云南香茅草精油含量及主要化学成分分析①

许智萍 范源洪 何 璐 任洪涛 范建成 袁建民 杨晓琼

(1 云南省农业科学院热区生态农业研究所 云南元谋651300;2 云南元谋干热河谷植物园 云南元谋651300;3 云南省高原特色农业产业研究院 云南昆明650225;4 云南农业大学香料研究所 云南昆明650051)

香茅属植物是多年生草本植物，广泛分布于亚洲、非洲和美洲等。适生于热带、亚热带、高原草地和干旱地区。香茅属植物大都具有再生力强、分蘖多、生长快［1]、投资小、见效快易于发展种植等特点，全世界约有香茅属植物140 余种［2]。我国香茅属植物有8 种，分别为爪哇香茅、柠檬草、芸香草、高杆野香茅（枯草）、红杆草（鲁沙香茅）、扭鞘香茅（野香茅）、亚香茅、枫茅，主要分布于云南、四川、贵州、广东、广西、台湾、海南、福建等地，是一种重要的禾本科植物［3-4]。香茅属植物大多是一种具有特殊香气的草本植物，集多功能于一体，故被广泛引种种植。香茅草具有药用价值和食用价值被民间广为应用，香茅草精油在日化、香精香料、食品等行业也被广泛的应用，香茅草精油及其蒸馏液是当今合成有机化学工业极有用途的原料，具有广阔的开发前景。本实验利用水蒸气蒸馏法提取香茅草精油，采用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）对香茅草精油的主要成分进行分析，它是一种高效的分析鉴定仪器，主要是利用气相色谱仪的分离能力将混合物中的各组分按保留时间进行分离，通过质谱仪对分离出的组分进行定性和定量分析，计算出各组分的含量［5]。对云南地区的香茅草精油进行分析研究，是为了解其主要活性成分，对云南香茅草资源的进一步研究提供一定的数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料

以2018年至2019年分别由云南省芒市、临沧、西双版纳、红河、盈江地区引种种植的5份香茅草资源和元谋本地已有香茅草资源1份为试验材料，6 份试验材料于2020年4月采集并提取香茅草精油供上机测试。

1.1.2 气相色谱分析条件

仪器为HP 5890A GC。色谱条件：色谱柱HP-5MS 30 m×0.25 mm×0.25 m。检测器：FID，柱温、初温100℃，保持2 min，升温速度4℃/min，末温220℃，恒温20 min。进样温度220℃，检测温度220℃，载气N2，分流比30∶1，进样量0.2 μL。

1.2 方法

1.2.1 精油的提取及计算

采用水蒸气蒸馏法提取精油，实验当天采集新鲜香茅草，剪碎至2～5 cm，称取新鲜香茅草样500 g 于精油提取装置的上层，加入2500 mL 的水于精油提取装置中的下层，在功率为2800 W 的加热器上蒸馏，20 min后开始收集蒸馏液，蒸馏时间为1 h，将收集到的蒸馏液在油水分离器中进行分离收集，无水硫酸钠脱水并称取质量，最后计算得油率。

得油率W＝M2/M1×100%，式中：W为香茅草挥发油得率（%）；M1 为香茅草的质量（g）；M2 为挥发油的质量（g）。

1.2.2 数据分析

运用计算机检索并与图谱库（NIST）的标准质谱图比对，确认各香气物质的化学成分，按峰面积归一化法计算样品中各个组分的相对含量；数据采用Microsoft Excel 2003 软件进行整理，采用SPSS 25.0软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 精油得油率

从表1 可以看出，6 份香茅草资源的得油率有所差异，盈江地区的的得油率最高，达到0.76%的出油率，得油率最低的是临沧和西双版纳地区，分别有0.27%和0.36%的得油率，芒市和红河地区的得油率基本一致，仅相差0.01%。

表1 六份香茅草的得油率及精油色泽

2.2 气相色谱分析结果

6 个香茅草精油样品中目标化合物的FID 检测结果表明，检测出的化合物含量相对较高且为应用较普遍的成分。含量最高的是临沧，占93.19%，最低的是红河，占64.48%。6个地区的香茅草精油都含有3种主要成分，分别是香茅醛、香叶醇和乙酸香茅酯。

元谋、临沧、芒市、西双版纳4个地区的香茅草精油中鉴定出6 种主要成分（表2），分别为α-蒎烯、香茅醛、α-柠檬醛（香叶醛）、β-柠檬醛（橙花醛）、香叶醇、乙酸香茅酯。4 个地区精油中柠檬醛（α-柠檬醛和β-柠檬醛）的相对含量分别高达86.6%、85.09%、84.39%和86.6%，临沧、西双版纳和元谋地区的相对总含量比芒市地区的分别高16.91%、16.69%和16.02%，比红河地区的分别高28.71%、28.49%和27.82%；β-柠檬醛（橙花醛）的相对含量由高到低依次为元谋、临沧、西双版纳和芒市，元谋、临沧和西双版纳的相对含量分别比芒市地区的高14.84%、13.48%和11.29%；西双版纳，元谋和临沧的α-柠檬醛（香叶醛）含量较高，分别比芒市地区高8.32%、6.98%和6.83%。α-蒎烯相对含量是芒市地区的最高，元谋地区最低，芒市地区分别比元谋、临沧和西双版纳的高5.53%、1.13%和1.48%。芒市和西双版纳地区的香叶醇的相对含量相差不大，分别为2.84%和2.71%，而临沧地区的香叶醇含量稍低，其相对含量仅为1.99%；盈江和红河2 个地区的精油主要成分更丰富，与上述4个地区的香茅草精油的主要成分区别较为明显，从其精油中分析鉴定出12 种主要精油成分，分别为柠檬烯、香茅醇、芳樟醇、乙酸香叶酯、β-榄香烯、大根香叶烯、δ-杜松烯、榄香醇、香茅醛、乙酸香茅酯、香叶醇、β-荜澄茄烯。其中大根香叶烯是红河所特有的成分，占相对总含量的1.23%，β-荜澄茄烯是盈江所特有的成分，占比为2.0%，两个地区的相对含量最高的3种成分分别是香茅醛、香茅醇和香叶醇，但两地的各个精油成分含量各有差异。盈江精油的香茅醛、香茅醇、柠檬烯、芳樟醇、β-榄香烯、δ-杜松烯、榄香醇含量分别高于红河地区的6.9%、2.47%、0.52%、0.24%、1.43%、1.7%、2.39%，而香叶醇、乙酸香茅酯、乙酸香叶酯的含量则是元谋地区的相对含量高于盈江地区的，分别高出1.39%、1.78%、3.12%。

表2 云南香茅草精油化学成分及含量 单位：%

2.3 相关性分析

对云南香茅草精油总含量、香叶醇、香茅醛、乙酸香茅酯、α-蒎烯、香叶醛、橙花醛、醛类、烯类、醇类、酯类等11 种成分进行相关性分析，结果见表3。云南香茅草精油总含量与醛类化合物呈正相关性，p＜0.01，差异性极显著；百分总含量与香叶醛和橙花醛呈正相关性，p＜0.05，差异性显著；百分总含量与乙酸香茅酯、香叶醇和酯类呈负相关性，p＜0.01，差异性性极显著；百分总含量与香叶醇和酯类呈负相关性，p＜0.005，差异性显著；醛类化合物与橙花醛呈正相关性，p＜0.01，差异性极显著；醛类化合物与香叶醛呈正相关性，p＜0.05，差异性显著；酯类化合物含量与乙酸香茅酯的含量呈正相关性，p＜0.01，差异性极显著；酯类化合物含量与醇类化合物含量和香叶醇的含量呈正相关性，p＜0.05，差异性显著；酯类化合物含量与醛类化合物含量呈负相关性，p＜0.05，差异性显著；醇类化合物含量与香茅醛、香叶醇的含量呈正相关性，p＜0.01，差异性极显著；醇类化合物含量与乙酸香茅酯和酯类化合物呈正相关性，p＜0.05，差异性显著。

表3 云南香茅草精油总含量、醛类、烯类、酯类、醇类等的相关性分析

2.4 主要成分对精油品质的影响

有研究表明，香茅草精油对多数植物病原真菌，如黄瓜菌核病菌、黄瓜腐霉菌、黄瓜镰刀菌、辣椒疫霉菌、辣椒尖孢镰刀菌、棉花枯萎病菌、棉花黄萎病菌、花生根腐病菌、花生白绢病菌、花生冠腐病菌、桔青霉菌、苹果青霉病菌，西瓜腐霉和尖镰孢菌、茎枯病菌、小麦镰孢菌、番茄镰孢菌、灰葡萄孢菌、早疫病菌等具有较强的抑制作用［6-9]。

香茅精油中的挥发性化合物主要包括：醛类、醇类、酚类、脂类、萜烯类和酮类等化合物［10]。由表2可知，云南香茅草精油化学成分主要包括四大类，分别是醛类、烯类、酯类和醇类。醛类化合物含量最高，云南6个地区的香茅草精油中醛类含量由高到低依次为元谋＞临沧＞西双版纳＞芒市＞盈江＞红河，含量较高的是元谋、临沧和西双版纳，含量均为80%以上，其次是芒市，含量为65.94%，盈江和红河的含量在20%～30%；醇类化合物含量较高的是盈江和红河，分别占33.32%和29.61%，其它地区的含量均低于5%；烯类化合物和酯类化合物含量较低，含量均小于10%。

2.4.1 柠檬醛

香茅草精油中柠檬醛的含量高低决定香茅草精油价值，含量越高其利用价值越高，价格相对也较高。柠檬醛包括α-柠檬醛（香叶醛）和β-柠檬醛（橙花醛），是一种萜烯类醛，化学式同为3，7-二甲基-2，6-辛二烯-1-醛，二者互为同分异构体，香叶醛为反式柠檬醛a 或α-柠檬醛，橙花醛为顺式柠檬醛b或β-柠檬醛［11]。

柠檬醛为无色油状液体，有柠檬香气，是很有价值的芳香成分，不仅适用于调配食用香精，也可作为合成紫罗兰酮（香水及化妆品香精原料）、甲基紫罗兰酮、VA和VE的重要原料。柠檬醛在香料工业中应用非常广泛，常将柠檬醛作为软性饮料、香皂、香水、化妆品及清洁剂的香精料［12]。同时，柠檬醛已被证实为香叶精油中的抗菌活性成分［13]，研究表明，柠檬醛中香叶醛和橙花醛有相互促进作用，两者混合时有较高的杀菌功能，若单独的香叶醛和橙花醛抗菌功能较低，柠檬醛适用于茶、棉、果、瓜、菜等主要作物真菌的防治，其抑菌活性高［14-16]，是一种天然植物杀菌剂。

2.4.2 香茅醛

香茅醛，学名3，7-二甲基-6-辛烯醛，是一种无环单萜醛。无色至微黄色液体，具有柠檬、香茅和玫瑰香气。以d-，l-和dl-三种旋光体存在。D-香茅醛大量存在于精油中，为香茅油的主要成分，在酸性介质中易环化而成薄荷脑。主要作为香料的原料，常用于食用香精，配制柑橘和樱桃类香精，也用作调制低档皂用香精等［5]。有研究表明，香茅醛能破坏细胞壁、质膜，改变质膜选择通透性，从而抑制菌丝体生长及孢子的萌发，引起细胞死亡，是较好的抑菌剂［17]，是一种天然的活性抑菌成分，香茅草精油中香茅醛的含量决定其抑菌活性。

2.4.3 香叶醇

云南6个不同地区的香茅草精油成分中均含有香叶醇。香叶醇，又名牻牛儿醇，主要提取于芸香科、百合科、樟科、唇形科、蔷薇科等植物中，天然存在于香叶油、香茅油、玫瑰草油、玫瑰油等精油中，作为玫瑰系香精的主剂，又是各种花香香精中不可缺少的调香原料，也可看作增甜剂，还可用于配制食品，香皂，日用化妆品香精。香叶醇是中间体类物质合成和新药合成的重要原料，具有抗肿瘤、平喘、抗菌等多种药理活性。香叶醇还是合成香草醇，香草醛、柠檬醛、羟基香草醛、紫罗兰酮和维生素A 的原料，合成的各种酯，也是很好的香料。

2.4.4 香茅醇

香茅醇是重要的环萜烯醇，可用作香精香料物质的原料。据相关研究报道称，香茅醇对乳腺癌具有显著的化学预防作用，可用于提取研制抗癌药物［18]。

3 讨论

云南6地区香茅草的得油率有所差异，得油率由高到低依次为：盈江＞红河＞芒市＞元谋＞西双版纳＞临沧，盈江地区的香茅草精油得率最高为0.76%。李国民［5]等通过水蒸气蒸馏法对瑞丽柠檬香茅草进行精油提取，其得油率为0.65%。梁宗武［19]等采用水蒸气蒸馏法在不同条件下提取海南产香茅草精油，最大得油率为0.68%。导致香茅草精油得油率不同的原因可能与香茅草的品种、产地环境、采收时间、刈割高度、提取条件、提取工艺等［20-24]有关。

云南6个地区香茅草精油的主要成分分析结果表明，云南盈江和红河地区的香茅草精油成分基本相同，其主要成分有11 种。元谋、德宏、西双版纳和临沧地区的香茅草精油主要成分中柠檬醛（α-柠檬醛和β-柠檬醛）的相对含量均在84%以上，从柠檬醛含量看可视为同一类型的柠檬香茅草，比相关报道［25-33]的柠檬香茅中柠檬醛相对含量在45%～81%还高，导致精油含量高的具体原因还有待进一步的深入研究。

本试验中收集、引种的6个云南不同地区的香茅草资源，在同一气候特征和相同栽培管理条件下的精油得油率均不相同，其主要化学成分及含量也有所差异，其中临沧、芒市、西双版纳和元谋的4份香茅草精油的主要成分一致但其含量均有一定差异，盈江和红河地区的香茅草精油成分基本一致，其各成分的含量也各不相同，这可能与香茅草的品种、气候环境、土壤环境等差异有关。通过对云南6 个地区的香茅草精油的相关性分析，结果表明云南香茅草精油中醛类化合物的含量主要与香叶醛和橙花醛的相对含量相关性显著，云南香茅草精油总含量主要取决于醛类化合物的含量，而云南香茅草精油的百分总含量值越大，醛类化合物含量越多，说明醛类化合物决定云南香茅草精油得品质；酯类化合物的含量取决于乙酸香茅酯的含量，酯类化合物含量越高，其醇类化合物含量也越高，但醛类化合物含量与之相反。云南产香茅草精油的应用价值较高，具有较好的推广前景，6 份香茅草资源的评价和鉴定可为香茅草资源开发利用提供参考。