五种黔产药食同源植物精油抗氧化活性比较及成分分析

杨海艳，赵天明，张显权，郭航，吴东蓉，张振

(1.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵阳 550025；2.贵州理工学院 食品药品制造工程学院，贵阳 550003)

抗氧化剂在食品保存、日化产品和化妆品稳定和功效方面起着非常重要的作用，但人工合成抗氧化剂存在一些潜在的危害，一些发达国家已禁止使用对人体有害的人工合成抗氧化剂，这些情况促使研究人员不断寻找可替代的天然抗氧化剂[1]。精油作为芳香植物源的次生代谢产物，具有抗菌、抗氧化、抗癌等生物活性[2-4]，而对精油的抗氧化活性和其相关的应用已有很多研究报道，其作为天然抗氧化剂的潜力受到研究者的广泛关注。很多药食同源植物均含有精油成分，这些精油如果具有较高的抗氧化性，则有可能作为添加剂加到食品中，既有抗氧化保护作用，又有给食品加香作用。香薷、藿香、木姜子、姜黄和橘皮5种植物是常见的药食同源品种，其精油成分组成及抗氧化性已有相关的研究，但植物产地不同，精油成分及抗氧化活性差别较大。贵州省产藿香精油的成分分析还未见报道；向平、杨欣、叶世芸[5]和周欣等团队对贵州省香薷、木姜子、姜黄和橘皮的精油成分进行了分析，但定性主要采用质谱库比较，结果存在一定的不准确性。向平和刘康莲等[6]对贵州省香薷和姜黄精油的抗氧化活性进行了研究，但采用方法为DPPH、ABTS自由基清除法或单一的DPPH自由基清除法，缺乏综合的抗氧化性评价。该研究采用3种方法综合评价5种植物精油的抗氧化活性，采用GC-MS结合保留指数法分析它们精油的化学成分，探讨植物精油化学成分与抗氧化活性之间的联系，为开发具有特殊香味的食品天然抗氧化剂提供了试验依据。

1 材料与方法

1.1 供试植物

分别选取黔产香薷(Elsholtziaciliata(Thunb.) Hyland)、藿香(Agastacherugosa(Fisch. et Mey) O. Ktze)和橘皮(CitrusreticulataBlanco.)：购自贵阳太升中药材市场；木姜子(LitseapungensHemsl.)：购自六背山特产店；姜黄(CurcumalongaLinn.)：购自贵州百草汇；5种植物的干燥品。

1.2 化学试剂

DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)：纯度97%，梯希爱化成工业发展有限公司；TPTZ(2,4,6-三吡啶基三嗪)：纯度99%；Torlox(6-羟基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸)：纯度97%，上海麦克林生化科技有限公司；ABTS(2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐)：纯度98%，上海源叶生物科技有限公司；PBS缓冲液：北京索莱宝科技有限公司；正构烷烃C7～C30：美国Sigma公司；甲醇、盐酸、K2S2O8、氯化铁、醋酸钠、醋酸、正己烷试剂：均为国产分析纯。

1.3 仪器与设备

GCMS-TQ8040型气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司；UH5300型可见分光光度计 日立制作所株式会社。

1.4 试验方法

1.4.1 植物精油的提取

分别称取160 g 5种药食同源植物，放入圆底烧瓶中加入1600 mL去离子水；置于电热套上进行加热蒸馏，通过冷凝管回流提取并收集挥发出的油性物质，当得到的油性物质无变化后停止加热提取，冷却后打开分液漏斗去除蒸馏水，同时收集提取得到的精油，置于分析天平上准确称取精油质量，然后装入棕色玻璃瓶中，置于-4 ℃冰箱中保存备用，每组试验重复3次。精油提取率公式如下：

1.4.2 GC-MS分析条件

色谱条件：InertCap WAX毛细管柱(60 m×0.25 mm，0.25 μm，100%聚乙二醇)，升温程序：50 ℃，以2 ℃/min升到110 ℃，再以5 ℃/min升到190 ℃，再以3 ℃/min升到240 ℃，进样口温度250 ℃，分流比：10∶1，进样量：1 μL。

质谱条件：电子轰击(EI)；能量：70 eV；进样口温度：230 ℃；接口温度：250 ℃；溶剂延迟：5.5 min；扫描范围：10～550 u。

RI值的测定：取C7～C30正构烷烃标准品，以正己烷为溶剂配制浓度为0.1%的溶液，采取上述分析条件进行分离，测定各正构烷烃的保留时间。各成分的RI值根据Kovats公式进行计算。

式中：RI为被分析组分的保留指数，tx为被分析组分流出峰的保留时间(min)，tn为碳原子数为n的正构烷烃流出峰的保留时间(min)，tn+1为碳原子数为n+1的正构烷烃流出峰的保留时间(min)，且tn

定性定量方法：精油经过GC-MS分析后，通过NIST 17-1.lib、NIST 17-2.lib、NIST 17s.lib、FFNSC 1.3.lib质谱库进行自动检索，然后将测定的保留指数值与精油数据库中的保留指数进行比对，对其成分进行定性，采用色谱峰面积归一化法计算各成分的相对百分含量。

1.4.3 植物精油抗氧化测定

1.4.3.1 DPPH自由基消除能力的测定

DPPH自由基清除活性参照Brand-Williams等[7]的方法稍作修改进行测定。

将每种精油20 mg溶解于1.00 mL甲醇溶液中，制得20 mg/mL精油溶液。测定前，用甲醇配制0.024 mg/mL的DPPH溶液。吸取150 mL待测样品，加入6 mL DPPH溶液，将配制好的溶液置于避光室内静置30 min，以甲醇作为空白，精油样品加DPPH溶液测定的吸光值为A0，甲醇样品加DPPH溶液测定的吸光值为A1，于515 nm处分别测定吸光值。每次试验重复3次。植物精油DPPH+·自由基的清除能力计算公式如下：

通过Trolox(6-hydroxy-2，5，7，8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid)换算出被测物质抗氧化能力的大小，Trolox是一种维生素E的类似物，可以作为对照标准，结果多用相当浓度的 Trolox 来表示[8]。

1.4.3.2 ABTS自由基清除能力的测定

ABTS自由基清除能力的测定：参照Xu等[9]的方法进行的测定。将每种精油20 mg溶解于1.00 mL甲醇溶液中，制得20 mg/mL精油溶液。分别吸取精油样品50 μL于试管中，加入4 mL ABTS溶液，混匀，将配制好的溶液于室内避光静置3 min，以甲醇作为空白，标准溶液样品加ABTS溶液测定的吸光值为A0，甲醇样品加ABTS溶液测定的吸光值为A1，于515 nm处分别测定吸光值，每次试验重复3次，结果采用Trolox的浓度来表示。

1.4.3.3 FRAP三价铁还原能力的测定

Fe3+还原能力的测定参考Dinis等的方法。分别吸取精油样品150 μL于试管中，首先分别加入450 μL蒸馏水，混匀，接着加入4.5 mL事先预热至37 ℃的FRAP工作液，将配制好的溶液于水浴锅内避光反应15 min，以甲醇作为空白，于593 nm下测定吸光值，每次试验重复3次，结果采用Trolox的浓度来表示。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel 2010和SPSS 19.0进行数据统计分析，利用Duncan＇s新复极差法比较处理间差异显著性，结果表示为平均值±标准偏差。

2 结果与分析

2.1 不同植物精油的产率

由图1可知，5种植物精油的提取率比较为木姜子>橘皮>姜黄>香薷>藿香木姜子精油的提取率最高，达到2.71%，约为藿香精油提取率的8.2倍，姜黄精油和橘皮精油的提取率差别较小，分别为1.00%和1.04%，香薷精油和藿香精油提取率较低，分别为0.44%和0.33%。

图1 5种植物精油提取率

2.2 不同精油抗氧化能力的测定

5种植物精油的抗氧化活性差距较大。5种植物精油对DPPH自由基的清除能力比较为香薷精油>藿香精油>橘皮精油>姜黄精油>木姜子精油，香薷精油对DPPH自由基的清除能力最高，为(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，与人工合成抗氧化剂BHT相比，其清除能力低于BHT，约为BHT的32.56%。藿香精油和橘皮精油对DPPH自由基的清除能力相差不大，分别为(30.085±0.159) μmol Trolox/g和(13.388±0.030) μmol Trolox/g；姜黄精油和木姜子精油对DPPH自由基的清除能力较低，分别为(4.657±0.020) μmol Trolox/g和(2.328±0.017) μmol Trolox/g。

图2 5种植物精油抗氧化活性比较

5种植物精油对ABTS自由基的清除能力比较为香薷精油>藿香精油>姜黄精油>木姜子精油>橘皮精油，香薷精油对ABTS自由基的清除能力最高，为(5955.653±8.948) μmol Trolox/g，是藿香精油的31.7倍，橘皮精油的914.7倍，与人工合成抗氧化剂BHT相比，其清除能力高于BHT，约为BHT的274.21%。藿香精油对ABTS自由基的清除能力为(187.659±0.620) μmol Trolox/g；姜黄精油、木姜子精油和橘皮精油对ABTS自由基的清除能力相差较小，分别为(11.592±0.237)，(10.484±0.015)，(6.511±0.103) μmol Trolox/g。

5种植物精油对Fe3+的还原能力比较为香薷精油>藿香精油>姜黄精油>橘皮精油>木姜子精油，香薷精油对Fe3+的还原能力最高，为(2776.905±2.381) μmol Trolox/g，是藿香精油的18倍，木姜子精油的823.5倍，与人工合成抗氧化剂BHT相比，其还原能力略高于BHT，约为BHT的102.10%。藿香精油和姜黄精油对Fe3+的还原能力相差较小，分别为(153.881±0.630)，(119.586±0.083) μmol Trolox/g；橘皮精油对Fe3+的还原能力高于木姜子精油，分别为(68.967±0.333)，(3.372±0.070) μmol Trolox/g。

2.3 不同植物精油GC-MS分析结果

5种植物精油的总离子流图见图3～图7，通过计算机工作站与标准质谱库进行检索，化合物通过保留指数进行定性，峰面积归一化法进行定量，经鉴定，5种植物精油中共鉴定出107种化合物，其精油成分分析见表1。

表1 5种植物精油化学成分分析Table 1 The chemical composition analysis of essential oils from five plants

续 表

续 表

续 表

续 表

图3 香薷精油总离子流图

图4 藿香精油总离子流图

图5 木姜子精油总离子流图

图6 姜黄精油总离子流图

图7 橘皮总离子流图

香薷精油共检测出26种化合物，占精油总量的98.75%。单萜类化合物4.57%，含氧单萜类化合物1.53%，倍半萜类化合物2.56%，含氧倍半萜类化合物0.53%，芳香族类化合物89.55%。主要化合物为百里酚(67.31%)、4-异丙基甲苯(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%)。薛晓丽等[10]采用GC-MS质谱库定性分析了6种长白山药用植物挥发油成分，香薷精油共鉴定出27种化合物，主要成分为脱氢香薷酮(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质谱库定性分析了黔产香薷花和茎叶精油的化学成分，共鉴定出47种化合物，主要成分为柠檬烯(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%)。与本研究黔产香薷精油相比，化合物种类及含量存在差异较大，这与香薷植物生长的地域不同及定性方法不同存在一定的相关性。

藿香精油共鉴定出23种化合物，占精油总量的93.46%。倍半萜类化合物23.18%，含氧倍半萜类化合物69.67%，脂肪族类化合物0.36%，其他类化合物0.25%。主要化合物为百秋李醇(59.15%)、Guaia-1(10%),11-diene(7.06%)、Pogostole(5.28%)、α-愈创木烯(5.10%)、塞舌尔烯(4.28%)。蒋军辉等[12]采用GC-MS质谱库结合保留指数定性法对广东省产藿香精油进行分析，共鉴定出50种化合物，主要成分有广霍香醇(24.88%)、δ-愈创木烯(16.05%)、α-广藿香烯(7.61%)、α-愈创木烯(7.36%)、丁香烯(3.63%)、β-广藿香烯(3.38%)。与本研究相比，鉴定的化合物种类多于本研究结果，主成分百秋李醇(广藿香醇)含量高于蒋军辉的研究结果，是其2.4倍，其他化合物含量存在差异。任恒鑫等[13]研究的吉林市通化藿香精油以脱氢香薷酮为主要化学成分, 张慧慧等[14]研究的四川省中江县产藿香以胡薄荷酮和薄荷酮为主要化学成分，由此可见，不同产地的藿香精油化学成分存在较大差异。

木姜子精油共鉴定出31种化合物，占精油总量的98.05%。单萜类化合物20.28%，含氧单萜类化合物62.92%，倍半萜类化合物0.37%，含氧倍半萜类化合物0.54%，脂肪族类化合物13.36%，其他类化合物0.58%。主要化合物为柠檬醛(28.65%)、橙花醛(18.36%)、柠檬烯(14.58%)、芳樟醇(10.66%)、甲基庚烯酮(9.45%)、月桂烯(2.38%)、橙花醇(1.50%)。杨欣等[15]采用GC-MS质谱库定性分析了贵州木姜子精油化学成分，共鉴定出21种成分，主要成分为α-蒎烯(7.57%)、桧烯(19.48%)、1，8-桉叶素(42.08%)、4-萜烯醇(12.08%)；侯颖辉等[16]利用GC-MS质谱库定性法分析了贵州榕江县和雷山县产的木姜花和木姜子挥发油的化学成分，主要成分为(E)-柠檬醛(36.983%～44.652%)、(Z)-柠檬醛(30.906%～37.051%)、D-柠檬烯(8.021%～11.131%)。与本研究相比，虽然都是黔产的木姜子，但定性方法和研究部位的不同，其化合物种类及含量存在一定差异。

姜黄精油共鉴定出47种化合物，占精油总量的96.39%。单萜类化合物0.90%，含氧单萜类化合物7.24%，倍半萜类化合物13.31%，含氧倍半萜类化合物22.88%，芳香族类化合物45.87%，脂肪族类化合物1.24%，其他类化合物6.08%。主要化合物为芳姜黄酮(29.43%)、α-姜黄烯(11.64%)、β-倍半水芹烯(7.56%)、Curlone(6.10%)、姜黄酮(4.27%)、桉叶油醇(4.10%)、表莪术酮(3.51%)、姜烯(2.85%)、m-Camphorene(2.57%)。Sahoo等[17]利用GC-MS质谱库结合保留指数法研究了8个印度姜黄品种的精油含量和化学成分，共鉴定出34种物质，主要化合物为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，化合物种类、主要化学成分与含量存在差异；叶世芸等采用GC-MS质谱库定性法对贵州产的姜黄精油鉴定出14种化合物，其主要成分为芳姜黄酮(28.17%)、β-姜黄酮(17.19%)和α-姜黄酮(14.62%)。不同产地的姜黄精油和成分鉴定方法的不同，使得化合物种类及含量存在一定差异。

橘皮精油共鉴定出21种化合物，占精油总量的99.07%。单萜类化合物97.20%，含氧单萜类化合物0.83%，倍半萜类化合物0.39%，芳香族类化合物1.58%。主要化合物为柠檬烯(89.35%)、γ-松油烯(4.64%)、β-月桂烯(1.46%)、4-异丙基甲苯(0.58%)。周欣等[18]利用GC-MS质谱库定性法分析7个产地的陈皮精油化学成分，7个产地陈皮挥发油中均含有柠檬烯、γ-松油烯、β-月桂烯、α-蒎烯、β-蒎烯等主要成分，主要成分柠檬烯含量在61.844%～77.396%之间，其中黔产的陈皮精油柠檬烯含量为72.411%，γ-松油烯含量为7.103%，由此可见，不同产地的橘皮精油在化合物种类和含量上存在差异。

2.4 不同植物精油各指标间的相关性分析

由图8可知，5种植物精油化学成分差异较大，香薷精油的化学成分分为五大类，相对含量比较为芳香族化合物>单萜类化合物>倍半萜烯类化合物>含氧单萜类化合物>含氧倍半萜烯类化合物，其中芳香族类化合物占总相对含量的89.55%；藿香精油的化学成分分为四大类，相对含量比较为:含氧倍半萜烯类化合物>倍半萜烯类化合物>脂肪族类化合物>其他类化合物，其中含氧倍半萜烯类化合物占总相对含量的69.67%；木姜子精油的化学成分分为六大类，相对含量比较为含氧单萜类化合物>单萜类化合物>脂肪族类化合物>其他类化合物>含氧倍半萜烯类化合物>倍半萜烯类化合物，其中含氧单萜类化合物占总相对含量的62.92%；姜黄精油的化学成分分为七大类，相对含量比较为芳香族化合物>含氧倍半萜烯类化合物>倍半萜烯类化合物>含氧单萜类化合物>其他类化合物>脂肪族类化合物>单萜类化合物，其中芳香族类化合物占总相对含量的44.74%；橘皮精油的化学成分分为四大类，相对含量比较为单萜类化合物>含氧单萜类化合物>芳香族类化合物>倍半萜烯类化合物，其中单萜类化合物占总相对含量的97.20%。

图8 5种精油各类组分的含量差异对比

由图2和表1可知，香薷精油的抗氧化活性为5种精油中最高，其中香薷精油对ABTS自由基清除能力约为BHT的274.21%，对Fe3+还原能力约为BHT的102.10%，这与香薷精油化学成分中含有百里酚、香芹酚和丁香酚有关。酚类具有氧化还原特性，在中和自由基和分解过氧化物方面起着重要作用[19]。百里酚除了具有抗氧化活性，还因抗炎、抗菌和防腐等功效而被广泛应用，相关研究表明，百里酚可通过抑制促炎信号通路和转录来发挥抗炎作用[20]。藿香精油的抗氧化活性低于香薷精油，对ABTS自由基清除能力为(187.659±0.620) μmol Trolox/g，对Fe3+还原能力为(153.881±0.630) μmol Trolox/g。藿香精油中含有大量的百秋李醇(广藿香醇)，百秋李醇具有抗炎、抗菌、抗氧化和免疫调节等作用[21]，近期研究表明，百秋李醇可通过NO信号通路改善腹泻型肠易激综合征，具有抗抑郁作用[22]，百秋李醇广泛应用于日用产品及香水产业[23]。

3 结论

本研究采用水蒸气蒸馏法提取5种药食同源植物精油，结果表明5种植物精油的提取率比较为木姜子>橘皮>姜黄>香薷>藿香，木姜子精油的提取率最高，达到2.71%；5种植物精油对DPPH自由基清除能力比较为香薷精油>藿香精油>橘皮精油>姜黄精油>木姜子精油，香薷精油对DPPH自由基清除能力最高，为(445.598±1.966)μmol Trolox/g，约为BHT的32.56%。5种植物精油对ABTS自由基清除能力比较为香薷精油>藿香精油>姜黄精油>木姜子精油>橘皮精油，香薷精油对ABTS自由基清除能力最高，为(5955.653±8.948)μmol Trolox/g，约为BHT的274.21%。5种植物精油对Fe3+还原能力比较为香薷精油>藿香精油>姜黄精油>橘皮精油>木姜子精油，香薷精油对Fe3+还原能力最高，为(2776.905±2.381) μmol Trolox/g，约为BHT的102.10%。

5种植物精油共鉴定出107种化合物。香薷精油主要化合物为百里酚(67.31%)；藿香精油主要化合物为百秋李醇(59.15%)；木姜子精油主要化合物为柠檬醛(28.65%)、橙花醛(18.36%)、芳樟醇(10.66%)；姜黄精油主要化合物为芳姜黄酮(29.43%)、α-姜黄烯(11.64%)；橘皮精油主要化合物为柠檬烯(89.35%)。

香薷精油的抗氧化活性与人工合成抗氧化剂BHT相当，甚至略高于BHT，这与香薷精油中百里酚、香芹酚和丁香酚化合物有关。香薷精油具有作为食品添加剂、天然香料和天然抗氧化剂的潜力，有望在食品工业和医药研发等方面得到更广阔的应用和发展。