香茅草精油研究進(jìn)展

李艷麗 李凌 范源洪

摘要：香茅草是一種具有檸檬香氣的藥食兩用香料植物，廣泛應(yīng)用于制藥、食品和香水工業(yè)。綜述香茅草精油的提取方法和分析方法，對(duì)香茅草精油化學(xué)成分進(jìn)行歸納總結(jié)，主要成分是芳香氣味的醛、酯、醇等，且占比達(dá)80%～90%，這是香茅草香氣特征的物質(zhì)基礎(chǔ)。香茅草精油具有抗細(xì)菌、真菌、原蟲和緩解焦慮、抗炎、抗氧化的生物活性，對(duì)植物害蟲亦有一定的趨避效果，具有廣泛的應(yīng)用前景。香茅草的提取部位、產(chǎn)地和栽培因素都會(huì)影響生物量和得油率，雖然研究眾多但產(chǎn)地因素與香茅草精油的關(guān)聯(lián)尚無定論。最后對(duì)香茅草研究的問題進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)今后香茅草研究方向提出了建議。

關(guān)鍵詞：香茅草;精油;化學(xué)成分;生物活性;進(jìn)展

中圖分類號(hào)：S573+.401;R284 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2021）02-0005-07

收稿日期：2020-06-04

基金項(xiàng)目：云南省重大科技專項(xiàng)-綠色食品國(guó)際合作研究中心專項(xiàng)（編號(hào)：2019ZG00903 ）;國(guó)家熱帶植物種質(zhì)資源庫特色香料種質(zhì)資源分庫;云南省芳香生物工程技術(shù)研究中心項(xiàng)目（編號(hào)：2018DH010）。

作者簡(jiǎn)介：李艷麗（1988—），女，山東濟(jì)寧人，碩士，助理研究員，主要從事香料植物資源研究開發(fā)。E-mail：liyanli1988@163.com。

通信作者：范源洪，研究員，主要從事種質(zhì)資源與育種。E-mail：2247888136@qq.com。香茅草[Cymbopogon citratus （DC） Staf]是禾本科、香茅屬多年生草本，又名檸檬草。香茅草是一種具有檸檬香氣的香料植物，可用來制作香水、肥皂等。香茅草主要生長(zhǎng)于非洲和南亞等熱帶、亞熱帶地區(qū)，南美洲巴西的巴拉那州是該國(guó)最大的香茅草生產(chǎn)地，在我國(guó)的華南、西南等亞熱帶地區(qū)亦有廣泛分布。香茅草性溫味辛，具有疏風(fēng)解表，祛瘀通絡(luò)的功效[1]，可治感冒頭痛、胃痛、泄瀉、風(fēng)濕痹痛、跌打損傷等。海南的黎族取香茅草葉搗爛外敷止癢;非洲民間用于治療感冒引起的發(fā)熱和焦慮癥。國(guó)外研究認(rèn)為，香茅草可以鎮(zhèn)定神經(jīng)和治療腸胃問題（消化不良和胃痛）、發(fā)燒、頭痛、扁桃體炎和潰瘍等[2-5]。

香茅草因具有特殊的檸檬香氣，可增添料理的風(fēng)味層次，是非常好的烹飪香料，我國(guó)云南西雙版納、德宏等地以及泰國(guó)、印度、越南等地的傳統(tǒng)亞洲料理和西餐一般會(huì)把香茅草加入咖喱、肉類、湯品和腌料中，可去腥增香。在國(guó)際市場(chǎng)上，香茅草主要用于制藥、食品和香水工業(yè)，主要消費(fèi)國(guó)為美國(guó)、日本、加拿大、瑞士、英國(guó)和法國(guó)，需求量最大的國(guó)家是美國(guó)的軟飲料工業(yè)，日本和法國(guó)的香水業(yè)，瑞士的制藥業(yè)，英國(guó)和印度的調(diào)味品市場(chǎng)[6]。

香茅草作為一種藥食兩用資源，具有廣泛的開發(fā)應(yīng)用前景?，F(xiàn)從香茅草精油的提取方法、香氣成分及其影響因素、香茅草精油的生物活性、香茅草開發(fā)應(yīng)用前景等幾個(gè)方面進(jìn)行綜述和展望。

1香茅草精油的提取研究方法

1.1香茅草精油提取方法

目前，香茅草精油提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、超臨界CO2流體萃取法和頂空固相微萃取。研究認(rèn)為，將香茅草切成2 cm小段更利于精油提取[7]。

1.1.1水蒸氣蒸餾法目前常規(guī)的工藝流程是向盛有香茅草的燒瓶中加入蒸餾水和一定量的NaCl、沸石，混合攪拌均勻后浸泡一段時(shí)間，用水蒸氣蒸餾裝置進(jìn)行蒸餾[8-10]。停止加熱后乳濁液靜置分離，無水硫酸鈉脫水干燥，所得精油裝于棕色試劑瓶中密封冷藏保存。水蒸氣蒸餾法提取所需溫度高，時(shí)間在4 h左右[10]，能耗較高，并且容易使部分熱敏性成分分解，導(dǎo)致出油率低。由于有不少缺點(diǎn)，很多研究者對(duì)該方法進(jìn)行了改良，楊欣研究了微波改良法[11]，丁華等研究了超聲輔助法[12]，2種輔助方法有利于成分分散，提取的精油純度較高，蠟質(zhì)、色素等雜質(zhì)少，有效提高了得油率。不同提取材料的工藝流程和得油率比較見表1。

1.1.2超臨界萃取法超臨界CO2流體萃取技術(shù)具有萃取時(shí)間短、能耗低、萃取分離一體化、無污染、得油率高等特點(diǎn)，可以比較真實(shí)、全面地反映樣品的化學(xué)成分，超臨界CO2萃取技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及化妝品等領(lǐng)域。不同材料的超臨界萃取法工藝流程及參數(shù)見表2。

王聰?shù)妊芯勘砻?，超臨界萃取法較水蒸氣蒸餾法制備香茅草油的得率高1倍[22-25]。謝麗莎等對(duì)水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2流體萃取法對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，超臨界CO2流體萃取法提取的揮發(fā)油比水蒸氣蒸餾法能更真實(shí)、全面地反映香茅草的化學(xué)成分[23]。

1.1.3頂空固相微萃取頂空固相微萃取技術(shù)（head-space solid phase micro-extraction，HS-SPME）可有效檢測(cè)易揮發(fā)物質(zhì)，具有操作簡(jiǎn)單、無需溶劑、設(shè)備低廉、能夠直接用于色譜和色質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)樣等特點(diǎn)，該方法進(jìn)樣快、選擇性好、重復(fù)性高，可以對(duì)植物葉片、發(fā)酵過程中揮發(fā)性成分進(jìn)行快速比較和定性分析[26-28]。不同提取材料的提取工藝比較見表3。楊文秀等采用頂空固相微萃取技術(shù)從香茅草葉片中萃取揮發(fā)性成分，并利用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行分析鑒定，共鑒定了18種成分[29]。陳靜慧等采用電子鼻結(jié)合頂空固相微萃取聯(lián)合氣相質(zhì)譜技術(shù)可以判別檸檬草中主要揮發(fā)性成分的差異并對(duì)檸檬草水提物中的揮發(fā)性成分進(jìn)行定性定量分析，檢測(cè)出24種揮發(fā)性化合物[30]。

1.2香茅草精油成分研究方法

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）是色譜技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)3種現(xiàn)代化技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，是目前化學(xué)成分分析中使用最廣泛的方法。近年來，電子鼻結(jié)合HS-SPME-GC-MS技術(shù)已逐漸成為對(duì)揮發(fā)性成分組成進(jìn)行精確定性、定量分析的新興技術(shù)，該技術(shù)具有處理樣品簡(jiǎn)單、測(cè)定速度快、基本不用有機(jī)溶劑等優(yōu)點(diǎn)[33-34]。陳靜慧等采用電子鼻結(jié)合HS-SPME-GC-MS對(duì)不同方法得到的檸檬草提取物中揮發(fā)性成分進(jìn)行有效分析與判別[30]。

2香茅草精油的主要組成成分

香茅草精油成分復(fù)雜，變化大，與品種、產(chǎn)地、季節(jié)和部位等都有關(guān)系。目前研究顯示，香茅草精油含有50種以上的化學(xué)成分。根據(jù)已有的研究，可將香茅草精油的主要成分按照醇類、醛類、酯類、萜烯類等進(jìn)行劃分（表4）。其中，醛類為香茅草精油的主要成分，主要有香葉醛（反式檸檬醛）和橙花醛（順式檸檬醛），二者為順反異構(gòu)體，二者占香茅草精油香氣成分的60%～80%[10，13，22-23]，香葉醛含量略高于橙花醛，香葉醛檸檬香氣濃郁，橙花醛較之不及，但有甜味。在香茅草成分研究中，理清天然檸檬醛包含香葉醛（反式檸檬醛）和橙花醛（順式檸檬醛）這2個(gè)順反異構(gòu)體的關(guān)系，成分分析結(jié)果才會(huì)更加可靠。香茅草精油中，醇類含量占比為10%～20%，主要有香葉醇（牻牛兒醇）、橙花醇等，香葉醇具有溫和、甜的玫瑰花氣息，橙花醇具有玫瑰和橙花的混合香氣，氣味略為平和，微帶檸檬樣的果香。酯類含量占比為10%左右[17，31]，主要有乙酸香葉酯、乙酸香茅酯、乙酸橙花酯，乙酸香葉酯有玫瑰和熏衣草香氣，乙酸香茅酯有檸檬氣味。萜烯類含量約占10%[17，36]，以β-月桂烯、β-石竹烯等為主，β-月桂烯具清淡的香脂香氣，在香料界，月桂烯指β-月桂烯，石竹烯主要指β-石竹烯。香茅草精油的主要成分是芳香氣味的醛、酯、醇等，且占比達(dá)80%～90%，這是香茅草具有濃郁檸檬香味的主要原因，也從化學(xué)成分層面上解釋了香茅草可以作為香料、調(diào)味料。

3香茅草精油的生物活性

國(guó)內(nèi)外眾多研究者對(duì)香茅草精油的生物活性進(jìn)行了廣泛研究，香茅草精油具有抑菌、抗蟲、抗氧化等作用，在化妝品、食品保鮮、植物病蟲害防治（表5）等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

4香茅草精油成分的影響因素

除提取方法外，影響香茅草精油得油率的因素還有很多，香茅草部位、產(chǎn)地、栽培因素等都會(huì)影響香茅草精油的成分和含量比例。

4.1提取部位

歐陽婷等通過研究5個(gè)產(chǎn)地的香茅草不同部位的揮發(fā)油含量[10]。葉揮發(fā)油含量最高，其次為全草，莖含量最低;不同部位揮發(fā)油主要成分不同，香茅葉主要成分為（E）-檸檬醛、（Z）-檸檬醛、β-月桂烯和香葉醇。黎華壽等研究香茅地上莖葉和根的成分發(fā)現(xiàn)，香茅莖葉揮發(fā)物的主要成分是檸檬醛和（Z）-檸檬醛，含量分別為53.98%、34.40%，而根的主要成分是長(zhǎng)葉松烯（56.67%）、芹子烯內(nèi)酯（2003%）、欖香烯（5.66%）、依蘭烯（433%）[31]。由于香茅草精油具有濃郁檸檬香味的主要原因是含有醛、醇等類化合物，因此在香茅草精油的相關(guān)研究中應(yīng)以莖葉為主要研究對(duì)象，才能更準(zhǔn)確地反映香茅草香氣成分的本質(zhì)。

4.2產(chǎn)地因素

香茅草在我國(guó)主要分布在亞熱帶地區(qū)，已有研究者分別對(duì)浙江杭州[56]、廣西田林[57]、廣東肇慶[13]、海南?？谑衃19]、云南西雙版納[29]、云南文山[32]、福建漳州[58]等地栽培的香茅草揮發(fā)油的成分進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，香茅草精油最主要的成分為檸檬醛的2個(gè)順反異構(gòu)體：香葉醛和橙花醛，檸檬醛相對(duì)含量高達(dá)60%～80%，其他主要成分因產(chǎn)地而有所差異。許廷生等分別對(duì)廣西香茅草精油進(jìn)行成分分析，結(jié)果表明廣西產(chǎn)香茅草精油除了檸檬醛外，β-月桂烯的含量也較高[59-60，57]。

對(duì)不同省份香茅草精油進(jìn)行對(duì)比的研究也較多，歐陽婷等對(duì)湖南省、廣東省、浙江省、海南省、福建省香茅草葉中的揮發(fā)油進(jìn)行研究表明，湖南省、廣東省、海南省的香茅草含油量基本相同（全草、莖、葉），福建省和浙江省的香茅含油量較低;5個(gè)省份的香茅草精油主要成分中（E）-檸檬醛含量為4086%～51.15%，（Z）-檸檬醛含量為3101%～36.46%;β-月桂烯含量為1.94%～1543%，香葉醇含量為1.61%～4.89%[10]。喻世濤等對(duì)廣西壯族自治區(qū)、云南省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、四川省的香茅草得油率和香氣特征進(jìn)行了區(qū)別研究，認(rèn)為廣西壯族自治區(qū)、云南省種植的香茅草揮發(fā)油得率較低，但其香氣濃郁、強(qiáng)烈，持久性好，而內(nèi)蒙古自治區(qū)和四川省種植的香茅草得油率雖高，但香氣特征不明顯，且香氣持久性不足[9]。其得油率結(jié)果與歐陽婷等的研究結(jié)果（湖南省、廣東省、海南省得油率較高、浙江省、福建省偏低）在地理上南北方的差別不一致。王聰利用主成分分析法對(duì)浙江省、湖南省、四川省、云南省等4個(gè)產(chǎn)地的12個(gè)香茅草成分進(jìn)行分析判別，結(jié)果可以準(zhǔn)確顯示出香茅草的區(qū)域性特征，適用于香茅草的產(chǎn)地判定[22]。

眾多研究者對(duì)產(chǎn)地因素影響下的香茅草精油成分進(jìn)行了研究，均得出香茅草成分種類和含量因產(chǎn)地而異，但對(duì)更廣泛產(chǎn)區(qū)的大量香茅草樣品尚未有系統(tǒng)的研究，由于香茅草精油成分復(fù)雜，各影響因素與成分含量的規(guī)律尚未形成統(tǒng)一的結(jié)論或認(rèn)識(shí)，這也將是今后的研究方向。

4.3栽培因素

秦榮秀等研究了香茅草的不同種植模式，認(rèn)為雙排起垅由于利于根系排水、保證較多株數(shù)，是最優(yōu)種植模式，并認(rèn)為香茅草最佳采收期為種植后的6個(gè)月，即11月[61]。Gomes研究認(rèn)為，香茅草種植后6～8個(gè)月采收最佳，不必遵從農(nóng)業(yè)日歷，此后可根據(jù)行情采收，1年最多可采收5次[62]。而周麗珠等認(rèn)為，9月為最佳采收期，這可能是由于二者研究對(duì)象栽種月份和最后1次采收時(shí)間不一致導(dǎo)致[60]。

郇樹乾等研究了不同高度刈割香茅草的生物量和提取量的區(qū)別，結(jié)果顯示當(dāng)生長(zhǎng)高度在100 cm時(shí)，刈割生物量和香茅草精油浸提量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于40、70、130 cm時(shí)，此時(shí)生物量為66 120 kg/hm2，精油浸提量為371.26 L/hm2[63]。

丁一等研究了不同施氮水平對(duì)香茅草的影響，施氮對(duì)精油含量和檸檬醛含量影響不顯著，但顯著增加了檸檬草精油的產(chǎn)量，施氮量以210 kg/hm2較適宜[64]。郇樹乾等研究施肥對(duì)香茅草生物量和香茅草精油產(chǎn)量都有明顯的提高，最佳施肥水平在中肥區(qū)，即硫酸鉀400 kg/hm2，鈣鎂磷肥1 500 kg/hm2，尿素750 kg/hm2，此施肥水平鮮草產(chǎn)量和香茅草精油出油量最高，鮮草產(chǎn)量為60 622.2 kg/hm2、香茅草精油出油量為372.5 L/hm2[65]。國(guó)外研究表明，堿性土壤與香茅草精油中大量的檸檬醛有關(guān)[66]。

5討論

香茅草具有典型的檸檬香氣，其香氣特征有豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。香茅草精油具有檸檬香氣的檸檬醛類，具有玫瑰香、橙花香、鈴蘭香等各種花香的醇、酯、萜烯類。本文綜述了香茅草精油主要組成成分和含量比例，匯總了不同提取方法的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。目前國(guó)內(nèi)各項(xiàng)研究應(yīng)用常用的精油提取手段結(jié)合GC、GC-MS、高效液相色譜（HPLC）、SPME、電子鼻等香氣成分分析手段鑒定香茅草精油香氣成分組成及含量，還有研究者分析了不同提取部位、產(chǎn)地因素、栽培因素等對(duì)香茅草精油成分和含量的影響。香茅草揮發(fā)性成分各不相同，在各成分的相對(duì)含量上也存在著較大差異，這些差異可能與香茅草的產(chǎn)地氣候、生長(zhǎng)環(huán)境和采收時(shí)期有關(guān)。

香茅草研究工作取得了一定進(jìn)展，但國(guó)內(nèi)研究還僅限于香氣成分檢測(cè)和分析，以及不同因素對(duì)香茅草產(chǎn)量、精油提取量的影響。而香茅草種質(zhì)資源、遺傳多樣性研究及分子標(biāo)記輔助育種、單體成分的功能機(jī)制等相關(guān)研究較少。在今后的研究中應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步開展。（1）在種質(zhì)資源收集鑒定方面，首先應(yīng)制定香茅草形態(tài)描述規(guī)范。香茅草同物異名現(xiàn)象較為嚴(yán)重，美國(guó)密蘇里植物園2015年記載香茅草有8個(gè)異名，分別為Andropogon cerifer Hack、Andropogon ceriferus Hack、Andropogon citratus DC、Andropogon citriodorus Desf.、Andropogon fragrans C. Cordem、Andropogon nardus subsp. ceriferus （Hack.） Hack、Andropogon nardus var. ceriferus （Hack.） Hack、Andropogon roxburghii Nees ex Steud[66]。我國(guó)香茅草形態(tài)尚無規(guī)范的描述，一致的規(guī)范描述也有利于香茅草研究的開展。（2）在遺傳育種方面，在廣泛收集香茅草種質(zhì)資源，建立香茅草種植資源圃的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)香茅草種質(zhì)資源進(jìn)行系統(tǒng)整理，在形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和分子遺傳學(xué)等3個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為香茅草遺傳育種提供優(yōu)異的基礎(chǔ)材料。構(gòu)建香茅草基因組草圖，結(jié)合代謝組學(xué)關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)一步闡釋香茅草精油物質(zhì)合成和代謝分子機(jī)制。采用分子標(biāo)記技術(shù)開展遺傳多樣性研究，對(duì)相關(guān)位點(diǎn)進(jìn)行定位，為高出油率定向育種奠定基礎(chǔ)。（3）在香茅草精油產(chǎn)品的開發(fā)利用方面，研究香茅草精油的單體分離技術(shù)，研究單體成分的生物活性和功能機(jī)制，最后將研究成果應(yīng)用到功能性產(chǎn)品開發(fā)中，將有廣闊的市場(chǎng)前景。

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