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欧薄荷挥发油化学成分及生物活性研究

文献类型:学位论文

作者白小慧
答辩日期2021-06-03
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院新疆理化技术研究所
导师买吾兰江·买提努尔
关键词欧薄荷 挥发油 抗氧化 抑菌 成分分析
学位名称硕士
学位专业有机化学
英文摘要

欧薄荷(Mentha longifolia L.)是唇形科(Labiatae)薄荷属(Mentha)多年生草本植物,欧薄荷挥发油不仅在化妆品、食品等产品中应用广泛,同时也是重要的药用资源,欧薄荷中丰富的挥发油资源是其被广泛种植的原因之一。 同一药材的挥发油成分和含量变化复杂, 这种复杂的差异是多种因素综合作用的结果,本试验通过研究生长周期、干燥方法及提取方法等变量对欧薄荷挥发油化学成分及生物活性的影响,为获得高品质的欧薄荷挥发油提供了理论依据,此外,通过对原有薄层层析-生物自显影筛选活性化合物技术的改善,对欧薄荷挥发油中化合物的抑菌活性进行了筛选,对挥发油中具有高抑菌活性的化合物进行了分离及活性验证,对挥发油中不能用保留指数和质谱定性的化合物进行分离,进一步用核磁对其结构进行了解析。1.生长期对欧薄荷挥发油成分及活性的影响为研究生长期对欧薄荷挥发油成分及活性的影响,用水蒸气蒸馏法提取生长期、开花期及种子期欧薄荷地上部分挥发油,用气相色谱-氢火焰离子检测器(GC-FID)和气相色谱-四极杆-飞行时间质谱联用仪(GC-Q-TOFMS)分析挥发油成分及含量,并通过DPPH和ABTS阳离子自由基清除试验,研究了不同生长期欧薄荷挥发油抗氧化能力强弱。通过琼脂扩散法比较了不同生长期欧薄荷挥发油对白色念珠菌(真菌)、大肠杆菌(革兰氏阴性菌)和金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)的抑菌能力强弱。通过电导率试验和扫描电镜观察菌体形态,研究了种子期挥发油对大肠杆菌的抑菌机制。结果显示,不同生长期的欧薄荷挥发油在含量及成分上有显著区别,花期欧薄荷挥发油含量最高(1.03 ± 0.04%),其次为种子期(0.77 ± 0.02%)和生长期(0.52 ± 0.01%)。从三种挥发油中共鉴定出45种成分,其中生长期41种、花期37种、种子期27种,各生长阶段挥发油主成分均为柠檬烯(limonene)和香芹酮(carvone),但含量不同,种子期挥发油中两种主成分含量总和最多(68.46%),随后是生长期(58.01%)和花期(57.55%)。三个生长阶段的挥发油对ABTS和DPPH自由基均有很好的清除能力。其中,生长期挥发油对自由基的清除能力最强,种子期次之,花期抗氧化能力最弱。抑菌作用强弱为:生长期、花期和种子期挥发油的抑菌趋势皆为:对大肠杆菌抑制作用最强,白色念珠菌次之,金黄色葡萄球菌最弱。其中,种子期挥发油对大肠杆菌的抑制能力最强。故而通过电导率试验和扫描电镜观察菌体形态研究了种子期挥发油制大肠杆菌的作用机制,发现种子期的欧薄荷挥发油通过影响大肠杆菌内膜通透性,使细胞内物质外泄,从而发挥抑菌作用,引起细菌死亡。综合而言,花期欧薄荷挥发油含量最高,生长期欧薄荷挥发油中化合物种类数最多,抗氧化能力最强,种子期挥发油抑菌能力最强。可根据实际应用需求选择合适的药材采摘期。 2.提取部位对欧薄荷挥发油成分的影响植物的提取部位也是影响其挥发油成分的原因之一。本章节主要以水蒸气蒸馏法对处于开花期的欧薄荷根、茎、叶、花等部位的挥发性成分进行提取,用GC-FID分析了各部位挥发油组成成分相对含量及用GC-Q-TOFMS定性分析了化学成分,研究了开花期欧薄荷挥发性成分的差异。结果表明:从根部提取的挥发油中化合物种类数最多,共57种,随后依次为茎39种,叶37种,花序挥发油中化合物种类数最少,只有23种。此外,主成分柠檬烯和香芹酮的含量皆在花序挥发油中含量最高,而茎干挥发油中不含有柠檬烯。3.干燥方法对欧薄荷挥发油成分及活性的影响干燥方法是影响挥发油组成成份和质量的主要因素之一,为研究干燥方法对欧薄荷挥发油收率、组成成份及生物活性的影响,以阴干、晒干、40 ℃烘干等三种不同方法对生长期欧薄荷地上部分进行干燥处理。以新鲜未经干燥处理的欧薄荷为对照,水蒸气蒸馏法提取欧薄荷挥发性成分,研究了干燥方法对挥发油产率的影响。通过GC-Q-TOFMS对挥发油化学成分进行分析、气相色谱-氢火焰离子检测器GC-FID对挥发油相对含量进行分析,研究了干燥方法对欧薄荷挥发油含量的影响。通过DPPH自由基清除试验及ABTS自由基清除试验研究了干燥方法对挥发油抗氧化活性的影响,并用纸片扩散法研究了干燥方法对挥发油抑菌活性的影响。结果表明,干燥方法对欧薄荷挥发油产率、化学成分及生物活性有显著影响。其中阴干欧薄荷挥发油产率最高(0.49 ± 0.01%),依次是40℃烘干(0.42 ± 0.03%)、晒干(0.19 ± 0.02%)和新鲜0.12 ± 0.03%)。挥发油中主要成份均为香芹酮(46.58~50.75%)和柠檬烯(24.01~29.71%)。抗氧化及抑菌试验结果表明,较新鲜欧薄荷挥发油而言,三种经干燥处理过的欧薄荷,其挥发油抗氧化及抑菌活性均不同程度增强,综合挥发油产率及生物活性而言,阴干可作为欧薄荷最佳干燥方法。4.提取方法对欧薄荷挥发油成分及活性的影响挥发油可以通过许多方法从植物中获得,合适的提取方法对挥发油的质量有着重要影响。为研究提取方法对挥发油质量的影响,采用水蒸气蒸馏法(SD)、亲脂性溶剂(正己烷)提取法(LSE)、超临界二氧化碳萃取法(SFC)对欧薄荷地上部分中的挥发油进行了提取,研究了干燥方法对挥发油产率的影响。通过GC-Q-TOFMS和内标法对挥发油成分分析,研究了提取方法对挥发油成分及含量的影响,通过DPPH和ABTS阳离子自由基清除试验和体外环氧合酶二(COX-2)清除试验,研究了提取方法对欧薄荷挥发油活性的影响。结果表明:正己烷提取的挥发油产率最高(1.21 ± 0.07%),依次为超临界二氧化碳流体提取(1.09 ± 0.05%)和水蒸气蒸馏提取(0.82 ± 0.16%)。主成分柠檬烯和香芹酮在水蒸气蒸馏法提取的挥发油中含量最多,正己烷提取次之,超临界流体提取的含量最低。超临界二氧化碳流体法提取的挥发油对DPPH自由基和ABTS阳离子清除能力最强,其次是有机溶剂(正己烷)提取的挥发油,水蒸气蒸馏法提取的挥发油抗氧化活性最低。此外,超临界二氧化碳流体提取的欧薄荷挥发油,对COX-2酶也表现出了最强的抑制作用。总之,有机溶剂提取法挥发油产率最高,超临界二氧化碳流体提取的挥发油活性最好,水蒸气蒸馏法提取的挥发油主成分含量最高,每种提取方法都有其各自的优点,可根据实际应用需求选择合适的提取方法。5.欧薄荷挥发油抗菌活性成分筛选挥发油中的化合物种类数几十到几百不等,但并不是所有的成分皆有活性,本试验结合硅胶柱色谱分离、琼脂扩散发及薄层层析-生物自显影法对欧薄荷挥发油中的抑菌成分进行了筛选。发现,欧薄荷挥发油中包括主成分柠檬烯在内的萜烯类化合物对白色念珠菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌皆没有抑制作用,含氧类化合物对三种菌有不同程度的抑制作用,筛选出化合物α-松油醇(α-terpineol)对白色念珠菌有极为显著的抑制作用。保留指数(RI)和质谱数据是用于定性分析挥发性化合物的主要手段,对于欧薄荷挥发油中根据保留指数和质谱数据不能确定结构的化合物,通过反复柱色谱分离、富集及核磁共振(NMR)对其结构进行确认。

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源URL[http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/7888]  
专题新疆理化技术研究所_资源化学研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
白小慧. 欧薄荷挥发油化学成分及生物活性研究[D]. 中国科学院新疆理化技术研究所. 中国科学院大学. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:新疆理化技术研究所

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