五種黔產藥食同源植物精油抗氧化活性比較及成分分析

楊海艷，趙天明，張顯權，郭航，吳東蓉，張振

(1.貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴陽 550025；2.貴州理工學院 食品藥品制造工程學院，貴陽 550003)

抗氧化劑在食品保存、日化產品和化妝品穩定和功效方面起著非常重要的作用，但人工合成抗氧化劑存在一些潛在的危害，一些發達國家已禁止使用對人體有害的人工合成抗氧化劑，這些情況促使研究人員不斷尋找可替代的天然抗氧化劑[1]。精油作為芳香植物源的次生代謝產物，具有抗菌、抗氧化、抗癌等生物活性[2-4]，而對精油的抗氧化活性和其相關的應用已有很多研究報道，其作為天然抗氧化劑的潛力受到研究者的廣泛關注。很多藥食同源植物均含有精油成分，這些精油如果具有較高的抗氧化性，則有可能作為添加劑加到食品中，既有抗氧化保護作用，又有給食品加香作用。香薷、藿香、木姜子、姜黃和橘皮5種植物是常見的藥食同源品種，其精油成分組成及抗氧化性已有相關的研究，但植物產地不同，精油成分及抗氧化活性差別較大。貴州省產藿香精油的成分分析還未見報道；向平、楊欣、葉世蕓[5]和周欣等團隊對貴州省香薷、木姜子、姜黃和橘皮的精油成分進行了分析，但定性主要采用質譜庫比較，結果存在一定的不準確性。向平和劉康蓮等[6]對貴州省香薷和姜黃精油的抗氧化活性進行了研究，但采用方法為DPPH、ABTS自由基清除法或單一的DPPH自由基清除法，缺乏綜合的抗氧化性評價。該研究采用3種方法綜合評價5種植物精油的抗氧化活性，采用GC-MS結合保留指數法分析它們精油的化學成分，探討植物精油化學成分與抗氧化活性之間的聯系，為開發具有特殊香味的食品天然抗氧化劑提供了試驗依據。

1 材料與方法

1.1 供試植物

分別選取黔產香薷(Elsholtziaciliata(Thunb.) Hyland)、藿香(Agastacherugosa(Fisch. et Mey) O. Ktze)和橘皮(CitrusreticulataBlanco.)：購自貴陽太升中藥材市場；木姜子(LitseapungensHemsl.)：購自六背山特產店；姜黃(CurcumalongaLinn.)：購自貴州百草匯；5種植物的干燥品。

1.2 化學試劑

DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)：純度97%，梯希愛化成工業發展有限公司；TPTZ(2,4,6-三吡啶基三嗪)：純度99%；Torlox(6-羥基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸)：純度97%，上海麥克林生化科技有限公司；ABTS(2,2-聯氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽)：純度98%，上海源葉生物科技有限公司；PBS緩沖液：北京索萊寶科技有限公司；正構烷烴C7～C30：美國Sigma公司；甲醇、鹽酸、K2S2O8、氯化鐵、醋酸鈉、醋酸、正己烷試劑：均為國產分析純。

1.3 儀器與設備

GCMS-TQ8040型氣相色譜-質譜聯用儀 日本島津公司；UH5300型可見分光光度計 日立制作所株式會社。

1.4 試驗方法

1.4.1 植物精油的提取

分別稱取160 g 5種藥食同源植物，放入圓底燒瓶中加入1600 mL去離子水；置于電熱套上進行加熱蒸餾，通過冷凝管回流提取并收集揮發出的油性物質，當得到的油性物質無變化后停止加熱提取，冷卻后打開分液漏斗去除蒸餾水，同時收集提取得到的精油，置于分析天平上準確稱取精油質量，然后裝入棕色玻璃瓶中，置于-4 ℃冰箱中保存備用，每組試驗重復3次。精油提取率公式如下：

1.4.2 GC-MS分析條件

色譜條件：InertCap WAX毛細管柱(60 m×0.25 mm，0.25 μm，100%聚乙二醇)，升溫程序：50 ℃，以2 ℃/min升到110 ℃，再以5 ℃/min升到190 ℃，再以3 ℃/min升到240 ℃，進樣口溫度250 ℃，分流比：10∶1，進樣量：1 μL。

質譜條件：電子轟擊(EI)；能量：70 eV；進樣口溫度：230 ℃；接口溫度：250 ℃；溶劑延遲：5.5 min；掃描范圍：10～550 u。

RI值的測定：取C7～C30正構烷烴標準品，以正己烷為溶劑配制濃度為0.1%的溶液，采取上述分析條件進行分離，測定各正構烷烴的保留時間。各成分的RI值根據Kovats公式進行計算。

式中：RI為被分析組分的保留指數，tx為被分析組分流出峰的保留時間(min)，tn為碳原子數為n的正構烷烴流出峰的保留時間(min)，tn+1為碳原子數為n+1的正構烷烴流出峰的保留時間(min)，且tn

定性定量方法：精油經過GC-MS分析后，通過NIST 17-1.lib、NIST 17-2.lib、NIST 17s.lib、FFNSC 1.3.lib質譜庫進行自動檢索，然后將測定的保留指數值與精油數據庫中的保留指數進行比對，對其成分進行定性，采用色譜峰面積歸一化法計算各成分的相對百分含量。

1.4.3 植物精油抗氧化測定

1.4.3.1 DPPH自由基消除能力的測定

DPPH自由基清除活性參照Brand-Williams等[7]的方法稍作修改進行測定。

將每種精油20 mg溶解于1.00 mL甲醇溶液中，制得20 mg/mL精油溶液。測定前，用甲醇配制0.024 mg/mL的DPPH溶液。吸取150 mL待測樣品，加入6 mL DPPH溶液，將配制好的溶液置于避光室內靜置30 min，以甲醇作為空白，精油樣品加DPPH溶液測定的吸光值為A0，甲醇樣品加DPPH溶液測定的吸光值為A1，于515 nm處分別測定吸光值。每次試驗重復3次。植物精油DPPH+·自由基的清除能力計算公式如下：

通過Trolox(6-hydroxy-2，5，7，8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid)換算出被測物質抗氧化能力的大小，Trolox是一種維生素E的類似物，可以作為對照標準，結果多用相當濃度的 Trolox 來表示[8]。

1.4.3.2 ABTS自由基清除能力的測定

ABTS自由基清除能力的測定：參照Xu等[9]的方法進行的測定。將每種精油20 mg溶解于1.00 mL甲醇溶液中，制得20 mg/mL精油溶液。分別吸取精油樣品50 μL于試管中，加入4 mL ABTS溶液，混勻，將配制好的溶液于室內避光靜置3 min，以甲醇作為空白，標準溶液樣品加ABTS溶液測定的吸光值為A0，甲醇樣品加ABTS溶液測定的吸光值為A1，于515 nm處分別測定吸光值，每次試驗重復3次，結果采用Trolox的濃度來表示。

1.4.3.3 FRAP三價鐵還原能力的測定

Fe3+還原能力的測定參考Dinis等的方法。分別吸取精油樣品150 μL于試管中，首先分別加入450 μL蒸餾水，混勻，接著加入4.5 mL事先預熱至37 ℃的FRAP工作液，將配制好的溶液于水浴鍋內避光反應15 min，以甲醇作為空白，于593 nm下測定吸光值，每次試驗重復3次，結果采用Trolox的濃度來表示。

1.5 數據處理

試驗數據采用Excel 2010和SPSS 19.0進行數據統計分析，利用Duncan＇s新復極差法比較處理間差異顯著性，結果表示為平均值±標準偏差。

2 結果與分析

2.1 不同植物精油的產率

由圖1可知，5種植物精油的提取率比較為木姜子>橘皮>姜黃>香薷>藿香木姜子精油的提取率最高，達到2.71%，約為藿香精油提取率的8.2倍，姜黃精油和橘皮精油的提取率差別較小，分別為1.00%和1.04%，香薷精油和藿香精油提取率較低，分別為0.44%和0.33%。

圖1 5種植物精油提取率

2.2 不同精油抗氧化能力的測定

5種植物精油的抗氧化活性差距較大。5種植物精油對DPPH自由基的清除能力比較為香薷精油>藿香精油>橘皮精油>姜黃精油>木姜子精油，香薷精油對DPPH自由基的清除能力最高，為(445.598±1.966) μmol Trolox/g，是藿香精油的14.8倍，木姜子精油的191.4倍，與人工合成抗氧化劑BHT相比，其清除能力低于BHT，約為BHT的32.56%。藿香精油和橘皮精油對DPPH自由基的清除能力相差不大，分別為(30.085±0.159) μmol Trolox/g和(13.388±0.030) μmol Trolox/g；姜黃精油和木姜子精油對DPPH自由基的清除能力較低，分別為(4.657±0.020) μmol Trolox/g和(2.328±0.017) μmol Trolox/g。

圖2 5種植物精油抗氧化活性比較

5種植物精油對ABTS自由基的清除能力比較為香薷精油>藿香精油>姜黃精油>木姜子精油>橘皮精油，香薷精油對ABTS自由基的清除能力最高，為(5955.653±8.948) μmol Trolox/g，是藿香精油的31.7倍，橘皮精油的914.7倍，與人工合成抗氧化劑BHT相比，其清除能力高于BHT，約為BHT的274.21%。藿香精油對ABTS自由基的清除能力為(187.659±0.620) μmol Trolox/g；姜黃精油、木姜子精油和橘皮精油對ABTS自由基的清除能力相差較小，分別為(11.592±0.237)，(10.484±0.015)，(6.511±0.103) μmol Trolox/g。

5種植物精油對Fe3+的還原能力比較為香薷精油>藿香精油>姜黃精油>橘皮精油>木姜子精油，香薷精油對Fe3+的還原能力最高，為(2776.905±2.381) μmol Trolox/g，是藿香精油的18倍，木姜子精油的823.5倍，與人工合成抗氧化劑BHT相比，其還原能力略高于BHT，約為BHT的102.10%。藿香精油和姜黃精油對Fe3+的還原能力相差較小，分別為(153.881±0.630)，(119.586±0.083) μmol Trolox/g；橘皮精油對Fe3+的還原能力高于木姜子精油，分別為(68.967±0.333)，(3.372±0.070) μmol Trolox/g。

2.3 不同植物精油GC-MS分析結果

5種植物精油的總離子流圖見圖3～圖7，通過計算機工作站與標準質譜庫進行檢索，化合物通過保留指數進行定性，峰面積歸一化法進行定量，經鑒定，5種植物精油中共鑒定出107種化合物，其精油成分分析見表1。

表1 5種植物精油化學成分分析Table 1 The chemical composition analysis of essential oils from five plants

續 表

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圖3 香薷精油總離子流圖

圖4 藿香精油總離子流圖

圖5 木姜子精油總離子流圖

圖6 姜黃精油總離子流圖

圖7 橘皮總離子流圖

香薷精油共檢測出26種化合物，占精油總量的98.75%。單萜類化合物4.57%，含氧單萜類化合物1.53%，倍半萜類化合物2.56%，含氧倍半萜類化合物0.53%，芳香族類化合物89.55%。主要化合物為百里酚(67.31%)、4-異丙基甲苯(8.16%)、香芹酚(7.47%)、乙酸瑞香[草]酯(4.17%)、γ-松油烯(2.54%)、丁香酚(1.70%)。薛曉麗等[10]采用GC-MS質譜庫定性分析了6種長白山藥用植物揮發油成分，香薷精油共鑒定出27種化合物，主要成分為脫氫香薷酮(34.32%)、桉油精(12.69%)、2-(苯基甲氧基)丙酸甲酯(5.90%)；向平[11]采用GC-MS質譜庫定性分析了黔產香薷花和莖葉精油的化學成分，共鑒定出47種化合物，主要成分為檸檬烯(29.27%、23.20%)、芳樟醇(21.05%、23.10%)、β-蛇床烯(7.78%、11.52%)、玫瑰呋喃(4.95%、5.56%)。與本研究黔產香薷精油相比，化合物種類及含量存在差異較大，這與香薷植物生長的地域不同及定性方法不同存在一定的相關性。

藿香精油共鑒定出23種化合物，占精油總量的93.46%。倍半萜類化合物23.18%，含氧倍半萜類化合物69.67%，脂肪族類化合物0.36%，其他類化合物0.25%。主要化合物為百秋李醇(59.15%)、Guaia-1(10%),11-diene(7.06%)、Pogostole(5.28%)、α-愈創木烯(5.10%)、塞舌爾烯(4.28%)。蔣軍輝等[12]采用GC-MS質譜庫結合保留指數定性法對廣東省產藿香精油進行分析，共鑒定出50種化合物，主要成分有廣霍香醇(24.88%)、δ-愈創木烯(16.05%)、α-廣藿香烯(7.61%)、α-愈創木烯(7.36%)、丁香烯(3.63%)、β-廣藿香烯(3.38%)。與本研究相比，鑒定的化合物種類多于本研究結果，主成分百秋李醇(廣藿香醇)含量高于蔣軍輝的研究結果，是其2.4倍，其他化合物含量存在差異。任恒鑫等[13]研究的吉林市通化藿香精油以脫氫香薷酮為主要化學成分, 張慧慧等[14]研究的四川省中江縣產藿香以胡薄荷酮和薄荷酮為主要化學成分，由此可見，不同產地的藿香精油化學成分存在較大差異。

木姜子精油共鑒定出31種化合物，占精油總量的98.05%。單萜類化合物20.28%，含氧單萜類化合物62.92%，倍半萜類化合物0.37%，含氧倍半萜類化合物0.54%，脂肪族類化合物13.36%，其他類化合物0.58%。主要化合物為檸檬醛(28.65%)、橙花醛(18.36%)、檸檬烯(14.58%)、芳樟醇(10.66%)、甲基庚烯酮(9.45%)、月桂烯(2.38%)、橙花醇(1.50%)。楊欣等[15]采用GC-MS質譜庫定性分析了貴州木姜子精油化學成分，共鑒定出21種成分，主要成分為α-蒎烯(7.57%)、檜烯(19.48%)、1，8-桉葉素(42.08%)、4-萜烯醇(12.08%)；侯穎輝等[16]利用GC-MS質譜庫定性法分析了貴州榕江縣和雷山縣產的木姜花和木姜子揮發油的化學成分，主要成分為(E)-檸檬醛(36.983%～44.652%)、(Z)-檸檬醛(30.906%～37.051%)、D-檸檬烯(8.021%～11.131%)。與本研究相比，雖然都是黔產的木姜子，但定性方法和研究部位的不同，其化合物種類及含量存在一定差異。

姜黃精油共鑒定出47種化合物，占精油總量的96.39%。單萜類化合物0.90%，含氧單萜類化合物7.24%，倍半萜類化合物13.31%，含氧倍半萜類化合物22.88%，芳香族類化合物45.87%，脂肪族類化合物1.24%，其他類化合物6.08%。主要化合物為芳姜黃酮(29.43%)、α-姜黃烯(11.64%)、β-倍半水芹烯(7.56%)、Curlone(6.10%)、姜黃酮(4.27%)、桉葉油醇(4.10%)、表莪術酮(3.51%)、姜烯(2.85%)、m-Camphorene(2.57%)。Sahoo等[17]利用GC-MS質譜庫結合保留指數法研究了8個印度姜黃品種的精油含量和化學成分，共鑒定出34種物質，主要化合物為ar-Tumerone(39.5%～45.5%)、Curlone(9.8%～11.7%)、α-Phellandrene (5.5%～7.7%)、Eucalyptol (3.2%～5.5%)、β-Himachalene (1.6%～5.5%)，本研究相比，化合物種類、主要化學成分與含量存在差異；葉世蕓等采用GC-MS質譜庫定性法對貴州產的姜黃精油鑒定出14種化合物，其主要成分為芳姜黃酮(28.17%)、β-姜黃酮(17.19%)和α-姜黃酮(14.62%)。不同產地的姜黃精油和成分鑒定方法的不同，使得化合物種類及含量存在一定差異。

橘皮精油共鑒定出21種化合物，占精油總量的99.07%。單萜類化合物97.20%，含氧單萜類化合物0.83%，倍半萜類化合物0.39%，芳香族類化合物1.58%。主要化合物為檸檬烯(89.35%)、γ-松油烯(4.64%)、β-月桂烯(1.46%)、4-異丙基甲苯(0.58%)。周欣等[18]利用GC-MS質譜庫定性法分析7個產地的陳皮精油化學成分，7個產地陳皮揮發油中均含有檸檬烯、γ-松油烯、β-月桂烯、α-蒎烯、β-蒎烯等主要成分，主要成分檸檬烯含量在61.844%～77.396%之間，其中黔產的陳皮精油檸檬烯含量為72.411%，γ-松油烯含量為7.103%，由此可見，不同產地的橘皮精油在化合物種類和含量上存在差異。

2.4 不同植物精油各指標間的相關性分析

由圖8可知，5種植物精油化學成分差異較大，香薷精油的化學成分分為五大類，相對含量比較為芳香族化合物>單萜類化合物>倍半萜烯類化合物>含氧單萜類化合物>含氧倍半萜烯類化合物，其中芳香族類化合物占總相對含量的89.55%；藿香精油的化學成分分為四大類，相對含量比較為:含氧倍半萜烯類化合物>倍半萜烯類化合物>脂肪族類化合物>其他類化合物，其中含氧倍半萜烯類化合物占總相對含量的69.67%；木姜子精油的化學成分分為六大類，相對含量比較為含氧單萜類化合物>單萜類化合物>脂肪族類化合物>其他類化合物>含氧倍半萜烯類化合物>倍半萜烯類化合物，其中含氧單萜類化合物占總相對含量的62.92%；姜黃精油的化學成分分為七大類，相對含量比較為芳香族化合物>含氧倍半萜烯類化合物>倍半萜烯類化合物>含氧單萜類化合物>其他類化合物>脂肪族類化合物>單萜類化合物，其中芳香族類化合物占總相對含量的44.74%；橘皮精油的化學成分分為四大類，相對含量比較為單萜類化合物>含氧單萜類化合物>芳香族類化合物>倍半萜烯類化合物，其中單萜類化合物占總相對含量的97.20%。

圖8 5種精油各類組分的含量差異對比

由圖2和表1可知，香薷精油的抗氧化活性為5種精油中最高，其中香薷精油對ABTS自由基清除能力約為BHT的274.21%，對Fe3+還原能力約為BHT的102.10%，這與香薷精油化學成分中含有百里酚、香芹酚和丁香酚有關。酚類具有氧化還原特性，在中和自由基和分解過氧化物方面起著重要作用[19]。百里酚除了具有抗氧化活性，還因抗炎、抗菌和防腐等功效而被廣泛應用，相關研究表明，百里酚可通過抑制促炎信號通路和轉錄來發揮抗炎作用[20]。藿香精油的抗氧化活性低于香薷精油，對ABTS自由基清除能力為(187.659±0.620) μmol Trolox/g，對Fe3+還原能力為(153.881±0.630) μmol Trolox/g。藿香精油中含有大量的百秋李醇(廣藿香醇)，百秋李醇具有抗炎、抗菌、抗氧化和免疫調節等作用[21]，近期研究表明，百秋李醇可通過NO信號通路改善腹瀉型腸易激綜合征，具有抗抑郁作用[22]，百秋李醇廣泛應用于日用產品及香水產業[23]。

3 結論

本研究采用水蒸氣蒸餾法提取5種藥食同源植物精油，結果表明5種植物精油的提取率比較為木姜子>橘皮>姜黃>香薷>藿香，木姜子精油的提取率最高，達到2.71%；5種植物精油對DPPH自由基清除能力比較為香薷精油>藿香精油>橘皮精油>姜黃精油>木姜子精油，香薷精油對DPPH自由基清除能力最高，為(445.598±1.966)μmol Trolox/g，約為BHT的32.56%。5種植物精油對ABTS自由基清除能力比較為香薷精油>藿香精油>姜黃精油>木姜子精油>橘皮精油，香薷精油對ABTS自由基清除能力最高，為(5955.653±8.948)μmol Trolox/g，約為BHT的274.21%。5種植物精油對Fe3+還原能力比較為香薷精油>藿香精油>姜黃精油>橘皮精油>木姜子精油，香薷精油對Fe3+還原能力最高，為(2776.905±2.381) μmol Trolox/g，約為BHT的102.10%。

5種植物精油共鑒定出107種化合物。香薷精油主要化合物為百里酚(67.31%)；藿香精油主要化合物為百秋李醇(59.15%)；木姜子精油主要化合物為檸檬醛(28.65%)、橙花醛(18.36%)、芳樟醇(10.66%)；姜黃精油主要化合物為芳姜黃酮(29.43%)、α-姜黃烯(11.64%)；橘皮精油主要化合物為檸檬烯(89.35%)。

香薷精油的抗氧化活性與人工合成抗氧化劑BHT相當，甚至略高于BHT，這與香薷精油中百里酚、香芹酚和丁香酚化合物有關。香薷精油具有作為食品添加劑、天然香料和天然抗氧化劑的潛力，有望在食品工業和醫藥研發等方面得到更廣闊的應用和發展。