云南不同地區瑪咖揮發性成分的GC-MS分析

楊 敏，黃紹軍，朱艷琴，孫 卉，賀與平，杜 萍

（昆明理工大學分析測試研究中心，云南 昆明 650093）

云南不同地區瑪咖揮發性成分的GC-MS分析

楊 敏，黃紹軍，朱艷琴，孫 卉，賀與平，杜 萍*

（昆明理工大學分析測試研究中心，云南 昆明 650093）

采用頂空固相微萃取技術對瑪咖中揮發性成分進行富集，用氣相色譜-質譜聯用技術對其化學成分進行分離和鑒定，在云南8 個種植區瑪咖樣品中共檢出揮發性成分69 種，共有的揮發性成分有18 種。這些成分包括酮類12 種、醛類10 種、醇類9 種、酸類7 種、酯類6 種、烯烴類6 種、雜環化合物5 種、腈類4 種、芳香族類4 種、酚類3 種、胺類2 種、硫醚類1 種。含量較高的揮發性成分是異硫氰酸芐酯、苯甲醛、苯乙腈、乙酸、苯甲醇、二甲基硫醚、3-甲氧基-苯甲醛、4-甲氧基芐基異硫氰酸酯。通過統計比較發現了云南8 個不同種植區瑪咖揮發性成分存在的差異。

瑪咖；揮發性成分；頂空固相微萃取；氣相色譜-質譜聯用

瑪咖（Maca）是十字花科（Cruciferae）獨行菜屬（Lepidium）一年生或兩年生草本植物，原產于秘魯海拔3 500～4 500 m的安第斯山區[1-2]，可在無肥料，缺氧，晝夜溫差大，長期冰封的獨特環境下正常生長[3]。瑪咖是藥食兩用植物，不僅營養豐富，且具有多種保健功效。瑪咖富含礦物元素、維生素、蛋白質、氨基酸等多種營養成分[4-8]，國內有學者對瑪咖營養成分做了大量研究。此外，瑪咖中次級代謝產物主要是其特有的多不飽和脂肪酸（瑪咖烯）及其酰胺類化合物（瑪咖酰胺）[9]，芥子油苷[10-11]、甾醇[12]及其他生物堿（如咪唑類生物堿、羥基吡啶類生物堿、β-咔啉生物堿）[13-14]和多酚[15]。多年來，研究者證實了瑪咖的多個藥效保健作用，例如適應原性、增強精力抗疲勞[16-17]、調節荷爾蒙代謝[18]、促進性欲提高生育力[19-20]、增強骨密度[21]、抗腫瘤、抗氧化防衰老、抗壓力緩解抑郁等。

20世紀80年代后，聯合國基因資源協會將瑪咖列為瀕危物種，聯合國糧農組織建議世界各國推廣瑪咖種植[22]。中國從2002年開始引進瑪咖，2004年在云南麗江、會澤初次試種成功，目前在云南麗江、會澤、香格里拉、西藏林芝、新疆喀什塔什庫爾干、青海等地均有種植，但約有90%種植區域在云南。目前云南已經是我國瑪咖最大的原料產地和產品初加工地。

因此本實驗選取云南省內8 個種植區的瑪咖為原料，采用固相微萃取技術及氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用技術分析原料中揮發性成分，并進行統計分析，為后續開發利用瑪咖本土資源提供部分基礎數據。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗所用的瑪咖樣品來自于云南麗江、香格里拉、會澤等8 個瑪咖種植區。從8 個種植區挑選主根呈類球形或圓錐形，下部有支根2～7 條，且支根長3～16 cm，根頭部直徑1.5～4 cm，且根頭部長為3～5 cm，表面顏色為黃白色或暗紫色，質地堅實，氣香特異，味微甘而辛辣的完整根莖晾曬干燥粉碎后作為樣品。具體產區見表1。

表1 瑪咖樣品Table 1 Information about maca samples

1.2 儀器與設備

7890A/5975C GC-MS儀（工作站：MSD Chemstation E.02.00.493） 美國Agilent公司；75 μm Carboxen- PDMS（polydimethylsiloxane）萃取頭 美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 固相微萃取條件

對固相微萃取條件從萃取頭、萃取溫度、萃取時間進行優化。選擇的復合極性涂層CAR/PDMS萃取頭主要是針對痕量有機揮發性物質，對低沸點組分吸附能力和分離性能力強。

萃取頭的固定相為75 μm Carboxen-PDMS；萃取溫度：80 ℃；萃取時間：30 min。

1.3.2 GC-MS條件

色譜柱：HP-5MS彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣：高純氦（99.999%）；頂空瓶：20 mL。 GC進樣口溫度：260 ℃；載氣流速：1 mL/min；分流比：10∶1；GC-MS接口溫度：280 ℃；離子源：電子電離源，電子能量：70 eV；掃描范圍：全掃描；色譜柱升溫條件：50 ℃（2 min）→5 ℃/min→140 ℃（1 min）→10 ℃/min→280 ℃（1 min）。對色譜分析條件進行優化，包括色譜柱的選擇，使分析結果具有分離度高、靈敏度高、組分數量豐富等的特點。

1.3.3 樣品測定

取瑪咖樣品粉末2.0 g于20 mL頂空瓶中，將頂空瓶放置于80 ℃水浴中，用固相微萃取頭置于頂空瓶中進行萃取，萃取時間為30 min，之后將固相微萃取頭插入GC進樣口進樣，時間為2 min，經GC分離后用MS鑒定。

2 結果與分析

2.1 瑪咖樣品揮發性成分鑒定

對8 個產地瑪咖樣品進行揮發性成分分析，得到各樣品的總離子流圖，圖1為具有代表性的麗江南溪文坪瑪咖樣品的總離子流圖。通過對總離子流圖進行組分分析，共鑒定出揮發性成分69 種，利用峰面積歸一化法確定各組分所占的相對含量，見表2。

圖1 麗江南溪文坪瑪咖樣品揮發性成分總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components of maca from Wenping by GC-MS

2.2 8個地區瑪咖樣品揮發性成分特點分析

2.2.1 8個地區瑪咖樣品主要揮發性成分分析

表2 云南8個產地瑪咖樣品揮發性成分分析結果Table 2 GC-MS analytical results of volatile components of maca samples from 8 producing areas

續表2

圖2 云南8個產地瑪咖樣品主要揮發性成分Fig.2 Relative contents of main volatile components in maca from 8 producing areas

表3 云南8個產地瑪咖樣品揮發性成分相對含量分布區間Table 3 The distribution interval of relative contents of volatilecomponents in maca from 8 producing areas

將表2中相對含量大于或等于0.5%的化合物進行統計篩選，得出表3和圖2。可以看出，麗江南溪滿中、麗江南溪文坪及香格里拉小中甸的瑪咖樣品中檢測出來的揮發性成分個數最多，達44～46 個；會澤大海鄉的瑪咖樣品中檢測出來的揮發性成分個數最少，只有20 個，其余4 個產地的揮發性成分總個數為30～34。相對含量大于或等于0.5%的揮發性成分，除會澤大海鄉的樣品中只檢測出5 個以外，其余產地的樣品檢測出的個數為8～12。麗江南溪滿中、麗江南溪文坪、香格里拉小中甸瑪咖樣品中的異硫氰酸芐酯、苯乙腈、苯甲醛及乙酸的峰值突出且相對含量較高；香格里拉大中甸、會澤待補鎮、會澤礦山鎮的瑪咖樣品中異硫氰酸芐酯、苯甲醛、苯乙腈的峰值突出且相對含量較高；會澤大橋鄉和會澤大海鄉的瑪咖樣品中異硫氰酸芐酯的峰值突出且相對含量較高。

2.2.2 8 個地區瑪咖樣品共有揮發性成分分析

將表2數據處理后導入SPSS進行統計，8 個產地瑪咖樣品揮發性成分中共有化合物有18 種，統計結果見表4。可以看出，8 個產地樣品中平均相對含量大于1%的共有揮發性成分有異硫氰酸芐酯、苯乙腈、苯甲醛、乙酸、4-甲氧基芐基異硫氰酸酯、二甲基硫醚、苯甲醇、3-甲氧基-苯甲醛，這8 個成分是8個地區瑪咖樣品主要的共有揮發性成分。

表4 云南8個產地瑪咖樣品共有揮發性成分分析Table 4 Common volatile components of maca from 8 producing areas

2.2.3 8個地區瑪咖樣品相似度評價與聚類分析

為了發現8 個產地瑪咖揮發性成分的異同，對表2數據做了相似度分析。利用SPSS軟件進行了Pearson相關性分析。結果表明，麗江南溪滿中、麗江南溪文坪和香格里拉小中甸的瑪咖樣品揮發性成分相似度不小于0.977；香格里拉大中甸、會澤礦山鎮、會澤大橋鄉及會澤大海鄉的瑪咖樣品揮發性成分相似度不小于0.974；會澤待補鎮的瑪咖樣品與香格里拉小中甸的瑪咖樣品相似度達到0.964。

圖3 云南8個產地瑪咖樣品聚類分析譜系圖Fig.3 Hierarchical cluster analysis of volatile components of maca from 8 producing areas

為進一步揭示8 個產地瑪咖揮發性成分的異同，對表2數據利用SPSS進行系統聚類分析，得到聚類譜系圖（圖3）。譜系圖能直觀地顯示逐步聚類過程。橫坐標為臨界值即類間距離，臨界值越小，表示譜圖越相似。由圖3可知，當臨界值為1時，香格里拉大中甸及會澤礦山鎮的瑪咖樣品聚為了一類；麗江南溪滿中、麗江南溪文坪及香格里拉小中甸的瑪咖樣品聚為了一類。當臨界值為3時，會澤大橋鄉與香格里拉大中甸及會澤礦山鎮的瑪咖樣品聚為了一類；會澤待補鎮與麗江南溪滿中、麗江南溪文坪及香格里拉小中甸的瑪咖樣品聚為了一類；而會澤大海鄉的瑪咖樣品仍單獨為一類。當臨界值到達12時，會澤大海鄉與香格里拉、會澤礦山鎮及會澤大橋鄉瑪咖樣品聚為了一類。當臨界值達到25時，所有樣品聚為了一類。從聚類過程可以看出各地瑪咖揮發性成分的相似程度，也可以看出他們之間存在一定的地域差別。

3 結論與討論

本實驗基本明確了云南8 個產地瑪咖的主要揮發性成分，為云南瑪咖的進一步研究和開發利用提供了一定的科學依據。通過分析發現，云南8 個地區瑪咖最主要的揮發性成分是異硫氰酸芐酯（各產地相對含量皆最高）和苯乙腈（各地皆有且平均含量第2高）。文獻[23]發現，吉林瑪咖揮發性主要成分是苯乙腈（88.217%）和3-甲氧基苯乙腈（4.456%）；秘魯瑪咖揮發性主成分是苯乙腈（74.77%）；新疆瑪咖揮發性主成分是異硫氰酸芐酯（69.16%）、苯乙腈（21.53%）[24]。對比這些結論，本實驗得出的云南8 個地區瑪咖揮發性成分與新疆瑪咖更為相似，主成分傾向于異硫氰酸酯，而與吉林瑪咖和秘魯瑪咖的揮發性主成分傾向于腈類化合物不同。另外，麗江南溪滿中瑪咖、麗江南溪文坪瑪咖和香格里拉小中甸瑪咖揮發性成分非常相似；香格里拉大中甸瑪咖、會澤礦山鎮瑪咖、會澤大橋鄉瑪咖及會澤待補鎮瑪咖揮發性成分非常相似；而會澤大海鄉瑪咖則與其他產地瑪咖有著相對明顯差異。

造成以上這些差異的原因是多樣的，可能是因為氣候、土壤、地形及病蟲害等生態條件的不同，或是因為生長時間、采集時期等的不同，也可能是因為實驗方法的不同，還有可能是從原產地引種過來的瑪咖在歷經多代繁殖后，會存在種質交流、種質差異、種源差異。具體原因有待于對瑪咖揮發油的進一步分析研究。

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GC-MS Analysis of Volatile Components of Lepidium meyenii Grown in 8 Areas of Yunnan Province

YANG Min, HUANG Shaojun, ZHU Yanqin, SUN Hui, HE Yuping, DU Ping*
(Research Center for Analysis and Measurement, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China)

The volatile components of maca from 8 producing regions in Yunnan province were extracted by headspace solid-phase micro-extraction (HS-SPME) and identified by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A total of 69 volatile constituents were identified, of which 18 were common to all the tested samples. The identified volatile constituents included 12 ketones, 10 aldehydes, 9 alcohols, 7 acids, 6 esters, 6 alkenes, 5 heterocyclic compounds, 4 nitriles, 4 aromatic compounds, 3 phenols, 2 amines and 1 sulfoether compound. Among these volatile constituents, benzyl isothiocyanates, benzaldehyde, benzyl cyanide, acetic acid, benzyl alcohol, dimethyl sulfide, 3-trimethoxy-benzaldehyde, 3-methoxyphenyl acetonitrile, 4-methoxybenzyl isothiocyanates and N-phenylmethylene-benzenemethanamine were predominant. Comparison by Excel and SPSS suggested that there were some differences in the type and content of volatile components identified from maca samples from 8 producing areas in Yunnan province.

Maca (Lepidium meyenii); volatile components; headspace solid-phase micro-extraction (HS-SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

10.7506/spkx1002-6630-201602023

R284

A

1002-6630（2016）02-0132-06

楊敏, 黃紹軍, 朱艷琴, 等. 云南不同地區瑪咖揮發性成分的GC-MS分析[J]. 食品科學, 2016, 37(2): 132-137. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201602023. http://www.spkx.net.cn

YANG Min, HUANG Shaojun, ZHU Yanqin, et al. GC-MS analysis of volatile components of Lepidium meyenii grown in 8 areas of Yunnan province[J]. Food Science, 2016, 37(2): 132-137. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201602023. http://www.spkx.net.cn

2015-05-25

云南省應用基礎研究計劃項目（2012F2040）

楊敏（1991—），女，學士，研究方向為天然產物分析。E-mail：742880490@qq.com

*通信作者：杜萍（1968—），女，高級工程師，學士，研究方向為天然產物分析。E-mail：dupin515@163.com