顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法分析两面针根、茎、叶的挥发性成分

何嘉伟，江汉美，刘天琪，田 宇

（湖北中医药大学·湖北省药用植物研发中心，湖北 武汉 430065）

两面针为芸香科植物两面针Zanthoxylum nitidum（Roxb.）DC.的干燥根，具有活血化瘀、行气止痛、祛风通络、解毒消肿功效，临床用于治疗跌扑损伤、胃痛、牙痛、风湿痹痛、毒蛇咬伤、烧烫伤等［1-9］。两面针含有生物碱类、香豆素类、木质素类、有机酸等化合物，具有抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗寄生虫［2］及改善胃肠运动功能、保护胃黏膜［4-6］等作用。历版《中国药典（一部）》中两面针的药用部位均为根，未涉及植株的其他部位。但《名医别录》记载了两面针的药用部位和药用方式为“采茎、根，煮酿酒”。历代本草药用部位又增加了果实、皮、枝叶等［3］。挥发性成分广泛存在于植物中，是中药的重要有效成分。固相微萃取（SPME）为样品前处理与富集技术，能较真实地反映样品中挥发性成分的组成，现已应用于食品、医药等多个领域［7］。主成分分析通过对数据降维、变量提取与压缩、确定分类与聚类，可从复杂的数据中提取有意义的信息［8］。本研究中采用顶空固相微萃取（HS-SPME）法对样品进行前处理，采用气相色谱-质谱（GC- MS）法对两面针根、茎、叶的挥发性成分进行分析，并结合主成分分析结果进行比较，为两面针除根以外的其他入药部位的研究提供了参考。现报道如下。

1 仪器与试药

1.1 仪器

C-MAG HS- 4 型手动SPME 进样装置（德国IKA公司）；Agilent 6890/ 5973 型气相色谱- 质谱联用仪（美国Hewlett - Packard 公司）；顶空瓶（15 mL）；65 µm聚二甲基硅氧烷-二乙烯基苯（PDMS/DVB）萃取纤维头（美国Supelco 公司）；ALC- 210.2 型电子天平（北京赛多利斯天平有限公司，精度为0.01 g）。

1.2 试药

两面针采自湖北中医药大学药用植物园，经湖北中医药大学杨红兵教授鉴定为正品，后经晾晒、加工分别得到两面针的根、茎、叶。

2 方法与结果

2.1 样品前处理

取两面针根、茎、叶样品各适量，打粉，过40 目筛，备用。取根、茎、叶粉末各0.4 g，分别置15 mL 顶空瓶中，插入装有65 µm 的PDMS / DVB 萃取纤维头的手动进样器，80 ℃下平衡10 min，压缩手柄，伸出萃取头萃取30 min，取出，立即插入气相色谱仪进样口解吸3 min，即得。

2.2 试验条件

2.2.1 GC 条件

色谱柱：HP-5MS石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 µm）；升温程序：从50 ℃开始，以10 ℃/ min 的速率升至230 ℃；载气：高纯度氦气（99.99%）；柱流速：0.80 mL/min；进样口温度：230 ℃；不分流进样。

2.2.2 MS 条件

离子源：电子轰击离子源；离子源温度：230 ℃；电离电压：70 eV；四极杆温度：150 ℃；质荷比（m/z）扫描范围：45～500。

2.3 挥发性成分分析

取两面针根、茎、叶样品，按2.2项下试验条件进样分析，共鉴定出72 种挥发性成分，包括烯类、醛类、酮类、醇类、酚类、烷类、酯类及其他类化合物，3 个部位的共有成分有10 种，详见表1，总离子流图见图1。其中，根中鉴定出24 种成分，其含量占挥发性成分总量的56.34%，含量最高的为β-石竹烯（32.74%），其次为甲基壬基甲酮（9.42%）、α-姜黄烯（2.40%）、环氧化蛇麻烯Ⅱ（1.91%）等；茎中鉴定出36 种成分，其含量占挥发性成分总量的75.64%，含量最高的为β- 石竹烯（16.82%），其次为甲基壬基甲酮（14.56%）、2-十三烷酮（11.20%）、3，7，11，11-四甲基双环［8.1.0］2，6-十一烯（8.96%）等；叶中鉴定出50 种成分，其含量占挥发性成分总量的82.31%，含量最高的为β- 石竹烯（25.56%），其次为3，7，11-三甲基-1，3，6，10-十二碳- 四烯（5.88%）、（+）- 香橙烯（5.52%）、甲基壬基甲酮（5.45%）等。根、茎、叶中烯类化合物相对含量均最高，分别为44.51%，42.15%，49.47%。详见表2。

图1 两面针挥发性成分总离子流图Fig.1 TIC chromatograms of volatile components in Zanthoxylum nitidum

表1 两面针根、茎、叶的挥发性成分Tab.1 Volatile components in roots，stems and leaves of Zanthoxylum nitidum

表2 两面针根、茎、叶挥发性成分种类和相对含量Tab.2 Types and relative content of volatile components in roots，stems and leaves of Zanthoxylum nitidum

2.4 主成分分析

通过SPSS 21.0 统计学软件对两面针根、茎、叶的73 种挥发性成分及其含量进行主成分分析，得特征值与贡献率（表3）及各成分的主成分特征向量与特征载荷（表4）。可见，第1 主成分和第2 主成分的累计贡献率为100.00%，能反映样品的整体信息。其中，第1 主成分的贡献率为74.304%，主要反映烯类、酚类、醛类和酯类化合物的变异信息，且第1 主成分与这4 类化合物均呈正相关；第2 主成分的贡献率为25.696%，与醇类和酮类化合物呈正相关，与烷类化合物呈负相关。以F1 和F2代替原来的8类成分所表达的信息进行综合评价，得综合得分与排序（表5）。可见，两面针根、茎、叶的挥发性成分经主成分分析表现出了明显的差异，第1主成分得分最高的为叶，第2 主成分得分最高的为茎，综合得分由高到低依次为茎＞叶＞根。

表3 主成分的特征值与贡献率Tab.3 Eigenvalues and contribution rate of principal components

表4 主成分的特征向量与特征载荷Tab.4 Eigenvector and load matrix of principal components

表5 主成分综合得分与排序Tab.5 Comprehensive scores and ranking of principal components

3 讨论

3.1 样品前处理方法考察

预试验中，考察了不同取样量（0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 g），不同萃取温度（40，60，80，100，120 ℃），不同萃取时间（10，15，20，25，30 min），不同解吸时间（1，2，3，4，5 min）对挥发性成分的影响，并结合色谱峰面积和质谱鉴定出化合物种类数，最终确定取样量0.4 g，80 ℃下萃取30 min，解吸3 min 为最佳的HS - SPME条件。

3.2 挥发性成分分析

HS - SPME 法对样品进行前处理，较蒸馏法减少了煎煮过程中挥发性的成分流失，如3 个部位共有成分且含量最高的β- 石竹烯相较于蒸馏法提取含量明显提高［10］，根、茎、叶中分别含32.74%，16.82%，25.56%。β- 石竹烯具有抗炎、镇痛、抗癌等作用［11］，是两面针治疗跌扑损伤、烧烫伤等疾病的有效成分，且已作为香料应用于化妆品和食品添加剂中［12］。右旋萜二烯、桃金娘烯醛具有镇痛、抑菌、抗肿瘤等作用［13-14］，是常见的食品香料［15-16］，对两面针的香气贡献较大；甲基壬基甲酮具有抗炎作用［17］；氧化石竹烯具有镇痛和消炎作用［18］。上述挥发性成分经其他提取方法提取含量较低或未检出［10，19］，但本研究中均有检出。

主成分分析通过数据降维等方法更直观地反映出两面针不同部位挥发性成分及含量的差异。结合综合得分可知，两面针茎挥发性成分的综合得分最高，提示两面针茎部为最佳入药部位。两面针茎特有的桉油烯醇、杜松烯具有抗菌、杀菌、祛痰、保护胃黏膜等作用［20-22］，表明两面针的非常规药用部位具有开发应用潜力。