生曬參和紅參地下部位揮發(fā)性成分差異研究

崔麗麗，趙卉，宋娟，閆梅霞，羅婧，馮志偉，陳曦，董昕瑜，王麗英，蘇麗敏，宋超※，趙宇

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，吉林 長春 130112；2.吉林參王植?？萍加邢薰?，白山 撫松 134500；3.吉林省瑞和檢測科技有限公司，吉林 長春 130000）

人參（Panax Ginseng C.A Meyer）是五加科人參屬的多年生草本植物，原產(chǎn)于中國、韓國、朝鮮和日本等亞洲國家，在我國傳統(tǒng)醫(yī)藥工業(yè)中已有4 000 多年的歷史，中國藥典里人參是以全根入藥。人參含有人參皂苷、揮發(fā)油及植物甾醇、多糖、有機(jī)酸、氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等重要成分[1,2]，研究表明人參對中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）、心血管、內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)具有顯著改善調(diào)節(jié)作用，具有提高免疫力、抗疲勞、抗衰老、增強(qiáng)記憶力和降糖等功效[3-9]。2009年，國際食品法典委員會（CAC）通過了《人參食品國際標(biāo)準(zhǔn)》，隨后2012年中華人民共和國衛(wèi)生部根據(jù)第17 號條例允許種植人參作為食品。在日常食用中常有食全根、主根和參須等不同部位者。在《GB/T 19506-2009 地理標(biāo)志產(chǎn)品吉林長白山人參》的人參商品規(guī)格中，生曬參被區(qū)分為全須生曬參（完整地保留人參各個(gè)部位特征，蘆、體、須齊全）、生曬參（去凈艼須）及白干參（蘆小，去凈支根），還有鮮人參支根和須根干燥而成的白混須、白直須等；紅參分為普通紅參（以蘆短、身粗、腿短為特征）和邊條紅參（蘆長、體長、腿長），另外還有紅混須、紅直須和紅彎須等商品規(guī)格。人參采收后炮制成以上各種商品規(guī)格，不僅能防止鮮人參霉變、蟲害，避免有效成分流失，而且更方便儲藏和應(yīng)用。

揮發(fā)油是中藥中一類重要的活性物質(zhì)，人參揮發(fā)油少量具有興奮作用，適量有鎮(zhèn)靜作用，而大劑量則有麻痹神經(jīng)的作用[10]。除此之外還具有抑菌、抗腫瘤和改善心肌缺血等作用[11-16]。研究發(fā)現(xiàn)，在人參根、莖、葉、花和果實(shí)中均含有揮發(fā)油，只是各部分的成分和含量不同。利用分子光譜結(jié)合高效液相色譜檢測發(fā)現(xiàn)，人參根周皮的揮發(fā)油類物質(zhì)較韌皮部和木質(zhì)部多[17]，人參揮發(fā)油含量由高到低依次為根莖、須根、周皮、側(cè)根、韌皮部和木質(zhì)部[18]。頂空固相微萃取與氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測是檢測食品風(fēng)味物質(zhì)的主要手段，本文利用HS-SPME-GC-MS技術(shù)采集生曬參、紅參的主根、須根和蘆頭揮發(fā)性成分?jǐn)?shù)據(jù)，通過主成分分析（PCA）處理數(shù)據(jù)，分析人參不同部位及加工炮制前后的揮發(fā)性成分變化，為人參精細(xì)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

樣品為5年生人參根加工制成的生曬根、生曬須、生曬蘆、紅參根、紅參須和紅參蘆，樣品購自人參市場，粉粹后粉末過200 目篩，于室溫密封保存，待分析。正己烷等試劑為分析純，國藥集團(tuán)。水為超純水。C7-C30正構(gòu)烷烴混標(biāo)，Sigma 公司。

1.2 儀器與設(shè)備

安捷倫氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（7890N-5975C），美國安捷倫公司；電子天平（BT125D），北京賽多利斯儀器有限公司；超純水機(jī)（Milli-Q），上海靖虎機(jī)電科技有限公司。

1.3 炮制方法

生曬參：鮮人參在40～50 ℃下干燥直至含水量低于12%。紅參：鮮人參經(jīng)過清洗，在98 ℃下蒸制3 h，蒸熟后在70 ℃密閉室中干燥至含水量小于12%。

1.4 HS-SPME 程序

1.5 氣相色譜與質(zhì)譜條件

采用HP-1（100%二甲基聚硅氧烷）毛細(xì)管柱（30m×0.25 mm×0.25m），載氣為高純氦氣（99.999 9%），不分流進(jìn)樣，恒定流速為1 mL/min，初始正常壓力為8.13 psi。進(jìn)樣口溫度為250 ℃和300 ℃。采用程序升溫，初始溫度60 ℃保持3 min，然后以5 ℃/min 升高到250 ℃，保持41 min。質(zhì)譜條件：離子源溫度250 ℃，電離方式EI，電離能70eV。質(zhì)量掃描范圍20～650amu，檢測器的溫度為300 ℃。

1.6 定性鑒定與定量分析

取C7～C30 正構(gòu)烷烴混合對照品，在1.5 項(xiàng)條件下進(jìn)樣，采用AMDIS 進(jìn)行自動(dòng)質(zhì)譜退卷積處理，計(jì)算目標(biāo)成分的保留指數(shù)（retention index,RI）與已有參考文獻(xiàn)的保留指數(shù)（http://webbook.nist.gov/chemistry/搜索文獻(xiàn)（HP-1 色譜柱）對比，結(jié)合其質(zhì)譜數(shù)據(jù)（2008 版NIST質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫）和保留指數(shù)（RI）對揮發(fā)性成分進(jìn)行定性鑒定；定量是采用峰面積歸一化法，確定各組分相對百分含量。

1.7 數(shù)據(jù)分析

主成分分析采用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件SIMCA 13.0（Sartorius Stedim Data Analytics AB）。根據(jù)軟件對數(shù)據(jù)矩陣的自動(dòng)降維和多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析功能，用于對樣本進(jìn)行主成分分析等數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 人參地下部位揮發(fā)性成分分布情況

生曬參和紅參地下部位揮發(fā)性物質(zhì)總量分布見圖1?？芍t參各部位揮發(fā)性物質(zhì)總量明顯高于生曬參各部位，且紅參蘆含量最高，紅參根次之，紅參須最低。生曬根的揮發(fā)性物質(zhì)總量顯著高于生曬須和生曬蘆。分析其變化原因是炮制方法不同導(dǎo)致人參揮發(fā)性物質(zhì)總量變化，生曬參是經(jīng)過低溫干燥制成，而紅參是經(jīng)過高溫蒸制，高溫加熱會使人參中揮發(fā)性成分含量和成分種類發(fā)生明顯變化，這與李樹殿、吳錦忠[19,20]對人參揮發(fā)油成分比較研究的結(jié)果一致。

圖1 人參不同部位揮發(fā)性物質(zhì)相對百分含量比較Fig.1 The comparison of total volatile compound content in different parts of ginseng

2.2 人參根須蘆揮發(fā)性成分組成

采用HS-SPME-GC-MS 法氣質(zhì)總離子流圖見圖2，測得人參不同地下部位揮發(fā)性物質(zhì)共34 種（表1），主要是烷烴類和倍半萜類（分為倍半萜烯和倍半萜烯醇）。各類揮發(fā)性物質(zhì)在生曬參和紅參不同地下部位含量分布狀況見圖3?？芍煌课粨]發(fā)性成分組成基本一致，以倍半萜為主，其中倍半萜烯在各樣品中所占比例較高，只是不同部位的成分和含量有所差異。生曬根和紅參根分別鑒定出29 種和30 種成分，生曬須和紅參須均鑒定出29 種，蘆頭較其他部位成分稍多，生曬蘆和紅參蘆分別鑒定出32 種和33 種。與生曬參相比，經(jīng)過高溫加熱處理的紅參各部位倍半萜烯成分含量明顯升高，而倍半倍烯醇成分含量顯著降低，但是倍半萜類物質(zhì)總量只比生曬參稍高一些。不同部位揮發(fā)性成分含量具體數(shù)據(jù)如下，倍半萜烯含量在生曬根、須和蘆中分別為73.79%、66.84%和59.31%，在紅參根、須和蘆中升高到77.61%、79.24%和74.78%，其中紅參蘆增幅最大，而倍半萜烯醇含量變化趨勢正好相反，在各部分的含量為生曬參8.37%（根）、12.94%（須）和18.53%（蘆），在紅參中下降到3.64%（根）、7.65%（須）和7.35%（蘆），仍然是紅參蘆含量下降最多。

表1 采用HS-SPME-GC-MS 法測定人參制品中揮發(fā)性成分的保留時(shí)間和色譜面積相對含量百分比Table 1 Retention times(RT) and chromatographic area percentages of the volatile compounds extracted from the ginseng using the HS-SPME-GC-MS method

圖2 氣相色譜質(zhì)譜檢測的總離子流圖（A為生曬參，B為紅參）Fig.2 Typical GC-MS chromatograms of the volatile compounds extracted from dried raw ginseng (A) and red ginseng (B).

圖3 生曬參和紅參不同地下部位揮發(fā)性物質(zhì)組成比較Fig.3 Volatile compound profiles in different underground parts of dried raw ginseng and red ginseng

2.3 人參揮發(fā)性成分組成特征

研究表明倍半萜類物質(zhì)是人參特有香氣成分，實(shí)驗(yàn)中檢測分析發(fā)現(xiàn) -人參烯（2.12%-7.46%）、-甘香烯（2.54%-8.71%）、-石竹烯（3.02%-7.72%）、-欖香烯（2.48%-4.15%）、-古蕓烯（8.03%-11.61%）、-合金歡烯（1.35%-14.24%）、香樹烯（8.40%-23.05%）、-芹子烯（2.15%-6.01%）及斯巴醇（1.15%-15.49%）等倍半萜類物質(zhì)是生曬參和紅參各部位共有的特征成分，含量高，對人參具有重要意義。

不同部位以上特征性成分分布情況見圖4。-石竹烯、-古云烯和-芹子烯是主根中的主要成分，且-古云烯、-芹子烯在生曬根比紅參根含量高，-石竹烯在生曬根比紅參根含量低。在須根中，-合金歡烯、-人參烯含量最高；在蘆頭中，香樹烯、-甘香烯和斯巴醇是高含量的主要物質(zhì)，除了斯巴醇在紅參蘆中含量比生曬蘆低，其他幾種成分含量百分比均是紅參蘆高于生曬蘆。

圖4 人參主要揮發(fā)性成分在不同部位相對含量Fig.4 Relative contents of main volatile compounds in different parts of ginseng

2.4 主成分分析

主成分分析（Principal Componet Analysis,PCA）是一種最重要的降維方法，PCA的中心思想是將具有多維數(shù)據(jù)的對象降維化處理，使大量相互關(guān)聯(lián)的原始變量成為少數(shù)幾個(gè)正交的主成分變量。目前，主成分分析廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域，主要用于食品風(fēng)味、食品質(zhì)量和食品認(rèn)證。本實(shí)驗(yàn)利用PCA 對復(fù)雜的GC-MS 數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，研究人參不同部位與揮發(fā)性成分的關(guān)系。

將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，以樣本的峰面積為特征值，將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行PCA 分析，從圖5a 中可看到第1 成分的貢獻(xiàn)率為47.4%，第2 成分貢獻(xiàn)率為28.4%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到75.8%，2 個(gè)主成分完全能說明數(shù)據(jù)的變化趨勢，可以清晰地區(qū)分出主根、須根和蘆頭。在此評分圖中，不同部位樣品在主成分空間中的分布十分分散，說明根須蘆揮發(fā)性成分和含量存在一定差異。從載荷圖如圖5b 所示，可以看出34 個(gè)組分峰分布比較分散，表明不同部位的生曬參和紅參揮發(fā)性成分除含有共有成分外，在組分和含量上也具有一定的差異。另外，從圖中較分散的點(diǎn)得到人參制品揮發(fā)性成分具有區(qū)分意義的組分，通過第1 主成分（PC1）能優(yōu)先甄選出須根，通過第2 主成分（PC2）能將主根和蘆頭清晰地區(qū)分出來。須根的揮發(fā)性成分主要集中在第1 主成分負(fù)半軸，貢獻(xiàn)率大的成分是-人參烯、雪松烯-V6、-芹子烯、-芹子烯、-合金歡烯、氧化石竹烯、人參新萜醇和杜松醇。主根揮發(fā)性成分分布在第2 主成分負(fù)半軸，貢獻(xiàn)率最大的成分是-甘香烯、-古云烯、馬兜鈴烯、-芹子烯、佛手柑油烯、-甘香烯和十五烷烴。蘆頭在第2 主成分正半軸，貢獻(xiàn)率大的主要揮發(fā)性物質(zhì)是廣藿香醇、藍(lán)桉醇、斯巴醇、檀香烯和-杜松烯。

圖5 不同部位的人參特征揮發(fā)性成分主成分得分圖和載荷圖Fig.5 The plot of PCA for characteristic volatile compounds extracted from different underground parts of ginseng

3 結(jié)論

人參的特異性氣味來源于揮發(fā)性成分，確切地說是與倍半萜類物質(zhì)含量密切相關(guān)，受加工工藝、品種和產(chǎn)地等因素的影響。根據(jù)氣相色譜-質(zhì)譜的結(jié)果可知，主根、須根和蘆頭中含有倍半萜烯、倍半萜烯醇和烷烴類化學(xué)成分，共有峰明顯，如-人參烯、-甘香烯、-石竹烯、-欖香烯、-古蕓烯、-合金歡烯、香樹烯、-芹子烯及斯巴醇。檢測結(jié)果顯示紅參的根須蘆倍半萜含量明顯高于生曬參，且紅參須含量最高。紅參須功效在抗腫瘤、抗缺氧和抗氧化等功效上與紅參相差無幾，市場上紅參須的售價(jià)遠(yuǎn)低于商品紅參，所以臨床上非危急病重患者和免疫力低下、畏寒怕冷、手腳冰涼人群保健養(yǎng)生可以紅參須代替紅參。今后應(yīng)加強(qiáng)以紅參須為原料提取倍半萜類成分的應(yīng)用研究。