木姜子香氣成分與生物活性及其代謝途徑的研究進展

蒲丹丹，陜怡萌，張玉玉

（北京市食品風(fēng)味化學(xué)重點實驗室，北京工商大學(xué)輕工科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100048）

木姜子（Litsea pungensHemsl）是一種珍貴的產(chǎn)油植物，主要分布在中國、印度、日本和泰國北部。木姜子的食用和藥用歷史悠久，作為調(diào)味品木姜子對食品風(fēng)味的改善具有顯著作用，無論是花、葉、果實還是根部都散發(fā)著濃厚的檸檬與花椒混合的特殊香氣[1]。木姜子不僅具有去腥增味提香的作用還具有其獨特香氣，新鮮的木姜子或醬制木姜子烹飪的菜肴更為鮮爽，如木姜子牛肉絲、木姜子魚火鍋、木姜子土豆片等[2]。由于木姜子果實易褐變而難以長時間保存，采摘后干制儲存是其主要的加工方式[3]。木姜子具有一定的藥理作用，其根、莖和果具有驅(qū)寒、理氣、止痛等功效，該植物的葉、莖、根和皮也被用于治療胃痛、感冒、疼痛、關(guān)節(jié)炎、腹瀉、外傷等[4]。木姜子的花、葉、枝和果實都含有精油，因果實部分含油量高而被作為木姜子精油提取的主要原料。木姜子精油為淡黃色或橙黃色，是具有強烈檸檬香的油狀液體，其主要成分為單萜和倍半萜。木姜子果實部位的精油具有體外和體內(nèi)的藥理作用，包括抗菌、抗炎、平喘藥、免疫調(diào)節(jié)、抗糖尿病以及調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能等[4]。

目前，消費者對木姜子的認知并不廣泛，導(dǎo)致其在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用較少。然而木姜子的特殊風(fēng)味以及多種健康功效，說明了其重要的經(jīng)濟價值和廣闊的應(yīng)用前景。因此，本文綜述了木姜子在中國的分布、揮發(fā)性化合物的分離提取方法、關(guān)鍵香氣成分以及生物活性成分在植物體內(nèi)的代謝途徑等方面的研究進展，旨在為木姜子揮發(fā)性化合物的綜合利用和未來深入研究提供科學(xué)依據(jù)，促進其在食品、醫(yī)藥、化妝品、化工等多個領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

1 木姜子種群分布

木姜子為樟科，樟屬落葉小喬木，別名山姜子、木香子、木樟子、山蒼子以及山胡椒等。最早起源于中白堊紀時期的古北大陸南部、古南大陸北部以及古地中海周圍的熱帶地區(qū)。目前主要分布在澳大利亞、新西蘭、北美、南美和亞洲等地。木姜子在世界范圍內(nèi)分布廣、種類繁多，屬約有622 種[5]，是我國樟科中種類較多、分布較廣的植物之一，在我國約有72 種，另外還有18 個變種和3 個變型[6]。木姜子主要分布在我國南方和西南地區(qū)，因此我國北方地區(qū)的居民并未對其有廣泛的認識。木姜子大多分布在華南和西南北緯18°～34°之間的安徽、浙江、福建、云南、四川和西藏等省，其中，云南種類最多（37 種），主要產(chǎn)高山木姜子、近輪葉木姜子、毛葉木姜子等；其次是廣西（29 種），主要產(chǎn)尖脈木姜子、清香木姜子、長梗木姜子等：廣東（24 種）主要產(chǎn)圓果木姜子、圓葉豹皮樟、黃丹木姜子等；四川（18 種）主要產(chǎn)鈍葉木姜子、單花木姜子等；貴州（15 種）主產(chǎn)黑木姜子等；湖南（12 種）主產(chǎn)黃丹木姜子等，主要分布情況如圖1所示。毛葉木姜子的根和果實均可入藥，還可用于制造優(yōu)質(zhì)肥皂；圓葉豹皮樟的果實可提煉精油、治療感冒、消化不良等；紅葉木姜子的果實性溫味辛、有散寒止痛之效；秦嶺木姜子可作為化妝品原料、供提取月桂酸；輪葉木姜子的根、葉可用于治療胸痛、婦女經(jīng)痛，葉外敷可用于治療骨折、蛇傷等；楊葉木姜子可用于制備香精、化妝品、潤滑油等[7-9]。

圖1 中國主要木姜子種群分布統(tǒng)計結(jié)果[6-11]Fig.1 The population distribution statistics results of Litsea pungens Hemsl in China[6-11]

2 木姜子揮發(fā)性化合物分析

2.1 木姜子香氣成分提取方法

目前對于木姜子的香氣成分分析主要分為兩類（如表1 所示）：a.通過不同方法對木姜子精油進行提取分離，隨后采用直接進樣或頂空萃取方法結(jié)合氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）對其香氣組分進行定性、定量分析。精油萃取常用的方法有水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾、植物油或溶劑浸提、超臨界CO2萃取、超聲波輔助溶劑萃取、微波輔助溶劑萃取以及酶法提取法等，其中，水蒸氣蒸餾最為廣泛，超臨界CO2萃取和分子蒸餾效果最佳，但成本較高；b.對木姜子果實或者其他部分進行同時蒸餾萃取、溶劑萃取或頂空萃取，再結(jié)合GC-MS 對其香氣組分進行定性定量分析。木姜子果實香氣分析常用方法有同時蒸餾萃取、固相微萃取、溶劑提取以及溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)萃取。

表1 木姜子香氣成分提取方法Table 1 Extraction method of the aroma compounds in Litsea pungens Hemsl

水蒸氣蒸餾法（Steam distillation，SD）是在蒸餾裝置中利用加熱蒸汽將木姜子精油蒸發(fā)出來，隨后水蒸氣經(jīng)導(dǎo)管冷凝成液體后根據(jù)水與精油的密度差異將二者分離。于長江等[12]釆用SD 法提取海南木姜子中的揮發(fā)性成分，并采用GC-MS 對其分析，共鑒定出50 種化合物，占揮發(fā)性組分的91.95%。伍燕等[23]用SD 法提取毛葉木姜子揮發(fā)油，隨后通過GC-MS 分析鑒定出22 種化合物，占揮發(fā)性組分的98.64%。SD 適合于具有揮發(fā)性、能隨水蒸氣蒸出而不被破壞、與水不發(fā)生反應(yīng)又難溶于水的有效成分的提取。由于其操作方便成本低、對環(huán)境友好等優(yōu)點成為最受歡迎的提取工藝，但存在用時較長，高溫下易分解，提取率不高等問題。超臨界狀態(tài)下CO2（Supercritical fluid extraction，SFE）對于木姜子精油具有強大的溶解性，其溶解性和密度是息息相關(guān)的，而且這種狀態(tài)CO2的密度可以由溫度和壓力進行調(diào)整，從而使得精油被析出。張德權(quán)等[17]采用優(yōu)化過的超臨界CO2流體萃取技術(shù)對木姜子果實中木姜子精油和木姜子核仁油進行提取，使木姜子精油和核仁油得率提高至30.19%。于長江等[24]利用超臨界CO2流體萃取技術(shù)對海南木姜子的揮發(fā)性組分進行提取，通過GC-MS 分析鑒定出52 個化合物。SFE 法對實驗設(shè)備要求較高，且投資較大，但可有效提取芳香組分、提高產(chǎn)品純度以及保持其天然香味，由于其選擇性強等特點近年來被廣泛使用。分子蒸餾法主要是在高真空度下，依靠分子運動的平均自由程度不同，實現(xiàn)對液體和混合物的組分分離而發(fā)展起來的一項先進技術(shù)。分子蒸餾法的操縱溫度要求遠低于物質(zhì)常壓下的沸點溫度，同時這種物料被加熱的持續(xù)時間也非常短，不會對物質(zhì)本身構(gòu)成任何破壞。分子蒸餾方法設(shè)備制作復(fù)雜，所用材料對耐壓力和耐高溫要求較高，由于造價成本高目前在工廠中的普及率較低。唐成志等[25]采用分子蒸餾方法對山蒼子油中的檸檬醛進行三級純化蒸餾，將檸檬醛含量由原油中的71.59%提高到92.71%，檸檬醛回收率在80%以上。

同時蒸餾萃取（Simultaneous distillation extraction, SDE）適合收集揮發(fā)性較低的化合物，對于強親水性化合物的提取效率低。董鐘[18]采用同時蒸餾萃取法提取木姜子干果中的揮發(fā)性成分，并采用GC-MS分析鑒定出77 種化合物，占揮發(fā)性組分的91%。SDE法與傳統(tǒng)水蒸汽蒸餾法相比實驗步驟較少，節(jié)省了更多的溶劑，減少了精油在轉(zhuǎn)移過程中的損失。精油可以通過GC-MS 直接分析，其成分提取率高，但缺點是由于萃取溫度高，精油的氣味會部分失真。微波萃取法是利用波的穿透性來提高精油的萃取率，劉曉庚等[26]在水汽蒸餾的基礎(chǔ)上結(jié)合微波超聲輔助萃取法的精油得率為14.12%。Guo 等[16]比較了微波輔助萃取不同山蒼子精油的香氣成分，共鑒定出51 種香氣成分，其中檸檬醛的含量最高，其次為松油醇、檸檬烯和芳樟醇。李文爽等[19]采用超聲波輔助提取山蒼子精油，其得率為5.33%。頂空萃取法（Solid phase micro-extraction，SPME）是一種快速的無溶劑萃取方法，應(yīng)用最為廣泛。喬婷宜[20]采用頂空萃取法（SPME）結(jié)合GC-MS 分析了貴州新鮮木姜子的香氣成分，共鑒定出33 種化合物，其中含量最高的是（E）-檸檬醛（34.91%）、（Z）-檸檬醛（25.81%）、檸檬烯（24.17%）。周麗免等[27]采用SPME-GC-MS 分析了木姜子在不同采摘季節(jié)的香氣成分差異，發(fā)現(xiàn)5 月、6 月和7 月采摘的果實主要香氣成分分別為萜烯類、萜烯類和醛類、醛類，且倍半萜類化合物含量逐步增加。

對木姜子揮發(fā)性組成分析發(fā)現(xiàn)，采用水蒸氣蒸餾提取的木姜子揮發(fā)性化合物的主要成分除萜類化合物外，氧化單萜類成分的占比也較高，此外還有少量的酮類、醇類、酸類和酯類化合物；采用超臨界CO2技術(shù)提取的木姜子揮發(fā)性成分的主要成分是萜類化合物，但其含量遠高于水蒸氣蒸餾提取樣品。此外，木姜子揮發(fā)性成分以及含量會因不同地區(qū)和不同提取、分析方法而有所差異。

2.2 木姜子中的香氣活性成分

木姜子果實及其精油具有強烈的檸檬香、薄荷青香、桉樹香以及花香，這些香氣特征主要來源于木姜子中的萜類化合物，其中單萜類成分尤為重要[28,22]。此外，木姜子植物的其他部位也都具有類似的香氣特征，說明香氣成分分布在植物的各個部位。Wang 等[29]采用水蒸氣蒸餾法結(jié)合GC-MS 對木姜子根、莖、葉、花蕾、花瓣、果實等揮發(fā)油成分進行了比較分析，結(jié)果顯示木姜子植物的根部和果實部位的單萜類化合物占比分別為84.13%和87.65%，其中主要化合物為橙花醛；莖部與花蕾部的含氧單萜類化合物占比分別92.99%和95.39%，且主要香氣成分均為β-水芹烯：葉部的的單萜類化合物占比59.32%，其中主要香氣成分為桉葉素；花瓣部的單萜類化合物占比為95.23%，其主要香氣成分為松油烯。根部與果實部位的揮發(fā)性化合物占比最大是含氧單萜類化合物其次是單萜類化合物；莖部、花蕾部、葉部與花瓣部位的揮發(fā)性化合物占比最大是單萜類化合物其次是含氧單萜類化合物。倍半萜類化合物基本處于各部位揮發(fā)性化合物占比的第三位。

不同的提取方法以及不同品種的木姜子在香氣成分分離鑒定時會有所不同，表2 總結(jié)了在木姜子中鑒定出208 種香氣化合物，單萜類（C10）和倍半萜（C15）類化合物是其主要組成部分，其中種類最多的為烯烴類化合物（69 種），其次為醇類化合物54 種、醛類化合物17 種、酸類化合物15 種、酯類物質(zhì)15 種、酮類化合物13 種、酚類化合物7 種、醚類化合物7 種以及其他化合物11 種。水蒸氣蒸餾得到的云南木姜子精油香氣成分中，醛類化合物占比最高（50%），主要成分為（E）-檸檬醛（28.32%）和（Z）-檸檬醛（22.28%），其次為檸檬烯（12.15%）[30-31]。重慶木姜子中，（E）-檸檬醛（37.29%）和（Z）-檸檬醛（32.36%），其次為檸檬烯（5.6%）、香茅醛（1.37%）和芳樟醇（1.88%）。通過對湖南木姜子果皮精油分析發(fā)現(xiàn)，檸檬醛、D-檸檬烯、甲基庚烯酮、a-石竹烯和檜烯的含量在99%以上[32]。海南木姜子果皮中（E）-檸檬醛（30.78%）和（Z）-檸檬醛（29.19%）含量最高，其次為檸檬烯（5.5%）[12]。貴州木姜子果實的香氣組成為（E）-檸檬醛（37.91%）和（Z）-檸檬醛（31.81%）含量最高，其次為檸檬烯（11.13%）[33]。楊葉木姜子果實中的香氣成分組成為，（E）-檸檬醛（16.65%）和（Z）-檸檬醛（22.35%），其次為檸檬烯（14.15%）[34]。Si 等[35]通過比較6 種不同產(chǎn)地的木姜子水蒸氣蒸餾精油香氣成分含量差異發(fā)現(xiàn)，（E）-檸檬醛（44.40%～50.00%）和（Z）-檸檬醛（34.20%～37.40%）的含量最高。通過文獻數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，（E）-檸檬醛和（Z）-檸檬醛時木姜子的主體成分，且在不同品種中兩者之間的比例約為1.30，其次為D-檸檬烯，含量為1.30%～5.00%。

表2 木姜子果實中的香氣成分Table 2 Aroma compounds in fruit of Litsea pungens Hemsl

續(xù)表 2

續(xù)表 2

續(xù)表 2

續(xù)表 2

2.3 木姜子中關(guān)鍵香氣活性成分

分子感官科學(xué)方法是當(dāng)前關(guān)鍵香氣成分鑒定的主流方法，包括以下幾個步驟：a.香氣成分的分離富集；b.香氣活性成分的篩選；c.香氣活性成分的定量分析和香氣活性值計算；d.關(guān)鍵香氣成分的確定和驗證。目前，木姜子香氣化合物的分析方法主要采用SPME、SDE、SFE 和SAFE 的富集方法結(jié)合GCMS 鑒定技術(shù)，且主要針對于香氣組成、化合物的相對百分含量為主。Pu 等[22]采用溶劑萃取和SAFE法分離提取木姜子果實中的香氣成分，并采用GCMS-O 篩選出了31 種香氣活性化合物，結(jié)合香氣活性值計算確定了（E）-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛（251978.13 μg/kg；檸檬香、甜香、青香）、D-檸檬烯（333321.19 μg/kg；柑橘、橙子、清新、甜香）、β-月桂烯（179800.17 μg/kg；辛香、青香）、香茅醛（25397.45 μg/kg；甜香、花香、香茅）、桉葉油醇（81581.26 μg/kg；桉樹、樟木香、草藥）、6-甲基-5-庚烯-2-酮（29118.53 μg/kg）、β-石竹烯（76771.87 μg/kg；甜香、木質(zhì)的、辛香）、石竹素（3829.05 μg/kg）、（Z）-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛（189366.87 μg/kg；花香、甜香、檸檬香）和（E）-肉桂酸乙酯（6913.31 μg/kg；花香、蜂蜜、香脂、葡萄酒）等為木姜子的關(guān)鍵香氣化合物。進一步通過香氣添加實驗和定量描述性感官評價方法證實了檸檬醛和D-檸檬烯對木姜子呈現(xiàn)的檸檬香氣有關(guān)，β-月桂烯對木姜子呈現(xiàn)的青草香氣有貢獻，香茅醛對木姜子呈現(xiàn)的薄荷香氣有貢獻，桉葉油醇對木姜子的桉樹氣味有重要貢獻。結(jié)果表明，木姜子中含有31 種芳香活性化合物。添加實驗進一步驗證了木姜子的關(guān)鍵性香氣成分為D-檸檬烯、（Z）-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、（E）-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、β-月桂烯、（E）-肉桂酸乙酯和β-石竹烯。

根據(jù)國標GB/T 21725-2017《天然香辛料 分類》對天然香辛料進行分類顯示，木姜子果實與大蒜、大蔥、小蔥、白鷗芥、白胡椒、花椒、阿魏、姜、洋蔥、香茅、砂仁、韭蔥、高良姜、蓽撥、黑芥子、椒樣薄荷、辣椒、辣根以及薄荷（野薄荷）等屬于辛辣型香辛料。陳海濤等[46]采用SAFE 萃取鑒定了新鮮大蒜的關(guān)鍵香氣成分，以含硫化合物為主，包括二烯丙基二硫醚、丙烯醇、甲基二烯丙基硫醚、2-乙烯基-4H-1,3-噻吩，3-乙烯基-4H-1,2-噻吩；Tian 等[47]采用SPME 分析了炸蔥油的關(guān)鍵香氣成分，主要包括己醛、（E）-2-庚醛、（E）-2-辛烯醛、二丙基二硫化物、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪和1-辛烯-3-醇；Sun 等[48]采用SAFE 萃取鑒定了花椒中的關(guān)鍵香氣成分主要以萜類化合物為主，包括1,8-桉葉腦、（E）-2-庚烯醛、β-月桂烯、β-羅勒烯、檸檬烯和芳樟醇；Schaller 等[49]采用SAFE 萃取鑒定了生姜的關(guān)鍵香氣成分，包括呋喃酮、3-甲基-2-丁烯-1-硫醇、2-甲基丙醛、（E）-2-壬烯醛和1-壬烯-3-酮；王永曉等[50]采用SPME-GCMS 分析了8 種新疆辣椒粉，發(fā)現(xiàn)其主要香氣成分有香葉醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、肉桂醛、十一醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛、十三醛、4-辛烯-3-酮、2-甲基丙酸、3-甲基丁酸己酯、2-戊基噻吩、二甲基二硫醚等；盛曉婧[51]采用SAFE 和HS 法結(jié)合GC-MS-O 研究了5 種不同產(chǎn)地的薄荷的香氣活性成分，通過計算OAV 值確定其關(guān)鍵香氣成分為α-檸檬醛、薄荷酮、薄荷醇、檸檬烯、β-檸檬醛、桉葉油醇、香葉醇、芳樟醇、香芹酮、β-石竹烯、月桂烯、2-甲基丁酸乙酯、1-辛烯-3-醇等；李艷麗等[52]綜述了香茅精油的主要香氣成分為香葉醛和橙花醛，占比80%以上。通過比較以上辛辣型香辛料的關(guān)鍵香氣成分組成，發(fā)現(xiàn)木姜子與香茅、薄荷、花椒和姜的關(guān)鍵香氣成分較為接近，與大蒜、韭蔥、大蔥、小蔥以及洋蔥以含硫類化合物為關(guān)鍵香氣成分的香辛料差別較大。

3 木姜子中萜類化合物的生物活性及代謝途徑

萜類物質(zhì)不僅是木姜子的關(guān)鍵性香氣成分，同時還具有一定的生物活性，尤其是以檸檬醛為代表的萜類化合物具有顯著的生物活性，此外它還是水果新鮮和成熟的生物標志物[50]。木姜子中的萜類化合物可制備高附加值的化合物用于醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、食品、化妝品等多個領(lǐng)域。因此，明確萜類化合物的生物活性及其在植物體內(nèi)的代謝途徑尤為重要，對木姜子中萜類化合物的深入研究與木姜子植物資源的附加值提升有重要意義。

3.1 木姜子中萜類化合物的生物活性

萜類物質(zhì)具有較強的抗菌和抗癌活性，以及抗氧化性能、抗哮喘、抗焦慮和鎮(zhèn)痛活性等功效[53-54]。Su 等[55]通過紙片擴散法測定了木姜子揮發(fā)油的抑菌活性，結(jié)果表明木姜子果實精油對大腸桿菌有較強的抑制作用。Ho 等[56]對人體癌細胞的細胞毒活性進行了評價發(fā)現(xiàn)木姜子果油對人口腔、肝臟和肺部癌細胞表現(xiàn)出劑量依賴性的抗癌活性。程超[57]通過超聲波輔助水蒸氣蒸餾法對木姜子進行提取，發(fā)現(xiàn)木姜子精油具有良好抗氧化作用，可有效清除羥自由基與超氧自由基。殷志勇等[58]通過乙酰膽堿和氨誘導(dǎo)的兩種不同豚鼠哮喘模型，研究木姜子精油的抗哮喘作用，結(jié)果表明木姜子揮發(fā)油具有良好的抗哮喘作用。Chen 等[59]發(fā)現(xiàn)木姜子精油在小鼠中表現(xiàn)出抗焦慮和鎮(zhèn)痛活性。

木姜子揮發(fā)油中約60%～80%的檸檬醛是關(guān)鍵的生物活性成分[60-61]。檸檬醛通過抑制細菌細胞壁、蛋白質(zhì)與核酸的合成，控制細胞脂質(zhì)代謝和能量代謝達到抑制微生物生長的作用。其他成分如香茅醛、α-松油醇和芳樟醇也具有一定的抑菌特性，其抑菌機制尚不清楚。檸檬醛通過延長乙酰膽堿引起的咳嗽潛伏期與平滑肌收縮，減少咳嗽頻率達到抗哮喘效果。檸檬醛還可增加離體家兔心冠脈血流量，降低小鼠總耗氧量等，能用于冠心病的治療，并有較好的療效。此外檸檬醛在精細品化工中是一種非常重要的化合物，是合成紫羅蘭酮等高級香料的主要原料[62]。但檸檬醛的價格遠高于木姜子揮發(fā)油。因此通過木姜子提取高純度的天然檸檬醛是木姜子揮發(fā)油未來無論在醫(yī)療領(lǐng)域還是化工領(lǐng)域的應(yīng)用研究的一個重要方向[63-64]。

雖然木姜子揮發(fā)油的植物化學(xué)和藥理研究已經(jīng)取得了很大的進展，多數(shù)生物活性的研究都是以木姜子粗提物為研究對象，后續(xù)應(yīng)明確起生物活性作用的關(guān)鍵成分，并對已鑒定的化合物進行生物活性與藥理研究來確定更多的生物功能。木姜子的一些傳統(tǒng)用途已被現(xiàn)代藥理研究證實，但目前大部分醫(yī)學(xué)應(yīng)用只能通過體外基于細胞的生物測定來證實，因此后續(xù)研究應(yīng)需使用實驗動物進行進一步的體內(nèi)研究來證明其治療效果，明確作用機制以擴大其藥用用途。

3.2 木姜子中萜類化合物代謝途徑

萜烯是基于C5 組合的碳氫化合物異戊二烯單元，萜類化合物是具有額外官能團，且與萜烯相關(guān)的化合物[65]。萜烯根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)中存在的五碳單元數(shù)量可分為半萜（C5）、單萜（C10）、倍半萜（C15）、二萜（C20）、二倍半萜（C25）、三萜（C30）、三倍半萜（C35）和四萜（C40）等[66]。所有萜烯化合物由中等大小的基因家族編碼，其基本骨架結(jié)構(gòu)都是在萜烯合成酶（TPS）的作用下形成的[67]。后經(jīng)各種酶促修飾，如羥基化、脫氫、?；吞腔犬a(chǎn)生多樣化的萜類化合物，如倍半萜和二萜的同萜（C11 和C16）以及衍生自三萜的甾醇和類固醇（C27～C29）[68]。盡管它們的結(jié)構(gòu)具有多樣性，但所有萜類化合物都是由五碳前體、異戊烯基二磷酸（IPP）及其烯丙基異構(gòu)體二甲基烯丙基二磷酸（DMAPP）合成的。在植物中，萜類物質(zhì)由位于不同亞細胞區(qū)室中的兩種彼此交替與依賴的生物合成途徑：甲羥戊酸（MVA）途徑和2-C-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸（MEP）途徑[69]，具體代謝途徑如圖2 所示。在細胞質(zhì)和質(zhì)體中，戊烯基轉(zhuǎn)移酶使用IPP 和DMAPP 來產(chǎn)生戊烯基二磷酸。在質(zhì)體中，一個分子的IPP 和一個分子的DMAPP 在香葉焦磷酸合成酶催化下的頭尾縮合形成所有單萜的通用前體，香葉基焦磷酸。一個DMAPP 分子與三個IPP 分子在合成酶的作用下縮合，得到二萜的C20 二磷酸前體-香葉基香葉基焦磷酸。在細胞漿液中，兩分子IPP 和一分子DMAPP 在法尼基焦磷酸合酶的催化下縮合生成倍半萜的天然前體法尼基焦磷酸。隨著無環(huán)前體香葉基焦磷酸、法尼基焦磷酸和香葉基香葉基焦磷酸的形成，一系列結(jié)構(gòu)多樣的環(huán)和無環(huán)單萜、倍半萜和二萜通過萜烯合成酶/環(huán)化酶家族酶的作用產(chǎn)生。這些酶最突出的特點是它們傾向于從單一的二磷酸戊烯基底物制造多種萜類化合物。

圖2 萜類化合物合成途徑[70-72]Fig.2 Synthesis pathway of terpenoids[70-72]

通過胞質(zhì)MVA 途徑形成的五碳單元主要用作倍半萜類化合物、異戊二烯、植物甾醇、油菜素類固醇和三萜類化合物的生物合成，此外也用于合成線粒體中三萜類生物的前體。而源自質(zhì)體MEP 途徑的IPP 和DMAPP 優(yōu)選用于形成半萜、單萜、二萜、三萜、四萜[73]。IPP 和DMAPP 是MVA 途徑與MEP途徑中都會產(chǎn)生的關(guān)鍵性化合物[74]。這兩條途徑的初始底物不同，但最終產(chǎn)物都是互為同分異構(gòu)體的IPP 與DMAPP。一定數(shù)量的IPP 和DMAPP 在不同異戊烯基轉(zhuǎn)移酶的催化下形成不同碳鏈長度的香葉基焦磷酸、法尼基焦磷酸、香葉基香葉基焦磷酸等萜類物質(zhì)的合成前體化合物。單萜合成酶、倍半萜合成酶和二萜合成酶等萜類合成酶后分別以香葉基焦磷酸、法尼基焦磷酸、香葉基香葉基焦磷酸等異戊烯聚合物為底物進行環(huán)化、重排和消除等反應(yīng)形成各種萜類分子的基本骨架。植物中大多數(shù)二萜與某些單萜、倍半萜類分子骨架需要經(jīng)過細胞色素P450 酶的修飾最終成為具有生物功能的成熟萜類化合物[75]。

4 結(jié)論與展望

木姜子具有很高的食用價值，其獨特的香味具有良好的提鮮去腥作用。結(jié)合多種分離提取方法在木姜子精油和木姜子果實中共鑒定出了208 種香氣成分，單萜類（C10）和倍半萜（C15）類化合物是主要的組成部分，其中種類最多的為烯烴類化合物（69 種）。采用分子感官科學(xué)方法鑒定了木姜子的6 種關(guān)鍵香氣成分D-檸檬烯、（Z）-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、（E）-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、β-月桂烯、（E）-肉桂酸乙酯和β-石竹烯。然而不同品種和產(chǎn)地的木姜子中的關(guān)鍵香氣成分差異研究，以及重要萜類香氣成分的手性化合物的差異比較對促進木姜子在食品加工中的應(yīng)用，對開發(fā)木姜子的食品配料有重要的現(xiàn)實意義。

木姜子具有很高的醫(yī)用和藥用價值。木姜子精油中主要的關(guān)鍵性生物活性成分檸檬醛，具有一定的抗菌抗癌、抗氧化性能、抗哮喘、抗焦慮和鎮(zhèn)痛等功效。目前，大部分醫(yī)學(xué)應(yīng)用僅限于通過體外基于細胞實驗來證實，將來需結(jié)合動物實驗進一步研究其治療效果與醫(yī)學(xué)用途。此外，藥學(xué)應(yīng)用大部分是對木姜子的粗提取物進行研究，因此將來應(yīng)使用生物活性引導(dǎo)的分離策略來分離鑒定更多的生物活性成分，深入研究其作用機制對增強木姜子在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化妝品等多個領(lǐng)域的推廣有重要意義。