基于GC-MS及主成分綜合評價廣東不同產(chǎn)地益智揮發(fā)油成分差異

陳衛(wèi)明 范會云 黃勇 謝黎黎 梁秋玲 曾慶錢 鄭艷 吳江祝 鄭良豹

摘要 ［目的］比較廣東5個主產(chǎn)地的益智揮發(fā)油成分的差異性，為益智的合理利用和資源開發(fā)提供參考。［方法］采用水蒸氣蒸餾法對不同產(chǎn)地的益智揮發(fā)油進(jìn)行提取，用GC-MS法對所得揮發(fā)油組分進(jìn)行鑒定分析，同時進(jìn)行譜庫檢索，并通過SIMCA+P統(tǒng)計軟件進(jìn)行主成分分析。［結(jié)果］廣東5個主產(chǎn)地的益智果實揮發(fā)油含量均大于1.00%；采用GC-MS技術(shù)共鑒定出58個化合物，共有化合物53個，其中γ-松油烯的含量最高；利用主成分分析將53個指標(biāo)簡化為4個綜合指標(biāo)，主成分綜合得分從高到低排序為高州、陽春、羅定、信宜、化州；聚類分析表明，5份益智樣品在歐氏距離d=8.00的水平上，可劃分為3大類群。［結(jié)論］廣東省5個不同產(chǎn)地益智揮發(fā)油化學(xué)成分在組成和含量上存在一定的差異。

關(guān)鍵詞 益智；揮發(fā)油；GC-MS；主成分分析；聚類分析

中圖分類號 R 932? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）23-0173-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.040

Comprehensive Evaluation of Alpinia oxyphylla Volatile Oil Components in Different Producing Areas of Guangdong Based on GC-MS and Principal Component Analysis

CHEN Wei-ming，F(xiàn)AN Hui-yun，HUANG Yong et al

（Guangdong Institute of Traditional Chinese Medicine，Guangzhou，Guangdong 510640）

Abstract ［Objective］To compare the differences of volatile oil components of A.oxyphylla from five main producing areas in Guangdong，and to provide reference for rational utilization and resource development of A.oxyphylla.［Method］The volatile oil from A.oxyphylla from different habitats was extracted by steam distillation，and the components of the volatile oil were identified and analyzed by GC-MS.At the same time，the spectral database was searched，and the principal component analysis was performed by SIMCA + P statistical software.［Result］The contents of volatile oil in A.oxyphylla fruits from five main producing areas in Guangdong were higher than 1.00%.A total of 58 compounds were identified by GC-MS，including 53 compounds，and the content of γ-terpinolene was the highest.The 53 indexes were simplified into 4 comprehensive indexes by principal component analysis，and the comprehensive scores of principal components from high to low were as follows：Gaozhou > Yangchun > Luoding > Xinyi > Huazhou.Cluster analysis showed that five A.oxyphylla samples could be divided into three groups at the level of Euclidean distance d=8.00.［Conclusion］There are some differences in the chemical constituents and contents of essential oils of A.oxyphylla from five different producing areas in Guangdong Province.

Key words Alpinia oxyphylla;Volatile oil;GC-MS;Principal component analysis;Cluster analysis

基金項目 廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目（2020B020221001）；廣東省中醫(yī)局科研項目（20211065）；2021年廣東省科技專項-農(nóng)村科技特派員駐鎮(zhèn)幫鎮(zhèn)扶村組團(tuán)式幫扶項目。

作者簡介 陳衛(wèi)明（1992—），男，江西贛州人，從事藥用植物資源與栽培研究。*通信作者，正高級工程師，博士，從事藥用植物品種選育和栽培研究。

收稿日期 2022-11-07；修回日期 2023-01-11

益智（Alpinia oxyphylla Miq.）為姜科山姜屬多年生常綠草本植物，是我國四大南藥之一，屬藥食同源品種。益智具有鎮(zhèn)靜催眠、改善胃腸功能、保護(hù)心血系統(tǒng)、保護(hù)腎臟功能、抗炎、抗氧化、抗帕金森病、抗阿爾茨海默病等藥理作用，在中醫(yī)臨床上有大量的以益智為原料的成方制劑或經(jīng)典名方，如縮泉丸、益智散、益智湯、益智仁湯、健腦丸、健腦合劑、金沙丸等［1］。野生益智資源多分布在海拔 200～900 m的山腳、山腰、路旁、溝谷溪邊及林下陰濕處，喜適當(dāng)蔭蔽且肥沃、濕潤的土壤生境。益智在嶺南地區(qū)有悠久的種植歷史，因嶺南一帶生境氣候適宜益智生長［2］，我國益智種植主要分布于海南、廣東、廣西［3］，而廣東地區(qū)主要分布在信宜、高州、羅定、化州等市（縣）的山區(qū)［4］。2022年高州種植面積達(dá)2.133萬hm2，信宜的洪冠種植面積已達(dá)到0.353萬hm2，高州新垌種植面積0.082萬hm2，羅定的羅鏡、分界、附城等鄉(xiāng)鎮(zhèn)均分布眾多面積上千畝的種植基地。

益智揮發(fā)油含量是《中國藥典》含量檢測的唯一指標(biāo)，由于益智不同產(chǎn)地的地理環(huán)境和種植模式等存在一定的差異，由此可能導(dǎo)致在化學(xué)成分及其含量上的差異進(jìn)而直接影響其品質(zhì)。中藥指紋圖譜技術(shù)是用于評價鑒別中藥真?zhèn)?、?yōu)劣有效方法之一，能整體評價中藥質(zhì)量，常作為中藥質(zhì)量控制的輔助手段［5］。指紋圖譜研究中常用主成分分析和聚類分析2種化學(xué)模式識別的方法，能以量化的形式對指紋圖譜的數(shù)據(jù)進(jìn)行多維綜合的統(tǒng)計分析，實現(xiàn)樣品歸類，減少單個指標(biāo)帶來樣本差異［6］。關(guān)于廣東省不同產(chǎn)區(qū)的益智揮化油化學(xué)成分的比較研究目前鮮見報道。因此，該試驗選擇廣東省羅定市、陽春市、化州市、信宜市和高州市的益智作為試驗材料，采用水蒸氣蒸餾法提取其揮發(fā)油，再通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對廣東省5個主要產(chǎn)地益智揮發(fā)油的有效成分進(jìn)行分析比較，為益智的合理利用和資源開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Trace 1300-TSQ9000 GC/MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（賽默飛世爾）；SARTORIUS BSA224S-CW千分之一分析天平； 一級水、乙酸乙酯（色譜純）、無水乙醇（色譜純）。

1.2 試材

供試材料于2022年5月下旬分別采自茂名市化州市、信宜市和高州市，云浮市羅定市，以及陽江市陽春市的種植地，經(jīng)廣東省中藥研究所曾慶錢主任中藥師鑒定為姜科植物益智（Alpinia oxyphylla Miq.）。將益智成熟果實低溫干燥后備用。

1.3 試驗方法

1.3.1 揮發(fā)油的提取。

益智果實揮發(fā)油含量參照 2020 年版《中國藥典》（通則 2204）揮發(fā)油測定法進(jìn)行測定［7］。稱取干燥益智樣品各約40.0 g，水蒸氣蒸餾約5 h，再次放置1 h，測定供試品中揮發(fā)油含量，每個樣品3次重復(fù)。

1.3.2 GC-MS分析。

1.3.2.1 GC條件。

InertCap 1毛細(xì)管柱（島津，30 m×0.25 mm，0.25 μm）。升溫程序：初始溫度50 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升溫速率升至145 ℃，保持2 min，以2 ℃/min升溫速率升至195 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升溫速率升至280 ℃，保持3 min。流速1.0 mL/min，進(jìn)樣體積1 μL，分流模式40∶1，溶劑延遲3.0 min。

1.3.2.2 MS條件。

離子源EI源，傳輸線溫度300 ℃，離子源溫度230 ℃，質(zhì)量掃描范圍20～550 m/z，運(yùn)行時間59.5 min。

1.3.2.3 數(shù)據(jù)處理與質(zhì)譜檢索。

檢測方法和條件參照晏小霞等［8］的方法，對揮發(fā)油供試品溶液進(jìn)行GC-MS分析，得到益智揮發(fā)油的總離子流圖，通過Nist 05質(zhì)譜圖庫進(jìn)行檢索，對供試樣品的成分進(jìn)行鑒定。采用 Thermo ScientificTM DionexTM ChromeleonTM 色譜分析數(shù)據(jù)系統(tǒng) （CDS） 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用面積歸一化法計算各揮發(fā)成分在揮發(fā)油中的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地益智總揮發(fā)油含量

從表1可以看出，

5個主產(chǎn)地益智所含揮發(fā)油含量存在差異，以高州產(chǎn)地采集的樣品揮發(fā)油含量最高，達(dá)到1.80%，羅定、陽春、化州和信宜產(chǎn)地采集的樣品揮發(fā)油含量分別為1.30%、1.60%、1.45%和1.70%，均高于2020年版《中國藥典》標(biāo)準(zhǔn)（≥1.0%）。

2.2 不同產(chǎn)地益智揮發(fā)油成分分析

對益智揮發(fā)油供試品溶液進(jìn)行GC-MS分析，得到5 個產(chǎn)地益智揮發(fā)油的總離子流圖（圖1），經(jīng)GC-MS分析和Nist 05質(zhì)譜圖庫進(jìn)行檢索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表2），從5個不同產(chǎn)地的益智揮發(fā)油中共鑒定出58個化合物，其中共有的化合物有53個，僅1個特有化合物（硅菲烯），但相對含量極低。從羅定、陽春、化州、信宜和高州產(chǎn)地益智揮發(fā)油分別鑒定出57種、56種、55種、56種、56種化合物，可鑒定成分占各自揮發(fā)油總量的58.43%、58.44%、65.92%、63.33%、53.56%。

羅定產(chǎn)地的益智占其揮發(fā)油總量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（14.79%）、羅勒烯（6.17%）、4-異丙基甲苯（3.26%）、4-蒈烯（2.80%）、2-蒎烯（2.66%）等18種，占其揮發(fā)油總量的49.08%；相對含量1.00%以下的化合物有39種，占其揮發(fā)油總量的9.35%。陽春產(chǎn)地的益智占其揮發(fā)油總量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（12.16%）、羅勒烯（5.96%）、（+）-香柏酮（4.07%）、α-法尼烯（3.08%）、莪術(shù)雙環(huán)烯酮 （2.51%）等18種，占其揮發(fā)油總量的47.51%;相對含量1.00%以下的化合物有38種，占其揮發(fā)油總量的10.93%?；莓a(chǎn)地的益智占其揮發(fā)油總量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（18.47%）、羅勒烯（7.52%）、（+）-香柏酮（5.15%）、4-異丙基甲苯（3.75%）、α-法尼烯 （2.84%）等17種，占其揮發(fā)油總量的56.86%;相對含量1.00%以下的化合物有38種，占其揮發(fā)油總量的9.06%。信宜產(chǎn)地的益智占其揮發(fā)油總量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（15.60%）、α-法尼烯 （7.39%）、4-異丙基甲苯（3.45%）、（+）-香柏酮（3.24%）、4-蒈烯（3.00%）等20種，占其揮發(fā)油總量的56.53%;相對含量1.00%以下的化合物有36種，占其揮發(fā)油總量的6.80%。高州產(chǎn)地的益智占其揮發(fā)油總量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（7.96%）、α-水芹烯 （6.48%）、（+）-香柏酮（4.74%）、芳樟醇（4.66%）、4-異丙基甲苯（4.06%）等12種，占其揮發(fā)油總量的40.85%;相對含量1.00%以下的化合物有44種，占其揮發(fā)油總量的12.71%，特有化合物1種，為硅菲烯（0.13%）。

2.3 主成分分析

為進(jìn)一步比較不同批次樣品的質(zhì)量差異，以指紋圖譜中53個共有峰的峰面積為變量，標(biāo)準(zhǔn)化處理后，進(jìn)行主成分分析，以特征值大于1為提取原則，提取了前4個主成分。從表3和圖2可以看出，提取主成分1的特征值為18.793，其貢獻(xiàn)率為 35.459%；提取主成分2的特征值為16.125，貢獻(xiàn)率為30.424%；提取主成分3的特征值為10.240，貢獻(xiàn)率為19.321%；提取主成分4的特征值為7.842，貢獻(xiàn)率為14.796%，可見前4個主成分具有良好的代表性，能充分體現(xiàn)53個成分的基本特征值和主要信息，達(dá)到降維的目的。

運(yùn)用 IBM SPSS 22 軟件進(jìn)行主成分分析，列出4個主成分的因子得分值，再計算綜合得分。各主成分因子得分與方差貢獻(xiàn)率乘積之和，得出不同產(chǎn)地益智中各類成分總因子得分值 F，按照得分值 F 的大小評價各產(chǎn)地益智的質(zhì)量。根據(jù)特征值可以得到4個主成分線性組合表達(dá)式，即F=0.354 6F1+0.304 2F2+0.193 2F3+0.148 0F4，式中，F(xiàn) 為綜合得分，F(xiàn)1～F4為各主成分得分。由5個產(chǎn)地益智主成分因子得分和綜合得分（表4）可知，高州產(chǎn)地益智樣品得分最高，化州產(chǎn)地益智樣品得分最低。

2.4 聚類分析

利用SPSS 22軟件，采用離差平方和法，以歐式平方距離為樣品測度，以5批樣品中53個共有峰的標(biāo)準(zhǔn)化峰面積為變量進(jìn)行聚類分析，由圖3可知，當(dāng)5份益智種質(zhì)資源在歐氏距離 d=8.00 的水平上，可劃分為 3 大類群，羅定、陽春、化州產(chǎn)地聚為第1類，信宜產(chǎn)地單獨(dú)聚為第2類，高州產(chǎn)地單獨(dú)聚為第3類，說明不同產(chǎn)地來源的益智的質(zhì)量存在差異，與其所處地理位置、土壤和生態(tài)環(huán)境具有一定的相關(guān)性。

3 結(jié)論與討論

該研究采用水蒸氣蒸餾法提取了5批益智的揮發(fā)油，以高州、信宜、陽春、化州和羅定產(chǎn)地采集的樣品揮發(fā)油含量分別為1.80%、1.70%、1.60%、1.45%、1.30%。利用GC-MS 建立了益智揮發(fā)油的指紋圖譜，共鑒定出58個化合物，共有的化合物有53個，表明各批藥材間主要化合物成分較為一致。通過主成分分析和聚類分析的方法對其色譜峰的數(shù)量、分離度以及峰面積進(jìn)行綜合評價，利用主成分分析將其53個指標(biāo)簡化為4個綜合指標(biāo)，其累計貢獻(xiàn)率達(dá) 100%，主成分綜合得分從高到

低排序為高州、陽春、羅定、信宜、化州。聚類分析結(jié)果顯示，當(dāng)5份益智種質(zhì)資源在歐氏距離d=8.00 的水平上，可劃分為 3 大類群，說明不同產(chǎn)地來源的益智的質(zhì)量存在差異。

該研究發(fā)現(xiàn)廣東省不同產(chǎn)地的益智揮發(fā)油化學(xué)成分種類差異不大，但相對含量有一定的差異，揮發(fā)油成分含量較高的有γ-松油烯、羅勒烯、（+）-香柏酮、4-異丙基甲苯、α-法尼烯，與前人研究結(jié)果相似［9-10］。文獻(xiàn)報道廣東產(chǎn)地益智（+）-香柏酮的含量較低，而海南產(chǎn)地益智以（+）-香柏酮含量最高，廣西產(chǎn)地益智以1，2，4，5-四甲苯的含量最高［11-12］，而該研究的結(jié)果以γ-松油烯的相對含量最高（7.96%～18.47%），這可能與益智的生長環(huán)境及采收時果實成熟度有直接關(guān)系。γ-松油烯是一種能有效抑制沙門氏菌且對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有一定的抑制作用的成分［13］，利用廣東省益智產(chǎn)區(qū)豐富的資源，結(jié)合γ-松油烯有效的抑菌效果，在藥品或食品、飼料添加劑等領(lǐng)域開發(fā)新型抗菌產(chǎn)品深入研究與開發(fā)，對拓寬益智產(chǎn)品銷路、促進(jìn)鄉(xiāng)村振興產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

［1］ 王云龍，賈英.益智的研究進(jìn)展［J］.中醫(yī)藥信息，2020，37（5）：126-131.

［2］ 袁媛，胡璇，龐玉新.益智的本草考證［J］.貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（10）：111-114.

［3］ 周繼曾，張焜，張藍(lán)月，等.益智的地理分布及適生區(qū)預(yù)測［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（19）：1-3，8.

［4］ 曾武，吳祖強(qiáng)，林錦容.茂名地區(qū)益智產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展對策［J］.熱帶林業(yè)，2015，43（3）：14-15，11.

［5］ 劉東方，趙麗娜，李銀峰，等.中藥指紋圖譜技術(shù)的研究進(jìn)展及應(yīng)用［J］.中草藥，2016，47（22）：4085-4094.

［6］ 褚延斌，蘇小琴，周學(xué)謙，等.基于液質(zhì)指紋圖譜和化學(xué)模式識別的注射用益氣復(fù)脈（凍干）質(zhì)量綜合評價研究［J］.中草藥，2018，49（10）：2410-2419.

［7］ 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：2020年版 一部［S］.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2020：155-168.

［8］ 晏小霞，邱燕連，王茂媛，等.不同果型益智果實揮發(fā)油ＧC-ＭＳ分析［J］.中國調(diào)味品，2020，45（11）：157-162.

［9］ 陳偉玉，羅靜，姚海榮，等.海南4個地區(qū)益智果實揮發(fā)油成分研究［J］.熱帶林業(yè)，2019，47（4）：7-9.

［10］ 余輝，張淼，秦昆明，等.益智仁中揮發(fā)油成分的GC-MS［J］.中國實驗方劑學(xué)雜志，2014，20（10）：83-86.

［11］ 余小丹，高炳淼，程超宏，等.不同地域益智形態(tài)與代表性化學(xué)成分含量的差異分析［J］.時珍國醫(yī)國藥，2021，32（9）：2244-2246.

［12］ 張萍，王平，石超峰，等.油樟油主成分對幾種常見病原菌的抑菌活性研究［J］.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，31（4）：393-397.