基于HS-SPME/GC/MS的姜花不同部位挥发性成分分析

赵 杨 程 力 杜 庭 叶 冲 毛寒冰 - 杨占南 -

(1.贵州中烟工业有限责任公司，贵州 贵阳 550009；2.贵州中医药大学第二附属医院，贵州 贵阳 550001；3.六盘水市贫困监测中心，贵州 六盘水 553000；4.贵州师范大学贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室，贵州 贵阳 550003)

姜花(HedychiumcoronariumKoen.)为姜科姜花属多年生植物[1]，是中国重要的药食两用资源之一[2]，主要分布于中国北方部分地区及广西、广东等地[3]。作为名贵的香料植物，姜花多用于姜花浸膏和香精的提取[4-5]；也可作为食品的原材料，如姜花雪糕、姜花饼、姜花凤梨酥、姜花酸奶等[6-8]；在工业上，姜花可作为提取芳香油的工业原料，添加到高级化妆品中[9]。为进一步明确姜花的香气成分和形成机制，需对姜花的挥发性成分进行鉴定，但仅范燕萍等[10]对姜花的挥发性成分进行了部分报道，且忽视了其不同部位之间的挥发性成分差异。

试验拟以六盘水市六枝县新鲜采集的姜花样品为研究对象，对姜花根、茎叶和花中的挥发性化学成分进行鉴定和对比，采用顶空固相微萃取(HS-SPME)提取其3个部位的挥发性成分，利用气相色谱—质谱联用(GC-MS)分析法对挥发性成分进行探究，旨在进一步明确姜花不同部位中挥发性成分异同，为姜花资源的进一步研究、开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试植物

供试植物：2018年10月采自六盘水市六枝县，由贵州省中药资源普查队六枝分队杜诗兴普查员鉴定为姜花(HedychiumcoroariumKoen.)。

1.1.2 仪器与试剂

气相色谱—质谱联用仪：TRACE1310/ISQ LT 型，配有EI源，美国Thermo Fisher公司；

进样器：TriPlus RSH型，含固相微萃取自动进样，美国Thermo Fisher公司；

色谱柱：DB-WAXETR 60 m×0.25 mm×0.25 μm，美国Agilent Technologies公司；

固相微萃取纤维头：50/30 μm DVB/CAR/PDMS Stable Flex/ss(1 cm)，美国Supelco 公司。

1.2 试验方法

1.2.1 供试植物的预处理 将姜花植物样品用小刀切碎，分别取一定量样品置于顶空样品瓶中，密封。

1.2.2 供试植物挥发性成分的收集

(1)固相微萃取提取：对SPME萃取头进行预处理，将SPME萃取头在气相色谱进样口老化1 h，进样口温度250 ℃；使用固相微萃取头前，在气相色谱进样口老化30 min，进样口温度250 ℃。

(2)SPME自动进样器条件：将装有样品的顶空瓶于60 ℃孵化30 min，充分平衡后，将老化后的SPME萃取头插入顶空瓶萃取30 min，萃取温度60 ℃，萃取完成后取出萃取头插入气相色谱仪进样口(250 ℃)脱附3 min。

1.2.3 挥发成分分析 参考蒋玉梅等[11]的方法并略作修改。进样口温度250 ℃；不分流进样；载气为高纯He(99.999%)；载气流速1 mL/min；程序升温条件：起始温度40 ℃，保持2 min；以4 ℃/min升温至200 ℃，保持1 min；再以10 ℃/min升温至240 ℃，保持10 min；EI离子源；传输线温度240 ℃；离子源温度280 ℃；电离能量70 eV；质量扫描范围29～500 amu。

1.3 数据处理

应用NIST library数据库、Wiley 275 标准质谱图和结合结合相关参考文献对姜花样品挥发性成分总离子流图进行对比分析，以峰面积归一化法计算各化合物在跟、茎叶和花中的百分相对含量。

2 结果与分析

2.1 挥发性成分含量

姜花茎叶、花、根3部位总离子流图如图1所示。利用面积归一法计算挥发性成分相对含量，结果见表1。

由表1可知，姜花各部位共鉴定出85种挥发性化学成分，包括烃类化合物42种、醇类化合物30种、酮类化合物4种、酯类化合物3种、醛类化合物2种及其他3种。姜花各部位所含挥发性成分中共有化合物36种，在根、茎叶、花中的相对含量分别为83.864%，66.624%，86.912%，其中β-蒎烯在各部位的相对含量都较高。姜花不同部位中挥发性化学成分基本为单萜烯类、倍半萜烯类及醇类等，与黄文艺等[9]的研究结果一致。现代药理研究[12]表明，姜花具有抗肿瘤细胞活性、加强心脏收缩以及减慢心率等多种药理作用。α-蒎烯具有祛痛、镇咳、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、抗龋齿、镇静、除臭、杀虫等作用[16]。

图1 姜花各部位总离子流图

表1 姜花不同部位挥发性成分的 GC-MS 分析†

† “—”表示未检出。

与其他部位相比，花中的α-水芹烯(7.265%)含量明显高于茎叶和根中的，α-水芹烯是具有生物活性的天然杀虫剂，也是一种重要的香料原料，同时还可用于药物、牙膏和化妆品中[17]。茎叶中的β-石竹烯(12.568%)含量远高于其他部位的，β-石竹烯具抗氧化[18-20]、抗凋亡[21]、抗焦虑[22]、抗炎[23]、止痛[24]等，是一种重要的天然活性成分。根和花中的β-蒎烯含量较高，分别为25.935%，27.799%，β-蒎烯具有良好的抑菌作用，可应用于保鲜方面[25]。

2.2 挥发性成分类别

对各部位的挥发性成分进行分类，计算出各类化合物的含量和种类(见表2)。由表2可知，姜花中不同部位中各挥发性成分含量和数量差异较大，其中，花中的烯烃类化合物含量明显高于茎叶和根中的，为根中烃类化合物含量的1.59倍；根中的醇类物质明显多于花与茎叶中的，其含量为花中的2.32倍，茎叶的1.7倍；花中烃类化合物含量最多，而根中醇类化合物含量突出。

表2 姜花根、茎叶、花中各类挥发性成分含量及数量

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

部位烯烃类含量/%数量烷烃类含量/%数量醇类含量/%数量醛类含量/%数量酯类含量/%数量酮类含量/%数量其他含量/%数量茎叶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

为进一步探究姜花香气中的主要作用成分，对鉴定出的85种挥发性化合物相对含量进行主成分分析，其中，主成分1为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、荜澄茄油烯醇、Z,Z,Z-1,5,9,9-四甲基-1,4,7,-环十一碳三烯、乙酸龙脑酯、11,11-二甲基-4,8-二亚甲基二环[7.2.0]-3-醇、4,5,10-大根香叶三烯-1-醇、环氧化蛇麻烯、香树烯氧化物、(2-顺,6反)-金合欢醇、(+)-大根香叶烯、δ-榄香烯、(R,Z)-2-甲基-6-(4-甲基环戊-1,4-二烯-1-基)2-庚烯-1-醇、冰片、氧化石竹烯、4-萜烯醇、β-姜黄烯、(+)-β-蛇床烯、(1R)-(+)-诺蒎酮、(1S)-1,7,7-三甲基二环[2.2.1]庚烷-2-酮、葑醇；主成分2为毕澄茄烯、α-姜黄烯、α-侧柏烯、松香芹酮、8-氧代-9H-环异长叶烯、α-反式香柠烯醇、(2α,3α,5β)-1,1,2-三甲基-3,5-二(1-甲基乙基)-环己烷、cis-红没药烯、6-epi-白菖醇、桉叶油醇、棕榈酸、反式-橙花叔醇、石竹烷-4,8-二烯-5α-醇、4-异丙基-1-甲基环己-2-烯醇、γ-松油烯、茅苍术醇、植醇、β-蒎烯、epi-γ-桉叶油醇、(-)-反式一松香芹醇、缬草萘烯醇、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-柠檬烯。

由表3可知，主成分1和主成分2的累计贡献率达100%，表明主成分1、2能有效表征整体数据；姜花中的挥发性成分并不是由一种或两种含量高的成分主导，而是由多种挥发性成分相互作用，共同影响。

表3 2种主成分的特征值及其贡献率

3 结论

试验表明，姜花中各部位化合物的种类和含量差异较大，烯烃为各部分的主要成分，根中醇类化合物的含量明显高于其他部位的。主成分分析表明，姜花独特的香气并非是由某一种化合物主导，而是由多种化合物共同影响，相互作用。姜花植物不同部位的化学成分还有待深入研究，尤其是含量较高的萜类化合物。