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        阜陽市薄荷品種精油成分分析

        2023-10-28 13:20:46李奕濃白紅彤
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2023年19期
        關(guān)鍵詞:薄荷醇薄荷藥典

        彭 亮,夏 菲,李奕濃,李 慧,白紅彤,石 雷

        (1.阜陽市潁泉區(qū)林業(yè)局,安徽阜陽 236000;2.阜陽市綠景現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技有限公司,安徽阜陽 236000;3.中國科學(xué)院植物研究所北方資源植物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國家植物園,北京 100093;4.阜陽中科芳香種業(yè)科技有限責(zé)任公司,安徽阜陽 236000)

        薄荷為唇形科(Lamiaceae)薄荷屬(Mentha)多年生草本植物,是世界上重要的香料作物之一[1]。薄荷常被作為食品添加劑、煙草矯味劑、日化加香殺菌劑等添加到食品、煙草及日化用品中[2-5]。據(jù)《中國植物志》記載,我國現(xiàn)今包含栽培種在內(nèi)的薄荷種(品種)共有12種,其中6種為野生種[6]。薄荷在我國多省份均有種植,而且各地栽培的品系不同,有的品種主產(chǎn)薄荷腦,有的品種主產(chǎn)精油。主要用于精油提取的薄荷品種包括椒樣薄荷(Mentha×piperita)、亞洲薄荷(MenthacanadensisL.)、留蘭香(Menthaspicata)、蘇格蘭留蘭香(Mentha×gracilis)等[7-9]。其中亞洲薄荷是我國常用中藥之一,在《中國藥典》中收錄,有防治風(fēng)寒感冒、消炎止癢、疏肝理氣、提神醒腦的功效[10]。

        亞洲薄荷(MenthacanadensisL.),莖呈四棱形,葉片呈長圓狀披針形、橢圓形或卵狀披針形等,花白色,輪傘花序腋生[6]。幼嫩莖尖可作菜食,全草又可入藥,是一種藥食兩用植物?;ㄈ~富含精油,按其主要成分可分為薄荷醇型(Menthol型)、薄荷醇-薄荷酮型(Menthol-menthone型)、氧化胡椒酮型(Piperitone oxide型)等化學(xué)型[10]。我國曾在20世紀(jì)80年代與美國、印度并稱為世界三大薄荷油主產(chǎn)國,我國亞洲薄荷油產(chǎn)量一度占據(jù)世界首位。后因國際薄荷油市場價(jià)格低迷,我國薄荷產(chǎn)業(yè)逐年萎縮[11]。近年來,隨著國際薄荷油市場回暖,薄荷油價(jià)格不斷上升,我國薄荷油貿(mào)易逆差壓力越來越大,重振我國薄荷產(chǎn)業(yè),提升薄荷產(chǎn)量與品質(zhì)勢在必行。

        阜陽市太和縣是我國最大的亞洲薄荷生產(chǎn)基地,目前全縣種植面積800 hm2,素有“世界薄荷看中國,中國薄荷看太和”之說。然而,自20世紀(jì)末以來由于品種老化、退化、品種混亂、優(yōu)良品種短缺等因素影響,薄荷精油產(chǎn)量下降,生產(chǎn)效益降低,嚴(yán)重影響了種植者的生產(chǎn)積極性[12-13]。通過對(duì)市場上薄荷藥材調(diào)查發(fā)現(xiàn),市場上所用的薄荷有一部分并非《中國藥典》所收載的薄荷品種,而是Piperitone oxide型的亞洲薄荷品種,該類型品種含油率不高,薄荷醇含量低于《中國藥典》中對(duì)薄荷醇的要求[14]。市場上薄荷藥材揉搓后,僅從性狀上難以區(qū)分,品種的混雜嚴(yán)重降低了太和薄荷的品質(zhì)。為從源頭上獲得優(yōu)良種質(zhì),該研究通過對(duì)太和縣及周邊區(qū)縣薄荷資源調(diào)查和采集,對(duì)30份薄荷品種進(jìn)行精油提取和成分檢測,以期篩選出適合在當(dāng)?shù)赝茝V、產(chǎn)量高、活性成分含量高的薄荷品種,提升地區(qū)薄荷產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料2022年7月,自安徽省阜陽市太和縣、阜南縣、潁東區(qū)等區(qū)縣采集薄荷材料30份,品種涵蓋了阜陽市的主要栽培品種資源。采集后進(jìn)行陰干保存?;铙w試驗(yàn)材料定植于中國科學(xué)院植物研究所芳香植物種質(zhì)資源庫薄荷資源圃中。

        1.2 精油的提取采用水蒸餾法提取薄荷材料精油,稱取采集的陰干植物材料100 g,剪成2~3 cm小段,通過Clevenger型裝置進(jìn)行蒸餾。將材料置于圓底燒瓶,以料液比1∶10浸泡1 h,再200 ℃恒溫蒸餾2 h至精油含量不再增加,停止蒸餾后靜置約30 min,待油水分離器中薄荷精油尚未凝固前將其取出,每個(gè)品種材料分成3份分別進(jìn)行提取。

        1.3 精油成分檢測采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(gas chromatograph-mass spectrometer,GC-MS)進(jìn)行精油成分測定。取4 μL待測精油、6 μL二辛醇(0.02 g/mL)和800 μL正己烷配制成上機(jī)溶液,通過氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(Agilent GC7890 GC-MS,美國)分離樣品成分。設(shè)置GC-MS氣相條件為進(jìn)樣口溫度200 ℃,檢測室溫度325 ℃,載氣氮?dú)饬魉?.0 mL/min,分流比20∶1,非極性柱,進(jìn)樣量1 μL;升溫程序?yàn)?0 ℃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 ℃結(jié)束。質(zhì)譜檢測條件為電離電壓70 eV,離子源溫度230 ℃,四極桿溫度150 ℃,電子倍增電壓(EMV)1 070 V,發(fā)射電流200 μA,掃描范圍35~500 amu。將樣品組分正構(gòu)烷烴C7~C40的保留時(shí)間代入Kovats保留指數(shù)公式,計(jì)算組分程序升溫保留指數(shù)的實(shí)測值[15]。通過檢索NIST14標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖庫,使用MassHunter軟件進(jìn)行譜庫搜索,依據(jù)保留指數(shù)和質(zhì)譜峰圖的相似度來鑒定組分的結(jié)構(gòu)和名稱,再采用面積歸一法確定各個(gè)組分的相對(duì)百分含量[16]。各樣品檢測均進(jìn)行3次重復(fù)。

        1.4 數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010對(duì)精油含量等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)分析。以20種主要精油成分為標(biāo)準(zhǔn),使用IBM SPSS Statistics 26.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)30份薄荷品種資源進(jìn)行聚類和熱圖分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 薄荷精油含量分析30份薄荷品種精油含量檢測結(jié)果(圖1)顯示,精油含量<1.00%的薄荷品種有3份,1.00%~<2.00%的薄荷品種有6份,2.00%~<3.00%的薄荷品種有19份,≥3.00%的品種有2份。其中M-23品種精油含量最高,達(dá)3.50%,M-29品種精油含量最低,僅為0.74%。30份薄荷品種精油含量平均值為2.14%,變異幅度為0.74%~3.50%,變異系數(shù)為33.29%。

        2.2 薄荷精油主要成分分析精油成分及相對(duì)含量分析結(jié)果表明,不同品種的成分和占比存在明顯差別,30份薄荷品種中共檢測到108種精油成分,其中M-1薄荷品種精油成分最少,僅為52種,M-8薄荷品種精油成分最多,達(dá)68種。相對(duì)含量在0.50%以上的成分共有20種,占精油總含量的91.12%~98.29%(圖2)。薄荷醇(menthol)、薄荷酮(mnethone)、氧化胡椒酮(piperitone oxide)、乙酸薄荷酯(menthyl acetate)為精油主要成分,其中薄荷醇含量為21.46%~77.91%,薄荷酮含量為2.09%~20.65%,氧化胡椒酮含量為0~56.19%,乙酸薄荷酯含量為0.08%~13.33%。

        圖2 30份薄荷品種的精油主要成分及化學(xué)型分析Fig.2 Analysis of main components and chemical types of essential oil of 30 mint varieties

        2.3 精油化學(xué)型分析根據(jù)精油20種主要成分占比,對(duì)各品種精油的化學(xué)型進(jìn)行分類,結(jié)果顯示(圖2),M-1等22個(gè)薄荷品種中精油成分以薄荷醇為主,精油化學(xué)型為Menthol型。M-15、M-26品種化學(xué)型為Piperitone oxide型,M-4、M-18、M-25品種化學(xué)型為Menthol-Menthone型(MM型),M-23品種化學(xué)型為Menthol-Menthone-Pulegone型(MMP型),M-2、M-7品種化學(xué)型為Piperitone oxide-Menthol型(PM型)。

        在Menthol型精油品種(圖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,達(dá)77.91%,在M-16中含量最低,為53.81%。其次為薄荷酮和異薄荷酮,薄荷酮在M-29中含量最低,僅為5.37%,在M-6中含量高達(dá)18.19%。異薄荷酮為薄荷酮的異構(gòu)體,二者通常共同存在于薄荷精油中,異薄荷酮在M-5中含量最高,達(dá)6.51%,在M-20中含量最低,為1.91%。M-1、M-6等9個(gè)薄荷品種資源中薄荷醇、薄荷酮、異薄荷酮三者含量之和達(dá)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.異薄荷酮;D.乙酸薄荷酯。Note:A.Menthol;B.Menthone;C.Isomenthone;D.Menthyl acetate.圖3 Menthol型品種精油主要成分含量Fig.3 Main component contents of Menthol type essential oil

        在Piperitone oxide型精油品種中,氧化胡椒酮(piperitone oxide)在M-15、M-26中含量分別為51.73%、56.19%。在M-26中精油次要成分為薄荷醇,而在M-15中次要成分為二氫茉莉酮(dihydrojasmone),含量高達(dá)19.06%。薄荷酮和異薄荷酮在Piperitone oxide型品種中含量均低于Menthol型品種;石竹烯(caryophyllene)和大根香葉烯D(germacrene D)等倍半萜成分在Piperitone oxide型品種中的含量明顯高于Menthol型品種。在Menthol-Menthone化學(xué)型品種中,薄荷醇、薄荷酮為M-4、M-18、M-25薄荷品種精油的主要成分,其中薄荷醇含量最高,二者含量之和達(dá)69.63%~73.04%;乙酸薄荷酯(menthyl acetate)為該化學(xué)型品種的次要成分,含量在10.00%以上。M-23屬于Menthol-Menthone-Pulegone型品種,薄荷醇、薄荷酮、長葉薄荷酮(pulegone)含量分別為46.30%、19.84%和19.72%。此外,M-2、M-7為Piperitone oxide-Menthol型品種,氧化胡椒酮為含量最高的成分;其次為二氫茉莉酮(dihydrojasmone)、薄荷酮,其中二氫茉莉酮含量均在10.00%以上。

        2.4 不同薄荷品種精油成分聚類分析將收集的30份薄荷品種選擇相對(duì)含量在0.50%以上的20種精油成分進(jìn)行熱圖可視化分析及SPSS聚類分析,結(jié)果顯示(圖4~5),根據(jù)精油最高占比的化學(xué)成分將30個(gè)品種分為兩類,其中氧化胡椒酮(piperitone oxide)含量最高的M-2、M-7、M-15、M-26這4個(gè)薄荷品種聚為一類,薄荷醇(menthol)含量最高的26個(gè)薄荷品種聚為一類,這與化學(xué)型分類結(jié)果存在一定的相似性。因氧化胡椒酮(piperitone oxide)、二氫茉莉酮(dihydrojasmone)、β-欖香烯(β-elemene)的高含量以及薄荷酮(menthone)、異薄荷酮(isomenthone)、薄荷醇(menthol)的低含量,M-2、M-7、M-15、M-26聚為一類,其中M-2、M-7聚為小類,這與化學(xué)型結(jié)果存在一定的一致性。因M-29精油中富含松油醇(L-α-terpineol)、異石竹烯(isocaryophyllene)、α-紫穗槐烯(α-amorphene),其中松油醇為M-29中特有成分,使M-29在2種聚類分析中均與其他品種距離較遠(yuǎn)。Menthol-Menthone型中M-4與M-18的成分更為相似,二者聚為一類,M-25在其他非主要成分與前者存在明顯差別,未與二者聚為一類。同樣因?yàn)镸-9精油非主要成分與M-4、M-18更為相似,在2種成分分析方法中與二者聚為一類。

        圖4 30份薄荷品種精油化學(xué)成分熱圖Fig.4 Heat map of chemical component of essential oils from 30 mint varieties

        圖5 30份薄荷品種精油化學(xué)成分聚類分析Fig.5 Cluster analysis of chemical component of essential oils from 30 mint varieties

        3 討論與結(jié)論

        品質(zhì)優(yōu)良的亞洲薄荷具有清涼的特殊薄荷香氣及一點(diǎn)點(diǎn)甜香,是我國常用中藥之一,被2015版、2020版《中國藥典》收錄[14],可治感冒發(fā)熱喉痛、頭痛、目赤痛、肌肉疼痛、皮膚風(fēng)疹瘙癢等癥,對(duì)癰、疽、疥、癬、漆瘡亦有效。Tucker等[10]2002年曾報(bào)道亞洲薄荷可能為日本薄荷(Menthaarvensis)和長葉薄荷[Menthalongifolia(L.)Huds.]的雜交后代,精油化學(xué)型豐富,不僅包括常見的Menthol型,還包括Pulegone型、Piperitone oxide型、Linalool型等化學(xué)型,可能與親本日本薄荷和長葉薄荷豐富的化學(xué)型有關(guān)。亞洲薄荷早在《中國藥典》1990年版就有記載,侯惠嬋[17]檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)薄荷葉表皮細(xì)胞中含有橙皮苷結(jié)晶,極具特征性,建議將其列入《中國藥典》薄荷葉表面鑒別中,而橙皮苷結(jié)晶成分分析即為薄荷醇,這也從側(cè)面證實(shí)了20世紀(jì)80、90年代種植的亞洲薄荷品種主要以薄荷醇型為主,品種純正。自1999年薄荷生產(chǎn)進(jìn)入大滑坡后,國內(nèi)對(duì)薄荷產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究基本停止。生產(chǎn)應(yīng)用的薄荷品種仍為20世紀(jì)80、90年代培育的品種,或是自留自用自育品種,或是來源不明的引進(jìn)品種,種根應(yīng)用農(nóng)戶之間互相串換,導(dǎo)致品種老化、退化和混雜嚴(yán)重,出現(xiàn)了Menthol-Menthone型、Piperitone oxide型等亞洲薄荷化學(xué)型品種,造成薄荷品種的生物學(xué)特性產(chǎn)生的生物種性退化,品種之間更加難以區(qū)分。

        薄荷醇(menthol),俗稱薄荷腦,是亞洲薄荷的主要成分,一種單萜化合物,一般有2種異構(gòu)體(menthol、isomenthol),廣義上的薄荷醇是二者的總稱,其含量的高低直接影響著亞洲薄荷的品質(zhì),2020版《中國藥典》規(guī)定,亞洲薄荷含揮發(fā)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%。在阜陽市多縣區(qū)薄荷種植區(qū)進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn),農(nóng)戶種植亞洲薄荷以采賣芽頭和地上全株為主,采購商為防止收購品種摻偽,保證薄荷材料品質(zhì),規(guī)定了薄荷干品精油含量需在0.90%(mL/g)以上,薄荷醇含量需達(dá)到2020版《中國藥典》的標(biāo)準(zhǔn)。而收集的M-14、M-26、M-29這3種亞洲薄荷品種精油含量分別為0.84%、0.77%和0.74%,低于精油含量在0.90%以上的要求,未達(dá)到收購要求。收集的M-2、M-7、M-15干品精油含量雖達(dá)到收購要求,但其精油成分中薄荷醇含量最高僅為22.45%,結(jié)合密度計(jì)算,絕對(duì)含量僅為0.19%,低于《中國藥典》的要求。氧化胡椒酮(piperitone oxide)為其最高成分,經(jīng)形態(tài)學(xué)鑒定,M-2、M-7、M-15這3個(gè)薄荷品種均為亞洲薄荷品種,其中M-2、M-7系Piperitone oxide-Menthol型亞洲薄荷品種,M-15系Piperitone oxide型亞洲薄荷品種。以上未達(dá)到要求品種(M-2、M-7、M-14、M-15、M-26、M-29),其形態(tài)學(xué)與達(dá)標(biāo)品種差異不大,烘干揉搓后,僅在形態(tài)學(xué)上更加難以分析,收購時(shí)未進(jìn)行精油成分檢測,極易作為高品質(zhì)品種收購,降低薄荷品質(zhì)。

        該研究通過檢測分析30份薄荷材料干品精油含量和薄荷醇含量,篩選出適合當(dāng)?shù)赝茝V的薄荷優(yōu)良種質(zhì),以滿足國內(nèi)薄荷產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,其中M-1、M-3、M-19、M-27等薄荷品種精油含量高、薄荷醇含量高,精油品質(zhì)好,適合在阜陽地區(qū)推廣應(yīng)用。

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