基于柱前衍生化GC-MS技术探究紫苏叶与白苏叶的质量差异- 大数跨境

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基于柱前衍生化GC-MS技术探究紫苏叶与白苏叶的质量差异

天然产物研究与开发

2023-03-14

导读：本研究对紫苏叶与白苏叶的氨基酸，有机酸、糖类、酚酸类等多种成分进行了定性和定量分析，并比较二者化学成分差异，筛选出差异性标志物。

陈家宝1,2,3 杨贵雅1,2,3 郭龙1,2,3 齐琳琳4 温春秀4 郑玉光2,3,5∗ 王蕾1,2,3∗

１河北中医学院药学院

２河北省中药炮制技术创新中心

３河北省中药资源利用与质量评价国际联合研究中心

４河北省农林科学院经济作物研究所

５河北化工医药职业技术学院

前言

紫苏Perilla frutescens (L.) Britt.为唇形科紫苏属一年生直立草本植物。历代重要本草称叶两面全紫或面青背紫的为"苏"或"紫苏"，而将叶片全绿的称为"荏"，即"白苏"。二者皆可作为蔬菜食用，但在使用过程中仍有一些区别。紫苏因富含天然色素广泛应用于天然食品着色剂领域，参考《中国药典》(2020版)中对紫苏叶药材的"两面紫或上表面绿色，下表面紫色"的性状描述，可知紫苏则为正品紫苏类药材的植物来源。白苏除了作为蔬菜食用，还可用作食品防腐剂。20世纪70年代《中国植物志》参考国外分类学家Elmer Drew Merrill的意见将"紫苏"和"白苏"合并为一种，称该原变种为P. frutescens var. frutescens。20世纪80年代，国内中医药学者基于对紫苏和白苏本草考证及功效差异的考量，建议将"紫苏"定名为P. frutescens var. arguta，"白苏"定名为P. frutescens var. frutescens，并且Liu等根据野外观察和栽培试验发现紫苏种子播种后仍全部为紫苏，白苏种子播种后其叶全部为两面绿的白苏，未发现变异。可见，紫苏在植物分类上至今仍存在一定的争议，需相关学者不断寻找可靠、普遍适用的特征作为紫苏与白苏分类的依据。

紫苏叶为紫苏Perilla frutescens (L.) Britt.的干燥叶(或带嫩枝)，具有解表散寒，行气和胃的功效，常用于治疗风寒感冒，咳嗽呕恶，妊娠呕吐，鱼蟹中毒。既然《中国植物志》将紫苏与白苏合并为一种，那么紫苏叶的来源植物也应包括白苏，然而白苏叶与紫苏叶在外观形态、化学成分等方面二者存在较大差异。Li等收集了来自国内各地的不同紫苏种质，种植后观察记录形态特征并采用GC-MS技术确定其化学型，结果显示白苏叶多为两面绿色、PK(紫苏酮)型，紫苏叶多为两面紫色、PA(紫苏醛)型，二者的叶片大小、叶片平整度、叶片边缘等形态特征存在明显差异；Dai等利用HPLC技术对紫苏叶与白苏叶中酚酸类物质的含量进行了比较，发现紫苏叶中原儿茶醛、咖啡酸、阿魏酸与迷迭香酸的含量均高于白苏叶；Shangguan等采用可见分光光度法比较紫苏叶和白苏叶中的总黄酮的含量差异，结果表明紫苏叶中的总黄酮含量高于白苏叶；Huang等利用HPLC技术比较分析了紫苏叶与白苏叶中的迷迭香酸的含量，发现在同一采收期紫苏叶中迷迭香酸的含量高于白苏叶。目前对紫苏叶与白苏叶化学成分差异的研究主要集中于挥发油、黄酮、酚酸等成分，尚缺乏对二者氨基酸、有机酸、糖类等成分含量差异的研究，有必要更加系统全面地分析紫苏叶与白苏叶的差异性。

本研究拟以紫苏叶与白苏叶为研究对象，建立柱前衍生化GC-MS分析方法，测定二者氨基酸、有机酸、糖类、脂肪酸、酚酸类等成分的含量；并通过主成分分析(principal component analysis,PCA)和正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares discrimination analysis,OPLS-DA)等多元统计分析方法比较二者化学成分差异，筛选出差异性标志物；通过系统研究紫苏叶与白苏叶化学成分差异，将为紫苏植物学分类及紫苏不同种质资源应用提供一定参考。

代表性结果

讨论与结论

当前紫苏与白苏的分类争议尚未解决，《中国植物志》的拉丁名将紫苏与白苏合并为一种，但《中国药典》性状描述中明确提出叶片单面紫或双面紫，可见药典规定的药用紫苏品种不包括白苏。多年来，对紫苏叶与白苏叶差异性研究主要集中于次级代谢产物，目前已在紫苏叶中分离鉴定出超过两百种化学物，主要为挥发油类(紫苏醛、紫苏酮等)、酚酸类(迷迭香酸、咖啡酸等)与黄酮类(木犀草素、芹菜素等)。这些成分对紫苏叶的品质有重要贡献。其实，除了这些前人研究较多的次级代谢产物外，紫苏叶中还存在一些极性较强的初级代谢产物，如糖类、氨基酸、有机酸等，对紫苏叶品质亦有重要贡献。对于这些初级代谢产物的研究较少的部分原因是缺乏完善的分析方法。为了比较紫苏叶与白苏叶中这些成分的含量差异，本文采用了柱前衍生化GC-MS技术，该技术是在样品进行GC-MS分析前利用化学方法将目标物质修饰成类似化合物，从而使目标化合物的极性和沸点降低，增强物质的挥发性和热稳定性，更方便于非挥发性物质定性定量分析的一种技术。本研究所建立的紫苏叶样品柱前衍生化方法，条件温和、操作简单、样品稳定性好、结果准确，可以用作紫苏叶中氨基酸类、糖类、脂肪酸类、酚酸类等成分快速、高通量分析测定的方法。

紫苏叶为传统的药食两用植物。本研究对紫苏叶与白苏叶中多种成分的定性和定量分析结果显示二者中均含6种人体必需氨基酸(L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-苏氨酸、L-苯丙氨酸、L-赖氨酸)，且它们在紫苏叶中的平均含量均高于白苏叶，表明就氨基酸水平而言，紫苏叶的营养价值优于白苏叶。同时发现紫苏叶与白苏叶中均含有较高含的迷迭香酸。迷迭香酸是一种天然存在的酚酸类物质，主要有抗炎、抗癌、抗菌、抗氧化和免疫抑制等多种活性，比较结果显示紫苏叶中迷迭香酸含量显著高于白苏叶，提示紫苏叶为更好的药用植物来源。而白苏叶中酒石酸、L-丙氨酸、L-甘氨酸、L-谷氨酸、棕榈酸、油酸等成分的含量高于紫苏叶，也存在一定食用与药用价值。上述结果表明紫苏叶与白苏叶的初级代谢产物存在显著差异，在植物学分类上将紫苏与白苏分开，有利于紫苏类药材的正本清源。上述结果对于紫苏叶的质量控制及优质紫苏种质的筛选具有重要的意义。该研究成果发表在《天然产物研究与开发》2023年第1期，欢迎引用(点击左下方“阅读原文”可查看全文)。

引用格式：陈家宝,杨贵雅,郭龙,等.基于柱前衍生化GC-MS技术探究紫苏叶与白苏叶的质量差异[J].天然产物研究与开发,2023,35:69-79. Chen JB,Yang GY,Guo L,et al.Study on quality difference between Perilla feutescens var. arguta leaves and P. frutescens var. frutescens leaves by pre-column derivatization combined with GC-MS[J].Nat Prod Res Dev,2023,35:69-79.