大蒜資源精油成分分析與比較

王少銘，冷家歸，羅莉斯，李德文，侯穎輝，李晉華，魏桂民

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料研究所，貴陽 550006；2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料研究所，貴陽 550006)

大蒜(AlliumsativumL.)為百合科蔥屬兩年生辛香料植物[1-2]。我國大蒜種質(zhì)資源較為豐富，全國都有廣泛栽培，栽培面積占全世界的1/3，總產(chǎn)量和出口量均居世界第一[3]。大蒜是一種重要的藥食兩用辛香料，營養(yǎng)豐富，風(fēng)味獨特，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、洗護和化工等行業(yè)，可以用作調(diào)味品、食品添加劑和醫(yī)療保健用品[4]。其中大蒜素是大蒜中重要的功能成分，也是評價大蒜品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，它具有抗菌、抗氧化、抗腫瘤、提高免疫力、增進食欲等多種功效[5-7]。二烯丙基三硫化物是大蒜精油中含量最大(>40%)和最具有生物活性的成分，俗稱大蒜素[8]。大蒜精油及其中的含硫活性成分對人體、動物和植物的許多病原細(xì)菌都有拮抗活性，被稱為“天然抗菌素”[9]。大蒜提取物對多種人體腸道益生菌(如枯草桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌)和有害菌(如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門氏菌、青霉、黃曲霉和黑曲霉等)都具有較好的抑制效果[10-11]。本研究主要以貴州地區(qū)栽種的大蒜資源為材料，對其精油成分進行比較分析，確定其揮發(fā)性成分的相對含量及差異，以期為大蒜精油成分的研究與開發(fā)利用提供參考。

1 試驗材料

1.1 植物材料

所試材料于2018-2020年種植在貴州省香料研究所貴陽試驗地香料資源圃(北緯26°，東經(jīng)106°，海拔1127 m)。供試材料為貴州大蒜種質(zhì)資源24份，用于試驗的材料見表1。由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料(香料)所提供。每年9，10月份播種，次年5月下旬收獲。試驗地1米開廂，每份材料種植8行，按行距20 cm、株距10 cm播種，田間管理按常規(guī)方法進行。

表1 大蒜精油得率Table 1 The yield of garlic essential oils

續(xù) 表

1.2 主要儀器

Clevenger型水蒸氣蒸餾提取裝置、Agilent 7890A/5977C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)。

2 試驗方法

2.1 大蒜精油提取

取大蒜蒜頭(含水量50%)，準(zhǔn)確稱取200 g，連皮搗碎，裝入圓底燒瓶中，加入蒸餾水600 mL，采用水蒸氣蒸餾法提取2 h，利用水蒸氣法蒸餾提取精油。在180 ℃恒溫加熱，當(dāng)?shù)谝坏斡偷纬龊箝_始計時，沸騰2 h后，結(jié)束蒸餾。停止加熱后，靜置20 min，待油水分離后，取油水分離器中上層液體即為粗油。用無水硫酸鈉脫水，得無水精油，于4 ℃冰箱中備用。樣品進樣前取10 μL精油溶于990 μL正己烷(色譜純，美國MREDA公司)中充分混勻，過0.22 μm有機濾膜。精油提取率(得率)以每100 g干樣可獲得的精油體積表示(mL/100 g)。

2.2 精油成分分析

氣相條件：Agilent 7890B；進樣口溫度：250 ℃；進樣量：0.8 μL；分流比為50∶1。色譜柱：HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣(He)：0.8 mL/min。色譜柱升溫程序：45 ℃(5 ℃/min)→80 ℃(20.0 ℃/min)→180 ℃(10 ℃/min)→250 ℃。

質(zhì)譜條件：Agilent 5977A質(zhì)譜儀；EI離子源；電子能量70 eV；傳輸線溫度250 ℃；離子源溫度200 ℃；全掃描檢測模式；掃描范圍：35～500 m/z。用氣質(zhì)聯(lián)用儀分離樣品成分，再通過檢索NIST 14化學(xué)工作站標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖庫，使用MS軟件進行譜庫搜索，得到一個按匹配度由高到低排列的化合物匹配列表，鑒定組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)。采用面積歸一法確定各主要組分的相對百分含量。

2.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel軟件結(jié)合DPSv 18.10軟件對數(shù)據(jù)進行聚類分析。

3 結(jié)果分析

3.1 精油得率比較

由表1可知，24份大蒜資源精油提取率有較大差異，其精油提取率在0.13～0.36 mL/100 g之間。其中DS16精油含量最高，為0.36 mL/100 g，然后依次是DS9、DS2、DS4、DS5、DS6和DS7的精油含量較高，均等于0.30 mL/100 g。其中DS16來自江蘇，剩余6份資源均來自貴州。因此，江蘇和貴州大蒜資源的精油含量相對較高，且由精油得率可知以上7份資源適合用于提取大蒜精油。

3.2 精油成分分析

采用GC-MS法分析了24份大蒜精油，通過檢索NIST 14數(shù)據(jù)庫對未知揮發(fā)性化合物譜圖進行比對共鑒定出40種成分。其精油成分及相對百分含量見表2和表3，在所有大蒜資源的精油中，DS3精油成分種類最多，共鑒定出40種，而DS14最少，為7種。24份資源共有成分二烯丙基三硫化物的含量在40.11%～56.98%之間，其中省內(nèi)資源DS14含量最高；(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl) disulfane的含量幅度變化為1.37%～8.48%，麻江紅蒜的含量最高；二烯苯基二硫化物含量在7.83%～30.36%之間，來自貴州省雷山縣的DS23含量最高；甲基-2-丙烯基三硫化物含量在3.83%～15.39%之間，施秉縣的DS9含量最高；二烯丙基四硫化物含量在1.68%～7.41%之間，來自貴州遵義的DS4含量最高。而樣品共有成分分別占總體精油成分的86.41%、72.53%、75.85%、74.43%、80.71%、76.16%、76.86%、83.52%、87.50%、84.09%、89.56%、87.64%、89.66%、91.42%、91.35%、90.16%、92.65%、90.72%、82.68%、87.02%、90.16%、91.16%、90.94%和90.56%。結(jié)果表明，以上共有成分各占總體精油成分的累計含量大于或等于72.53%，故其為大蒜精油的主要成分，且不同來源的大蒜資源其精油成分差異較大，貴州大蒜資源的大蒜素含量較高、品質(zhì)較好。

表2 大蒜精油成分比較Table 2 Comparison of essential oil components in garlic

續(xù) 表

續(xù) 表

峰化合物分子式保留時間/min相對百分比含量/%DS9DS10DS11DS12DS13DS14DS15DS16P11,2-Dithiolane(1,2-二硫戊環(huán))C3H6S24.57--------P2Diallylsulfide(烯丙基硫化物)C6H10S4.87--------P3Disulfide,methyl2-propenyl(甲基-2-丙烯基二硫化合物)C4H8S26.141.511.180.992.17——1.622.71P4(Z)-1-Methyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC4H8S26.50--------P5(E)-1-Methyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC4H8S26.71--------P6Dimethyltrisulfide(二甲基三硫化物)C2H6S37.48--------P71,3,2-Oxathioborolane,2-ethyl-5-methyl-C5H11BOS9.61--------P8Diallyldisulphide(二烯苯基二硫化物)C6H10S29.9725.1926.4122.9127.3616.7025.9028.1828.21P9(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC6H10S210.221.672.291.922.121.522.141.751.80P10(E)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC6H10S210.366.186.644.546.014.146.165.746.08P11Trisulfide,methyl2-propenyl(甲基-2-丙烯基三硫化物)C4H8S311.1015.399.678.8411.869.973.839.8411.31

續(xù) 表

續(xù) 表

峰化合物分子式保留時間/min相對百分比含量/%DS17DS18DS19DS20DS21DS22DS23DS24P11,2-Dithiolane(1,2-二硫戊環(huán))C3H6S24.57--------P2Diallylsulfide(烯丙基硫化物)C6H10S4.87--------P3Disulfide,methyl2-propenyl(甲基-2-丙烯基二硫化合物)C4H8S26.141.942.001.812.372.711.081.331.32P4(Z)-1-Methyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC4H8S26.50--------P5(E)-1-Methyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC4H8S26.71--------P6Dimethyltrisulfide(二甲基三硫化物)C2H6S37.48---0.63----P71,3,2-Oxathioborolane,2-ethyl-5-methyl-C5H11BOS9.61--------P8Diallyldisulphide(二烯苯基二硫化物)C6H10S29.9726.8528.0725.0127.2628.2123.9230.3628.26P9(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC6H10S210.221.371.672.622.391.802.031.901.88P10(E)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfaneC6H10S210.364.545.877.826.376.085.696.506.25P11Trisulfide,methyl2-propenyl(甲基-2-丙烯基三硫化物)C4H8S311.1011.8310.0610.7613.4511.318.529.2310.80P123,3-Dimethyl-3-silathietane(甲基丙基三硫醚)C4H10S311.30--------P13(E)-1-Methyl-3-(prop-1-en-1-yl)trisulfaneC4H8S311.57--------P143-Vinyl-1,2-dithiacyclohex-4-ene(3-乙烯基-1,2-二硫環(huán)己-4烯)C6H8S211.95--0.70-----P153-Vinyl-1,2-dithiacyclohex-5-ene(3-乙烯基-1,2-二硫環(huán)己-5烯)C6H8S212.37-1.412.441.611.052.071.231.87P16(E)-sec-ButylpropenyldisulfideC7H14S213.57--------P17Trisulfide,di-2-propenyl(二烯丙基三硫化物)C6H10S313.8947.5549.0341.2542.2546.7853.6747.3247.79P181-Allyl-3-propyltrisulfaneC6H12S313.99--------

續(xù) 表

表3 精油共有成分含量Table 3 The content of common components in essential oils

3.3 大蒜資源精油成分聚類分析

將24份大蒜資源精油成分聚類，分析結(jié)果見圖1。結(jié)果表明，在歐氏距離20.00處可將24份大蒜資源聚為4大類群。其中，第Ⅰ類群包含8份資源，該類群(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl) disulfane和二烯丙基四硫化物的含量較高，且均含有1,2-二硫戊環(huán)成分，其中僅有DS8是山東蒼山大蒜，其余7份均為貴州本地資源。第Ⅱ類群包括4份資源，其二烯丙基三硫化物含量高，其中DS11為云南越州大蒜，余下分別為思南縣塘頭鎮(zhèn)、普定縣化處鎮(zhèn)和黔南州福泉市資源。第Ⅲ類群有5份資源，甲基-2-丙烯基三硫化物含量相對較高，其中包含甘肅隴南和湖南鳳凰的大蒜資源，其余3份為貴州資源。第Ⅳ類群包含7個大蒜資源，二烯苯基二硫化物、甲基-2-丙烯基二硫化合物含量相對較高，其中包含5份省外資源，2份貴州省內(nèi)資源。以上聚類結(jié)果說明，貴州省內(nèi)大蒜資源主要聚集在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類群中，而第Ⅳ類群中主要為外省資源。而個別省外資源聚集在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類群中，2份貴州資源聚集在第Ⅳ類群中，可能是大蒜資源作為商品蒜在市場流通造成的。因此，大蒜精油成分含量及其差異可能是鑒別大蒜資源品種間特異性差異的一個有效途徑。

圖1 大蒜資源精油成分聚類圖Fig.1 The clustergram of essential oil components of garlic resources

4 討論

本研究表明24份大蒜資源精油提取率有較大差異，其中DS16精油含量最高，為0.36 mL/100 g，之后依次是DS9、DS2、DS4、DS5、DS6和DS7的精油含量較高，均大于0.30 mL/100 g。其中DS16來自江蘇，剩余6份資源均來自貴州，故貴州大蒜資源的精油含量相對較高。

通過分析24份精油成分資源可知，DS3精油成分種類最多，共鑒定出40種，DS14最少，為7種。DS14中二烯丙基三硫化物的含量最高；麻江紅蒜中(Z)-1-Allyl-2-(prop-1-en-1-yl)disulfane的含量最高，二烯苯基二硫化物的含量在DS23中最高；甲基-2-丙烯基三硫化物含量在DS9中最高；DS4中二烯丙基四硫化物的含量最高，以上5個成分在24份資源中的含量大于70%。以上結(jié)果表明，不同來源的大蒜資源其精油成分差異較大，且貴州大蒜資源與省外資源相比其大蒜素含量較高、品質(zhì)較好。有文獻報道二烯丙基三硫化物、二烯苯基二硫化物、甲基-2-丙烯基三硫化物和二烯丙基四硫化物等物質(zhì)為大蒜素的主要成分，大蒜素又是衡量精油品質(zhì)的一個重要指標(biāo)[12-16]。不同來源的大蒜精油成分有較大差異，造成該差異的原因可能是自身基因選擇性表達和試驗過程中人為導(dǎo)致的，其中基因表達的差異可能是自身編碼合成精油組分的基因不同，變?yōu)榫徒M分上的差異，另一種可能是由于外界環(huán)境的影響使原本基因型相同的大蒜資源產(chǎn)生不同的表現(xiàn)型，也會使精油組分產(chǎn)生差異[17]。此外，不同采收期、不同提取方法對大蒜精油含量及成分含量也有一定影響[18-20]。因此，大蒜精油的合成機制還有待進一步研究。

聚類分析結(jié)果顯示：在歐氏距離20.00處可將24份大蒜資源聚為4大類群。其中，第Ⅰ類群包含8份資源，其中僅有DS8是山東蒼山大蒜，其余7份均為貴州本地資源。第Ⅱ類群包括4份資源，其中DS11為云南越州大蒜，其余分別為思南縣塘頭鎮(zhèn)、普定縣化處鎮(zhèn)和黔南州福泉市資源。第Ⅲ類群有5份資源，其中包含甘肅隴南和湖南鳳凰的大蒜資源，其余3份為貴州資源。第Ⅳ類群包含7個大蒜資源，其中包含5份省外資源，2份貴州省內(nèi)資源。以上聚類結(jié)果說明，大蒜精油成分含量及其差異可能是鑒別大蒜資源品種間特異性差異的一個有效途徑。

5 結(jié)論

本研究探明了不同來源的大蒜資源其精油成分差異較大，貴州大蒜資源的大蒜素含量較高、品質(zhì)較好，大蒜精油成分含量的變化可能是鑒別不同來源大蒜資源間特異性差異的一個有效途徑。本研究可為大蒜種質(zhì)資源的利用和創(chuàng)新提供依據(jù)，為大蒜品種選育和遺傳改良提供參考。