五種黔產藥食同源植物精油抗氧化活性比較及成分分析

楊海艷，趙天明，張顯權，郭航，吳東蓉，張振

(1.貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴陽 550025；2.貴州理工學院 食品藥品制造工程學院，貴陽 550003)

抗氧化劑在食品保存、日化產品和化妝品穩(wěn)定和功效方面起著非常重要的作用，但人工合成抗氧化劑存在一些潛在的危害，一些發(fā)達國家已禁止使用對人體有害的人工合成抗氧化劑，這些情況促使研究人員不斷尋找可替代的天然抗氧化劑[1]。精油作為芳香植物源的次生代謝產物，具有抗菌、抗氧化、抗癌等生物活性[2-4]，而對精油的抗氧化活性和其相關的應用已有很多研究報道，其作為天然抗氧化劑的潛力受到研究者的廣泛關注。很多藥食同源植物均含有精油成分，這些精油如果具有較高的抗氧化性，則有可能作為添加劑加到食品中，既有抗氧化保護作用，又有給食品加香作用。香薷、藿香、木姜子、姜黃和橘皮5種植物是常見的藥食同源品種，其精油成分組成及抗氧化性已有相關的研究，但植物產地不同，精油成分及抗氧化活性差別較大。貴州省產藿香精油的成分分析還未見報道；向平、楊欣、葉世蕓[5]和周欣等團隊對貴州省香薷、木姜子、姜黃和橘皮的精油成分進行了分析，但定性主要采用質譜庫比較，結果存在一定的不準確性。向平和劉康蓮等[6]對貴州省香薷和姜黃精油的抗氧化活性進行了研究，但采用方法為DPPH、ABTS自由基清除法或單一的DPPH自由基清除法，缺乏綜合的抗氧化性評價。該研究采用3種方法綜合評價5種植物精油的抗氧化活性，采用GC-MS結合保留指數(shù)法分析它們精油的化學成分，探討植物精油化學成分與抗氧化活性之間的聯(lián)系，為開發(fā)具有特殊香味的食品天然抗氧化劑提供了試驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試植物

分別選取黔產香薷(Elsholtziaciliata(Thunb.) Hyland)、藿香(Agastacherugosa(Fisch. et Mey) O. Ktze)和橘皮(CitrusreticulataBlanco.)：購自貴陽太升中藥材市場；木姜子(LitseapungensHemsl.)：購自六背山特產店；姜黃(CurcumalongaLinn.)：購自貴州百草匯；5種植物的干燥品。

1.2 化學試劑

DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)：純度97%，梯希愛化成工業(yè)發(fā)展有限公司；TPTZ(2,4,6-三吡啶基三嗪)：純度99%；Torlox(6-羥基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸)：純度97%，上海麥克林生化科技有限公司；ABTS(2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽)：純度98%，上海源葉生物科技有限公司；PBS緩沖液：北京索萊寶科技有限公司；正構烷烴C7～C30：美國Sigma公司；甲醇、鹽酸、K2S2O8、氯化鐵、醋酸鈉、醋酸、正己烷試劑：均為國產分析純。

1.3 儀器與設備

GCMS-TQ8040型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 日本島津公司；UH5300型可見分光光度計 日立制作所株式會社。

1.4 試驗方法

1.4.1 植物精油的提取

分別稱取160 g 5種藥食同源植物，放入圓底燒瓶中加入1600 mL去離子水；置于電熱套上進行加熱蒸餾，通過冷凝管回流提取并收集揮發(fā)出的油性物質，當?shù)玫降挠托晕镔|無變化后停止加熱提取，冷卻后打開分液漏斗去除蒸餾水，同時收集提取得到的精油，置于分析天平上準確稱取精油質量，然后裝入棕色玻璃瓶中，置于-4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?，每組試驗重復3次。精油提取率公式如下：

1.4.2 GC-MS分析條件

色譜條件：InertCap WAX毛細管柱(60 m×0.25 mm，0.25 μm，100%聚乙二醇)，升溫程序：50 ℃，以2 ℃/min升到110 ℃，再以5 ℃/min升到190 ℃，再以3 ℃/min升到240 ℃，進樣口溫度250 ℃，分流比：10∶1，進樣量：1 μL。

質譜條件：電子轟擊(EI)；能量：70 eV；進樣口溫度：230 ℃；接口溫度：250 ℃；溶劑延遲：5.5 min；掃描范圍：10～550 u。

RI值的測定：取C7～C30正構烷烴標準品，以正己烷為溶劑配制濃度為0.1%的溶液，采取上述分析條件進行分離，測定各正構烷烴的保留時間。各成分的RI值根據(jù)Kovats公式進行計算。

式中：RI為被分析組分的保留指數(shù)，tx為被分析組分流出峰的保留時間(min)，tn為碳原子數(shù)為n的正構烷烴流出峰的保留時間(min)，tn+1為碳原子數(shù)為n+1的正構烷烴流出峰的保留時間(min)，且tn

定性定量方法：精油經(jīng)過GC-MS分析后，通過NIST 17-1.lib、NIST 17-2.lib、NIST 17s.lib、FFNSC 1.3.lib質譜庫進行自動檢索，然后將測定的保留指數(shù)值與精油數(shù)據(jù)庫中的保留指數(shù)進行比對，對其成分進行定性，采用色譜峰面積歸一化法計算各成分的相對百分含量。

1.4.3 植物精油抗氧化測定

1.4.3.1 DPPH自由基消除能力的測定

DPPH自由基清除活性參照Brand-Williams等[7]的方法稍作修改進行測定。

將每種精油20 mg溶解于1.00 mL甲醇溶液中，制得20 mg/mL精油溶液。測定前，用甲醇配制0.024 mg/mL的DPPH溶液。吸取150 mL待測樣品，加入6 mL DPPH溶液，將配制好的溶液置于避光室內靜置30 min，以甲醇作為空白，精油樣品加DPPH溶液測定的吸光值為A0，甲醇樣品加DPPH溶液測定的吸光值為A1，于515 nm處分別測定吸光值。每次試驗重復3次。植物精油DPPH+·自由基的清除能力計算公式如下：

通過Trolox(6-hydroxy-2，5，7，8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid)換算出被測物質抗氧化能力的大小，Trolox是一種維生素E的類似物，可以作為對照標準，結果多用相當濃度的 Trolox 來表示[8]。

1.4.3.2 ABTS自由基清除能力的測定

ABTS自由基清除能力的測定：參照Xu等[9]的方法進行的測定。將每種精油20 mg溶解于1.00 mL甲醇溶液中，制得20 mg/mL精油溶液。分別吸取精油樣品50 μL于試管中，加入4 mL ABTS溶液，混勻，將配制好的溶液于室內避光靜置3 min，以甲醇作為空白，標準溶液樣品加ABTS溶液測定的吸光值為A0，甲醇樣品加ABTS溶液測定的吸光值為A1，于515 nm處分別測定吸光值，每次試驗重復3次，結果采用Trolox的濃度來表示。

1.4.3.3 FRAP三價鐵還原能力的測定

Fe3+還原能力的測定參考Dinis等的方法。分別吸取精油樣品150 μL于試管中，首先分別加入450 μL蒸餾水，混勻，接著加入4.5 mL事先預熱至37 ℃的FRAP工作液，將配制好的溶液于水浴鍋內避光反應15 min，以甲醇作為空白，于593 nm下測定吸光值，每次試驗重復3次，結果采用Trolox的濃度來表示。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，利用Duncan＇s新復極差法比較處理間差異顯著性，結果表示為平均值±標準偏差。

2 結果與分析

2.1 不同植物精油的產率

由圖1可知，5種植物精油的提取率比較為木姜子>橘皮>姜黃>香薷>藿香木姜子精油的提取率最高，達到2.71%，約為藿香精油提取率的8.2倍，姜黃精油和橘皮精油的提取率差別較小，分別為1.00%和1.04%，香薷精油和藿香精油提取率較低，分別為0.44%和0.33%。

圖1 5種植物精油提取率

2.2 不同精油抗氧化能力的測定

5種植物精油的抗氧化活性差距較大。5種植物精油對DPPH自由基的清除能力比較為香薷精油>藿香精油>橘皮精油>姜黃精油>木姜子精油，香薷精油對DPPH自由基的清除能力最高，為(445.598±1.966) μmol Trolox/g，是藿香精油的14.8倍，木姜子精油的191.4倍，與人工合成抗氧化劑BHT相比，其清除能力低于BHT，約為BHT的32.56%。藿香精油和橘皮精油對DPPH自由基的清除能力相差不大，分別為(30.085±0.159) μmol Trolox/g和(13.388±0.030) μmol Trolox/g；姜黃精油和木姜子精油對DPPH自由基的清除能力較低，分別為(4.657±0.020) μmol Trolox/g和(2.328±0.017) μmol Trolox/g。

圖2 5種植物精油抗氧化活性比較

5種植物精油對ABTS自由基的清除能力比較為香薷精油>藿香精油>姜黃精油>木姜子精油>橘皮精油，香薷精油對ABTS自由基的清除能力最高，為(5955.653±8.948) μmol Trolox/g，是藿香精油的31.7倍，橘皮精油的914.7倍，與人工合成抗氧化劑BHT相比，其清除能力高于BHT，約為BHT的274.21%。藿香精油對ABTS自由基的清除能力為(187.659±0.620) μmol Trolox/g；姜黃精油、木姜子精油和橘皮精油對ABTS自由基的清除能力相差較小，分別為(11.592±0.237)，(10.484±0.015)，(6.511±0.103) μmol Trolox/g。

5種植物精油對Fe3+的還原能力比較為香薷精油>藿香精油>姜黃精油>橘皮精油>木姜子精油，香薷精油對Fe3+的還原能力最高，為(2776.905±2.381) μmol Trolox/g，是藿香精油的18倍，木姜子精油的823.5倍，與人工合成抗氧化劑BHT相比，其還原能力略高于BHT，約為BHT的102.10%。藿香精油和姜黃精油對Fe3+的還原能力相差較小，分別為(153.881±0.630)，(119.586±0.083) μmol Trolox/g；橘皮精油對Fe3+的還原能力高于木姜子精油，分別為(68.967±0.333)，(3.372±0.070) μmol Trolox/g。

2.3 不同植物精油GC-MS分析結果

5種植物精油的總離子流圖見圖3～圖7，通過計算機工作站與標準質譜庫進行檢索，化合物通過保留指數(shù)進行定性，峰面積歸一化法進行定量，經(jīng)鑒定，5種植物精油中共鑒定出107種化合物，其精油成分分析見表1。

表1 5種植物精油化學成分分析Table 1 The chemical composition analysis of essential oils from five plants

續(xù) 表

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圖3 香薷精油總離子流圖

圖4 藿香精油總離子流圖

圖5 木姜子精油總離子流圖

圖6 姜黃精油總離子流圖

圖7 橘皮總離子流圖

香薷精油共檢測出26種化合物，占精油總量的98.75%。單萜類化合物4.57%，含氧單萜類化合物1.53%，倍半萜類化合物2.56%，含氧倍半萜類化合物0.53%，芳香族類化合物89.55%。主要化合物為百里酚(67.31%)、4-異丙基甲苯(8.16%)、香芹酚(7.47%)、乙酸瑞香[草]酯(4.17%)、γ-松油烯(2.54%)、丁香酚(1.70%)。薛曉麗等[10]采用GC-MS質譜庫定性分析了6種長白山藥用植物揮發(fā)油成分，香薷精油共鑒定出27種化合物，主要成分為脫氫香薷酮(34.32%)、桉油精(12.69%)、2-(苯基甲氧基)丙酸甲酯(5.90%)；向平[11]采用GC-MS質譜庫定性分析了黔產香薷花和莖葉精油的化學成分，共鑒定出47種化合物，主要成分為檸檬烯(29.27%、23.20%)、芳樟醇(21.05%、23.10%)、β-蛇床烯(7.78%、11.52%)、玫瑰呋喃(4.95%、5.56%)。與本研究黔產香薷精油相比，化合物種類及含量存在差異較大，這與香薷植物生長的地域不同及定性方法不同存在一定的相關性。

藿香精油共鑒定出23種化合物，占精油總量的93.46%。倍半萜類化合物23.18%，含氧倍半萜類化合物69.67%，脂肪族類化合物0.36%，其他類化合物0.25%。主要化合物為百秋李醇(59.15%)、Guaia-1(10%),11-diene(7.06%)、Pogostole(5.28%)、α-愈創(chuàng)木烯(5.10%)、塞舌爾烯(4.28%)。蔣軍輝等[12]采用GC-MS質譜庫結合保留指數(shù)定性法對廣東省產藿香精油進行分析，共鑒定出50種化合物，主要成分有廣霍香醇(24.88%)、δ-愈創(chuàng)木烯(16.05%)、α-廣藿香烯(7.61%)、α-愈創(chuàng)木烯(7.36%)、丁香烯(3.63%)、β-廣藿香烯(3.38%)。與本研究相比，鑒定的化合物種類多于本研究結果，主成分百秋李醇(廣藿香醇)含量高于蔣軍輝的研究結果，是其2.4倍，其他化合物含量存在差異。任恒鑫等[13]研究的吉林市通化藿香精油以脫氫香薷酮為主要化學成分, 張慧慧等[14]研究的四川省中江縣產藿香以胡薄荷酮和薄荷酮為主要化學成分，由此可見，不同產地的藿香精油化學成分存在較大差異。

木姜子精油共鑒定出31種化合物，占精油總量的98.05%。單萜類化合物20.28%，含氧單萜類化合物62.92%，倍半萜類化合物0.37%，含氧倍半萜類化合物0.54%，脂肪族類化合物13.36%，其他類化合物0.58%。主要化合物為檸檬醛(28.65%)、橙花醛(18.36%)、檸檬烯(14.58%)、芳樟醇(10.66%)、甲基庚烯酮(9.45%)、月桂烯(2.38%)、橙花醇(1.50%)。楊欣等[15]采用GC-MS質譜庫定性分析了貴州木姜子精油化學成分，共鑒定出21種成分，主要成分為α-蒎烯(7.57%)、檜烯(19.48%)、1，8-桉葉素(42.08%)、4-萜烯醇(12.08%)；侯穎輝等[16]利用GC-MS質譜庫定性法分析了貴州榕江縣和雷山縣產的木姜花和木姜子揮發(fā)油的化學成分，主要成分為(E)-檸檬醛(36.983%～44.652%)、(Z)-檸檬醛(30.906%～37.051%)、D-檸檬烯(8.021%～11.131%)。與本研究相比，雖然都是黔產的木姜子，但定性方法和研究部位的不同，其化合物種類及含量存在一定差異。

姜黃精油共鑒定出47種化合物，占精油總量的96.39%。單萜類化合物0.90%，含氧單萜類化合物7.24%，倍半萜類化合物13.31%，含氧倍半萜類化合物22.88%，芳香族類化合物45.87%，脂肪族類化合物1.24%，其他類化合物6.08%。主要化合物為芳姜黃酮(29.43%)、α-姜黃烯(11.64%)、β-倍半水芹烯(7.56%)、Curlone(6.10%)、姜黃酮(4.27%)、桉葉油醇(4.10%)、表莪術酮(3.51%)、姜烯(2.85%)、m-Camphorene(2.57%)。Sahoo等[17]利用GC-MS質譜庫結合保留指數(shù)法研究了8個印度姜黃品種的精油含量和化學成分，共鑒定出34種物質，主要化合物為ar-Tumerone(39.5%～45.5%)、Curlone(9.8%～11.7%)、α-Phellandrene (5.5%～7.7%)、Eucalyptol (3.2%～5.5%)、β-Himachalene (1.6%～5.5%)，本研究相比，化合物種類、主要化學成分與含量存在差異；葉世蕓等采用GC-MS質譜庫定性法對貴州產的姜黃精油鑒定出14種化合物，其主要成分為芳姜黃酮(28.17%)、β-姜黃酮(17.19%)和α-姜黃酮(14.62%)。不同產地的姜黃精油和成分鑒定方法的不同，使得化合物種類及含量存在一定差異。

橘皮精油共鑒定出21種化合物，占精油總量的99.07%。單萜類化合物97.20%，含氧單萜類化合物0.83%，倍半萜類化合物0.39%，芳香族類化合物1.58%。主要化合物為檸檬烯(89.35%)、γ-松油烯(4.64%)、β-月桂烯(1.46%)、4-異丙基甲苯(0.58%)。周欣等[18]利用GC-MS質譜庫定性法分析7個產地的陳皮精油化學成分，7個產地陳皮揮發(fā)油中均含有檸檬烯、γ-松油烯、β-月桂烯、α-蒎烯、β-蒎烯等主要成分，主要成分檸檬烯含量在61.844%～77.396%之間，其中黔產的陳皮精油檸檬烯含量為72.411%，γ-松油烯含量為7.103%，由此可見，不同產地的橘皮精油在化合物種類和含量上存在差異。

2.4 不同植物精油各指標間的相關性分析

由圖8可知，5種植物精油化學成分差異較大，香薷精油的化學成分分為五大類，相對含量比較為芳香族化合物>單萜類化合物>倍半萜烯類化合物>含氧單萜類化合物>含氧倍半萜烯類化合物，其中芳香族類化合物占總相對含量的89.55%；藿香精油的化學成分分為四大類，相對含量比較為:含氧倍半萜烯類化合物>倍半萜烯類化合物>脂肪族類化合物>其他類化合物，其中含氧倍半萜烯類化合物占總相對含量的69.67%；木姜子精油的化學成分分為六大類，相對含量比較為含氧單萜類化合物>單萜類化合物>脂肪族類化合物>其他類化合物>含氧倍半萜烯類化合物>倍半萜烯類化合物，其中含氧單萜類化合物占總相對含量的62.92%；姜黃精油的化學成分分為七大類，相對含量比較為芳香族化合物>含氧倍半萜烯類化合物>倍半萜烯類化合物>含氧單萜類化合物>其他類化合物>脂肪族類化合物>單萜類化合物，其中芳香族類化合物占總相對含量的44.74%；橘皮精油的化學成分分為四大類，相對含量比較為單萜類化合物>含氧單萜類化合物>芳香族類化合物>倍半萜烯類化合物，其中單萜類化合物占總相對含量的97.20%。

圖8 5種精油各類組分的含量差異對比

由圖2和表1可知，香薷精油的抗氧化活性為5種精油中最高，其中香薷精油對ABTS自由基清除能力約為BHT的274.21%，對Fe3+還原能力約為BHT的102.10%，這與香薷精油化學成分中含有百里酚、香芹酚和丁香酚有關。酚類具有氧化還原特性，在中和自由基和分解過氧化物方面起著重要作用[19]。百里酚除了具有抗氧化活性，還因抗炎、抗菌和防腐等功效而被廣泛應用，相關研究表明，百里酚可通過抑制促炎信號通路和轉錄來發(fā)揮抗炎作用[20]。藿香精油的抗氧化活性低于香薷精油，對ABTS自由基清除能力為(187.659±0.620) μmol Trolox/g，對Fe3+還原能力為(153.881±0.630) μmol Trolox/g。藿香精油中含有大量的百秋李醇(廣藿香醇)，百秋李醇具有抗炎、抗菌、抗氧化和免疫調節(jié)等作用[21]，近期研究表明，百秋李醇可通過NO信號通路改善腹瀉型腸易激綜合征，具有抗抑郁作用[22]，百秋李醇廣泛應用于日用產品及香水產業(yè)[23]。

3 結論

本研究采用水蒸氣蒸餾法提取5種藥食同源植物精油，結果表明5種植物精油的提取率比較為木姜子>橘皮>姜黃>香薷>藿香，木姜子精油的提取率最高，達到2.71%；5種植物精油對DPPH自由基清除能力比較為香薷精油>藿香精油>橘皮精油>姜黃精油>木姜子精油，香薷精油對DPPH自由基清除能力最高，為(445.598±1.966)μmol Trolox/g，約為BHT的32.56%。5種植物精油對ABTS自由基清除能力比較為香薷精油>藿香精油>姜黃精油>木姜子精油>橘皮精油，香薷精油對ABTS自由基清除能力最高，為(5955.653±8.948)μmol Trolox/g，約為BHT的274.21%。5種植物精油對Fe3+還原能力比較為香薷精油>藿香精油>姜黃精油>橘皮精油>木姜子精油，香薷精油對Fe3+還原能力最高，為(2776.905±2.381) μmol Trolox/g，約為BHT的102.10%。

5種植物精油共鑒定出107種化合物。香薷精油主要化合物為百里酚(67.31%)；藿香精油主要化合物為百秋李醇(59.15%)；木姜子精油主要化合物為檸檬醛(28.65%)、橙花醛(18.36%)、芳樟醇(10.66%)；姜黃精油主要化合物為芳姜黃酮(29.43%)、α-姜黃烯(11.64%)；橘皮精油主要化合物為檸檬烯(89.35%)。

香薷精油的抗氧化活性與人工合成抗氧化劑BHT相當，甚至略高于BHT，這與香薷精油中百里酚、香芹酚和丁香酚化合物有關。香薷精油具有作為食品添加劑、天然香料和天然抗氧化劑的潛力，有望在食品工業(yè)和醫(yī)藥研發(fā)等方面得到更廣闊的應用和發(fā)展。