大蒜资源精油成分分析与比较

王少铭，冷家归，罗莉斯，李德文，侯颖辉，李晋华，魏桂民

(1.贵州省农业科学院香料研究所，贵阳 550006；2.贵州省农业科学院油料研究所，贵阳 550006)

大蒜(AlliumsativumL.)为百合科葱属两年生辛香料植物[1-2]。我国大蒜种质资源较为丰富，全国都有广泛栽培，栽培面积占全世界的1/3，总产量和出口量均居世界第一[3]。大蒜是一种重要的药食两用辛香料，营养丰富，风味独特，广泛应用于医疗、洗护和化工等行业，可以用作调味品、食品添加剂和医疗保健用品[4]。其中大蒜素是大蒜中重要的功能成分，也是评价大蒜品质的重要指标之一，它具有抗菌、抗氧化、抗肿瘤、提高免疫力、增进食欲等多种功效[5-7]。二烯丙基三硫化物是大蒜精油中含量最大(>40%)和最具有生物活性的成分，俗称大蒜素[8]。大蒜精油及其中的含硫活性成分对人体、动物和植物的许多病原细菌都有拮抗活性，被称为“天然抗菌素”[9]。大蒜提取物对多种人体肠道益生菌(如枯草杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌)和有害菌(如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌、青霉、黄曲霉和黑曲霉等)都具有较好的抑制效果[10-11]。本研究主要以贵州地区栽种的大蒜资源为材料，对其精油成分进行比较分析，确定其挥发性成分的相对含量及差异，以期为大蒜精油成分的研究与开发利用提供参考。

1 试验材料

1.1 植物材料

所试材料于2018-2020年种植在贵州省香料研究所贵阳试验地香料资源圃(北纬26°，东经106°，海拔1127 m)。供试材料为贵州大蒜种质资源24份，用于试验的材料见表1。由贵州省农业科学院油料(香料)所提供。每年9，10月份播种，次年5月下旬收获。试验地1米开厢，每份材料种植8行，按行距20 cm、株距10 cm播种，田间管理按常规方法进行。

表1 大蒜精油得率Table 1 The yield of garlic essential oils

续 表

1.2 主要仪器

Clevenger型水蒸气蒸馏提取装置、Agilent 7890A/5977C气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)。

2 试验方法

2.1 大蒜精油提取

取大蒜蒜头(含水量50%)，准确称取200 g，连皮捣碎，装入圆底烧瓶中，加入蒸馏水600 mL，采用水蒸气蒸馏法提取2 h，利用水蒸气法蒸馏提取精油。在180 ℃恒温加热，当第一滴油滴出后开始计时，沸腾2 h后，结束蒸馏。停止加热后，静置20 min，待油水分离后，取油水分离器中上层液体即为粗油。用无水硫酸钠脱水，得无水精油，于4 ℃冰箱中备用。样品进样前取10 μL精油溶于990 μL正己烷(色谱纯，美国MREDA公司)中充分混匀，过0.22 μm有机滤膜。精油提取率(得率)以每100 g干样可获得的精油体积表示(mL/100 g)。

2.2 精油成分分析

气相条件：Agilent 7890B；进样口温度：250 ℃；进样量：0.8 μL；分流比为50∶1。色谱柱：HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气(He)：0.8 mL/min。色谱柱升温程序：45 ℃(5 ℃/min)→80 ℃(20.0 ℃/min)→180 ℃(10 ℃/min)→250 ℃。

质谱条件：Agilent 5977A质谱仪；EI离子源；电子能量70 eV；传输线温度250 ℃；离子源温度200 ℃；全扫描检测模式；扫描范围：35～500 m/z。用气质联用仪分离样品成分，再通过检索NIST 14化学工作站标准质谱图库，使用MS软件进行谱库搜索，得到一个按匹配度由高到低排列的化合物匹配列表，鉴定组分的化学结构。采用面积归一法确定各主要组分的相对百分含量。

2.3 数据分析

使用Excel软件结合DPSv 18.10软件对数据进行聚类分析。

3 结果分析

3.1 精油得率比较

由表1可知，24份大蒜资源精油提取率有较大差异，其精油提取率在0.13～0.36 mL/100 g之间。其中DS16精油含量最高，为0.36 mL/100 g，然后依次是DS9、DS2、DS4、DS5、DS6和DS7的精油含量较高，均等于0.30 mL/100 g。其中DS16来自江苏，剩余6份资源均来自贵州。因此，江苏和贵州大蒜资源的精油含量相对较高，且由精油得率可知以上7份资源适合用于提取大蒜精油。

3.2 精油成分分析

采用GC-MS法分析了24份大蒜精油，通过检索NIST 14数据库对未知挥发性化合物谱图进行比对共鉴定出40种成分。其精油成分及相对百分含量见表2和表3，在所有大蒜资源的精油中，DS3精油成分种类最多，共鉴定出40种，而DS14最少，为7种。24份资源共有成分二烯丙基三硫化物的含量在40.11%～56.98%之间，其中省内资源DS14含量最高；(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl) disulfane的含量幅度变化为1.37%～8.48%，麻江红蒜的含量最高；二烯苯基二硫化物含量在7.83%～30.36%之间，来自贵州省雷山县的DS23含量最高；甲基-2-丙烯基三硫化物含量在3.83%～15.39%之间，施秉县的DS9含量最高；二烯丙基四硫化物含量在1.68%～7.41%之间，来自贵州遵义的DS4含量最高。而样品共有成分分别占总体精油成分的86.41%、72.53%、75.85%、74.43%、80.71%、76.16%、76.86%、83.52%、87.50%、84.09%、89.56%、87.64%、89.66%、91.42%、91.35%、90.16%、92.65%、90.72%、82.68%、87.02%、90.16%、91.16%、90.94%和90.56%。结果表明，以上共有成分各占总体精油成分的累计含量大于或等于72.53%，故其为大蒜精油的主要成分，且不同来源的大蒜资源其精油成分差异较大，贵州大蒜资源的大蒜素含量较高、品质较好。

表2 大蒜精油成分比较Table 2 Comparison of essential oil components in garlic

续 表

续 表

峰化合物分子式保留时间/min相对百分比含量/%DS9DS10DS11DS12DS13DS14DS15DS16P11,2-Dithiolane(1,2-二硫戊环)C3H6S24.57--------P2Diallylsulfide(烯丙基硫化物)C6H10S4.87--------P3Disulfide,methyl2-propenyl(甲基-2-丙烯基二硫化合物)C4H8S26.141.511.180.992.17——1.622.71P4(Z)-1-Methyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC4H8S26.50--------P5(E)-1-Methyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC4H8S26.71--------P6Dimethyltrisulfide(二甲基三硫化物)C2H6S37.48--------P71,3,2-Oxathioborolane,2-ethyl-5-methyl-C5H11BOS9.61--------P8Diallyldisulphide(二烯苯基二硫化物)C6H10S29.9725.1926.4122.9127.3616.7025.9028.1828.21P9(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC6H10S210.221.672.291.922.121.522.141.751.80P10(E)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC6H10S210.366.186.644.546.014.146.165.746.08P11Trisulfide,methyl2-propenyl(甲基-2-丙烯基三硫化物)C4H8S311.1015.399.678.8411.869.973.839.8411.31

续 表

续 表

峰化合物分子式保留时间/min相对百分比含量/%DS17DS18DS19DS20DS21DS22DS23DS24P11,2-Dithiolane(1,2-二硫戊环)C3H6S24.57--------P2Diallylsulfide(烯丙基硫化物)C6H10S4.87--------P3Disulfide,methyl2-propenyl(甲基-2-丙烯基二硫化合物)C4H8S26.141.942.001.812.372.711.081.331.32P4(Z)-1-Methyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC4H8S26.50--------P5(E)-1-Methyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC4H8S26.71--------P6Dimethyltrisulfide(二甲基三硫化物)C2H6S37.48---0.63----P71,3,2-Oxathioborolane,2-ethyl-5-methyl-C5H11BOS9.61--------P8Diallyldisulphide(二烯苯基二硫化物)C6H10S29.9726.8528.0725.0127.2628.2123.9230.3628.26P9(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC6H10S210.221.371.672.622.391.802.031.901.88P10(E)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC6H10S210.364.545.877.826.376.085.696.506.25P11Trisulfide,methyl2-propenyl(甲基-2-丙烯基三硫化物)C4H8S311.1011.8310.0610.7613.4511.318.529.2310.80P123,3-Dimethyl-3-silathietane(甲基丙基三硫醚)C4H10S311.30--------P13(E)-1-Methyl-3-(prop-1-en-1-yl)trisulfaneC4H8S311.57--------P143-Vinyl-1,2-dithiacyclohex-4-ene(3-乙烯基-1,2-二硫环己-4烯)C6H8S211.95--0.70-----P153-Vinyl-1,2-dithiacyclohex-5-ene(3-乙烯基-1,2-二硫环己-5烯)C6H8S212.37-1.412.441.611.052.071.231.87P16(E)-sec-ButylpropenyldisulfideC7H14S213.57--------P17Trisulfide,di-2-propenyl(二烯丙基三硫化物)C6H10S313.8947.5549.0341.2542.2546.7853.6747.3247.79P181-Allyl-3-propyltrisulfaneC6H12S313.99--------

续 表

表3 精油共有成分含量Table 3 The content of common components in essential oils

3.3 大蒜资源精油成分聚类分析

将24份大蒜资源精油成分聚类，分析结果见图1。结果表明，在欧氏距离20.00处可将24份大蒜资源聚为4大类群。其中，第Ⅰ类群包含8份资源，该类群(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl) disulfane和二烯丙基四硫化物的含量较高，且均含有1,2-二硫戊环成分，其中仅有DS8是山东苍山大蒜，其余7份均为贵州本地资源。第Ⅱ类群包括4份资源，其二烯丙基三硫化物含量高，其中DS11为云南越州大蒜，余下分别为思南县塘头镇、普定县化处镇和黔南州福泉市资源。第Ⅲ类群有5份资源，甲基-2-丙烯基三硫化物含量相对较高，其中包含甘肃陇南和湖南凤凰的大蒜资源，其余3份为贵州资源。第Ⅳ类群包含7个大蒜资源，二烯苯基二硫化物、甲基-2-丙烯基二硫化合物含量相对较高，其中包含5份省外资源，2份贵州省内资源。以上聚类结果说明，贵州省内大蒜资源主要聚集在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类群中，而第Ⅳ类群中主要为外省资源。而个别省外资源聚集在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类群中，2份贵州资源聚集在第Ⅳ类群中，可能是大蒜资源作为商品蒜在市场流通造成的。因此，大蒜精油成分含量及其差异可能是鉴别大蒜资源品种间特异性差异的一个有效途径。

图1 大蒜资源精油成分聚类图Fig.1 The clustergram of essential oil components of garlic resources

4 讨论

本研究表明24份大蒜资源精油提取率有较大差异，其中DS16精油含量最高，为0.36 mL/100 g，之后依次是DS9、DS2、DS4、DS5、DS6和DS7的精油含量较高，均大于0.30 mL/100 g。其中DS16来自江苏，剩余6份资源均来自贵州，故贵州大蒜资源的精油含量相对较高。

通过分析24份精油成分资源可知，DS3精油成分种类最多，共鉴定出40种，DS14最少，为7种。DS14中二烯丙基三硫化物的含量最高；麻江红蒜中(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfane的含量最高，二烯苯基二硫化物的含量在DS23中最高；甲基-2-丙烯基三硫化物含量在DS9中最高；DS4中二烯丙基四硫化物的含量最高，以上5个成分在24份资源中的含量大于70%。以上结果表明，不同来源的大蒜资源其精油成分差异较大，且贵州大蒜资源与省外资源相比其大蒜素含量较高、品质较好。有文献报道二烯丙基三硫化物、二烯苯基二硫化物、甲基-2-丙烯基三硫化物和二烯丙基四硫化物等物质为大蒜素的主要成分，大蒜素又是衡量精油品质的一个重要指标[12-16]。不同来源的大蒜精油成分有较大差异，造成该差异的原因可能是自身基因选择性表达和试验过程中人为导致的，其中基因表达的差异可能是自身编码合成精油组分的基因不同，变为精油组分上的差异，另一种可能是由于外界环境的影响使原本基因型相同的大蒜资源产生不同的表现型，也会使精油组分产生差异[17]。此外，不同采收期、不同提取方法对大蒜精油含量及成分含量也有一定影响[18-20]。因此，大蒜精油的合成机制还有待进一步研究。

聚类分析结果显示：在欧氏距离20.00处可将24份大蒜资源聚为4大类群。其中，第Ⅰ类群包含8份资源，其中仅有DS8是山东苍山大蒜，其余7份均为贵州本地资源。第Ⅱ类群包括4份资源，其中DS11为云南越州大蒜，其余分别为思南县塘头镇、普定县化处镇和黔南州福泉市资源。第Ⅲ类群有5份资源，其中包含甘肃陇南和湖南凤凰的大蒜资源，其余3份为贵州资源。第Ⅳ类群包含7个大蒜资源，其中包含5份省外资源，2份贵州省内资源。以上聚类结果说明，大蒜精油成分含量及其差异可能是鉴别大蒜资源品种间特异性差异的一个有效途径。

5 结论

本研究探明了不同来源的大蒜资源其精油成分差异较大，贵州大蒜资源的大蒜素含量较高、品质较好，大蒜精油成分含量的变化可能是鉴别不同来源大蒜资源间特异性差异的一个有效途径。本研究可为大蒜种质资源的利用和创新提供依据，为大蒜品种选育和遗传改良提供参考。