制,同時也是玻璃器皿上色彩的優良溶劑。由于松油醇耐堿性強,可被用作皂用香精,同時也被廣泛用于醫藥、儀表、電信等領域[20]。此外相對含量較高的桉油烯醇、桃金娘烯醇、葎草烯醇-II等在各部位均有檢出,這些醇類可使襄荷的香氣更加協調。

醛類、酯類、醚類、酮類等揮發性化合物在襄荷中的占比較低。桃金娘烯醛常用于香料、有機合成和誘集云南縱坑切梢小蠹[21]。乙酸桃金娘烯酯有清新的草香和果香香氣,并伴有柑橘樣的香韻[22]。酮類物質閾值較高,對襄荷的風味貢獻較小[23]。其他類揮發性化合物包括酚類、酸類、烷烴類等。

本研究采用HS-SPME-GC-MS技術從襄荷不同部位(根、莖、葉、花苞)共鑒定出197種揮發性成分,其中根、莖、葉、花苞分別鑒定92、67、64和96種,各部位的特有化合物分別為48、18、21和45種,共有的揮發性成分為23種,主要包括烯烴類、醇類、醛類、酯類、酮類等。烯烴類在根、莖、葉中均占到了60%以上,在花苞中占到了54.35%,是襄荷中主要的揮發性成分。花苞中的醛類、酯類、醚類、酮類化合物要高于其他部位。本研究為對襄荷中揮發性成分的多樣化利用提供了理論依據和數據參考。