阜阳市薄荷品种精油成分分析

彭 亮,夏 菲,李奕浓,李 慧,白红彤,石 雷

(1.阜阳市颍泉区林业局,安徽阜阳 236000;2.阜阳市绿景现代农业科技有限公司,安徽阜阳 236000;3.中国科学院植物研究所北方资源植物重点实验室/国家植物园,北京 100093;4.阜阳中科芳香种业科技有限责任公司,安徽阜阳 236000)

薄荷为唇形科(Lamiaceae)薄荷属(Mentha)多年生草本植物,是世界上重要的香料作物之一[1]。薄荷常被作为食品添加剂、烟草矫味剂、日化加香杀菌剂等添加到食品、烟草及日化用品中[2-5]。据《中国植物志》记载,我国现今包含栽培种在内的薄荷种(品种)共有12种,其中6种为野生种[6]。薄荷在我国多省份均有种植,而且各地栽培的品系不同,有的品种主产薄荷脑,有的品种主产精油。主要用于精油提取的薄荷品种包括椒样薄荷(Mentha×piperita)、亚洲薄荷(MenthacanadensisL.)、留兰香(Menthaspicata)、苏格兰留兰香(Mentha×gracilis)等[7-9]。其中亚洲薄荷是我国常用中药之一,在《中国药典》中收录,有防治风寒感冒、消炎止痒、疏肝理气、提神醒脑的功效[10]。

亚洲薄荷(MenthacanadensisL.),茎呈四棱形,叶片呈长圆状披针形、椭圆形或卵状披针形等,花白色,轮伞花序腋生[6]。幼嫩茎尖可作菜食,全草又可入药,是一种药食两用植物。花叶富含精油,按其主要成分可分为薄荷醇型(Menthol型)、薄荷醇-薄荷酮型(Menthol-menthone型)、氧化胡椒酮型(Piperitone oxide型)等化学型[10]。我国曾在20世纪80年代与美国、印度并称为世界三大薄荷油主产国,我国亚洲薄荷油产量一度占据世界首位。后因国际薄荷油市场价格低迷,我国薄荷产业逐年萎缩[11]。近年来,随着国际薄荷油市场回暖,薄荷油价格不断上升,我国薄荷油贸易逆差压力越来越大,重振我国薄荷产业,提升薄荷产量与品质势在必行。

阜阳市太和县是我国最大的亚洲薄荷生产基地,目前全县种植面积800 hm2,素有“世界薄荷看中国,中国薄荷看太和”之说。然而,自20世纪末以来由于品种老化、退化、品种混乱、优良品种短缺等因素影响,薄荷精油产量下降,生产效益降低,严重影响了种植者的生产积极性[12-13]。通过对市场上薄荷药材调查发现,市场上所用的薄荷有一部分并非《中国药典》所收载的薄荷品种,而是Piperitone oxide型的亚洲薄荷品种,该类型品种含油率不高,薄荷醇含量低于《中国药典》中对薄荷醇的要求[14]。市场上薄荷药材揉搓后,仅从性状上难以区分,品种的混杂严重降低了太和薄荷的品质。为从源头上获得优良种质,该研究通过对太和县及周边区县薄荷资源调查和采集,对30份薄荷品种进行精油提取和成分检测,以期筛选出适合在当地推广、产量高、活性成分含量高的薄荷品种,提升地区薄荷产业发展质量。

1 材料与方法

1.1 试验材料2022年7月,自安徽省阜阳市太和县、阜南县、颍东区等区县采集薄荷材料30份,品种涵盖了阜阳市的主要栽培品种资源。采集后进行阴干保存。活体试验材料定植于中国科学院植物研究所芳香植物种质资源库薄荷资源圃中。

1.2 精油的提取采用水蒸馏法提取薄荷材料精油,称取采集的阴干植物材料100 g,剪成2～3 cm小段,通过Clevenger型装置进行蒸馏。将材料置于圆底烧瓶,以料液比1∶10浸泡1 h,再200 ℃恒温蒸馏2 h至精油含量不再增加,停止蒸馏后静置约30 min,待油水分离器中薄荷精油尚未凝固前将其取出,每个品种材料分成3份分别进行提取。

1.3 精油成分检测采用气相色谱-质谱联用法(gas chromatograph-mass spectrometer,GC-MS)进行精油成分测定。取4 μL待测精油、6 μL二辛醇(0.02 g/mL)和800 μL正己烷配制成上机溶液,通过气相色谱质谱联用仪(Agilent GC7890 GC-MS,美国)分离样品成分。设置GC-MS气相条件为进样口温度200 ℃,检测室温度325 ℃,载气氮气流速1.0 mL/min,分流比20∶1,非极性柱,进样量1 μL;升温程序为60 ℃保持4 min,以6 ℃/min升至84 ℃,以4 ℃/min升至102 ℃,以6 ℃/min升至156 ℃,以4 ℃/min升至180 ℃,以20 ℃/min升至280 ℃结束。质谱检测条件为电离电压70 eV,离子源温度230 ℃,四极杆温度150 ℃,电子倍增电压(EMV)1 070 V,发射电流200 μA,扫描范围35～500 amu。将样品组分正构烷烃C7～C40的保留时间代入Kovats保留指数公式,计算组分程序升温保留指数的实测值[15]。通过检索NIST14标准质谱图库,使用MassHunter软件进行谱库搜索,依据保留指数和质谱峰图的相似度来鉴定组分的结构和名称,再采用面积归一法确定各个组分的相对百分含量[16]。各样品检测均进行3次重复。

1.4 数据分析采用Excel 2010对精油含量等进行标准差和变异系数分析。以20种主要精油成分为标准,使用IBM SPSS Statistics 26.0统计软件对30份薄荷品种资源进行聚类和热图分析。

2 结果与分析

2.1 薄荷精油含量分析30份薄荷品种精油含量检测结果(图1)显示,精油含量<1.00%的薄荷品种有3份,1.00%～<2.00%的薄荷品种有6份,2.00%～<3.00%的薄荷品种有19份,≥3.00%的品种有2份。其中M-23品种精油含量最高,达3.50%,M-29品种精油含量最低,仅为0.74%。30份薄荷品种精油含量平均值为2.14%,变异幅度为0.74%～3.50%,变异系数为33.29%。

2.2 薄荷精油主要成分分析精油成分及相对含量分析结果表明,不同品种的成分和占比存在明显差别,30份薄荷品种中共检测到108种精油成分,其中M-1薄荷品种精油成分最少,仅为52种,M-8薄荷品种精油成分最多,达68种。相对含量在0.50%以上的成分共有20种,占精油总含量的91.12%～98.29%(图2)。薄荷醇(menthol)、薄荷酮(mnethone)、氧化胡椒酮(piperitone oxide)、乙酸薄荷酯(menthyl acetate)为精油主要成分,其中薄荷醇含量为21.46%～77.91%,薄荷酮含量为2.09%～20.65%,氧化胡椒酮含量为0～56.19%,乙酸薄荷酯含量为0.08%～13.33%。

图2 30份薄荷品种的精油主要成分及化学型分析Fig.2 Analysis of main components and chemical types of essential oil of 30 mint varieties

2.3 精油化学型分析根据精油20种主要成分占比,对各品种精油的化学型进行分类,结果显示(图2),M-1等22个薄荷品种中精油成分以薄荷醇为主,精油化学型为Menthol型。M-15、M-26品种化学型为Piperitone oxide型,M-4、M-18、M-25品种化学型为Menthol-Menthone型(MM型),M-23品种化学型为Menthol-Menthone-Pulegone型(MMP型),M-2、M-7品种化学型为Piperitone oxide-Menthol型(PM型)。

在Menthol型精油品种(图3)中,薄荷醇均占精油成分的50%以上,其中在M-1中含量最高,达77.91%,在M-16中含量最低,为53.81%。其次为薄荷酮和异薄荷酮,薄荷酮在M-29中含量最低,仅为5.37%,在M-6中含量高达18.19%。异薄荷酮为薄荷酮的异构体,二者通常共同存在于薄荷精油中,异薄荷酮在M-5中含量最高,达6.51%,在M-20中含量最低,为1.91%。M-1、M-6等9个薄荷品种资源中薄荷醇、薄荷酮、异薄荷酮三者含量之和达90.00%以上。此外,乙酸薄荷酯也是Menthol型薄荷精油中的主要成分,如在M-17中含量在13.00%以上。

注:A.薄荷醇;B.薄荷酮;C.异薄荷酮;D.乙酸薄荷酯。Note:A.Menthol;B.Menthone;C.Isomenthone;D.Menthyl acetate.图3 Menthol型品种精油主要成分含量Fig.3 Main component contents of Menthol type essential oil

在Piperitone oxide型精油品种中,氧化胡椒酮(piperitone oxide)在M-15、M-26中含量分别为51.73%、56.19%。在M-26中精油次要成分为薄荷醇,而在M-15中次要成分为二氢茉莉酮(dihydrojasmone),含量高达19.06%。薄荷酮和异薄荷酮在Piperitone oxide型品种中含量均低于Menthol型品种;石竹烯(caryophyllene)和大根香叶烯D(germacrene D)等倍半萜成分在Piperitone oxide型品种中的含量明显高于Menthol型品种。在Menthol-Menthone化学型品种中,薄荷醇、薄荷酮为M-4、M-18、M-25薄荷品种精油的主要成分,其中薄荷醇含量最高,二者含量之和达69.63%～73.04%;乙酸薄荷酯(menthyl acetate)为该化学型品种的次要成分,含量在10.00%以上。M-23属于Menthol-Menthone-Pulegone型品种,薄荷醇、薄荷酮、长叶薄荷酮(pulegone)含量分别为46.30%、19.84%和19.72%。此外,M-2、M-7为Piperitone oxide-Menthol型品种,氧化胡椒酮为含量最高的成分;其次为二氢茉莉酮(dihydrojasmone)、薄荷酮,其中二氢茉莉酮含量均在10.00%以上。

2.4 不同薄荷品种精油成分聚类分析将收集的30份薄荷品种选择相对含量在0.50%以上的20种精油成分进行热图可视化分析及SPSS聚类分析,结果显示(图4～5),根据精油最高占比的化学成分将30个品种分为两类,其中氧化胡椒酮(piperitone oxide)含量最高的M-2、M-7、M-15、M-26这4个薄荷品种聚为一类,薄荷醇(menthol)含量最高的26个薄荷品种聚为一类,这与化学型分类结果存在一定的相似性。因氧化胡椒酮(piperitone oxide)、二氢茉莉酮(dihydrojasmone)、β-榄香烯(β-elemene)的高含量以及薄荷酮(menthone)、异薄荷酮(isomenthone)、薄荷醇(menthol)的低含量,M-2、M-7、M-15、M-26聚为一类,其中M-2、M-7聚为小类,这与化学型结果存在一定的一致性。因M-29精油中富含松油醇(L-α-terpineol)、异石竹烯(isocaryophyllene)、α-紫穗槐烯(α-amorphene),其中松油醇为M-29中特有成分,使M-29在2种聚类分析中均与其他品种距离较远。Menthol-Menthone型中M-4与M-18的成分更为相似,二者聚为一类,M-25在其他非主要成分与前者存在明显差别,未与二者聚为一类。同样因为M-9精油非主要成分与M-4、M-18更为相似,在2种成分分析方法中与二者聚为一类。

图4 30份薄荷品种精油化学成分热图Fig.4 Heat map of chemical component of essential oils from 30 mint varieties

图5 30份薄荷品种精油化学成分聚类分析Fig.5 Cluster analysis of chemical component of essential oils from 30 mint varieties

3 讨论与结论

品质优良的亚洲薄荷具有清凉的特殊薄荷香气及一点点甜香,是我国常用中药之一,被2015版、2020版《中国药典》收录[14],可治感冒发热喉痛、头痛、目赤痛、肌肉疼痛、皮肤风疹瘙痒等症,对痈、疽、疥、癣、漆疮亦有效。Tucker等[10]2002年曾报道亚洲薄荷可能为日本薄荷(Menthaarvensis)和长叶薄荷[Menthalongifolia(L.)Huds.]的杂交后代,精油化学型丰富,不仅包括常见的Menthol型,还包括Pulegone型、Piperitone oxide型、Linalool型等化学型,可能与亲本日本薄荷和长叶薄荷丰富的化学型有关。亚洲薄荷早在《中国药典》1990年版就有记载,侯惠婵[17]检验时发现薄荷叶表皮细胞中含有橙皮苷结晶,极具特征性,建议将其列入《中国药典》薄荷叶表面鉴别中,而橙皮苷结晶成分分析即为薄荷醇,这也从侧面证实了20世纪80、90年代种植的亚洲薄荷品种主要以薄荷醇型为主,品种纯正。自1999年薄荷生产进入大滑坡后,国内对薄荷产业技术研究基本停止。生产应用的薄荷品种仍为20世纪80、90年代培育的品种,或是自留自用自育品种,或是来源不明的引进品种,种根应用农户之间互相串换,导致品种老化、退化和混杂严重,出现了Menthol-Menthone型、Piperitone oxide型等亚洲薄荷化学型品种,造成薄荷品种的生物学特性产生的生物种性退化,品种之间更加难以区分。

薄荷醇(menthol),俗称薄荷脑,是亚洲薄荷的主要成分,一种单萜化合物,一般有2种异构体(menthol、isomenthol),广义上的薄荷醇是二者的总称,其含量的高低直接影响着亚洲薄荷的品质,2020版《中国药典》规定,亚洲薄荷含挥发油不得少于0.80%(mL/g),薄荷醇(C10H20O)在干燥品中含量不得少于0.20%。在阜阳市多县区薄荷种植区进行调查时发现,农户种植亚洲薄荷以采卖芽头和地上全株为主,采购商为防止收购品种掺伪,保证薄荷材料品质,规定了薄荷干品精油含量需在0.90%(mL/g)以上,薄荷醇含量需达到2020版《中国药典》的标准。而收集的M-14、M-26、M-29这3种亚洲薄荷品种精油含量分别为0.84%、0.77%和0.74%,低于精油含量在0.90%以上的要求,未达到收购要求。收集的M-2、M-7、M-15干品精油含量虽达到收购要求,但其精油成分中薄荷醇含量最高仅为22.45%,结合密度计算,绝对含量仅为0.19%,低于《中国药典》的要求。氧化胡椒酮(piperitone oxide)为其最高成分,经形态学鉴定,M-2、M-7、M-15这3个薄荷品种均为亚洲薄荷品种,其中M-2、M-7系Piperitone oxide-Menthol型亚洲薄荷品种,M-15系Piperitone oxide型亚洲薄荷品种。以上未达到要求品种(M-2、M-7、M-14、M-15、M-26、M-29),其形态学与达标品种差异不大,烘干揉搓后,仅在形态学上更加难以分析,收购时未进行精油成分检测,极易作为高品质品种收购,降低薄荷品质。

该研究通过检测分析30份薄荷材料干品精油含量和薄荷醇含量,筛选出适合当地推广的薄荷优良种质,以满足国内薄荷产业快速发展,其中M-1、M-3、M-19、M-27等薄荷品种精油含量高、薄荷醇含量高,精油品质好,适合在阜阳地区推广应用。