基于GC-MS及主成分综合评价广东不同产地益智挥发油成分差异

陈卫明 范会云 黄勇 谢黎黎 梁秋玲 曾庆钱 郑艳 吴江祝 郑良豹

摘要 ［目的］比较广东5个主产地的益智挥发油成分的差异性，为益智的合理利用和资源开发提供参考。［方法］采用水蒸气蒸馏法对不同产地的益智挥发油进行提取，用GC-MS法对所得挥发油组分进行鉴定分析，同时进行谱库检索，并通过SIMCA+P统计软件进行主成分分析。［结果］广东5个主产地的益智果实挥发油含量均大于1.00%；采用GC-MS技术共鉴定出58个化合物，共有化合物53个，其中γ-松油烯的含量最高；利用主成分分析将53个指标简化为4个综合指标，主成分综合得分从高到低排序为高州、阳春、罗定、信宜、化州；聚类分析表明，5份益智样品在欧氏距离d=8.00的水平上，可划分为3大类群。［结论］广东省5个不同产地益智挥发油化学成分在组成和含量上存在一定的差异。

关键词 益智；挥发油；GC-MS；主成分分析；聚类分析

中图分类号 R 932  文献标识码 A  文章编號 0517-6611（2023）23-0173-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.040

Comprehensive Evaluation of Alpinia oxyphylla Volatile Oil Components in Different Producing Areas of Guangdong Based on GC-MS and Principal Component Analysis

CHEN Wei-ming，FAN Hui-yun，HUANG Yong et al

（Guangdong Institute of Traditional Chinese Medicine，Guangzhou，Guangdong 510640）

Abstract ［Objective］To compare the differences of volatile oil components of A.oxyphylla from five main producing areas in Guangdong，and to provide reference for rational utilization and resource development of A.oxyphylla.［Method］The volatile oil from A.oxyphylla from different habitats was extracted by steam distillation，and the components of the volatile oil were identified and analyzed by GC-MS.At the same time，the spectral database was searched，and the principal component analysis was performed by SIMCA + P statistical software.［Result］The contents of volatile oil in A.oxyphylla fruits from five main producing areas in Guangdong were higher than 1.00%.A total of 58 compounds were identified by GC-MS，including 53 compounds，and the content of γ-terpinolene was the highest.The 53 indexes were simplified into 4 comprehensive indexes by principal component analysis，and the comprehensive scores of principal components from high to low were as follows：Gaozhou > Yangchun > Luoding > Xinyi > Huazhou.Cluster analysis showed that five A.oxyphylla samples could be divided into three groups at the level of Euclidean distance d=8.00.［Conclusion］There are some differences in the chemical constituents and contents of essential oils of A.oxyphylla from five different producing areas in Guangdong Province.

Key words Alpinia oxyphylla;Volatile oil;GC-MS;Principal component analysis;Cluster analysis

基金项目 广东省重点领域研发计划项目（2020B020221001）；广东省中医局科研项目（20211065）；2021年广东省科技专项-农村科技特派员驻镇帮镇扶村组团式帮扶项目。

作者简介 陈卫明（1992—），男，江西赣州人，从事药用植物资源与栽培研究。*通信作者，正高级工程师，博士，从事药用植物品种选育和栽培研究。

收稿日期 2022-11-07；修回日期 2023-01-11

益智（Alpinia oxyphylla Miq.）为姜科山姜属多年生常绿草本植物，是我国四大南药之一，属药食同源品种。益智具有镇静催眠、改善胃肠功能、保护心血系统、保护肾脏功能、抗炎、抗氧化、抗帕金森病、抗阿尔茨海默病等药理作用，在中医临床上有大量的以益智为原料的成方制剂或经典名方，如缩泉丸、益智散、益智汤、益智仁汤、健脑丸、健脑合剂、金沙丸等［1］。野生益智资源多分布在海拔 200～900 m的山脚、山腰、路旁、沟谷溪边及林下阴湿处，喜适当荫蔽且肥沃、湿润的土壤生境。益智在岭南地区有悠久的种植历史，因岭南一带生境气候适宜益智生长［2］，我国益智种植主要分布于海南、广东、广西［3］，而广东地区主要分布在信宜、高州、罗定、化州等市（县）的山区［4］。2022年高州种植面积达2.133万hm2，信宜的洪冠种植面积已达到0.353万hm2，高州新垌种植面积0.082万hm2，罗定的罗镜、分界、附城等乡镇均分布众多面积上千亩的种植基地。

益智挥发油含量是《中国药典》含量检测的唯一指标，由于益智不同产地的地理环境和种植模式等存在一定的差异，由此可能导致在化学成分及其含量上的差异进而直接影响其品质。中药指纹图谱技术是用于评价鉴别中药真伪、优劣有效方法之一，能整体评价中药质量，常作为中药质量控制的辅助手段［5］。指纹图谱研究中常用主成分分析和聚类分析2种化学模式识别的方法，能以量化的形式对指纹图谱的数据进行多维综合的统计分析，实现样品归类，减少单个指标带来样本差异［6］。关于广东省不同产区的益智挥化油化学成分的比较研究目前鲜见报道。因此，该试验选择广东省罗定市、阳春市、化州市、信宜市和高州市的益智作为试验材料，采用水蒸气蒸馏法提取其挥发油，再通过气相色谱-质谱联用法对广东省5个主要产地益智挥发油的有效成分进行分析比较，为益智的合理利用和资源开发提供参考。

1 材料與方法

1.1 仪器与试剂

Trace 1300-TSQ9000 GC/MS气相色谱-质谱联用仪（赛默飞世尔）；SARTORIUS BSA224S-CW千分之一分析天平； 一级水、乙酸乙酯（色谱纯）、无水乙醇（色谱纯）。

1.2 试材

供试材料于2022年5月下旬分别采自茂名市化州市、信宜市和高州市，云浮市罗定市，以及阳江市阳春市的种植地，经广东省中药研究所曾庆钱主任中药师鉴定为姜科植物益智（Alpinia oxyphylla Miq.）。将益智成熟果实低温干燥后备用。

1.3 试验方法

1.3.1 挥发油的提取。

益智果实挥发油含量参照 2020 年版《中国药典》（通则 2204）挥发油测定法进行测定［7］。称取干燥益智样品各约40.0 g，水蒸气蒸馏约5 h，再次放置1 h，测定供试品中挥发油含量，每个样品3次重复。

1.3.2 GC-MS分析。

1.3.2.1 GC条件。

InertCap 1毛细管柱（岛津，30 m×0.25 mm，0.25 μm）。升温程序：初始温度50 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升温速率升至145 ℃，保持2 min，以2 ℃/min升温速率升至195 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升温速率升至280 ℃，保持3 min。流速1.0 mL/min，进样体积1 μL，分流模式40∶1，溶剂延迟3.0 min。

1.3.2.2 MS条件。

离子源EI源，传输线温度300 ℃，离子源温度230 ℃，质量扫描范围20～550 m/z，运行时间59.5 min。

1.3.2.3 数据处理与质谱检索。

检测方法和条件参照晏小霞等［8］的方法，对挥发油供试品溶液进行GC-MS分析，得到益智挥发油的总离子流图，通过Nist 05质谱图库进行检索，对供试样品的成分进行鉴定。采用 Thermo ScientificTM DionexTM ChromeleonTM 色谱分析数据系统 （CDS） 软件进行数据分析，采用面积归一化法计算各挥发成分在挥发油中的相对含量。

2 结果与分析

2.1 不同产地益智总挥发油含量

从表1可以看出，

5个主产地益智所含挥发油含量存在差异，以高州产地采集的样品挥发油含量最高，达到1.80%，罗定、阳春、化州和信宜产地采集的样品挥发油含量分别为1.30%、1.60%、1.45%和1.70%，均高于2020年版《中国药典》标准（≥1.0%）。

2.2 不同产地益智挥发油成分分析

对益智挥发油供试品溶液进行GC-MS分析，得到5 个产地益智挥发油的总离子流图（图1），经GC-MS分析和Nist 05质谱图库进行检索，结果发现（表2），从5个不同产地的益智挥发油中共鉴定出58个化合物，其中共有的化合物有53个，仅1个特有化合物（硅菲烯），但相对含量极低。从罗定、阳春、化州、信宜和高州产地益智挥发油分别鉴定出57种、56种、55种、56种、56种化合物，可鉴定成分占各自挥发油总量的58.43%、58.44%、65.92%、63.33%、53.56%。

罗定产地的益智占其挥发油总量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（14.79%）、罗勒烯（6.17%）、4-异丙基甲苯（3.26%）、4-蒈烯（2.80%）、2-蒎烯（2.66%）等18种，占其挥发油总量的49.08%；相对含量1.00%以下的化合物有39种，占其挥发油总量的9.35%。阳春产地的益智占其挥发油总量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（12.16%）、罗勒烯（5.96%）、（+）-香柏酮（4.07%）、α-法尼烯（3.08%）、莪术双环烯酮 （2.51%）等18种，占其挥发油总量的47.51%;相对含量1.00%以下的化合物有38种，占其挥发油总量的10.93%。化州产地的益智占其挥发油总量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（18.47%）、罗勒烯（7.52%）、（+）-香柏酮（5.15%）、4-异丙基甲苯（3.75%）、α-法尼烯 （2.84%）等17种，占其挥发油总量的56.86%;相对含量1.00%以下的化合物有38种，占其挥发油总量的9.06%。信宜产地的益智占其挥发油总量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（15.60%）、α-法尼烯 （7.39%）、4-异丙基甲苯（3.45%）、（+）-香柏酮（3.24%）、4-蒈烯（3.00%）等20种，占其挥发油总量的56.53%;相对含量1.00%以下的化合物有36种，占其挥发油总量的6.80%。高州产地的益智占其挥发油总量1.00%以上的化合物主要有γ-松油烯（7.96%）、α-水芹烯 （6.48%）、（+）-香柏酮（4.74%）、芳樟醇（4.66%）、4-异丙基甲苯（4.06%）等12种，占其挥发油总量的40.85%;相对含量1.00%以下的化合物有44种，占其挥发油总量的12.71%，特有化合物1种，为硅菲烯（0.13%）。

2.3 主成分分析

为进一步比较不同批次样品的质量差异，以指纹图谱中53个共有峰的峰面积为变量，标准化处理后，进行主成分分析，以特征值大于1为提取原则，提取了前4个主成分。从表3和图2可以看出，提取主成分1的特征值为18.793，其贡献率为 35.459%；提取主成分2的特征值为16.125，贡献率为30.424%；提取主成分3的特征值为10.240，贡献率为19.321%；提取主成分4的特征值为7.842，贡献率为14.796%，可见前4个主成分具有良好的代表性，能充分体现53个成分的基本特征值和主要信息，达到降维的目的。

运用 IBM SPSS 22 软件进行主成分分析，列出4个主成分的因子得分值，再计算综合得分。各主成分因子得分与方差贡献率乘积之和，得出不同产地益智中各类成分总因子得分值 F，按照得分值 F 的大小评价各产地益智的质量。根据特征值可以得到4个主成分线性组合表达式，即F=0.354 6F1+0.304 2F2+0.193 2F3+0.148 0F4，式中，F 为综合得分，F1～F4为各主成分得分。由5个产地益智主成分因子得分和综合得分（表4）可知，高州产地益智样品得分最高，化州产地益智样品得分最低。

2.4 聚类分析

利用SPSS 22软件，采用离差平方和法，以欧式平方距离为样品测度，以5批样品中53个共有峰的标准化峰面积为变量进行聚类分析，由图3可知，当5份益智种质资源在欧氏距离 d=8.00 的水平上，可划分为 3 大类群，罗定、阳春、化州产地聚为第1类，信宜产地单独聚为第2类，高州产地单独聚为第3类，说明不同产地来源的益智的质量存在差异，与其所处地理位置、土壤和生态环境具有一定的相关性。

3 结论与讨论

该研究采用水蒸气蒸馏法提取了5批益智的挥发油，以高州、信宜、阳春、化州和罗定产地采集的样品挥发油含量分别为1.80%、1.70%、1.60%、1.45%、1.30%。利用GC-MS 建立了益智挥发油的指纹图谱，共鉴定出58个化合物，共有的化合物有53个，表明各批药材间主要化合物成分较为一致。通过主成分分析和聚类分析的方法对其色谱峰的数量、分离度以及峰面积进行综合评价，利用主成分分析将其53个指标简化为4个综合指标，其累计贡献率达 100%，主成分综合得分从高到

低排序为高州、阳春、罗定、信宜、化州。聚类分析结果显示，当5份益智种质资源在欧氏距离d=8.00 的水平上，可划分为 3 大类群，说明不同产地来源的益智的质量存在差异。

该研究发现广东省不同产地的益智挥发油化学成分种类差异不大，但相对含量有一定的差异，挥发油成分含量较高的有γ-松油烯、罗勒烯、（+）-香柏酮、4-异丙基甲苯、α-法尼烯，与前人研究结果相似［9-10］。文献报道广东产地益智（+）-香柏酮的含量较低，而海南产地益智以（+）-香柏酮含量最高，广西产地益智以1，2，4，5-四甲苯的含量最高［11-12］，而该研究的结果以γ-松油烯的相对含量最高（7.96%～18.47%），这可能与益智的生长环境及采收时果实成熟度有直接关系。γ-松油烯是一种能有效抑制沙门氏菌且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有一定的抑制作用的成分［13］，利用广东省益智产区丰富的资源，结合γ-松油烯有效的抑菌效果，在药品或食品、饲料添加剂等领域开发新型抗菌产品深入研究与开发，对拓宽益智产品销路、促进乡村振兴产业持续发展具有重要意义。

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