香茅草精油研究进展

李艳丽 李凌 范源洪

摘要：香茅草是一种具有柠檬香气的药食两用香料植物，广泛应用于制药、食品和香水工业。综述香茅草精油的提取方法和分析方法，对香茅草精油化学成分进行归纳总结，主要成分是芳香气味的醛、酯、醇等，且占比达80%～90%，这是香茅草香气特征的物质基础。香茅草精油具有抗细菌、真菌、原虫和缓解焦虑、抗炎、抗氧化的生物活性，对植物害虫亦有一定的趋避效果，具有广泛的应用前景。香茅草的提取部位、产地和栽培因素都会影响生物量和得油率，虽然研究众多但产地因素与香茅草精油的关联尚无定论。最后对香茅草研究的问题进行了总结，对今后香茅草研究方向提出了建议。

关键词：香茅草;精油;化学成分;生物活性;进展

中图分类号：S573+.401;R284 文献标志码： A文章编号：1002-1302（2021）02-0005-07

收稿日期：2020-06-04

基金项目：云南省重大科技专项-绿色食品国际合作研究中心专项（编号：2019ZG00903 ）;国家热带植物种质资源库特色香料种质资源分库;云南省芳香生物工程技术研究中心项目（编号：2018DH010）。

作者简介：李艳丽（1988—），女，山东济宁人，硕士，助理研究员，主要从事香料植物资源研究开发。E-mail：liyanli1988@163.com。

通信作者：范源洪，研究员，主要从事种质资源与育种。E-mail：2247888136@qq.com。香茅草[Cymbopogon citratus （DC） Staf]是禾本科、香茅属多年生草本，又名柠檬草。香茅草是一种具有柠檬香气的香料植物，可用来制作香水、肥皂等。香茅草主要生长于非洲和南亚等热带、亚热带地区，南美洲巴西的巴拉那州是该国最大的香茅草生产地，在我国的华南、西南等亚热带地区亦有广泛分布。香茅草性温味辛，具有疏风解表，祛瘀通络的功效[1]，可治感冒头痛、胃痛、泄泻、风湿痹痛、跌打损伤等。海南的黎族取香茅草叶捣烂外敷止痒;非洲民间用于治疗感冒引起的发热和焦虑症。国外研究认为，香茅草可以镇定神经和治疗肠胃问题（消化不良和胃痛）、发烧、头痛、扁桃体炎和溃疡等[2-5]。

香茅草因具有特殊的柠檬香气，可增添料理的风味层次，是非常好的烹饪香料，我国云南西双版纳、德宏等地以及泰国、印度、越南等地的传统亚洲料理和西餐一般会把香茅草加入咖喱、肉类、汤品和腌料中，可去腥增香。在国际市场上，香茅草主要用于制药、食品和香水工业，主要消费国为美国、日本、加拿大、瑞士、英国和法国，需求量最大的国家是美国的软饮料工业，日本和法国的香水业，瑞士的制药业，英国和印度的调味品市场[6]。

香茅草作为一种药食两用资源，具有广泛的开发应用前景。现从香茅草精油的提取方法、香气成分及其影响因素、香茅草精油的生物活性、香茅草开发应用前景等几个方面进行综述和展望。

1香茅草精油的提取研究方法

1.1香茅草精油提取方法

目前，香茅草精油提取方法主要有水蒸气蒸馏法、超临界CO2流体萃取法和顶空固相微萃取。研究认为，将香茅草切成2 cm小段更利于精油提取[7]。

1.1.1水蒸气蒸馏法目前常规的工艺流程是向盛有香茅草的烧瓶中加入蒸馏水和一定量的NaCl、沸石，混合搅拌均匀后浸泡一段时间，用水蒸氣蒸馏装置进行蒸馏[8-10]。停止加热后乳浊液静置分离，无水硫酸钠脱水干燥，所得精油装于棕色试剂瓶中密封冷藏保存。水蒸气蒸馏法提取所需温度高，时间在4 h左右[10]，能耗较高，并且容易使部分热敏性成分分解，导致出油率低。由于有不少缺点，很多研究者对该方法进行了改良，杨欣研究了微波改良法[11]，丁华等研究了超声辅助法[12]，2种辅助方法有利于成分分散，提取的精油纯度较高，蜡质、色素等杂质少，有效提高了得油率。不同提取材料的工艺流程和得油率比较见表1。

1.1.2超临界萃取法超临界CO2流体萃取技术具有萃取时间短、能耗低、萃取分离一体化、无污染、得油率高等特点，可以比较真实、全面地反映样品的化学成分，超临界CO2萃取技术已广泛应用于食品、医药及化妆品等领域。不同材料的超临界萃取法工艺流程及参数见表2。

王聪等研究表明，超临界萃取法较水蒸气蒸馏法制备香茅草油的得率高1倍[22-25]。谢丽莎等对水蒸气蒸馏法和超临界CO2流体萃取法对比研究发现，超临界CO2流体萃取法提取的挥发油比水蒸气蒸馏法能更真实、全面地反映香茅草的化学成分[23]。

1.1.3顶空固相微萃取顶空固相微萃取技术（head-space solid phase micro-extraction，HS-SPME）可有效检测易挥发物质，具有操作简单、无需溶剂、设备低廉、能够直接用于色谱和色质联用仪进样等特点，该方法进样快、选择性好、重复性高，可以对植物叶片、发酵过程中挥发性成分进行快速比较和定性分析[26-28]。不同提取材料的提取工艺比较见表3。杨文秀等采用顶空固相微萃取技术从香茅草叶片中萃取挥发性成分，并利用气相色谱质谱联用仪进行分析鉴定，共鉴定了18种成分[29]。陈静慧等采用电子鼻结合顶空固相微萃取联合气相质谱技术可以判别柠檬草中主要挥发性成分的差异并对柠檬草水提物中的挥发性成分进行定性定量分析，检测出24种挥发性化合物[30]。

1.2香茅草精油成分研究方法

气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）是色谱技术、质谱技术与计算机技术3种现代化技术紧密结合的产物，是目前化学成分分析中使用最广泛的方法。近年来，电子鼻结合HS-SPME-GC-MS技术已逐渐成为对挥发性成分组成进行精确定性、定量分析的新兴技术，该技术具有处理样品简单、测定速度快、基本不用有机溶剂等优点[33-34]。陈静慧等采用电子鼻结合HS-SPME-GC-MS对不同方法得到的柠檬草提取物中挥发性成分进行有效分析与判别[30]。

2香茅草精油的主要组成成分

香茅草精油成分复杂，变化大，与品种、产地、季节和部位等都有关系。目前研究显示，香茅草精油含有50种以上的化学成分。根据已有的研究，可将香茅草精油的主要成分按照醇类、醛类、酯类、萜烯类等进行划分（表4）。其中，醛类为香茅草精油的主要成分，主要有香叶醛（反式柠檬醛）和橙花醛（顺式柠檬醛），二者为顺反异构体，二者占香茅草精油香气成分的60%～80%[10，13，22-23]，香叶醛含量略高于橙花醛，香叶醛柠檬香气浓郁，橙花醛较之不及，但有甜味。在香茅草成分研究中，理清天然柠檬醛包含香叶醛（反式柠檬醛）和橙花醛（顺式柠檬醛）这2个顺反异构体的关系，成分分析结果才会更加可靠。香茅草精油中，醇类含量占比为10%～20%，主要有香叶醇（牻牛儿醇）、橙花醇等，香叶醇具有温和、甜的玫瑰花气息，橙花醇具有玫瑰和橙花的混合香气，气味略为平和，微带柠檬样的果香。酯类含量占比为10%左右[17，31]，主要有乙酸香叶酯、乙酸香茅酯、乙酸橙花酯，乙酸香叶酯有玫瑰和熏衣草香气，乙酸香茅酯有柠檬气味。萜烯类含量约占10%[17，36]，以β-月桂烯、β-石竹烯等为主，β-月桂烯具清淡的香脂香气，在香料界，月桂烯指β-月桂烯，石竹烯主要指β-石竹烯。香茅草精油的主要成分是芳香气味的醛、酯、醇等，且占比达80%～90%，这是香茅草具有浓郁柠檬香味的主要原因，也从化学成分层面上解释了香茅草可以作为香料、调味料。

3香茅草精油的生物活性

国内外众多研究者对香茅草精油的生物活性进行了广泛研究，香茅草精油具有抑菌、抗虫、抗氧化等作用，在化妆品、食品保鲜、植物病虫害防治（表5）等方面具有广阔的应用前景。

4香茅草精油成分的影响因素

除提取方法外，影响香茅草精油得油率的因素还有很多，香茅草部位、产地、栽培因素等都会影响香茅草精油的成分和含量比例。

4.1提取部位

欧阳婷等通过研究5个产地的香茅草不同部位的挥发油含量[10]。叶挥发油含量最高，其次为全草，茎含量最低;不同部位挥发油主要成分不同，香茅叶主要成分为（E）-柠檬醛、（Z）-柠檬醛、β-月桂烯和香叶醇。黎华寿等研究香茅地上茎叶和根的成分发现，香茅茎叶挥发物的主要成分是柠檬醛和（Z）-柠檬醛，含量分别为53.98%、34.40%，而根的主要成分是长叶松烯（56.67%）、芹子烯内酯（2003%）、榄香烯（5.66%）、依兰烯（433%）[31]。由于香茅草精油具有浓郁柠檬香味的主要原因是含有醛、醇等类化合物，因此在香茅草精油的相关研究中应以茎叶为主要研究对象，才能更准确地反映香茅草香气成分的本质。

4.2产地因素

香茅草在我国主要分布在亚热带地区，已有研究者分别对浙江杭州[56]、广西田林[57]、广东肇庆[13]、海南海口市[19]、云南西双版纳[29]、云南文山[32]、福建漳州[58]等地栽培的香茅草挥发油的成分进行了研究，结果显示，香茅草精油最主要的成分为柠檬醛的2个顺反异构体：香叶醛和橙花醛，柠檬醛相对含量高达60%～80%，其他主要成分因产地而有所差异。许廷生等分别对广西香茅草精油进行成分分析，结果表明广西产香茅草精油除了柠檬醛外，β-月桂烯的含量也较高[59-60，57]。

对不同省份香茅草精油进行对比的研究也较多，欧阳婷等对湖南省、广东省、浙江省、海南省、福建省香茅草叶中的挥发油进行研究表明，湖南省、广东省、海南省的香茅草含油量基本相同（全草、莖、叶），福建省和浙江省的香茅含油量较低;5个省份的香茅草精油主要成分中（E）-柠檬醛含量为4086%～51.15%，（Z）-柠檬醛含量为3101%～36.46%;β-月桂烯含量为1.94%～1543%，香叶醇含量为1.61%～4.89%[10]。喻世涛等对广西壮族自治区、云南省、内蒙古自治区、四川省的香茅草得油率和香气特征进行了区别研究，认为广西壮族自治区、云南省种植的香茅草挥发油得率较低，但其香气浓郁、强烈，持久性好，而内蒙古自治区和四川省种植的香茅草得油率虽高，但香气特征不明显，且香气持久性不足[9]。其得油率结果与欧阳婷等的研究结果（湖南省、广东省、海南省得油率较高、浙江省、福建省偏低）在地理上南北方的差别不一致。王聪利用主成分分析法对浙江省、湖南省、四川省、云南省等4个产地的12个香茅草成分进行分析判别，结果可以准确显示出香茅草的区域性特征，适用于香茅草的产地判定[22]。

众多研究者对产地因素影响下的香茅草精油成分进行了研究，均得出香茅草成分种类和含量因产地而异，但对更广泛产区的大量香茅草样品尚未有系统的研究，由于香茅草精油成分复杂，各影响因素与成分含量的规律尚未形成统一的结论或认识，这也将是今后的研究方向。

4.3栽培因素

秦荣秀等研究了香茅草的不同种植模式，认为双排起垅由于利于根系排水、保证较多株数，是最优种植模式，并认为香茅草最佳采收期为种植后的6个月，即11月[61]。Gomes研究认为，香茅草种植后6～8个月采收最佳，不必遵从农业日历，此后可根据行情采收，1年最多可采收5次[62]。而周丽珠等认为，9月为最佳采收期，这可能是由于二者研究对象栽种月份和最后1次采收时间不一致导致[60]。

郇树乾等研究了不同高度刈割香茅草的生物量和提取量的区别，结果显示当生长高度在100 cm时，刈割生物量和香茅草精油浸提量远远高于40、70、130 cm时，此时生物量为66 120 kg/hm2，精油浸提量为371.26 L/hm2[63]。

丁一等研究了不同施氮水平对香茅草的影响，施氮对精油含量和柠檬醛含量影响不显著，但显著增加了柠檬草精油的产量，施氮量以210 kg/hm2较适宜[64]。郇树乾等研究施肥对香茅草生物量和香茅草精油产量都有明显的提高，最佳施肥水平在中肥区，即硫酸钾400 kg/hm2，钙镁磷肥1 500 kg/hm2，尿素750 kg/hm2，此施肥水平鲜草产量和香茅草精油出油量最高，鲜草产量为60 622.2 kg/hm2、香茅草精油出油量为372.5 L/hm2[65]。国外研究表明，碱性土壤与香茅草精油中大量的柠檬醛有关[66]。

5讨论

香茅草具有典型的柠檬香气，其香气特征有丰富的物质基础。香茅草精油具有柠檬香气的柠檬醛类，具有玫瑰香、橙花香、铃兰香等各种花香的醇、酯、萜烯类。本文综述了香茅草精油主要组成成分和含量比例，汇总了不同提取方法的关键技术参数。目前国内各项研究应用常用的精油提取手段结合GC、GC-MS、高效液相色谱（HPLC）、SPME、电子鼻等香气成分分析手段鉴定香茅草精油香气成分组成及含量，还有研究者分析了不同提取部位、产地因素、栽培因素等对香茅草精油成分和含量的影响。香茅草挥发性成分各不相同，在各成分的相对含量上也存在着较大差异，这些差异可能与香茅草的产地气候、生长环境和采收时期有关。

香茅草研究工作取得了一定进展，但国内研究还仅限于香气成分检测和分析，以及不同因素对香茅草产量、精油提取量的影响。而香茅草种质资源、遗传多样性研究及分子标记辅助育种、单体成分的功能机制等相关研究较少。在今后的研究中应从以下几个方面进一步开展。（1）在种质资源收集鉴定方面，首先应制定香茅草形态描述规范。香茅草同物异名现象较为严重，美国密苏里植物园2015年记载香茅草有8个异名，分别为Andropogon cerifer Hack、Andropogon ceriferus Hack、Andropogon citratus DC、Andropogon citriodorus Desf.、Andropogon fragrans C. Cordem、Andropogon nardus subsp. ceriferus （Hack.） Hack、Andropogon nardus var. ceriferus （Hack.） Hack、Andropogon roxburghii Nees ex Steud[66]。我國香茅草形态尚无规范的描述，一致的规范描述也有利于香茅草研究的开展。（2）在遗传育种方面，在广泛收集香茅草种质资源，建立香茅草种植资源圃的基础上，应对香茅草种质资源进行系统整理，在形态学、生理学和分子遗传学等3个方面进行综合评价，为香茅草遗传育种提供优异的基础材料。构建香茅草基因组草图，结合代谢组学关联分析，进一步阐释香茅草精油物质合成和代谢分子机制。采用分子标记技术开展遗传多样性研究，对相关位点进行定位，为高出油率定向育种奠定基础。（3）在香茅草精油产品的开发利用方面，研究香茅草精油的单体分离技术，研究单体成分的生物活性和功能机制，最后将研究成果应用到功能性产品开发中，将有广阔的市场前景。

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