不同艾葉資源的出絨率及其有效成分比較研究

陳昌婕, 張智慧，苗玉煥，萬利淼，王家金，劉大會(huì)*

(1.湖北中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，湖北 武漢 430065；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院藥用植物研究所，云南 昆明 650231；3. 湖北澤熙中藥科技有限公司，湖北 蘄春 438300)

【研究意義】艾葉為菊科植物艾(ArtemisiaargyiH. Lév. & Vaniot)的干燥葉片，是中國傳統(tǒng)中藥材和民俗植物，早在《五十二病方》中就有將艾用于艾灸的療法[1]。艾葉內(nèi)服溫經(jīng)止血、散寒止痛，外用祛濕止癢、消毒殺菌，除用作中藥飲片外，還被大量制作成清艾應(yīng)用于針灸理療[2]。現(xiàn)代藥理研究表明，艾葉中的黃酮及酚酸類成分具有鎮(zhèn)痛消炎、改善血液循環(huán)、溫經(jīng)止血等作用[3]；艾葉中的揮發(fā)油成分則具有殺菌抑菌、抗病防蟲、止癢等作用[4]。隨著艾灸和相關(guān)艾制品在大健康產(chǎn)業(yè)上的廣泛應(yīng)用，艾在全國廣為推廣，現(xiàn)四川資中地區(qū)已開始人工種植，另外云南建水和貴州興義等地也在大面積引種栽培。艾葉資源眾多，各地引種的品種來源混亂，導(dǎo)致各地引種種植艾葉的產(chǎn)量和品質(zhì)低下，極大影響種植戶的生產(chǎn)效益和臨床用藥安全。【前人研究進(jìn)展】目前，不同學(xué)者開展了不同產(chǎn)地的艾葉質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究。宋葉等[5]對(duì)來源于8個(gè)產(chǎn)地的艾葉樣品揮發(fā)油進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)蘄春九尖艾質(zhì)量最佳。胡吉清等[6]對(duì)來源于30個(gè)產(chǎn)地的艾葉進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)蘄艾的綜合表現(xiàn)最佳。王小俊等[7]運(yùn)用UPLC-DAD-MS 對(duì)來源于56個(gè)產(chǎn)地的艾葉中黃酮及酚酸類成分進(jìn)行定性和定量分析，發(fā)現(xiàn)蘄艾的成分具有一定的獨(dú)特性?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究表明，來源于不同產(chǎn)地的艾葉具有明顯差異，但除了遺傳因素外，各產(chǎn)地的土壤條件、濕度、溫度、氣候差異、栽培管理措施、采收和種植時(shí)期以及干燥加工的條件也會(huì)對(duì)艾葉品質(zhì)產(chǎn)生影響。為了更加客觀的評(píng)價(jià)不同品種和資源的艾葉質(zhì)量，最大限度降低環(huán)境因子的影響，通過收集不同產(chǎn)地和資源的艾葉種苗，于同一時(shí)期在湖北蘄春縣蘄艾種植基地進(jìn)行栽培，采用相同的田間管理措施，于同一時(shí)期采收加工，再對(duì)樣品進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)。【擬解決的關(guān)鍵問題】從出絨率、揮發(fā)油含量、黃酮及酚酸類組分含量、礦質(zhì)元素成分含量4個(gè)方面研究不同艾葉資源的質(zhì)量差異，為艾葉資源評(píng)價(jià)、良種選育和引種栽培提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況和供試材料

收集來源于湖北蘄春縣、湖北孝感市、湖北隨州市、河南南陽市5個(gè)地區(qū)的10批艾葉資源，于2017年12月種植于湖北省蘄春縣八里湖蘄艾種植基地，基地海拔25 m，年平均氣溫15～18 ℃，土壤類型為灰潮土，無霜期 230～260 d，降水量1200～1500 mm，試驗(yàn)地土壤pH值為4.55，有機(jī)質(zhì)19.64 g/kg，全氮1.11 g/kg，全磷1.30 g/kg，全鉀29.63 g/kg。均采用相同的田間管理措施，并于次年6月采收，陰干后保存?zhèn)溆?。具體樣品信息見表1。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 出絨率測定 按照文獻(xiàn)方法[8]進(jìn)行優(yōu)化，從每份艾葉樣品中抽取艾葉干品10 g，置于轉(zhuǎn)速為28000 r/min的高速萬能粉碎機(jī)中粉碎30 s，將粉碎后的混合物置于一號(hào)篩中，反復(fù)篩凈粉末，取艾絨稱重，計(jì)算艾絨所占的百分比即為出絨率。

表1 艾葉資源采集信息

1.2.2 總揮發(fā)油含量測定 除去樣品枯葉和細(xì)枝，用剪刀將艾葉樣品剪碎，用四分法取樣品各100 g，分別置于2000 mL圓底燒瓶中，加入1000 mL蒸餾水，浸泡過夜，參照2015年版《中國藥典(四部)》通則 2204“揮發(fā)油測定法”測定其揮發(fā)油含量，并觀察艾葉揮發(fā)油的顏色。

1.2.3 黃酮及酚酸類成分含量測定 按高效液相色譜法并參考相關(guān)文獻(xiàn)[9]，測定樣品中綠原酸、新綠原酸、隱綠原酸、異綠原酸B、異綠原酸A、異綠原酸C、山奈酚、棕矢車菊素、異澤蘭黃素的含量。色譜條件：采用Agilent EClipse XDD-C18色譜柱(4.6 mm×250 mm×5 μm)，流動(dòng)相為乙腈(A)和0.2 %磷酸水溶液(B)，梯度洗脫(A：0～12 min，10 %→20 %；12～25 min，20 %→25 %；25～50 min，25 %→65 %；50～55 min，65 %→10 %)，流速0.8 mL/min；柱溫30 ℃，檢測波長330 nm。對(duì)照品和樣品的色譜圖見圖1。

1.2.4 礦質(zhì)元素含量測定 氮(N)用凱氏定氮法測定，磷(P)用鉬銻抗比色法測定，鉀(K)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、錳(Mn)等元素采用火焰法-原子吸收分光光度法測定；銅(Cu)元素利用石墨爐法-原子吸收分光光度法測定[10]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用 Excel 2010、SPSS 25.0和 SIMCA-P14.1等統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分、相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同艾葉資源的出絨率比較

從圖2可見，品種Q1-品種Q6的出絨率范圍為26.3 %～32.3 %，平均值為29.9 %；其中品種Q3、品種Q6的出絨率最高，品種Q4、品種Q5次之。將蘄春艾葉出絨率的平均值與其他4個(gè)產(chǎn)地的艾葉相比較可知，南陽艾葉的出絨率最高，襄陽艾葉與蘄春艾葉次之，孝感艾葉和隨州艾葉最低。

1：新綠原酸；2：綠原酸；3：隱綠原酸；4：異綠原酸B；5：異綠原酸A；6：異綠原酸C；7：山奈酚；8：棕矢車菊素；9：異澤蘭黃素 1:Neochlorogenic acid; 2:Chlorogenic acid; 3:Cryptochlorogenic acid; 4:Isochlorogenicacid B; 5:Isochlorogenicacid A; 6:Isochlorogenicacid C; 7:Keampferol; 8:Jeceosidin; 9:Eupatilin圖1 混合對(duì)照品(A)和艾葉樣品(B)的HPLC圖Fig.1 HPLC Chromatogram of reference substances (A) and Artemisia argyi sample (B)

2.2 不同艾葉資源的總揮發(fā)油含量比較

從表2可見，不同艾葉資源揮發(fā)油顏色不同，含量也存在明顯差異。品種Q1～Q6的總揮發(fā)油含量范圍為0.59 %～0.85 %，平均值為0.72 %；其中品種Q6的總揮發(fā)油含量最高，品種Q3、品種Q5次之。將蘄春艾葉中總揮發(fā)油含量的平均值與其他4個(gè)產(chǎn)地的艾相比較可知，蘄春艾葉的總揮發(fā)油含量最高，隨州艾葉與孝感艾葉次之，襄陽艾葉與南陽艾葉最低。

圖2 不同艾葉資源的出絨率比較Fig.2 The output rates of moxa with different Artemisia argyi varieties

2.3 不同艾葉資源的黃酮及酚酸類成分含量比較

2.3.1 不同艾葉資源中各成分含量差異 從表3可見，不同艾葉資源中綠原酸、異綠原酸B、異綠原酸A、異綠原酸C、山奈酚、棕矢車菊素、異澤蘭黃素等成分含量上均存在顯著性差異，從變異系數(shù)來看，異綠原酸B、異綠原酸A、異綠原酸C、山奈酚、異澤蘭黃素的含量差異較大，這說明不同艾葉資源積累有效成分的能力有明顯差異。品種Q1中的異綠原酸B、異綠原酸C的含量顯著高于其他艾葉資源；品種Q2中的綠原酸、山奈酚、異澤蘭黃素的含量顯著高于其他艾葉資源；品種Q2、品種Q3中的棕矢車菊素的含量顯著高于其他艾葉資源。從圖3可見，不同艾葉資源中各黃酮及酚酸類成分占總量的比例也存在一定的差異，品種Q1中異綠原酸B、異綠原酸C組分占總量的比例最高；品種Q3中異澤蘭黃素組分占總量的比例最高；品種Q6中綠原酸組分占總量的比例最高；品種XY中異綠原酸A組分占總量的比例最高；品種NY中的新綠原酸、隱綠原酸、山奈酚、棕矢車菊素組分占總量的比例最高。

表2 不同艾葉資源的總揮發(fā)油的比較

圖3 不同艾葉資源中9種黃酮及酚酸類成分占有效成分總和百分比Fig.3 The percentage of 9 flavonoids and phenolic acids component in different Artemisia argyi varieties

2.3.2 主成分因子分析 采用SPSS25.0 統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)艾葉中9種黃酮及酚酸類成分進(jìn)行主成分分析。從表4可見，前3個(gè)主成分的初始特征值均大于1且累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了87.06 %，因此提取前3個(gè)主成分并計(jì)算每種成分對(duì)應(yīng)的特征向量。從表5可見，第一主成分中異綠原酸A的貢獻(xiàn)度最大，第二主成分中山奈酚的貢獻(xiàn)度最大，第三主成分中棕矢車菊素的貢獻(xiàn)度最大。由于第一主成分的貢獻(xiàn)率較高，因此艾葉中黃酮和酚酸類成分中異綠原酸A的含量是最佳的評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)主成分因子的貢獻(xiàn)率，可以構(gòu)建艾葉黃酮及酚酸類成分的評(píng)價(jià)函數(shù)：F=0.515F1+ 0.338F2+0.147F3，把9種成分含量帶入公式，得到不同艾葉資源中有效成分的綜合得分值及排名。由此可知，不同艾栽培品葉片的黃酮及酚酸類成分含量差異較大，其中，品種Q2得分最高，品種Q6次之，品種NY最低。

表4 3個(gè)主成分的特征值、貢獻(xiàn)百分率、累積貢獻(xiàn)率及其特征向量

續(xù)表4 Continued table 4

表5 不同艾葉資源黃酮及酚酸類成分的綜合評(píng)價(jià)

2.3.3 PCA分析 運(yùn)用PCA無監(jiān)督多變量數(shù)據(jù)分析法擴(kuò)大樣本間差異，可綜合分析不同艾葉資源有效成分的差異性[11]。由圖4可見，將10種艾葉資源中9種黃酮及酚酸類成分含量導(dǎo)入SIMCA-P 14.1軟件，建立PCA模型。前3個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為87.1 %，基本可以代表所涉及的化學(xué)成分的主要特征。根據(jù)PCA結(jié)果，可以將不同的艾葉資源聚為4類；同樣來源于蘄春的6種艾葉資源并未聚為一類，這說明同一產(chǎn)地不同品種艾葉資源的化學(xué)成分存在明顯差異；品種XG、品種SZ、品種Q1、品種Q5、品種Q6聚為一類，品種NY、SZ聚為一類，這說明不同產(chǎn)地的艾葉化學(xué)成分含量可能相近。

圖4 10種艾葉資源中9種黃酮及酚酸類成分的PCA分布Fig.4 Plot based on PCA model for 9 flavonoids and phenolic acids component in 10 Artemisia argyi varieties

2.4 不同艾葉資源中礦質(zhì)元素含量比較

從表6可見，不同艾葉資源中蘊(yùn)含的礦質(zhì)元素平均含量為K>N>Mg>P>Ca>Fe>Mn>Zn>Cu， 其中N、P、K、Ca、Mg、Mg、Fe、Cu、Zn元素含量上存在顯著性差異。從變異系數(shù)來看，P、Ca、Fe、Cu、Zn元素含量差異較大，這說明不同艾葉資源富集礦質(zhì)元素的能力存在很大的差異。不同資源相比，品種Q1中Zn元素含量較高；品種Q2中P、Mn元素含量較高；品種Q3中K元素含量較高；品種Q4中N元素含量較高；品種Q5中P含量較高；品種Q6中N、P元素含量較高；品種XG中P元素含量較高；品種XY中Fe元素含量較高；品種NY中Ca、Fe、Cu元素含量較高。

2.5 相關(guān)性分析

從表7可見，新綠原酸與綠原酸、異綠原酸A、異澤蘭黃素，綠原酸與異綠原酸A、異澤蘭黃素，隱綠原酸與異綠原酸B、異綠原酸C，異綠原酸B與異綠原酸A、異綠原酸C，異綠原酸A與異綠原酸C，山奈酚與棕矢車菊素、異澤蘭黃素，呈顯著正相關(guān)。這反映出艾葉藥材中各成分含量之間存在的相互協(xié)同或拮抗關(guān)系。

表6 不同艾葉資源中礦質(zhì)元素含量

表7 艾葉出絨率揮發(fā)油、黃酮、酚酸間的相關(guān)性分析

3 討 論

蘄春是艾葉公認(rèn)的道地產(chǎn)區(qū)，自明朝以來就廣受推崇。近30年來對(duì)于艾葉的道地性研究也證明了蘄艾的確具有其獨(dú)特性[12]。目前不同品種艾葉的質(zhì)量評(píng)價(jià)主要是從不同的產(chǎn)地取樣后進(jìn)行研究測定，而每個(gè)取樣點(diǎn)的環(huán)境復(fù)雜多樣，野生艾的生長年限甚至采收時(shí)間均有不同，栽培艾的種植時(shí)間、栽培方法、采收加工也存在一定的差異，這些因素都會(huì)影響艾葉質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果。因此，從多個(gè)取樣點(diǎn)收集樣品進(jìn)行測定可以挑選出最優(yōu)質(zhì)的道地產(chǎn)區(qū)，卻無法判定最優(yōu)質(zhì)的艾葉品種?？紤]到這些因素，本試驗(yàn)將來源于5個(gè)產(chǎn)地的10批的艾苗移栽到蘄春同一塊試驗(yàn)地進(jìn)行種植，保證從栽培到采收的所有條件都一致，證明了來源于蘄春的品種確實(shí)具有一定的優(yōu)勢。此前，宋葉[5]等將蘄春艾移栽到山西本地并與本地品種相比較，也驗(yàn)證了蘄春艾移栽品種的揮發(fā)油產(chǎn)質(zhì)量更佳。艾葉出絨率越高，越適合作為灸材使用；而化學(xué)成分含量高，藥效更佳；除此之外，艾葉中蘊(yùn)含著豐富的礦質(zhì)元素，Mn 和Zn元素對(duì)于艾葉的安胎效果發(fā)揮著重要的作用[13]，K元素有助于提高纖維作物的質(zhì)量[14]，增強(qiáng)其吸濕性和燃燒性[15]。通過本研究發(fā)現(xiàn)，從不同產(chǎn)地移栽的艾葉出絨率、化學(xué)成分、礦質(zhì)元素含量等方面均存在較大的差異，南陽艾和襄陽艾的出絨率及礦質(zhì)元素含量優(yōu)于部分蘄春艾，而蘄春艾的總揮發(fā)油和黃酮及酚酸類成分含量普遍較高；不僅如此，同樣來源于蘄春的6種蘄艾也各有不同，雨湖艾、漕河艾和蘄州香艾的出絨率較高，蘄州香艾的總揮發(fā)油含量最高，洪咀七尖艾的黃酮及酚酸類成分的綜合得分值最高。

艾葉應(yīng)用廣泛，應(yīng)該根據(jù)其用途選擇合適的品種進(jìn)行種植，而不能僅僅根據(jù)單一成分的含量高低來衡量艾葉質(zhì)量的好壞。若要用于制作艾條、艾柱，就可將出絨率較高的南陽艾和襄陽艾引種種植；若要將艾葉提取揮發(fā)油用于洗浴用品、驅(qū)蚊液等產(chǎn)品時(shí)，可選擇香艾這種揮發(fā)油含量高的品種進(jìn)行種植；若要將其用于湯劑，就可選擇黃酮及酚酸類成分較高的蘄春七尖艾?？傊绊懓~品質(zhì)的因素眾多，生存環(huán)境的不同導(dǎo)致了艾葉品種的多樣性，如何根據(jù)艾葉的用途和不同品種的特征選擇合適的材料推廣種植就成了重中之重。但本實(shí)驗(yàn)所選取的艾葉產(chǎn)地不夠全面，主要為蘄春及其周邊地區(qū)，還需要對(duì)更多地區(qū)的艾葉品種進(jìn)行進(jìn)一步分析，為全面開發(fā)艾葉資源提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié) 論

從不同產(chǎn)地移栽至湖北蘄春進(jìn)行種植的艾葉出絨率及其有效成分含量具有明顯差異，南陽艾和襄陽艾的出絨率及礦質(zhì)元素含量優(yōu)于部分蘄春艾，而蘄春艾的總揮發(fā)油和黃酮及酚酸類成分含量普遍較高；蘄春艾不同品種間，雨湖艾、漕河艾和蘄州香艾的出絨率較高，蘄州香艾的總揮發(fā)油含量最高，洪咀七尖艾的黃酮及酚酸類成分的綜合得分值最高。各地在進(jìn)行艾葉引種栽培時(shí)，應(yīng)按照艾葉的品質(zhì)特點(diǎn)選擇適宜的材料進(jìn)行推廣種植。