天蒙山皇菊揮發(fā)油的化學(xué)成分SPME-GC-MC分析

陳文華，鄭曉文，王飛，張明燕，徐凌川*

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東 濟(jì)南 250355；2.山東御華景宸生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，山東 臨沂 276000)

【中藥與天然活性產(chǎn)物】

天蒙山皇菊揮發(fā)油的化學(xué)成分SPME-GC-MC分析

陳文華1，鄭曉文1，王飛2，張明燕2，徐凌川1*

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東 濟(jì)南 250355；2.山東御華景宸生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，山東 臨沂 276000)

采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(SPME-GC-MS)聯(lián)用技術(shù)，建立了快速簡便、完全自動化鑒定天蒙山皇菊中揮發(fā)油的分析方法，以色譜峰面積歸一化法分析各成分的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)。天蒙山皇菊揮發(fā)油共鑒定出57個化學(xué)成分，占揮發(fā)油色譜峰總面積的82.448%。主要化學(xué)成分及相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1,8-桉樹腦(12.44%)、右旋-樟腦(9.209%)、左旋-α-蒎烯(8.597%)、合成右旋龍腦(6.172%)、 β-水芹烯(5.642%)和乙酸龍腦酯(4.861%)。

固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜；天蒙山皇菊；揮發(fā)油

皇菊是菊科植物菊(ChrysanthemummorifoliumRamat.)的干燥頭狀花序，又名黃菊，原產(chǎn)于江西婺源上曉起，有抗癌、益壽、駐顏之奇效[1]。據(jù)《神農(nóng)本草經(jīng)》記載， 皇菊性辛、甘、苦、寒，歸肺、肝經(jīng)，能疏散風(fēng)熱、清熱解毒、平肝明目。主治風(fēng)頭眩、腫痛、目欲脫、淚出、惡風(fēng)、濕痹。作為藥食同源花卉，皇菊廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療保健行業(yè),具有滋養(yǎng)容顏、暖胃潤腸、生津潤喉、降壓降脂、延年益壽的作用。

近年來有關(guān)皇菊的研究報道基本是局限在南方地區(qū)的繁殖栽培技術(shù), 沒有關(guān)于引種到北方的報道，關(guān)于皇菊揮發(fā)油的研究很少。南北方地理?xiàng)l件的差異，對皇菊的生長及各種營養(yǎng)成分的含量具有很大的影響。天蒙山皇菊是2014年從江西婺源引種栽培到山東臨沂費(fèi)縣朱田鎮(zhèn)的，該鎮(zhèn)位于 118.2°E、35.4°N，屬暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，年均氣溫13.6 ℃，年均水面蒸發(fā)量857.9 mm，年均降水量819.3 mm，年均無霜期197 d。地貌特征是低山地、丘陵地和傾斜的山前平原，土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低、氮素不足、嚴(yán)重缺磷、普遍缺鉀。目前，天蒙山皇菊生長優(yōu)良，對環(huán)境適應(yīng)能力良好。

天蒙山皇菊是天然富硒高鍶的有機(jī)菊花，經(jīng)檢測硒含量43 μg/kg,鍶含量3.8 mg/kg,總黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)12%，均優(yōu)于原產(chǎn)地的江西婺源皇菊[2]。目前，固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(SPME-GC-MS)聯(lián)用技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于食品、茶葉、水果、蔬菜等揮發(fā)性物質(zhì)的檢測[3]。天蒙山皇菊的主要成分之一為揮發(fā)油，采用該技術(shù)對揮發(fā)油進(jìn)行成分分析，方法簡單、快速，能夠避免溫度或溶劑對揮發(fā)油成分的影響[4]。本文首次采用SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)，對不同地理環(huán)境、氣候條件引種栽培到我國北方的天蒙山皇菊(栽培變種)揮發(fā)油化學(xué)成分進(jìn)行分析測定，為天蒙山皇菊的進(jìn)一步綜合開發(fā)利用和藥理活性的深入研究提供依據(jù)和技術(shù)支持。

1 儀器與材料

1.1 儀器

Agilent 7590A-5973N氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent)；手動固相微萃取(SPME) 裝置(美國 Supelco)；Stable Flex 復(fù)合萃取纖維頭(50/30 μmDVB/CAR/PDMS(2 cm)，美國Supelco)；手動SPME進(jìn)樣器(美國 Supelco)。

1.2 材料

天蒙山皇菊于2016年10月下旬在晴朗、花瓣完全展開的盛花期采收，采收地點(diǎn)為山東御華景宸生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司天蒙山菊花生產(chǎn)基地，經(jīng)山東中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院徐凌川教授鑒定為菊科植物皇菊ChrysanthemummorifoliumRamat.(栽培變種)。

2 方法與結(jié)果

2.1 儀器分析條件

2.1.1 氣相色譜(GC)條件

2.1.2 質(zhì)譜(MS)條件

接口溫度：200 ℃；EI離子源；離子源溫度：230 ℃；電子轟擊能量：70 eV；溶劑延遲2 min；采集方式：全掃描模式；掃描范圍：m/z29～500。

2.1.3 GC-MS檢測分析

將固相微萃取裝置的萃取頭插入氣相色譜的進(jìn)樣口,200 ℃老化20 min，載氣量1.0 mL/min。取3.0 g 過20目篩的天蒙山皇菊粉末加入到15 mL的頂空瓶中，密封后置于70 ℃水浴中40 min進(jìn)行靜態(tài)吸附。萃取頭置于氣相色譜儀進(jìn)樣口200 ℃進(jìn)行解吸3 min，采集數(shù)據(jù)。

2.2 組分的測定

將天蒙山菊揮發(fā)油按照2.1的分析條件進(jìn)行含量測定，經(jīng)質(zhì)譜掃描后得到質(zhì)譜圖，采用峰面積歸一化法處理數(shù)據(jù)，確認(rèn)化合物，計(jì)算在揮發(fā)油中各組分的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)[5]。

3 結(jié)果與分析

3.1 固相微萃取條件的研究

3.1.1 固相微萃取頭的選擇

按2.1.3的方法，在其他條件不變的情況下，分別用PDMS(100 μm)、PDMS(7 μm)、PA(85 μm)、DVB-CAR-PDMS(50/30 μm)萃取頭萃取天蒙山皇菊揮發(fā)油組分?jǐn)?shù)(表1)數(shù)據(jù)顯示，以DVB-CAR-PDMS(50/30 μm)萃取頭萃取的天蒙山皇菊揮發(fā)油組分?jǐn)?shù)最多，為79種。因此，萃取天蒙山揮發(fā)油時選用此萃取頭。

表1 固相微萃取頭吸附揮發(fā)油組分?jǐn)?shù)

3.1.2 萃取溫度的選擇

按2.1.3的方法，其他條件不變，分別在40、50、60、70、80、90 ℃溫度條件下對天蒙山揮發(fā)油進(jìn)行固相微萃取，經(jīng)過GC-MS分析，計(jì)算各揮發(fā)油成分的總峰面積，結(jié)果如圖1所示。當(dāng)萃取溫度低于70 ℃時，隨著溫度的升高，總峰面積也逐漸增高。而萃取溫度高于70 ℃時，總峰面積反而逐漸下降，有可能是揮發(fā)油的成分性質(zhì)在高溫下不穩(wěn)定，萃取溫度過高而分解。因此，70 ℃為最適萃取溫度。

圖1 萃取溫度對天蒙山皇菊揮發(fā)油萃取效果的影響Fig.1 Effect ofextraction temperature on the extraction of aroma compounds from Tianmeng Mountain Imperial Chrysanthemum

3.1.3 萃取時間的選擇

按2.1.3的方法，其他條件不變，分別在10、20、30、40、50 min進(jìn)行天蒙山皇菊揮發(fā)油的固相微萃取，經(jīng)過GC-MS分析，計(jì)算各揮發(fā)油成分的總峰面積，結(jié)果如圖2所示。隨著萃取時間的增加，揮發(fā)油的萃取量逐漸增大，30 min時峰面積達(dá)到最大，30 min后隨著萃取時間延長，萃取量稍微減少。這說明當(dāng)萃取時間為30 min時，天蒙山皇菊揮發(fā)油的吸附和解析達(dá)到了動態(tài)平衡。因此，30 min為最佳萃取時間。

3.1.4 解吸時間的選擇

按2.1.3的方法，其他條件不變，分別在1、2、3、4 min進(jìn)行天蒙山皇菊揮發(fā)油的固相微萃取，經(jīng)過GC-MS分析，計(jì)算各揮發(fā)油成分的總峰面積，結(jié)果如圖3所示。當(dāng)解吸時間達(dá)到3或4 min時峰面積最大。因此，3 min為最佳解吸時間。

圖2 萃取時間對天蒙山皇菊揮發(fā)油萃取效果的影響Fig.2 Effect ofextraction time on the extraction of aroma compounds from Tianmeng Mountain Imperial Chrysanthemum

圖3 解吸時間對天蒙山皇菊揮發(fā)油萃取效果的影響Fig.3 Effect of desorb time on the extraction of aroma compoundsfrom Tianmeng Mountain Imperial Chrysanthemum

3.2 揮發(fā)油成分分析

根據(jù)GC-MS檢測分析，天蒙山皇菊揮發(fā)油總離子流圖見圖4，經(jīng)過檢索、解析及文獻(xiàn)核對等綜合分析，共鑒定出57個化學(xué)成分，占揮發(fā)油總色譜峰面積的82.448%。揮發(fā)油化學(xué)成分分析結(jié)果詳見表2，揮發(fā)油化合物種類分析結(jié)果詳見表3。

天蒙山皇菊主要成分烴類共22種，相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)37.801%；其次是醇類共9種，23.613%；酮類共7種，11.394%；脂類共7種， 7.3415%；無氧化物類。主要化學(xué)成分是單萜、倍半萜等萜烯類化合物，其次是酮醛類、醇類，還有少量的脂類。在已鑒定出的揮發(fā)油成分中相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%以上的有1,8-桉樹腦(12.44%)、右旋-樟腦(9.209%)、左旋-α-蒎烯(8.597%)、合成右旋龍腦(6.172%)、β-水芹烯(5.642%)。

圖4 天蒙山皇菊揮發(fā)油GC-MS總離子流圖Fig.4 Total ion current GC-MS spectrogram of essential oil from Tianmeng Mountain Imperial Chrysanthemum

表2 天蒙山皇菊揮發(fā)油化學(xué)成分分析結(jié)果Table 2 Chemical composition analysis of essential oil from Tianmeng Mountain Imperial Chrysanthemum

續(xù)表2

類別保留時間/min中文名稱英文名稱分子式相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%烴類7．5193?蒈烯3?CareneC10H160．1427．6133?側(cè)柏烯3?ThujeneC10H160．2957．755左旋?α?蒎烯(1S)?(?)?α?PineneC10H168．5978．104莰烯CampheneC10H163．1938．627β?水芹烯β?PhellandreneC10H165．6428．887β?月桂烯β?MyrceneC10H160．1899．407萜品油烯TerpinoleneC10H161．2729．594雙戊烯CineneC10H160．20710．114γ?萜品烯γ?TerpineneC10H161．55115．326蒎烯CopaeneC15H240．46215．812β?欖香烯β?ElemenceC15H240．80115．986石竹烯CaryophylleneC15H241．4916．28β?金合歡烯β?FarneseneC15H240．39216．374十五烯PentadeceneC15H300．55616．486α?長葉蒎烯α?LongipineneC15H243．19916．556α?姜黃烯α?CurcumeneC15H221．6316．634姜烯ZingibereneC15H24116．708葵烯[4．4．0]Decene(4．4．0)C15H240．37016．99β?紅沒藥烯β?BisaboleneC15H244．28117．312β?倍半水芹烯β?SesquiphellandreneC15H241．2779．6874?異丙基甲苯4?IsopropyltolueneC10H121．12814．4112?甲基萘2?Methyl?naphthaleneC11H100．127

表3 天蒙山皇菊揮發(fā)油的類別匯總Table 3 Category of chemical components in essential oil from Tianmeng Mountain Imperial Chrysanthemum

4 結(jié)論與討論

揮發(fā)油又稱精油，是一種存在植物體內(nèi)具有揮發(fā)性、芳香性的油狀液體。因?yàn)榈乩憝h(huán)境、氣候條件、采收季節(jié)等的差異，會造成皇菊揮發(fā)油的藥用療效差別[6]。研究發(fā)現(xiàn)皇菊在盛花期出油率最高[7]，所以我們選擇在花瓣完全開放的盛花期采收，測定天蒙山皇菊揮發(fā)油成分。

我們利用SPME-GC-MC技術(shù)在最優(yōu)的固相微萃取條件下，對從江西婺源引種栽培到山東臨沂的天蒙山皇菊揮發(fā)油成分進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，天蒙山皇菊揮發(fā)油的主要化學(xué)成分為烴類共22種(相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)37.801%)，其次是醇類共9種(23.613%)，酮類共7種(11.394%)，脂類共7種(7.3415%)，無氧化物類。而胡文杰等[7]用傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法測定婺源皇菊揮發(fā)油的主要成分為烴類共25種(55.47%)，醇類共13種(23.70%)，酮類僅2種(10.97%，脂類共3種(2.68%)，氧化物2種(0.8%)，無醛類。本文天蒙山皇菊揮發(fā)油鑒定出的57種成分和胡文杰等對婺源皇菊揮發(fā)油鑒定出的45種成分僅有14種成分完全相同，其中烴類11種：1,8-桉樹腦、β-水芹烯、γ-萜品烯、β-欖香烯、β-金合歡烯、β-倍半水芹烯、莰烯、萜品油烯、3-蒈烯、α-姜黃烯、姜烯；醇類3種：1,8-桉樹腦、4-萜烯醇、α-松油醇[7]，這14種相同成分的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)約占揮發(fā)油總量的30%。天蒙山皇菊揮發(fā)油主要化學(xué)成分是1,8-桉樹腦(12.44%)、右旋-樟腦(9.209%)、左旋-α-蒎烯(8.597%)、合成右旋龍腦(6.172%)、 β-水芹烯(5.642%)。婺源皇菊揮發(fā)油的主要化學(xué)成分是α-蒎烯(19.25%)、β-水芹烯(18.49%)、1,8-桉樹腦(9.55%)、龍腦(8.82%)、左旋樟腦(6.40%)[7]。上述結(jié)果表明，天蒙山皇菊和婺源皇菊揮發(fā)油成分含量差別較大，分析可能因?yàn)椴煌a(chǎn)地、不同樣品處理和檢測方法造成的。

菊花揮發(fā)油有抑菌、抗腫瘤、鎮(zhèn)痛、驅(qū)蟲、抗病毒、抗焦慮、抗炎、神經(jīng)保護(hù)和胃保護(hù)作用[8]。1,8-桉樹腦不僅有抗癌、消炎、殺蟲、抗菌、抗氧化、鎮(zhèn)痛等藥理作用，對哮喘等呼吸道疾病的治療作用顯著[9]，還具有透皮滲透、脂溶性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療、香料、工業(yè)等領(lǐng)域[10]。右旋-樟腦有殺蟲止癢、消腫止痛、通竅、辟穢等功效[11]，可以興奮中樞神經(jīng)系統(tǒng)，改善心血管系統(tǒng)。左旋-α-蒎烯作為原料被應(yīng)用于手性醫(yī)藥中間體、植物保護(hù)及合成香料工業(yè)。 腫瘤、哮喘、心血管病都是常見疾病，隨著生活質(zhì)量的提高，這些疾病在人群中發(fā)病率越來越高。如今人們的保健養(yǎng)生意識越來越強(qiáng)烈，更多地選擇食療。菊花揮發(fā)油沒有毒副作用，近年來還廣泛地用于食品、藥品、香料、化妝品等方面[12]。通過對揮發(fā)油含量和有效成分的分析，為具有天然活性的藥食同源天蒙山皇菊進(jìn)一步打入市場、進(jìn)行綜合開發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)。

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SPME-GC-MCanalysisofchemicalcomponentsofessentialoilfromTianmengMountainImperialChrysanthemum

CHENWen-hua1,ZHENGXiao-wen1,WANGFei2,ZHANGMing-yan2,XULing-chuan1*

(1.ShandongUniversityofTraditionalChineseMedicine,Jinan250355,China;2.ShandongYuhuaJingchenEcoagricultureDevelopmentCompany,Linyi276000,China)

∶Using solid-phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS) technique, a rapid, simple and fully automated procedure was developed for the identification of essential oil from Tianmeng Mountain Imperial Chrysanthemum. The relative mass fraction of each component was calculated by the normalization method of chromatographic peak area. Fifty seven chemical components were identified in total, accounting for 82.448% of the total GC peak area of essential oil. The principal chemical constituents and their relative mass fractions were as follows: Eucalyptol (12.44%), D-Camphor(9.209%), (1S)-(-)-α-Pinene (8.597%), L(-)-Borneol (6.172%), β-Phellandrene(5.642%), L-Bornyl acetate (4.861%).

∶SPME-GC-MC; Tianmeng Mountain Imperial Chrysanthemum; essential oil

10.3976/j.issn.1002-4026.2017.06.003

2017-05-26

山東省中醫(yī)藥科技發(fā)展計(jì)劃(2017-530)；中醫(yī)行業(yè)科研專項(xiàng)基金(201407002)

陳文華(1994—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橹兴庂|(zhì)量控制與品質(zhì)評價。

*通信作者,徐凌川(1962—)，男，教授，研究方向?yàn)樯幹兴庂|(zhì)量控制、資源開發(fā)利用及藥用真菌研究與應(yīng)用。E-mail:xulingchuan518@sina.com

R284.1

A

1002-4026(2017)06-0015-07