阜陽市薄荷品種精油成分分析

彭 亮,夏 菲,李奕濃,李 慧,白紅彤,石 雷

(1.阜陽市潁泉區林業局,安徽阜陽 236000;2.阜陽市綠景現代農業科技有限公司,安徽阜陽 236000;3.中國科學院植物研究所北方資源植物重點實驗室/國家植物園,北京 100093;4.阜陽中科芳香種業科技有限責任公司,安徽阜陽 236000)

薄荷為唇形科(Lamiaceae)薄荷屬(Mentha)多年生草本植物,是世界上重要的香料作物之一[1]。薄荷常被作為食品添加劑、煙草矯味劑、日化加香殺菌劑等添加到食品、煙草及日化用品中[2-5]。據《中國植物志》記載,我國現今包含栽培種在內的薄荷種(品種)共有12種,其中6種為野生種[6]。薄荷在我國多省份均有種植,而且各地栽培的品系不同,有的品種主產薄荷腦,有的品種主產精油。主要用于精油提取的薄荷品種包括椒樣薄荷(Mentha×piperita)、亞洲薄荷(MenthacanadensisL.)、留蘭香(Menthaspicata)、蘇格蘭留蘭香(Mentha×gracilis)等[7-9]。其中亞洲薄荷是我國常用中藥之一,在《中國藥典》中收錄,有防治風寒感冒、消炎止癢、疏肝理氣、提神醒腦的功效[10]。

亞洲薄荷(MenthacanadensisL.),莖呈四棱形,葉片呈長圓狀披針形、橢圓形或卵狀披針形等,花白色,輪傘花序腋生[6]。幼嫩莖尖可作菜食,全草又可入藥,是一種藥食兩用植物。花葉富含精油,按其主要成分可分為薄荷醇型(Menthol型)、薄荷醇-薄荷酮型(Menthol-menthone型)、氧化胡椒酮型(Piperitone oxide型)等化學型[10]。我國曾在20世紀80年代與美國、印度并稱為世界三大薄荷油主產國,我國亞洲薄荷油產量一度占據世界首位。后因國際薄荷油市場價格低迷,我國薄荷產業逐年萎縮[11]。近年來,隨著國際薄荷油市場回暖,薄荷油價格不斷上升,我國薄荷油貿易逆差壓力越來越大,重振我國薄荷產業,提升薄荷產量與品質勢在必行。

阜陽市太和縣是我國最大的亞洲薄荷生產基地,目前全縣種植面積800 hm2,素有“世界薄荷看中國,中國薄荷看太和”之說。然而,自20世紀末以來由于品種老化、退化、品種混亂、優良品種短缺等因素影響,薄荷精油產量下降,生產效益降低,嚴重影響了種植者的生產積極性[12-13]。通過對市場上薄荷藥材調查發現,市場上所用的薄荷有一部分并非《中國藥典》所收載的薄荷品種,而是Piperitone oxide型的亞洲薄荷品種,該類型品種含油率不高,薄荷醇含量低于《中國藥典》中對薄荷醇的要求[14]。市場上薄荷藥材揉搓后,僅從性狀上難以區分,品種的混雜嚴重降低了太和薄荷的品質。為從源頭上獲得優良種質,該研究通過對太和縣及周邊區縣薄荷資源調查和采集,對30份薄荷品種進行精油提取和成分檢測,以期篩選出適合在當地推廣、產量高、活性成分含量高的薄荷品種,提升地區薄荷產業發展質量。

1 材料與方法

1.1 試驗材料2022年7月,自安徽省阜陽市太和縣、阜南縣、潁東區等區縣采集薄荷材料30份,品種涵蓋了阜陽市的主要栽培品種資源。采集后進行陰干保存。活體試驗材料定植于中國科學院植物研究所芳香植物種質資源庫薄荷資源圃中。

1.2 精油的提取采用水蒸餾法提取薄荷材料精油,稱取采集的陰干植物材料100 g,剪成2～3 cm小段,通過Clevenger型裝置進行蒸餾。將材料置于圓底燒瓶,以料液比1∶10浸泡1 h,再200 ℃恒溫蒸餾2 h至精油含量不再增加,停止蒸餾后靜置約30 min,待油水分離器中薄荷精油尚未凝固前將其取出,每個品種材料分成3份分別進行提取。

1.3 精油成分檢測采用氣相色譜-質譜聯用法(gas chromatograph-mass spectrometer,GC-MS)進行精油成分測定。取4 μL待測精油、6 μL二辛醇(0.02 g/mL)和800 μL正己烷配制成上機溶液,通過氣相色譜質譜聯用儀(Agilent GC7890 GC-MS,美國)分離樣品成分。設置GC-MS氣相條件為進樣口溫度200 ℃,檢測室溫度325 ℃,載氣氮氣流速1.0 mL/min,分流比20∶1,非極性柱,進樣量1 μL;升溫程序為60 ℃保持4 min,以6 ℃/min升至84 ℃,以4 ℃/min升至102 ℃,以6 ℃/min升至156 ℃,以4 ℃/min升至180 ℃,以20 ℃/min升至280 ℃結束。質譜檢測條件為電離電壓70 eV,離子源溫度230 ℃,四極桿溫度150 ℃,電子倍增電壓(EMV)1 070 V,發射電流200 μA,掃描范圍35～500 amu。將樣品組分正構烷烴C7～C40的保留時間代入Kovats保留指數公式,計算組分程序升溫保留指數的實測值[15]。通過檢索NIST14標準質譜圖庫,使用MassHunter軟件進行譜庫搜索,依據保留指數和質譜峰圖的相似度來鑒定組分的結構和名稱,再采用面積歸一法確定各個組分的相對百分含量[16]。各樣品檢測均進行3次重復。

1.4 數據分析采用Excel 2010對精油含量等進行標準差和變異系數分析。以20種主要精油成分為標準,使用IBM SPSS Statistics 26.0統計軟件對30份薄荷品種資源進行聚類和熱圖分析。

2 結果與分析

2.1 薄荷精油含量分析30份薄荷品種精油含量檢測結果(圖1)顯示,精油含量<1.00%的薄荷品種有3份,1.00%～<2.00%的薄荷品種有6份,2.00%～<3.00%的薄荷品種有19份,≥3.00%的品種有2份。其中M-23品種精油含量最高,達3.50%,M-29品種精油含量最低,僅為0.74%。30份薄荷品種精油含量平均值為2.14%,變異幅度為0.74%～3.50%,變異系數為33.29%。

2.2 薄荷精油主要成分分析精油成分及相對含量分析結果表明,不同品種的成分和占比存在明顯差別,30份薄荷品種中共檢測到108種精油成分,其中M-1薄荷品種精油成分最少,僅為52種,M-8薄荷品種精油成分最多,達68種。相對含量在0.50%以上的成分共有20種,占精油總含量的91.12%～98.29%(圖2)。薄荷醇(menthol)、薄荷酮(mnethone)、氧化胡椒酮(piperitone oxide)、乙酸薄荷酯(menthyl acetate)為精油主要成分,其中薄荷醇含量為21.46%～77.91%,薄荷酮含量為2.09%～20.65%,氧化胡椒酮含量為0～56.19%,乙酸薄荷酯含量為0.08%～13.33%。

圖2 30份薄荷品種的精油主要成分及化學型分析Fig.2 Analysis of main components and chemical types of essential oil of 30 mint varieties

2.3 精油化學型分析根據精油20種主要成分占比,對各品種精油的化學型進行分類,結果顯示(圖2),M-1等22個薄荷品種中精油成分以薄荷醇為主,精油化學型為Menthol型。M-15、M-26品種化學型為Piperitone oxide型,M-4、M-18、M-25品種化學型為Menthol-Menthone型(MM型),M-23品種化學型為Menthol-Menthone-Pulegone型(MMP型),M-2、M-7品種化學型為Piperitone oxide-Menthol型(PM型)。

在Menthol型精油品種(圖3)中,薄荷醇均占精油成分的50%以上,其中在M-1中含量最高,達77.91%,在M-16中含量最低,為53.81%。其次為薄荷酮和異薄荷酮,薄荷酮在M-29中含量最低,僅為5.37%,在M-6中含量高達18.19%。異薄荷酮為薄荷酮的異構體,二者通常共同存在于薄荷精油中,異薄荷酮在M-5中含量最高,達6.51%,在M-20中含量最低,為1.91%。M-1、M-6等9個薄荷品種資源中薄荷醇、薄荷酮、異薄荷酮三者含量之和達90.00%以上。此外,乙酸薄荷酯也是Menthol型薄荷精油中的主要成分,如在M-17中含量在13.00%以上。

注:A.薄荷醇;B.薄荷酮;C.異薄荷酮;D.乙酸薄荷酯。Note:A.Menthol;B.Menthone;C.Isomenthone;D.Menthyl acetate.圖3 Menthol型品種精油主要成分含量Fig.3 Main component contents of Menthol type essential oil

在Piperitone oxide型精油品種中,氧化胡椒酮(piperitone oxide)在M-15、M-26中含量分別為51.73%、56.19%。在M-26中精油次要成分為薄荷醇,而在M-15中次要成分為二氫茉莉酮(dihydrojasmone),含量高達19.06%。薄荷酮和異薄荷酮在Piperitone oxide型品種中含量均低于Menthol型品種;石竹烯(caryophyllene)和大根香葉烯D(germacrene D)等倍半萜成分在Piperitone oxide型品種中的含量明顯高于Menthol型品種。在Menthol-Menthone化學型品種中,薄荷醇、薄荷酮為M-4、M-18、M-25薄荷品種精油的主要成分,其中薄荷醇含量最高,二者含量之和達69.63%～73.04%;乙酸薄荷酯(menthyl acetate)為該化學型品種的次要成分,含量在10.00%以上。M-23屬于Menthol-Menthone-Pulegone型品種,薄荷醇、薄荷酮、長葉薄荷酮(pulegone)含量分別為46.30%、19.84%和19.72%。此外,M-2、M-7為Piperitone oxide-Menthol型品種,氧化胡椒酮為含量最高的成分;其次為二氫茉莉酮(dihydrojasmone)、薄荷酮,其中二氫茉莉酮含量均在10.00%以上。

2.4 不同薄荷品種精油成分聚類分析將收集的30份薄荷品種選擇相對含量在0.50%以上的20種精油成分進行熱圖可視化分析及SPSS聚類分析,結果顯示(圖4～5),根據精油最高占比的化學成分將30個品種分為兩類,其中氧化胡椒酮(piperitone oxide)含量最高的M-2、M-7、M-15、M-26這4個薄荷品種聚為一類,薄荷醇(menthol)含量最高的26個薄荷品種聚為一類,這與化學型分類結果存在一定的相似性。因氧化胡椒酮(piperitone oxide)、二氫茉莉酮(dihydrojasmone)、β-欖香烯(β-elemene)的高含量以及薄荷酮(menthone)、異薄荷酮(isomenthone)、薄荷醇(menthol)的低含量,M-2、M-7、M-15、M-26聚為一類,其中M-2、M-7聚為小類,這與化學型結果存在一定的一致性。因M-29精油中富含松油醇(L-α-terpineol)、異石竹烯(isocaryophyllene)、α-紫穗槐烯(α-amorphene),其中松油醇為M-29中特有成分,使M-29在2種聚類分析中均與其他品種距離較遠。Menthol-Menthone型中M-4與M-18的成分更為相似,二者聚為一類,M-25在其他非主要成分與前者存在明顯差別,未與二者聚為一類。同樣因為M-9精油非主要成分與M-4、M-18更為相似,在2種成分分析方法中與二者聚為一類。

圖4 30份薄荷品種精油化學成分熱圖Fig.4 Heat map of chemical component of essential oils from 30 mint varieties

圖5 30份薄荷品種精油化學成分聚類分析Fig.5 Cluster analysis of chemical component of essential oils from 30 mint varieties

3 討論與結論

品質優良的亞洲薄荷具有清涼的特殊薄荷香氣及一點點甜香,是我國常用中藥之一,被2015版、2020版《中國藥典》收錄[14],可治感冒發熱喉痛、頭痛、目赤痛、肌肉疼痛、皮膚風疹瘙癢等癥,對癰、疽、疥、癬、漆瘡亦有效。Tucker等[10]2002年曾報道亞洲薄荷可能為日本薄荷(Menthaarvensis)和長葉薄荷[Menthalongifolia(L.)Huds.]的雜交后代,精油化學型豐富,不僅包括常見的Menthol型,還包括Pulegone型、Piperitone oxide型、Linalool型等化學型,可能與親本日本薄荷和長葉薄荷豐富的化學型有關。亞洲薄荷早在《中國藥典》1990年版就有記載,侯惠嬋[17]檢驗時發現薄荷葉表皮細胞中含有橙皮苷結晶,極具特征性,建議將其列入《中國藥典》薄荷葉表面鑒別中,而橙皮苷結晶成分分析即為薄荷醇,這也從側面證實了20世紀80、90年代種植的亞洲薄荷品種主要以薄荷醇型為主,品種純正。自1999年薄荷生產進入大滑坡后,國內對薄荷產業技術研究基本停止。生產應用的薄荷品種仍為20世紀80、90年代培育的品種,或是自留自用自育品種,或是來源不明的引進品種,種根應用農戶之間互相串換,導致品種老化、退化和混雜嚴重,出現了Menthol-Menthone型、Piperitone oxide型等亞洲薄荷化學型品種,造成薄荷品種的生物學特性產生的生物種性退化,品種之間更加難以區分。

薄荷醇(menthol),俗稱薄荷腦,是亞洲薄荷的主要成分,一種單萜化合物,一般有2種異構體(menthol、isomenthol),廣義上的薄荷醇是二者的總稱,其含量的高低直接影響著亞洲薄荷的品質,2020版《中國藥典》規定,亞洲薄荷含揮發油不得少于0.80%(mL/g),薄荷醇(C10H20O)在干燥品中含量不得少于0.20%。在阜陽市多縣區薄荷種植區進行調查時發現,農戶種植亞洲薄荷以采賣芽頭和地上全株為主,采購商為防止收購品種摻偽,保證薄荷材料品質,規定了薄荷干品精油含量需在0.90%(mL/g)以上,薄荷醇含量需達到2020版《中國藥典》的標準。而收集的M-14、M-26、M-29這3種亞洲薄荷品種精油含量分別為0.84%、0.77%和0.74%,低于精油含量在0.90%以上的要求,未達到收購要求。收集的M-2、M-7、M-15干品精油含量雖達到收購要求,但其精油成分中薄荷醇含量最高僅為22.45%,結合密度計算,絕對含量僅為0.19%,低于《中國藥典》的要求。氧化胡椒酮(piperitone oxide)為其最高成分,經形態學鑒定,M-2、M-7、M-15這3個薄荷品種均為亞洲薄荷品種,其中M-2、M-7系Piperitone oxide-Menthol型亞洲薄荷品種,M-15系Piperitone oxide型亞洲薄荷品種。以上未達到要求品種(M-2、M-7、M-14、M-15、M-26、M-29),其形態學與達標品種差異不大,烘干揉搓后,僅在形態學上更加難以分析,收購時未進行精油成分檢測,極易作為高品質品種收購,降低薄荷品質。

該研究通過檢測分析30份薄荷材料干品精油含量和薄荷醇含量,篩選出適合當地推廣的薄荷優良種質,以滿足國內薄荷產業快速發展,其中M-1、M-3、M-19、M-27等薄荷品種精油含量高、薄荷醇含量高,精油品質好,適合在阜陽地區推廣應用。