基于HS-SPME-GC-MS的襄荷不同部位挥发性成分分析

邓 淼,秦枫怡,李子怡,江鸿翎,卿志星,赵玲艳,罗凤莲,3*

1湖南农业大学食品科学技术学院;2湖南农业大学动物医学院;3湖南农业大学食品科学技术学院 食品科学与生物技术湖南省重点实验室,长沙 410128

襄荷(ZingibermiogaRosc.)为姜科姜属多年生草本植物,又叫作茗荷、阳荷、阳藿、野姜等,在韩国以Yangha著称,而在日本以Myoga著称,是我国重要的食药兼用保健型植物资源[1]。襄荷喜欢温暖荫湿环境,多生长于山地林荫下或水沟旁,山谷中荫湿处,在国内主要分布于我国华中南地区[2]。襄荷的地下茎、花轴、嫩芽都可以用作各种食材,是一种营养价值很高的药食同源膳食纤维蔬菜[3]。在《本草纲目》中有记载,襄荷不仅可以作为蔬菜食用,还具有活血调经、镇咳祛痰、改善炎症、风湿性疾病和胃肠道不适等多种药用功效[4]。襄荷富含多酚、姜辣素、黄酮、萜类等化合物,这些化合物表现出了强烈的抗炎、抗氧化、抗疲劳、降血糖、减肥、缓解过敏性哮喘等活性[5-11]。目前对襄荷的研究集中于花苞中的黄酮类化合物,但襄荷中还富含具有多种生理活性的挥发性成分,如α-蒎烯、β-蒎烯等,另外,襄荷根、茎具有芳香味,对襄荷中挥发性成分的研究也集中于其花苞部位,目前尚未有对其不同部位中的挥发性成分进行分析研究。若能对襄荷不同部位(根、茎、叶、花苞)的挥发性成分进行鉴定,以便从襄荷植株不同部位提取天然香料成分,将会给襄荷的多样化利用提供新的思路。本实验采用顶空固相微萃取法结合气相色谱-质谱技术(HS-SPME-GC-MS)对襄荷不同部位(根、茎、叶、花苞)进行挥发性成分测定,为襄荷资源的综合利用提供帮助。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜襄荷样品采自湖南省怀化市芷江县,经湖南农业大学罗凤莲副教授鉴定为襄荷(ZingibermiogaRosc),样品存放湖南农业大学动物医学院中兽药湖南省重点实验室-20 ℃冰箱。分别取襄荷根、茎、叶、花苞共四部位进行试验。

1.2 仪器与设备

GC/MS-QP2010型气相色谱-质谱联用仪、GC/MS Solution色谱工作站和NIST.17质谱数据库(日本岛津公司);SAAA-SPME-ST固相微萃取仪、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取纤维头、13-425标准螺纹口样品瓶(上海安谱实验科技股份有限公司);Scientz冷冻干燥机(宁波新芝生物科技股份有限公司);HB-88毛细管色谱柱(100.0 m × 0.25 mm × 0.20 μm,美国安捷伦公司)。

1.3 样品制备

先将襄荷的根、茎、叶、花苞样品置于冷冻干燥机中干燥,然后分别用粉碎机磨碎,称取根、茎、叶、花苞四部位样品各0.5 g置于10 mL顶空萃取瓶,待检测。

1.4 萃取方法

气化室设定温度240 ℃,需将萃取纤维头插入气化室中40 min,除去纤维头上残存或空气中的杂质。初始固相微萃取装置温度为70 ℃,再将装有样品的萃取瓶置于固定在装置中预热,40 min后将萃取进样手柄插入顶空样品瓶中,萃取40 min后,将萃取手柄取出。

1.5 GC-MS条件

进样口温度:240 ℃;柱内温度:60 ℃;进样方式:无分流;载气高纯He;载气流速:1.37 mL/min;分割比:-0.1;初始温度:60 ℃,维持5 min,再以3 ℃/min升至140 ℃,维持5 min,然后以5 ℃/min升至210 ℃,维持5 min,最后从10 ℃/min升至240 ℃,维持10 min。

离子源:EI源;离子源温度为200 ℃,接口温度为220 ℃。质核比扫描范围为45～500m/z;采集的GC-MS数据由日本岛津公司GC/MS Solution色谱工作站进行处理,自动识别信噪比>50的色谱峰,并将质谱图与美国国家标准技术研究所(NIST)17质谱库检索比对,结合匹配度、保留时间,并与文献报道进行对比,选择相似度大于80%的化合物作为鉴定结果。各挥发性化合物含量由色谱峰面积的外部归一化计算,以相对百分比表示。

2 结果

通过HS-SPME-GC-MS对襄荷不同部位(根、茎、叶、花苞)挥发性成分进行测定,得到襄荷不同部位挥发性化学成分的总离子流图(见图1)。经过NIST.17质谱数据库检索,采用面积归一法计算各个积分的色谱峰占总峰面积百分比,得到襄荷不同部位挥发性成分的种类及相对百分比含量(见表1和表2)。

表2 襄荷不同部位挥发性成分鉴定结果Table 2 Results of volatile components in different parts of Z.mioga

图1 襄荷不同部位挥发性成分总离子流图Fig.1 Total ion chromatograms of volatile components in different parts of Z.mioga注:a.根;b.茎;c.叶;d.花苞。Note:a.Root;b.Stem;c.Leaf;d.Flower bud.

由表1、表2可知,采用HS-SPME-GC-MS方法从襄荷不同部位(根、茎、叶、花苞)中共鉴定出197种不同化合物,其中根、茎、叶、花苞分别鉴定92、67、64和96种,各部位的特有化合物分别为48、18、21和45种。烯烃类化合物是襄荷挥发性成分中种类最多、相对含量最高的一类化合物,在根、茎、叶中均占到了60%以上,在花苞中占到了54.35%。桧烯在根和花苞含量中含量最高,在茎中含量为其次,但在叶中的含量仅为1.98%。β-蒎烯在各部位的相对百分比含量均较高,是襄荷主要的挥发性成分。异胡萝卜烯是根中特有的高含量挥发性成分。此外,葎草烯、隐品酮、α-蒎烯等化合物也是襄荷主要的挥发性成分。在襄荷各部位的挥发性成分中,共存在23种相同的挥发性成分(见图2),包括有桧烯、α-蒎烯、β-蒎烯、D-柠檬烯、隐品酮等。

图2 襄荷不同部位挥发性成分差异对比Fig.2 Comparison of volatile components in different parts of Z.mioga

3 讨论与结论

气味是目前判断药用植物优劣的重要手段之一,药用植物中所含有的挥发性成分能够使其具有特有的气味,因此挥发性化合物是评价药用植物质量的重要指标。襄荷中挥发性成分的研究主要集中于花苞部位,目前已被报道的挥发性成分有50多种,本试验的测定结果发现共有25种化合物(如α-蒎烯、β-蒎烯、D-柠檬烯等)为已被报道的挥发性成分,这与Zhang等[12]的结果基本一致。此外,本试验还测定了襄荷根、茎、叶部位的挥发性成分,这些结果可以为襄荷的多样化利用提供新的思路。

烯烃类化合物是襄荷挥发性成分中种类最多、相对含量最高的一类化合物,由于阈值较低,对襄荷的风味贡献较大。桧烯是一种重要的高密度燃料前体,可以作为航空燃料的添加剂,也可以作为香水添加剂、精细化学品消炎药物,特别是针对慢性炎症有很好的缓解作用[13]。α-蒎烯和β-蒎烯是多种香精、香料制造的中间体,可以被用于制作杀菌剂、香料、抗病毒和抗菌剂[14]。葎草烯具有抗肿瘤、抗病毒等药理活性,广泛应用于医药、食品、保健品等领域[15]。D-柠檬烯因其高品质的香味特性,主要以添加剂的形式添加在香水、肥皂和食品中[16]。石竹烯和β-榄香烯分别呈木香和辛香,具有显著的抗癌、抗炎活性,其中β-榄香烯在中医中被用于治疗多种癌症,且没有严重的副作用[17,18]。

醇类化合物在襄荷挥发性成分中相对含量和种类仅次于烯烃类化合物,大多具有令人愉快的花香、果香[19]。襄荷样品中的挥发性醇类化合物主要为松油醇(α-松油醇和4-萜烯醇)。α-松油醇具有紫丁香香气,其甲酸酯及乙酸酯可用于香精的配制,同时也是玻璃器皿上色彩的优良溶剂。由于松油醇耐碱性强,可被用作皂用香精,同时也被广泛用于医药、仪表、电信等领域[20]。此外相对含量较高的桉油烯醇、桃金娘烯醇、葎草烯醇-II等在各部位均有检出,这些醇类可使襄荷的香气更加协调。

醛类、酯类、醚类、酮类等挥发性化合物在襄荷中的占比较低。桃金娘烯醛常用于香料、有机合成和诱集云南纵坑切梢小蠹[21]。乙酸桃金娘烯酯有清新的草香和果香香气,并伴有柑橘样的香韵[22]。酮类物质阈值较高,对襄荷的风味贡献较小[23]。其他类挥发性化合物包括酚类、酸类、烷烃类等。

本研究采用HS-SPME-GC-MS技术从襄荷不同部位(根、茎、叶、花苞)共鉴定出197种挥发性成分,其中根、茎、叶、花苞分别鉴定92、67、64和96种,各部位的特有化合物分别为48、18、21和45种,共有的挥发性成分为23种,主要包括烯烃类、醇类、醛类、酯类、酮类等。烯烃类在根、茎、叶中均占到了60%以上,在花苞中占到了54.35%,是襄荷中主要的挥发性成分。花苞中的醛类、酯类、醚类、酮类化合物要高于其他部位。本研究为对襄荷中挥发性成分的多样化利用提供了理论依据和数据参考。