生晒参和红参地下部位挥发性成分差异研究

崔丽丽，赵卉，宋娟，闫梅霞，罗婧，冯志伟，陈曦，董昕瑜，王丽英，苏丽敏，宋超※，赵宇

（1.中国农业科学院特产研究所，吉林 长春 130112；2.吉林参王植保科技有限公司，白山 抚松 134500；3.吉林省瑞和检测科技有限公司，吉林 长春 130000）

人参（Panax Ginseng C.A Meyer）是五加科人参属的多年生草本植物，原产于中国、韩国、朝鲜和日本等亚洲国家，在我国传统医药工业中已有4 000 多年的历史，中国药典里人参是以全根入药。人参含有人参皂苷、挥发油及植物甾醇、多糖、有机酸、氨基酸、维生素和矿物质等重要成分[1,2]，研究表明人参对中枢神经系统（CNS）、心血管、内分泌和免疫系统具有显著改善调节作用，具有提高免疫力、抗疲劳、抗衰老、增强记忆力和降糖等功效[3-9]。2009年，国际食品法典委员会（CAC）通过了《人参食品国际标准》，随后2012年中华人民共和国卫生部根据第17 号条例允许种植人参作为食品。在日常食用中常有食全根、主根和参须等不同部位者。在《GB/T 19506-2009 地理标志产品吉林长白山人参》的人参商品规格中，生晒参被区分为全须生晒参（完整地保留人参各个部位特征，芦、体、须齐全）、生晒参（去净艼须）及白干参（芦小，去净支根），还有鲜人参支根和须根干燥而成的白混须、白直须等；红参分为普通红参（以芦短、身粗、腿短为特征）和边条红参（芦长、体长、腿长），另外还有红混须、红直须和红弯须等商品规格。人参采收后炮制成以上各种商品规格，不仅能防止鲜人参霉变、虫害，避免有效成分流失，而且更方便储藏和应用。

挥发油是中药中一类重要的活性物质，人参挥发油少量具有兴奋作用，适量有镇静作用，而大剂量则有麻痹神经的作用[10]。除此之外还具有抑菌、抗肿瘤和改善心肌缺血等作用[11-16]。研究发现，在人参根、茎、叶、花和果实中均含有挥发油，只是各部分的成分和含量不同。利用分子光谱结合高效液相色谱检测发现，人参根周皮的挥发油类物质较韧皮部和木质部多[17]，人参挥发油含量由高到低依次为根茎、须根、周皮、侧根、韧皮部和木质部[18]。顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用技术检测是检测食品风味物质的主要手段，本文利用HS-SPME-GC-MS技术采集生晒参、红参的主根、须根和芦头挥发性成分数据，通过主成分分析（PCA）处理数据，分析人参不同部位及加工炮制前后的挥发性成分变化，为人参精细化应用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品为5年生人参根加工制成的生晒根、生晒须、生晒芦、红参根、红参须和红参芦，样品购自人参市场，粉粹后粉末过200 目筛，于室温密封保存，待分析。正己烷等试剂为分析纯，国药集团。水为超纯水。C7-C30正构烷烃混标，Sigma 公司。

1.2 仪器与设备

安捷伦气相色谱质谱联用仪（7890N-5975C），美国安捷伦公司；电子天平（BT125D），北京赛多利斯仪器有限公司；超纯水机（Milli-Q），上海靖虎机电科技有限公司。

1.3 炮制方法

生晒参：鲜人参在40～50 ℃下干燥直至含水量低于12%。红参：鲜人参经过清洗，在98 ℃下蒸制3 h，蒸熟后在70 ℃密闭室中干燥至含水量小于12%。

1.4 HS-SPME 程序

1.5 气相色谱与质谱条件

采用HP-1（100%二甲基聚硅氧烷）毛细管柱（30m×0.25 mm×0.25m），载气为高纯氦气（99.999 9%），不分流进样，恒定流速为1 mL/min，初始正常压力为8.13 psi。进样口温度为250 ℃和300 ℃。采用程序升温，初始温度60 ℃保持3 min，然后以5 ℃/min 升高到250 ℃，保持41 min。质谱条件：离子源温度250 ℃，电离方式EI，电离能70eV。质量扫描范围20～650amu，检测器的温度为300 ℃。

1.6 定性鉴定与定量分析

取C7～C30 正构烷烃混合对照品，在1.5 项条件下进样，采用AMDIS 进行自动质谱退卷积处理，计算目标成分的保留指数（retention index,RI）与已有参考文献的保留指数（http://webbook.nist.gov/chemistry/搜索文献（HP-1 色谱柱）对比，结合其质谱数据（2008 版NIST质谱数据库）和保留指数（RI）对挥发性成分进行定性鉴定；定量是采用峰面积归一化法，确定各组分相对百分含量。

1.7 数据分析

主成分分析采用统计学分析软件SIMCA 13.0（Sartorius Stedim Data Analytics AB）。根据软件对数据矩阵的自动降维和多元统计学分析功能，用于对样本进行主成分分析等数据分析。

2 结果与讨论

2.1 人参地下部位挥发性成分分布情况

生晒参和红参地下部位挥发性物质总量分布见图1。可知，红参各部位挥发性物质总量明显高于生晒参各部位，且红参芦含量最高，红参根次之，红参须最低。生晒根的挥发性物质总量显著高于生晒须和生晒芦。分析其变化原因是炮制方法不同导致人参挥发性物质总量变化，生晒参是经过低温干燥制成，而红参是经过高温蒸制，高温加热会使人参中挥发性成分含量和成分种类发生明显变化，这与李树殿、吴锦忠[19,20]对人参挥发油成分比较研究的结果一致。

图1 人参不同部位挥发性物质相对百分含量比较Fig.1 The comparison of total volatile compound content in different parts of ginseng

2.2 人参根须芦挥发性成分组成

采用HS-SPME-GC-MS 法气质总离子流图见图2，测得人参不同地下部位挥发性物质共34 种（表1），主要是烷烃类和倍半萜类（分为倍半萜烯和倍半萜烯醇）。各类挥发性物质在生晒参和红参不同地下部位含量分布状况见图3。可知，不同部位挥发性成分组成基本一致，以倍半萜为主，其中倍半萜烯在各样品中所占比例较高，只是不同部位的成分和含量有所差异。生晒根和红参根分别鉴定出29 种和30 种成分，生晒须和红参须均鉴定出29 种，芦头较其他部位成分稍多，生晒芦和红参芦分别鉴定出32 种和33 种。与生晒参相比，经过高温加热处理的红参各部位倍半萜烯成分含量明显升高，而倍半倍烯醇成分含量显著降低，但是倍半萜类物质总量只比生晒参稍高一些。不同部位挥发性成分含量具体数据如下，倍半萜烯含量在生晒根、须和芦中分别为73.79%、66.84%和59.31%，在红参根、须和芦中升高到77.61%、79.24%和74.78%，其中红参芦增幅最大，而倍半萜烯醇含量变化趋势正好相反，在各部分的含量为生晒参8.37%（根）、12.94%（须）和18.53%（芦），在红参中下降到3.64%（根）、7.65%（须）和7.35%（芦），仍然是红参芦含量下降最多。

表1 采用HS-SPME-GC-MS 法测定人参制品中挥发性成分的保留时间和色谱面积相对含量百分比Table 1 Retention times(RT) and chromatographic area percentages of the volatile compounds extracted from the ginseng using the HS-SPME-GC-MS method

图2 气相色谱质谱检测的总离子流图（A为生晒参，B为红参）Fig.2 Typical GC-MS chromatograms of the volatile compounds extracted from dried raw ginseng (A) and red ginseng (B).

图3 生晒参和红参不同地下部位挥发性物质组成比较Fig.3 Volatile compound profiles in different underground parts of dried raw ginseng and red ginseng

2.3 人参挥发性成分组成特征

研究表明倍半萜类物质是人参特有香气成分，实验中检测分析发现 -人参烯（2.12%-7.46%）、-甘香烯（2.54%-8.71%）、-石竹烯（3.02%-7.72%）、-榄香烯（2.48%-4.15%）、-古芸烯（8.03%-11.61%）、-合金欢烯（1.35%-14.24%）、香树烯（8.40%-23.05%）、-芹子烯（2.15%-6.01%）及斯巴醇（1.15%-15.49%）等倍半萜类物质是生晒参和红参各部位共有的特征成分，含量高，对人参具有重要意义。

不同部位以上特征性成分分布情况见图4。-石竹烯、-古云烯和-芹子烯是主根中的主要成分，且-古云烯、-芹子烯在生晒根比红参根含量高，-石竹烯在生晒根比红参根含量低。在须根中，-合金欢烯、-人参烯含量最高；在芦头中，香树烯、-甘香烯和斯巴醇是高含量的主要物质，除了斯巴醇在红参芦中含量比生晒芦低，其他几种成分含量百分比均是红参芦高于生晒芦。

图4 人参主要挥发性成分在不同部位相对含量Fig.4 Relative contents of main volatile compounds in different parts of ginseng

2.4 主成分分析

主成分分析（Principal Componet Analysis,PCA）是一种最重要的降维方法，PCA的中心思想是将具有多维数据的对象降维化处理，使大量相互关联的原始变量成为少数几个正交的主成分变量。目前，主成分分析广泛应用于食品领域，主要用于食品风味、食品质量和食品认证。本实验利用PCA 对复杂的GC-MS 数据集进行分析，研究人参不同部位与挥发性成分的关系。

将采集的数据导入软件，以样本的峰面积为特征值，将数据标准化后进行PCA 分析，从图5a 中可看到第1 成分的贡献率为47.4%，第2 成分贡献率为28.4%，累计贡献率达到75.8%，2 个主成分完全能说明数据的变化趋势，可以清晰地区分出主根、须根和芦头。在此评分图中，不同部位样品在主成分空间中的分布十分分散，说明根须芦挥发性成分和含量存在一定差异。从载荷图如图5b 所示，可以看出34 个组分峰分布比较分散，表明不同部位的生晒参和红参挥发性成分除含有共有成分外，在组分和含量上也具有一定的差异。另外，从图中较分散的点得到人参制品挥发性成分具有区分意义的组分，通过第1 主成分（PC1）能优先甄选出须根，通过第2 主成分（PC2）能将主根和芦头清晰地区分出来。须根的挥发性成分主要集中在第1 主成分负半轴，贡献率大的成分是-人参烯、雪松烯-V6、-芹子烯、-芹子烯、-合金欢烯、氧化石竹烯、人参新萜醇和杜松醇。主根挥发性成分分布在第2 主成分负半轴，贡献率最大的成分是-甘香烯、-古云烯、马兜铃烯、-芹子烯、佛手柑油烯、-甘香烯和十五烷烃。芦头在第2 主成分正半轴，贡献率大的主要挥发性物质是广藿香醇、蓝桉醇、斯巴醇、檀香烯和-杜松烯。

图5 不同部位的人参特征挥发性成分主成分得分图和载荷图Fig.5 The plot of PCA for characteristic volatile compounds extracted from different underground parts of ginseng

3 结论

人参的特异性气味来源于挥发性成分，确切地说是与倍半萜类物质含量密切相关，受加工工艺、品种和产地等因素的影响。根据气相色谱-质谱的结果可知，主根、须根和芦头中含有倍半萜烯、倍半萜烯醇和烷烃类化学成分，共有峰明显，如-人参烯、-甘香烯、-石竹烯、-榄香烯、-古芸烯、-合金欢烯、香树烯、-芹子烯及斯巴醇。检测结果显示红参的根须芦倍半萜含量明显高于生晒参，且红参须含量最高。红参须功效在抗肿瘤、抗缺氧和抗氧化等功效上与红参相差无几，市场上红参须的售价远低于商品红参，所以临床上非危急病重患者和免疫力低下、畏寒怕冷、手脚冰凉人群保健养生可以红参须代替红参。今后应加强以红参须为原料提取倍半萜类成分的应用研究。