云南不同地區(qū)瑪咖揮發(fā)性成分的GC-MS分析

楊 敏，黃紹軍，朱艷琴，孫 卉，賀與平，杜 萍

（昆明理工大學(xué)分析測試研究中心，云南 昆明 650093）

云南不同地區(qū)瑪咖揮發(fā)性成分的GC-MS分析

楊 敏，黃紹軍，朱艷琴，孫 卉，賀與平，杜 萍*

（昆明理工大學(xué)分析測試研究中心，云南 昆明 650093）

采用頂空固相微萃取技術(shù)對瑪咖中揮發(fā)性成分進(jìn)行富集，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對其化學(xué)成分進(jìn)行分離和鑒定，在云南8 個種植區(qū)瑪咖樣品中共檢出揮發(fā)性成分69 種，共有的揮發(fā)性成分有18 種。這些成分包括酮類12 種、醛類10 種、醇類9 種、酸類7 種、酯類6 種、烯烴類6 種、雜環(huán)化合物5 種、腈類4 種、芳香族類4 種、酚類3 種、胺類2 種、硫醚類1 種。含量較高的揮發(fā)性成分是異硫氰酸芐酯、苯甲醛、苯乙腈、乙酸、苯甲醇、二甲基硫醚、3-甲氧基-苯甲醛、4-甲氧基芐基異硫氰酸酯。通過統(tǒng)計比較發(fā)現(xiàn)了云南8 個不同種植區(qū)瑪咖揮發(fā)性成分存在的差異。

瑪咖；揮發(fā)性成分；頂空固相微萃??；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用

瑪咖（Maca）是十字花科（Cruciferae）獨行菜屬（Lepidium）一年生或兩年生草本植物，原產(chǎn)于秘魯海拔3 500～4 500 m的安第斯山區(qū)[1-2]，可在無肥料，缺氧，晝夜溫差大，長期冰封的獨特環(huán)境下正常生長[3]?，斂撬幨硟捎弥参?，不僅營養(yǎng)豐富，且具有多種保健功效。瑪咖富含礦物元素、維生素、蛋白質(zhì)、氨基酸等多種營養(yǎng)成分[4-8]，國內(nèi)有學(xué)者對瑪咖營養(yǎng)成分做了大量研究。此外，瑪咖中次級代謝產(chǎn)物主要是其特有的多不飽和脂肪酸（瑪咖烯）及其酰胺類化合物（瑪咖酰胺）[9]，芥子油苷[10-11]、甾醇[12]及其他生物堿（如咪唑類生物堿、羥基吡啶類生物堿、β-咔啉生物堿）[13-14]和多酚[15]。多年來，研究者證實了瑪咖的多個藥效保健作用，例如適應(yīng)原性、增強(qiáng)精力抗疲勞[16-17]、調(diào)節(jié)荷爾蒙代謝[18]、促進(jìn)性欲提高生育力[19-20]、增強(qiáng)骨密度[21]、抗腫瘤、抗氧化防衰老、抗壓力緩解抑郁等。

20世紀(jì)80年代后，聯(lián)合國基因資源協(xié)會將瑪咖列為瀕危物種，聯(lián)合國糧農(nóng)組織建議世界各國推廣瑪咖種植[22]。中國從2002年開始引進(jìn)瑪咖，2004年在云南麗江、會澤初次試種成功，目前在云南麗江、會澤、香格里拉、西藏林芝、新疆喀什塔什庫爾干、青海等地均有種植，但約有90%種植區(qū)域在云南。目前云南已經(jīng)是我國瑪咖最大的原料產(chǎn)地和產(chǎn)品初加工地。

因此本實驗選取云南省內(nèi)8 個種植區(qū)的瑪咖為原料，采用固相微萃取技術(shù)及氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用技術(shù)分析原料中揮發(fā)性成分，并進(jìn)行統(tǒng)計分析，為后續(xù)開發(fā)利用瑪咖本土資源提供部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗所用的瑪咖樣品來自于云南麗江、香格里拉、會澤等8 個瑪咖種植區(qū)。從8 個種植區(qū)挑選主根呈類球形或圓錐形，下部有支根2～7 條，且支根長3～16 cm，根頭部直徑1.5～4 cm，且根頭部長為3～5 cm，表面顏色為黃白色或暗紫色，質(zhì)地堅實，氣香特異，味微甘而辛辣的完整根莖晾曬干燥粉碎后作為樣品。具體產(chǎn)區(qū)見表1。

表1 瑪咖樣品Table 1 Information about maca samples

1.2 儀器與設(shè)備

7890A/5975C GC-MS儀（工作站：MSD Chemstation E.02.00.493） 美國Agilent公司；75 μm Carboxen- PDMS（polydimethylsiloxane）萃取頭 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 固相微萃取條件

對固相微萃取條件從萃取頭、萃取溫度、萃取時間進(jìn)行優(yōu)化。選擇的復(fù)合極性涂層CAR/PDMS萃取頭主要是針對痕量有機(jī)揮發(fā)性物質(zhì)，對低沸點組分吸附能力和分離性能力強(qiáng)。

萃取頭的固定相為75 μm Carboxen-PDMS；萃取溫度：80 ℃；萃取時間：30 min。

1.3.2 GC-MS條件

色譜柱：HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣：高純氦（99.999%）；頂空瓶：20 mL。 GC進(jìn)樣口溫度：260 ℃；載氣流速：1 mL/min；分流比：10∶1；GC-MS接口溫度：280 ℃；離子源：電子電離源，電子能量：70 eV；掃描范圍：全掃描；色譜柱升溫條件：50 ℃（2 min）→5 ℃/min→140 ℃（1 min）→10 ℃/min→280 ℃（1 min）。對色譜分析條件進(jìn)行優(yōu)化，包括色譜柱的選擇，使分析結(jié)果具有分離度高、靈敏度高、組分?jǐn)?shù)量豐富等的特點。

1.3.3 樣品測定

取瑪咖樣品粉末2.0 g于20 mL頂空瓶中，將頂空瓶放置于80 ℃水浴中，用固相微萃取頭置于頂空瓶中進(jìn)行萃取，萃取時間為30 min，之后將固相微萃取頭插入GC進(jìn)樣口進(jìn)樣，時間為2 min，經(jīng)GC分離后用MS鑒定。

2 結(jié)果與分析

2.1 瑪咖樣品揮發(fā)性成分鑒定

對8 個產(chǎn)地瑪咖樣品進(jìn)行揮發(fā)性成分分析，得到各樣品的總離子流圖，圖1為具有代表性的麗江南溪文坪瑪咖樣品的總離子流圖。通過對總離子流圖進(jìn)行組分分析，共鑒定出揮發(fā)性成分69 種，利用峰面積歸一化法確定各組分所占的相對含量，見表2。

圖1 麗江南溪文坪瑪咖樣品揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components of maca from Wenping by GC-MS

2.2 8個地區(qū)瑪咖樣品揮發(fā)性成分特點分析

2.2.1 8個地區(qū)瑪咖樣品主要揮發(fā)性成分分析

表2 云南8個產(chǎn)地瑪咖樣品揮發(fā)性成分分析結(jié)果Table 2 GC-MS analytical results of volatile components of maca samples from 8 producing areas

續(xù)表2

圖2 云南8個產(chǎn)地瑪咖樣品主要揮發(fā)性成分Fig.2 Relative contents of main volatile components in maca from 8 producing areas

表3 云南8個產(chǎn)地瑪咖樣品揮發(fā)性成分相對含量分布區(qū)間Table 3 The distribution interval of relative contents of volatilecomponents in maca from 8 producing areas

將表2中相對含量大于或等于0.5%的化合物進(jìn)行統(tǒng)計篩選，得出表3和圖2?？梢钥闯?，麗江南溪滿中、麗江南溪文坪及香格里拉小中甸的瑪咖樣品中檢測出來的揮發(fā)性成分個數(shù)最多，達(dá)44～46 個；會澤大海鄉(xiāng)的瑪咖樣品中檢測出來的揮發(fā)性成分個數(shù)最少，只有20 個，其余4 個產(chǎn)地的揮發(fā)性成分總個數(shù)為30～34。相對含量大于或等于0.5%的揮發(fā)性成分，除會澤大海鄉(xiāng)的樣品中只檢測出5 個以外，其余產(chǎn)地的樣品檢測出的個數(shù)為8～12。麗江南溪滿中、麗江南溪文坪、香格里拉小中甸瑪咖樣品中的異硫氰酸芐酯、苯乙腈、苯甲醛及乙酸的峰值突出且相對含量較高；香格里拉大中甸、會澤待補(bǔ)鎮(zhèn)、會澤礦山鎮(zhèn)的瑪咖樣品中異硫氰酸芐酯、苯甲醛、苯乙腈的峰值突出且相對含量較高；會澤大橋鄉(xiāng)和會澤大海鄉(xiāng)的瑪咖樣品中異硫氰酸芐酯的峰值突出且相對含量較高。

2.2.2 8 個地區(qū)瑪咖樣品共有揮發(fā)性成分分析

將表2數(shù)據(jù)處理后導(dǎo)入SPSS進(jìn)行統(tǒng)計，8 個產(chǎn)地瑪咖樣品揮發(fā)性成分中共有化合物有18 種，統(tǒng)計結(jié)果見表4?？梢钥闯觯? 個產(chǎn)地樣品中平均相對含量大于1%的共有揮發(fā)性成分有異硫氰酸芐酯、苯乙腈、苯甲醛、乙酸、4-甲氧基芐基異硫氰酸酯、二甲基硫醚、苯甲醇、3-甲氧基-苯甲醛，這8 個成分是8個地區(qū)瑪咖樣品主要的共有揮發(fā)性成分。

表4 云南8個產(chǎn)地瑪咖樣品共有揮發(fā)性成分分析Table 4 Common volatile components of maca from 8 producing areas

2.2.3 8個地區(qū)瑪咖樣品相似度評價與聚類分析

為了發(fā)現(xiàn)8 個產(chǎn)地瑪咖揮發(fā)性成分的異同，對表2數(shù)據(jù)做了相似度分析。利用SPSS軟件進(jìn)行了Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果表明，麗江南溪滿中、麗江南溪文坪和香格里拉小中甸的瑪咖樣品揮發(fā)性成分相似度不小于0.977；香格里拉大中甸、會澤礦山鎮(zhèn)、會澤大橋鄉(xiāng)及會澤大海鄉(xiāng)的瑪咖樣品揮發(fā)性成分相似度不小于0.974；會澤待補(bǔ)鎮(zhèn)的瑪咖樣品與香格里拉小中甸的瑪咖樣品相似度達(dá)到0.964。

圖3 云南8個產(chǎn)地瑪咖樣品聚類分析譜系圖Fig.3 Hierarchical cluster analysis of volatile components of maca from 8 producing areas

為進(jìn)一步揭示8 個產(chǎn)地瑪咖揮發(fā)性成分的異同，對表2數(shù)據(jù)利用SPSS進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，得到聚類譜系圖（圖3）。譜系圖能直觀地顯示逐步聚類過程。橫坐標(biāo)為臨界值即類間距離，臨界值越小，表示譜圖越相似。由圖3可知，當(dāng)臨界值為1時，香格里拉大中甸及會澤礦山鎮(zhèn)的瑪咖樣品聚為了一類；麗江南溪滿中、麗江南溪文坪及香格里拉小中甸的瑪咖樣品聚為了一類。當(dāng)臨界值為3時，會澤大橋鄉(xiāng)與香格里拉大中甸及會澤礦山鎮(zhèn)的瑪咖樣品聚為了一類；會澤待補(bǔ)鎮(zhèn)與麗江南溪滿中、麗江南溪文坪及香格里拉小中甸的瑪咖樣品聚為了一類；而會澤大海鄉(xiāng)的瑪咖樣品仍單獨為一類。當(dāng)臨界值到達(dá)12時，會澤大海鄉(xiāng)與香格里拉、會澤礦山鎮(zhèn)及會澤大橋鄉(xiāng)瑪咖樣品聚為了一類。當(dāng)臨界值達(dá)到25時，所有樣品聚為了一類。從聚類過程可以看出各地瑪咖揮發(fā)性成分的相似程度，也可以看出他們之間存在一定的地域差別。

3 結(jié)論與討論

本實驗基本明確了云南8 個產(chǎn)地瑪咖的主要揮發(fā)性成分，為云南瑪咖的進(jìn)一步研究和開發(fā)利用提供了一定的科學(xué)依據(jù)。通過分析發(fā)現(xiàn)，云南8 個地區(qū)瑪咖最主要的揮發(fā)性成分是異硫氰酸芐酯（各產(chǎn)地相對含量皆最高）和苯乙腈（各地皆有且平均含量第2高）。文獻(xiàn)[23]發(fā)現(xiàn)，吉林瑪咖揮發(fā)性主要成分是苯乙腈（88.217%）和3-甲氧基苯乙腈（4.456%）；秘魯瑪咖揮發(fā)性主成分是苯乙腈（74.77%）；新疆瑪咖揮發(fā)性主成分是異硫氰酸芐酯（69.16%）、苯乙腈（21.53%）[24]。對比這些結(jié)論，本實驗得出的云南8 個地區(qū)瑪咖揮發(fā)性成分與新疆瑪咖更為相似，主成分傾向于異硫氰酸酯，而與吉林瑪咖和秘魯瑪咖的揮發(fā)性主成分傾向于腈類化合物不同。另外，麗江南溪滿中瑪咖、麗江南溪文坪瑪咖和香格里拉小中甸瑪咖揮發(fā)性成分非常相似；香格里拉大中甸瑪咖、會澤礦山鎮(zhèn)瑪咖、會澤大橋鄉(xiāng)瑪咖及會澤待補(bǔ)鎮(zhèn)瑪咖揮發(fā)性成分非常相似；而會澤大海鄉(xiāng)瑪咖則與其他產(chǎn)地瑪咖有著相對明顯差異。

造成以上這些差異的原因是多樣的，可能是因為氣候、土壤、地形及病蟲害等生態(tài)條件的不同，或是因為生長時間、采集時期等的不同，也可能是因為實驗方法的不同，還有可能是從原產(chǎn)地引種過來的瑪咖在歷經(jīng)多代繁殖后，會存在種質(zhì)交流、種質(zhì)差異、種源差異。具體原因有待于對瑪咖揮發(fā)油的進(jìn)一步分析研究。

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GC-MS Analysis of Volatile Components of Lepidium meyenii Grown in 8 Areas of Yunnan Province

YANG Min, HUANG Shaojun, ZHU Yanqin, SUN Hui, HE Yuping, DU Ping*
(Research Center for Analysis and Measurement, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China)

The volatile components of maca from 8 producing regions in Yunnan province were extracted by headspace solid-phase micro-extraction (HS-SPME) and identified by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A total of 69 volatile constituents were identified, of which 18 were common to all the tested samples. The identified volatile constituents included 12 ketones, 10 aldehydes, 9 alcohols, 7 acids, 6 esters, 6 alkenes, 5 heterocyclic compounds, 4 nitriles, 4 aromatic compounds, 3 phenols, 2 amines and 1 sulfoether compound. Among these volatile constituents, benzyl isothiocyanates, benzaldehyde, benzyl cyanide, acetic acid, benzyl alcohol, dimethyl sulfide, 3-trimethoxy-benzaldehyde, 3-methoxyphenyl acetonitrile, 4-methoxybenzyl isothiocyanates and N-phenylmethylene-benzenemethanamine were predominant. Comparison by Excel and SPSS suggested that there were some differences in the type and content of volatile components identified from maca samples from 8 producing areas in Yunnan province.

Maca (Lepidium meyenii); volatile components; headspace solid-phase micro-extraction (HS-SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

10.7506/spkx1002-6630-201602023

R284

A

1002-6630（2016）02-0132-06

楊敏, 黃紹軍, 朱艷琴, 等. 云南不同地區(qū)瑪咖揮發(fā)性成分的GC-MS分析[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(2): 132-137. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201602023. http://www.spkx.net.cn

YANG Min, HUANG Shaojun, ZHU Yanqin, et al. GC-MS analysis of volatile components of Lepidium meyenii grown in 8 areas of Yunnan province[J]. Food Science, 2016, 37(2): 132-137. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201602023. http://www.spkx.net.cn

2015-05-25

云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目（2012F2040）

楊敏（1991—），女，學(xué)士，研究方向為天然產(chǎn)物分析。E-mail：742880490@qq.com

*通信作者：杜萍（1968—），女，高級工程師，學(xué)士，研究方向為天然產(chǎn)物分析。E-mail：dupin515@163.com