云南怒江不同海拔地区草果挥发性物质成分鉴定与分析

张天磊 吉训志 庞永青 闫林 秦晓威 何玉仙

摘要    草果中含有多種挥发性物质，使用气相色谱-离子阱质谱联用仪（ISQ GC-MS）对云南省怒江州泸水市不同海拔地区的草果果实、茎段、叶片3个不同部位挥发性物质的组分进行鉴定分析。结果表明，不同海拔地区的挥发性成分相似，但含量占比存在差异;不同部位的挥发性成分含量占比也存在差异。各个部位中占比最高的均为桉叶油醇。通过比较分析发现，叶片中醇类物质占比最多，茎秆中烯类物质占比最多，果实中占比最多的是烯类。其中卯照村（1 627 m）叶片和茎秆中醇类物质占比高于其他地区，卯照村（1 627 m）果实中烯类物质占比高于其他地区。选取含量较高的4个挥发性成分与5个地区草果样品的海拔进行灰色关联度分析，发现海拔对草果叶片与茎秆中桉叶油醇影响最大，对果实中β-派烯影响较大。

关键词    草果;海拔地区;品质分析;挥发性物质

中图分类号    S533    文献标识码    A    DOI：10.12008/j.issn.l009-2196.2022.02.014

Identification and Analysis of Volatile Compounds from Amomum tsao-ko in the Areas of Different Elevations in Nujiang，Yunnan

ZHANG Tianlei1，4    JI Xunzhi1，2，3    PANG Yongqing1，2，3    YAN Lin1，2，3    QIN Xiaowei1，2，3    HE Yuxian5

（1. Spice and Beverage Research Institute，CATAS，Wanning，Hainan 571533，China;2. Ministry of Agriculture and Rural Affairs Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage Crops，Wanning，Hainan 571533，China;3. Hainan Provincial Key Laboratory of Genetic Improvement and Quality Regulation for Tropical Spice and Beverage Crops，Wanning，Hainan 571533，China;4. College of Tropical Crops，Yunnan Agricultural University，Pu'er，Yunnan 665000，China;5. Lushui Branch of Management and Protection Bureau of Gaoligongshan National Nature Reserve，Lushui，Yunnan 673200，China）

Abstract    Amomum tsao-ko contains many volatile substances. Samples of A. tsao-ko plants were collected from five areas with different altitudes in Yunnan province，and a variety of volatile substances extracted from three different parts，fruit，stalk and leaves，of A. tsao-ko were identified and analyzed by gas chromatography-ion trap mass spectrometry （ISQ GC-MS）. The results showed that the volatile components of A. tsao-ko were similar in different parts of the plant but their contents varied. Eucalyptol has the highest content among the volatile components in all the parts of the plants. Comparative analysis revealed that the leaves and stalks contain the highest alcohols，while the fruit contains the highest alkenes. The alcohol contents in the leaves and stalks are higher in Maoshao village （1 627 m）than in other areas，and the content of alkenes in fruits is higher in the Maoshao village （1 627 m）than in other areas. Four volatile components with higher content were selected to analyze their gray correlation with the altitude of the fruit samples collected from the five areas. It was found that the altitude had the highest influence on the contents of cineole in the leaves and stalks of A. tsao-ko，and higher influence on the content of β-pinene in the fruit.

Keywords    Amomum tsao-ko Crevost et Lemaire;area above sea level;quality analysis;volatile substance

草果（Amomum tsao-ko Crevost et Lemarie），又名草果仁、老寇，为姜科豆蔻属多年生草本植物的成熟果实，是常用的中药材，属芳香化渗药，也是居家所喜欢的芳香类食用调味料[1]。草果适合生长在海拔1 200～1 800 m常绿阔叶林下，成熟果实呈红褐色，种子为多角形，香气浓郁。草果最早出现于明代，分布于中国云南、贵州、广西等省区，至今约300多年的历史，在云南省种植面积广泛，为国内草果的主海拔地区，产量和种植面积居于全国首位[2]。草果具有重要的经济价值，被广泛应用于食品、医疗、化工工业[3-4]。草果作为药用和食用中药材之一，不但是烹饪的上品材料，而且在中药中也具有广泛的用途，其中主要含有1，8-桉叶素、香叶醇和柠檬醛等多种化学成分[5-7]。随着科技的发展，人们不断地开发草果的新用途。然而，总的来看，虽然我国草果产业的发展取得了很大的成绩，但仍处于初级开发阶段，资源尚未得到充分的开发利用。

草果成熟期因海拔而异且采收时果实质量不一，导致市场现状混乱，价格波动较大，价格上升时大面积种植导致种苗价格飙升，价格下降时管理疏松，产量减少。草果在生产中缺乏明确的定位和目标，没有科技支撑导致产业滞后。没有标准的培育、管理、采收和加工方案，缺少科学的加工技术，产品研发薄弱。目前，已有文献[8-9]报道了云南不同产区的草果挥发油组分，比较了产区差异，进一步确定草果中主要的挥发性物质化学成分，也有对云南怒江草果不同部位的挥发性物质成分鉴定[10]，但对云南怒江不同海拔地区草果挥发性物质成分的鉴定与分析，尚未有报道。气相色谱-离子阱质谱联用仪多应用于化合物的定性鉴定、结构分析和定量分析，顶空固相微萃取技术适用于气体、液体或者固体样本中挥发性组分或者半挥发性组分、气味、香味物质的检测，该技术优点在于样品准备方便简单，对于挥发性组分和半挥发性组分灵敏度高，可以得到稳定的定性定量结果，而对于低挥发性，占比比较低的组分，该技术可以起到有效的富集作用。

本试验通过对不同海拔地区的草果3个部位香气成分进行鉴定和分析，利用顶空固相微萃取技术对草果不同部位的挥发性物质进行鉴定，为草果的挥发性物质的利用和开发提供科学依据。

1    材料与方法

1.1    材料

1.1.1    试材    草果样本采自6月份的云南省怒江州泸水市不同海拔地区，详见表1。

1.1.2    仪器    ISQ GC-MS气相色谱-离子阱质谱联用仪和萃取头（50/30 μm DVB/CAR/PDMS），美国赛默飞世尔科技有限公司;AR2140电子天平，上海梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.2    方法

1.2.1    实验设计    将6月份不同海拔地区的新鲜草果植株分为果、茎、叶3组不同处理，其中4号样品和5号样品无果。每个处理3个重复。

1.2.2    萃取    将草果全样本用粉碎机粉碎，准确称取1 g处理好的草果样品放入20 mL顶空瓶中，加盖密封，将50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头插入顶空瓶中吸附15 min，取出，插入250℃的GC-MS进样口解吸。

1.2.3    草果挥发性物质的气相色谱-离子阱质谱联用仪鉴定分析    GC分析条件：色谱柱型号为DB-WAX气相毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），载气为高纯度氢气（He），流速为1.0mL/min，不分流。进样口温度250℃，升温程序：起始温度为50 ℃，保持2 min，以5℃/min速率升温至100 ℃，以2℃/min速率升温至160℃，以20 ℃/min升温至240 ℃，以2 ℃/min速率升温至250 ℃，运行5 min进样，进样量为1.0μL

MS分析条件：EI离子源电离方式，电离电能70 eV，离子源温度200 ℃;传输线温度250 ℃，扫描质量数：35～450 m/z

1.2.4    数据分析    经过气相色谱系统处理和谱库匹配，用峰面积归一法计算出各成分的百分比。通过智能化工搜索引擎检索、手动分析和查阅相关质谱图集资料[11]，并用Excel列出表格、SPSSAU进行灰色关联度分析和Originpro 2019b进行图像处理分析。

2    结果与分析

2.1    不同海拔對草果部位挥发性物质占比的影响

2.1.1    对叶片挥发性物质占比的影响    不同海拔对草果叶片挥发性物质占比的影响见表2。由表2可知，1号地（1 526 m）叶片中桉叶油醇含量为28.22%，β-蒎烯含量为3.14%，罗勒烯含量为1.86%，旅烯含量为0.85%;2号地（1 627 m）中桉叶油醇含量为44.69%，蒎烯含量为12.74%，β-蒎烯含量为7.90%，罗勒烯含量为1.36%;3号地（1 800m）中桉叶油醇含量为45.96%，蒎烯含量为21.02%，β-蒎烯含量为14.02%，罗勒烯含量为3.07%;4号地（1916m）中桉叶油醇含量为30.81%，蒎烯含量为18.11%，β-蒎烯含量为4.72%，罗勒烯含量为2.83%;5号地（2065m）中桉叶油醇含量为30.21%，蒎烯含量为16.45%，蒎烯含量为16.15%，罗勒烯含量为2.75%。

2.1.2    对茎秆挥发性物质占比的影响    不同海拔对草果茎秆挥发性物质占比的影响见表3。由表3可知，1号地（1 526 m）中桉叶油醇含量为36.24%，蒎烯含量为24.22%，蒎烯含量为9.31%，罗勒烯含量为8.39%;2号地（1 627m）中桉叶油醇含量为50.94%，旅烯含量为12.53%，罗勒烯含量为0.35%，β-蒎烯含量为0.04%;3号地（1 800 m）中桉叶油醇含量为47.54%，β-蒎烯含量为17.78%，罗勒烯含量为1.18%，蒎烯含量为0.11%;4号地（1916m）中桉叶油醇含量为40.76%，蒎烯含量为22.84%，蒎烯含量为16.51%，罗勒烯含量为0.19%;5号地（2 065 m）中桉叶油醇含量为31.15%，旅烯含量为27.01%，β-蒎烯含量为19.34%，罗勒烯含量为4.73%。

2.1.3    对果实挥发性物质占比的影响    不同海拔对草果果实挥发性物质占比的影响见表4。由表4可知，1号地（1 526 m）中，β-蒎烯含量为28.06%，桉叶油醇含量为27.62%，蒎烯含量为14.69%，罗勒烯含量为13.03%;2号地（1 627m）中，β-蒎烯含量为38.56%桉叶油醇含量为27.57%，蒎烯含量为14.54%，罗勒烯含量为8.98%;3号地（1 800m）中，桉叶油醇含量为30.81%，β-蒎烯含量为29.96%，蒎烯含量为23.82%，罗勒烯含量为3.88%。4号地与5号地采样时未见果实。

2.2    不同海拔地区对草果不同部位挥发性成分的影响

2.2.1    双奎地村（1 526 m）海拔地区对草果不同部位挥发性成分的影响    1号地（1 526 m）中，草果叶片中烯类含量占比最高（46.62%），醇类含量占比第二（38.60%），酯类含量占比第三（6.55%），酮类含量占比最低（1.41%）。茎秆中烯类含量占比最高（53.22%），醇类含量占比第二（38.41%），酯类含量占比第三（0.33%），酮类含量占比最低（0.06%）。果实中烯类含量占比最高（61.88%），醇类含量占比第二（32.07%），酮类含量占比最低（0.08%），不含酯类。

2.2.2    卯照村（1 627 m）海拔地区对草果不同部位挥发性成分的影响    2号地（1 627 m）中，草果叶片中醇类含量占比最高（59.39%），烯类含量占比第二（32.17%），酯类含量占比第三（2.04%），酮类含量占比最低（0.95%）。茎秆中醇类含量占比最高（57.35%），烯类含量占比第二（33.89%），酮类含量占比最低（0.15%），不含酯类。果实中烯类含量占比最高（66.47%），醇类含量占比第二（29.33%），酯类含量占比第三（0.07%），酮类占比最低（0.02%）。

2.2.3    鲁掌村（1 800 m）海拔地区对草果不同部位挥发性成分的影响    3号地（1 800 m）中，草果叶片中醇类含量占比最高（49.22%%），烯类含量占比第二（42.44%），酮类含量占比最低（0.42%），不含酯类。茎秆中醇类含量占比第一（49.94%），烯类含量占比第二（47.22%），酮类含量占比最低（0.10%），不含酯类。果实中烯类含量占比最高（62.61%）醇类含量占比第二（31.93%），酮类含量占比最低（0.03%），不含酯类。

2.2.4    三河村（1916 m）海拔地区对草果不同部位挥发性成分的影响    4号地（1 916 m）中，草果叶片中醇类含量占比第一（51.59%），烯类含量占比第二（35.20%），酮类含量占比第三（1.19%），酯类含量占比最低（0.67%）。茎秆中烯类含量占比最高（49.41%），醇类含量占比第二（45.44%），酮类含量占比第三（0.08%）。酯类含量占比最低（0.07%），不含果实。

2.2.5    崇仁村（2 065 m）海拔地区对草果不同部位挥发性成分的影响    5号地（2 065 m）中，草果叶片中烯类含量占比最高（46.81%），醇类含量占比第二（43.02%），酮类含量占比第三（1.44%），酯类含量占比最低（1.21%）。茎秆中烯类含量占比最高（56.29%），醇类含量占比第二（38.78%），酯类含量占比第三（0.24%），酮类含量占比最低（0.19%），无果实。

2.3    草果挥发性成分与海拔灰色关联度分析

草果挥发性成分与海拔灰色关联度分析见表5，由表5可知，将表2、3、4中含量较高的4个挥发性成分與5个地区草果样品的海拔进行灰色关联度分析，以海拔作为参考项，挥发性成分为被比较项进行计算。关联度越接近1，说明相关性越好。

从表5中可以看出，在草果叶片和茎秆中，桉叶油醇与海拔的关联度最高，即海拔高度对叶片和茎秆中桉叶油醇影响最大。在果实中β-蒎烯与海拔的关联度最高，即海拔高度对果实中β-蒎烯的影响最大。在叶片中蒎烯与海拔的关联度最低，即海拔高度对叶片中蒎烯的影响最小。在果实和茎秆中罗勒烯与海拔的关联度最低，即海拔高度对果实和茎秆中罗勒烯的影响最小。

3    讨论

草果是怒江州重要的特色经济作物产业，2019年产值达12.15亿元，全州草果种植面积和产量均占全省总量的一半以上。本研究主要以怒江州泸水县居群内不同海拔地区的不同草果部位为材料，探究不同海拔对不同草果部位品质特征的影响，为确认最佳种植草果海拔地区及后续利用草果不同部位，延长草果产业链提供理论参考。

（1）根據不同海拔地区草果不同部位样品处理发现，海拔高度对草果品质存在影响。

（2）利用气相色谱-离子阱质谱联用仪（ISQ GC-MS）对云南怒江5个海拔地区草果不同部位的挥发性成分进行分析，共分析鉴定出65种香气成分。对比发现草果茎、叶、果样品的主要挥发性成分为桉叶油醇、住旅烯、旅烯。其中桉叶油醇的含量占比最多，与前人研究[12-20]相比较可发现，桉叶油醇可能为草果的主要香气提供成分。不同海拔地区的挥发性成分相似，但含量占比存在差异;不同部位的挥发性成分含量占比也存在差异。

（3）对草果叶、果、茎中挥发性成分与海拔进行灰色关联度分析结果显示，草果叶片中桉叶油醇、罗勒烯、β-蒎烯与海拔关联度较高;草果果实中β-蒎烯、桉叶油醇、蒎烯与海拔关联度较高;草果茎秆中桉叶油醇、β-蒎烯、蒎烯与海拔关联度较高。

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