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顶空气相色谱分析

核心导读:挥发油薄荷[1](Mentha hapioealyx Briq.)在我国广泛的分布,是一种重要唇形科经济作物,为唇形科薄荷属多年生草本植物,广泛分布于北半球温带的欧、美、亚各州,喜欢生长于水旁潮湿地区。 薄荷的用途很广,是重要的中药材[2]。在传统中医药中常用作驱风、解

挥发油薄荷[1](Mentha hapioealyx Briq.)在我国广泛的分布,是一种重要唇形科经济作物,为唇形科薄荷属多年生草本植物,广泛分布于北半球温带的欧、美、亚各州,喜欢生长于水旁潮湿地区。

  薄荷的用途很广,是重要的中药材[2]。在传统中医药中常用作驱风、解热、发汗剂使用。在中国西南地区特别是云南,贵州等,当地直接食用。在民间形成多种烹饪方法如薄荷汤、薄荷凉茶、薄荷粥、薄荷冰及薄荷酒等。据中国制造网统计与薄荷相关的产品有余种,这个数字还在不断更新中,其用途涉及工业,农业,医药等多个行业。
  薄荷富含挥发油,不仅是其主要的药效成分也是一种重要的香料,可以醒胃开脾,毕业论文,常用于食品添加剂,在饮料、食品及化妆品等广泛应用。不同品种薄荷香型主要由挥发油成分及其组成相关。挥发油成分主要有单萜类,酚、酯、醇及酮类物质组成。挥发油的组成和在植物体内的积累受环境影响[3,4]较大,与采摘地区及采收时间有密切的联系。所以不同产地的薄荷,不同采收季节 [5-10],不同采收部位 [11-14],其香型差异比较大。
  挥发油作为薄荷的次生代谢产物,在植物体内的积累受多种因子的影响,可以归为三个方面。首先是遗传因子,其次是外因如环境因子(气候、土壤、地势、海拔等)和微环境因子(内生菌共生体)。在生产栽培中,最终的香型往往是三个方面交互作用的结果。近年来对大环境因子的研究相关报道比较多,对环境受控试验研究却不多。基于上述情况,本文采用两个薄荷(Mentha hapioealyx Briq.)品种(野生、栽培)进行盆栽受控试验,然后进行顶空气相分析其 “香气”的组成,考察在受控条件下产于云南薄荷(M. hapioealyx)两个品种的香型差异。

  材料植物:薄荷(M. hapioealyx Briq.)7 月采自云南省农业科学院药用植物研究所。
  仪器:Agilent 气相色谱仪7694E、Agilent 6973 network,。
  方法样品处理取称量药材 2g,叶片剪成1×1cm 的小片,茎剪成1cm 长段,装在10ml Agilent 顶空瓶中,压紧密封。顶空瓶体积:10 mL;平衡时间:10 min;平衡温度:70℃ ;分析时间:
  ;样品容积:20ml ;进样量:0.7 mL;进样方式:自顶空部分精密抽取顶空气体。
  试验仪器和检测条件试验仪器:Agilent 气相色谱仪7694E、Agilent 6973 network,。
  检测条件:色谱柱:HP.INNOWAX(Crosslinked polyethylene Glyco1)毛细管柱,柱长:
  ,内径:0.53 mm,液膜厚度:1.0μm;载气:N2,总流量:54.0 mL/min;进样口温度:
  ℃;进样口压力:3 psi(1 psi=6.895 Kpa);检测器温度:250℃;H2 流量:30 mL/min;空气流量:300 mL/min;进样方式:样品在70℃加热10min 后直接进样;程序升温:
  ℃-110℃,1.5℃/min ,110℃,5 min,110℃-200℃,5℃/min,升至200℃,保持2min。
  样品处理取称量药材 2g,叶片剪成1×1cm 的小片,茎剪成1cm 长段,装在10ml Agilent 顶空瓶中,压紧密封。顶空瓶体积:10 mL;平衡时间:10 min;平衡温度:70℃ ;分析时间:
  ;样品容积:20ml ;进样量:0.7 mL;进样方式:自顶空部分精密抽取顶空气体。
  实验结果顶空气相色谱法最早可见于1939 年Harger [15]用该方法检测环境中水里的甲醇含量。随着技术的改进和普及,该方法已经成为现代分析的一种有力手段。顶空气相和MS 的联用,大大拓宽了顶空技术的应用范围。顶空气相色谱对挥发油检测较传统方法有优势。特别在小样品的情况下,传统的水蒸气蒸馏法要求样本量较大,野外采样要求也较高。对一些精确试验,特别是单株取样带来一定的难度。顶空气相色谱法能够检测到蒸馏法容易损失的酯类成分[16],传统水蒸气蒸馏法具有一定的选择性,改变了挥发油的组成,改变了挥发油的香味[17]。
  经GC-MS 分析得到薄荷中挥发油的化学组分总离子流色谱图.经计算机内存的标准质谱库检索,确定出66 个组分,并将总离子流色谱图中的各峰面积进行归一化,得到云南昆明栽培及野生薄荷挥发油的化学组分总离子流色谱图中各组分的相对含量由图1 可以看出,升温程序比较适合薄荷顶空GC-MS 条件,我们开始参考水蒸气提取法所采用的升温程序[18],结果在前20min 内几乎没有响应,在1h 时还有大量物质没有流出,因此增大升温速度,又1.5℃/min 提高到5℃/min ,在1h 时检测到柱流失物质,缩短响应检测时间,分离度良好,共检出66 种物质。野生与栽培薄荷在谱图上相似性较高,保持了遗传上的稳定性。(该段像方法学考察的内容,是不是应该在前面方法处提一下?)栽培品种和野生品种薄荷(Mentha hapioealyx Briq.)在挥发油组成上既有相似又有区别。
  两者主要由烯、醇和酮组成,三类成分对其总含量的贡献超过90%,均以烯类和醇类为主。
  野生品种稀类和醇归一化百分含量高达92.29%,而栽培品种也达到73.05%。相比较而言,栽培品种成分分化较大,而野生品种则相对比较集中,两者稀类物质含量相当,而野生品种醇类物质却是栽培品种两倍还多。可能醇类物质的相对集中,使野生品种的 “香味”比较浓烈。栽培品种成分较分散,酮类和醇类相当。
  柠檬烯保持了较高的含量,野生(12.21%)栽培(28.52%),栽培品种变化较小。栽培品种主要由D-柠檬稀 /桉油素/香芹酮(28.52%:14.91%:25.36%)组成,野生品种香型变化较大主要有D-柠檬稀 /桉油素/β-水芹稀(12.21%:46.70%:20.19%)组成。周荣汉对国内野生薄荷(Mentha hapioealyx Briq.)研究把不同居群的薄荷分为六个化学型,西南地区(云南、贵州、四川等)为香芹酮型(carvone type),此化学型除含香芹酮外其柠檬烯含量较高,并伴有一定量的莰烯,与报道一致。与经典方法相比,差异来自多方面的原因,经典的水蒸气蒸馏法往往由于高温造成部分成分的丢失,改变及组分的变化,得到的素油往往与植物自然挥散的香味差别较大,另一方面由于采用受控试验,组分的变化是必然的。
  讨论在受控试验下,野生和野生香型的组成差异较大,充分说明不仅大环境对挥发油的组成影响较大,微生态环境和遗传因素的交互作用对薄荷挥发油也有影响(将另文表述),其作用的机理还需进一步研究。国内外已对其进行有益的探索, 意大利科学家研究了微生态中真菌对薄荷生理、次生代谢的影响,黄璐琦[26,27]研究员探讨了内生真菌对药用植物的次生代谢产物的影响,内生真菌与植物的互作机理还不甚明晰,还要进一步的研究和探索,需要多学科的知识和相关技能,对其以后互作的研究提供参考。
  根据黄璐琦化学型分类规则[20],栽培品种可定为D-柠檬稀 /桉油素/香芹酮(28.52%:
  :25.36%)型,野生品种可定为D-柠檬稀 /桉油素/β-水芹稀(12.21%:46.70%:20.19%)型。其归一化百分对香型的贡献分别为68.79%和79.1%,可以说是其奠定不同品种的基本香型。植物药材在大规模栽培后,其产量取决于初生代谢产物的积累,其质量取决于次生代谢产物的积累。而保持药材质量及有效性的基础是植物的次生代谢产物。然而,对大多数植物而言,次生代谢产物的合成与积累往往受制于所处环境的变化。它们根据所处环境的变化来决定合成次生代谢产物的种类和数量,只有在特定的环境下才合成特定的次生代谢产物,或者显着地增加特定的次生代谢产物在体内的产量。



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