紫穗槐(A. Fruticosa)又称棉槐、穗花槐等, 属豆科紫穗槐属多年生灌木, 是优良的水土保持植物, 也是我国唯一的紫穗槐属植物^[1-2]。其具有抗肿瘤、抗心律不齐及杀菌杀虫等功效, 花可清热凉血止血^[3-5]。它也是一种优良的防风固沙、水土保持及园林绿化树种。因此, 若能将其广泛种植, 将会产生一定的经济价值、社会价值和生态价值^[6-7]。

药材的不同来源、不同采收期及不同存储方式等因素都会影响挥发性成分的分析结果。传统分析挥发油多用水蒸气蒸馏、超临界CO₂流体萃取和有机溶剂提取等方法处理后再进行质谱分析, 但是有机溶剂和水蒸气蒸馏法提取过程中会使一些相对分子质量小的易挥发成分损失掉, 易于引入杂质, 超临界提取操作复杂, 相对成本较高^[8]。本研究采用SHS-GC-MS(Static headspace-gas chromatography-mass spectroscopy)技术对紫穗槐花中的挥发性成分进行分析, 具有快速便捷、检测费用低及样品消耗量少等优点, 同时, 避免了不少采样困难(一些珍稀名贵的植物样品本来就不多, 常规方法采集需要量很大, 通常很难采集到足够数量), 最大程度地避免了溶剂提取带来的分析干扰及样品分解问题^[9-10]。

目前关于应用SHS-GC-MS技术分析紫穗槐花中挥发性成分方面的报道还较少。因此, 本实验采用SHS-GC-MS技术在高、中、低3种不同温度条件下通过程序升温的方法直接对紫穗槐花中的挥发性成分进行了分析, 挥发性成分含量计算采用面积归一化法。通过对其挥发性成分的分析, 为进一步将其推广至医药、食品及化妆品、生态和保健园林建设等相关领域提供基础数据^[11]。

1 实验部分 1.1 实验条件 1.1.1 色谱条件

GC7890A气相色谱仪, 色谱柱Agilent HP-5 MS (30 m×250μm×0.25μm); 进样口温度250℃; GC的载气为高纯氦气, 分流比为10:1(体积比), 柱流量1mL/min; 程序升温条件:初始温度30℃, 保持5min, 以1.5℃/min升至110℃, 以15℃/min升至200℃，保持4 min。

1.1.2 质谱条件

MS 5975C质谱仪, 自动标准谱图调谐; 电离方式:EI离子源, 电子能量70eV; 离子源温度:230℃; 传输线温度:280℃; 四极杆温度:150℃; 数据采集扫描模式:全扫描(SIM); 扫描范围:35~450amu。样品瓶体积:20mL, 质谱数据经由计算机NIST 2011标准谱库检索后, 鉴定出的挥发性成分见表 1。

1.1.3 顶空条件

Agilent 7697A顶空进样器; 实验在低、中、高3种不同温度下分析了紫穗槐花的挥发性成分, 用HP-5MS色谱柱对色谱分离条件进行优化, 通过对顶空瓶的装样量、样品顶空平衡时间及顶空加热温度的考察。确定实验条件为:低温顶空平衡温度为50℃, 平衡时间为30min; 中温顶空平衡温度为80℃, 平衡时间为25min; 高温顶空平衡温度为100℃, 平衡时间为20min。

1.2 实验器材与试剂 1.2.1 实验样品处理

紫穗槐花2015年采自西安植物园马腾空新区, 干燥样品称重为1.008 0g;植物材料经西北大学倪士峰鉴定(相关标本留样保存于西北大学植物标本馆), 研磨处理的样品加蓝色变色硅胶密封保存于2~8℃冰箱中备用。

1.2.2 实验材料

变色硅胶(利威蓝色指示硅胶), PE密封塑料袋(郑州天原包装材料有限公司)。

2 结果 2.1 分段式SHS-GC-MS技术分析的良好价值

传统分析挥发油多用超声波、水蒸气蒸馏、超临界CO₂流体萃取和有机溶剂提取等方法处理后再进行质谱分析, 有机溶剂和水蒸气蒸馏法提取过程中会使一些分子量小的易挥发化合物损失掉, 且有机溶剂提取过程中常常伴随着有机溶剂残留的问题, 危害人们健康, 超临界提取相对成本则较高, 目前工业上应用不多^[12]。

SHS-GC-MS技术具有操作及样品前处理简单、条件温和、样品消耗量少、避免样品分解和溶剂提取造成的分析干扰等优点^[13]。本实验在低、中、高3个温度段结合SHS-GC-MS技术分析紫穗槐花中挥发性成分, 发现其主要挥发性成分的种类及含量与李兆琳等人采用自制的水蒸汽蒸馏-溶剂萃取法的报道有一定差异, 推测可能是提取分析方法、植物生长环境及采收时期等不同所导致^[14]。

从总离子流图 1可以看出3个温度5~10min和60~65min时间段内检索出的成分较多。实验过程中从低温到高温随着温度的升高, 鉴定出的样品成分也随之增加，分别为11，65和78种, 分别占总成分的90.030%, 92.075%和94.824%。

2.2 3个温度段共有成分分析

高、中、低3个温度段共鉴定出130多种成分, 图 2是其共有成分包括:①己醛; ② 2-蒎烯-6-酮; ③ β-甜没药烯。2-蒎烯-6-酮在3个温度段下的质量含量分别为5.120%，0.320%和0.281%, 这可能是随着温度的升高一部分成分发生了分解; β-甜没药烯在3个温度段下的百分含量分别为3.351%，0.604%和1.695%, 随着温度的升高一部分β-甜没药烯发生了分解, 当温度到达一定温度后又有别的物质分解为β甜没药烯。单环倍半萜β甜没药烯具有抗菌及抗原虫作用, 这与紫穗槐抗病毒及杀虫的功效相关^[15]。己醛在3个温度段下的质量含量分别为18.768%，25.586%和14.650%, 中温段己醛的含量最大。己醛具有苹果香味可用作食用香料, 也可作为人体母乳脂质过氧化的指标成分^[16]。另外, 己醛作为室内空气污染物的主要成分, 能够引起剂量依赖性的基因发生改变, 对人有害, 严重者可能导致各种肺病^[17]。

2.3 2个温度段共有成分分析

中、高温度段共有成分23种(图 3), 主要包括3-蒈烯、石竹烯、蛇麻烯、桉油精、3-羟基-2-丁酮和苯甲醛等。其中, 3-蒈烯、柠檬烯、水芹烯难分离, 一般需要加入苯甲酸丙酯进行萃取精馏才可得到较纯的3-蒈烯, 这可能导致3-蒈烯含量较低的原因。石竹烯、蛇麻烯的活性可能与紫穗槐的祛湿消肿、清热凉血、抗肿瘤及保肝功效相关^[18-21]。此外, 桉树脑具有抑制真菌的作用, 这与紫穗槐抗菌功效相关^[22]。苯甲醛具有消毒抗菌、杀虫、止咳平喘等功效, 这可能与紫穗槐杀虫、抗病毒及保肝功效相关^[23]。

2.4 各温度段特有成分分析及其变化规律

表 1所示低温SHS-GC-MS条件下, 共鉴定出11种成分, 占总含量的90.030%(质量分数)。其中，醛类、烯类、酮类和酯类成分分别占总成分的28.613%，20.063%，11.91%和19.657%;质量分数超过10%的化合物有己醛(18.768%)和硬脂酸丁酯(19.657%)。己醛作为室内空气污染物的主要成分, 对人体有一定的危害; 硬脂酸丁酯作为聚烯烃树脂的增塑剂, 可能是样品处理过程中被PE塑料袋污染产生的。因此，为了避免此类样品污染, 我们可以设计一种在线进样方法, 也可以采用玻璃瓶或其他不含增塑剂等成分的容器进行野外装样, 但这样增大了采样过程中的工作量和携带、储存及干燥方面的难度, 更好的方法还有待进一步探讨。

表 1所示中温段共检测出77个主要的色谱峰, 鉴定出65种主要成分, 占总含量的92.075%。其中，醛类、醇类成分的质量分数较高, 分别占总成分的58.384%和22.631%;除此之外, 还含有酮类、烯类和酯类等成分, 此温度段质量分数超过10 %的成分主要有己醛和2-甲基丁醛。

柠檬烯(0.488%)和反式-β-紫罗兰酮(0.047%)仅在中温条件下被检测出。柠檬烯具有类似柠檬香味, 有良好的镇咳祛痰抑菌活性和较强的其他化感作用, 也是重要的防癌物质, 这可能与紫穗槐抗菌、抗肿瘤及保肝功效相关。反式-β-紫罗兰酮除用于香水、洗发水和香皂等化妆品中, 还可用于清洁剂和洗涤剂中^[24]。

如表 1所示高温段共检测出86个主要色谱峰, 鉴定出79种主要成分, 占总含量的94.824%。此温度段含量超过10%的成分主要包括己醛、2-甲基丁醛和3-甲基丁醛。3-甲基丁醛是合成香料的中间体, 主要用于食品香精, 食品工业及制药工业中的原料, 尤其是作为维生素E的合成原料。这3种成分都能产生一些好的青草气及苹果香味成分, 使麦芽的口感变的更好^[25]。

衣兰油烯(0.1264%)，α-细辛脑(0.168%)，沉香螺醇(0.129%)和β-古巴烯(0.639%)等是仅在高温条件下检测到的特殊成分。其中, α-细辛脑具有祛痰止咳、镇静平喘及解痉等作用, 临床证明, 该药用于治疗慢性气管炎, 支气管哮喘和癫痫大发作均有较好疗效, 且不良反应少, 这与紫穗槐保肝功效可能相关^[26]。

环境应激会致使植物产生一些毒害挥发性物质, 这些物质能够诱导癌症、呼吸道和免疫系统等疾病的发生, 实验中3个温度段下紫穗槐花中产生的己醛就能够诱发肺毒性^[17]。其次, 样品上残留的农药对人体、生物及环境也有一定危害; 如二甲胺有致癌和致突变等作用, 是一种有的毒污染物^[27]。因此, 为避免农药残留问题, 科学合理使用化学农药的同时, 可以使用一些生物农药或者动植物激素来防治病虫害。

3 结语

通过3种温度梯度SHS-GC-MS技术分析比较紫穗槐花中的挥发性成分，可更直观地发现不同温度下的特有成分。通过比较发现，低温顶空有助于发现更多植物本身真正的天然挥发性成分，避免了一些性质不稳定成分发生热分解或氧化反应。对其应用范围有了更进一步的了解, 但对其具体的作用疗效及作用机制缺少系统研究, 今后应进一步进行深入研究验证, 为紫穗槐更科学地用于医药、养生保健及绿化等方面提供依据。