不同种植条件下香蜂草(Melissa officinalis L.)中生物活性成分及其抗氧化活性的研究

《Sci》：Bioactive Compounds and Antioxidant Activity in Lemon Balm (Melissa officinalis L.) Grown Under Different Growing Conditions Nadezhda Traycheva Petkova, Plamen Zorovski, Ivan Ivanov, Ivayla Dincheva and Tatyana Bileva

　　

摘要：本研究旨在评价两种种植制度（常规vs.有机农作）下生长的香蜂草(Melissa officinalis L.)之生物活性成分与抗氧化活性。通过测定光合色素、总酚(total phenolics, TP)、总黄酮(total flavonoids, TF)含量及单体酚酸与黄酮组分，评估95%与50%乙醇提取物的抗氧化潜力，并利用气相色谱-质谱联用(Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS)解析精油详细组成。有机种植香蜂草精油检出43种化合物，占总含量99.70%，其中α-蒎烯(α-pinene)、正辛醇-3(n-octan-3-ol)、佛手柑醛(bergamal)、反式玫瑰醚(trans-rose oxide)、二氢芳樟醇(dihydro-linalool)、顺式异柠檬醛(cis-isocitral)及反式茴香脑(trans-anethole)仅存在于有机精油中；常规种植精油检出36种化合物，占99.80%。有机种植香蜂草较常规种植表现出更高的酚类、黄酮类含量及抗氧化活性，而常规样品中天然色素（叶绿素及类胡萝卜素）水平高于有机样品一倍以上。此外，50%乙醇提取物所含酚类化合物为1.5至2倍，且CUPRAC(cupric reducing antioxidant capacity，铜离子还原力)法测得的抗氧化潜力最高。总酚含量与基于电子转移(electron transfer)的抗氧化方法间呈显著正相关(r2=0.98)。因此，有机农作可促进香蜂草积累更多次生代谢产物（如酚酸与黄酮），并具更高抗氧化活性。

论文解读：不同种植条件下香蜂草(Melissa officinalis L.)中生物活性成分及其抗氧化活性的研究

一、研究背景与意义

香蜂草(Melissa officinalis L.，唇形科Lamiaceae多年生药用植物)地上部分广泛用于食品、药品及化妆品领域，其健康益处源于富含多糖、酚酸（主要为迷迭香酸rosmarinic acid及咖啡酸caffeic acid）、黄酮类（如槲皮素quercetin、山奈酚kaempferol、芹菜素apigenin）、三萜类等次生代谢产物。已有研究表明有机栽培可提升部分药用植物酚类及黄酮含量，但关于有机与常规农作对香蜂草化学成分谱（尤其是单体酚酸、黄酮及精油微量组分差异）及抗氧化活性系统性比较的研究尚存空白。为此，Petkova, N. T.、Zorovski, P.、Ivanov, I.、Dincheva, I.与Bileva, T.以保加利亚同一产区、同期采收之有机与常规种植香蜂草为材料，系统比较光合色素、总酚(TPC, total phenolic content)、总黄酮(TFC, total flavonoid content)、单体酚酸与黄酮HPLC定量、四种体外抗氧化方法(DPPH, ABTS, FRAP, CUPRAC)及GC-MS精油组成，探讨种植制度对生物活性积累之影响。该论文发表于《Sci》。

二、主要关键技术方法概述

研究人员于保加利亚Plovdiv地区Bogdanitsa村选取经认证的有机田块（施Biohumus底肥+Lumbreco叶面肥）与相邻常规田块（施三重过磷酸钙），在相同开花初期采集同品种香蜂草地上部分，阴干、粉碎过100 μm筛。以95%及50%(v/v)乙醇超声辅助提取(ultrasound-assisted extraction, UAE, 75 ℃, 20 min, 固液比1:20)，用Folin–Ciocalteu法测TPC（以没食子酸当量GAE计）、Al(NO₃)₃比色法测TFC（以槲皮素当量QE计）；抗氧化活性采用DPPH自由基清除、ABTS^•+清除、FRAP(ferric reducing antioxidant power，铁离子还原/抗氧化能力)及CUPRAC法测定（以Trolox当量TE计）。单体酚酸与黄酮以UHPLC-PDA（Poroshell 120 EC-C₁₈柱，检测波长280 nm）定量；精油经水蒸气蒸馏(Clevenger装置，3 h)后行GC-MS(HP-5 ms柱)分析，按Kovats保留指数(RI)及NIST'08/GMD数据库定性。数据以均值±标准差表示，单因素方差分析(one-way ANOVA)及Duncan多重比较(p<0.05)与Pearson相关性分析处理。

三、研究结果

3.1. 水分含量与天然色素(Moisture Content and Natural Pigment)

干样水分常规组14.09±0.04%、有机组14.97±0.15%，无显著差异。常规种植样品中叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、总叶绿素及总类胡萝卜素(total carotenoids)含量均显著高于有机组（超两倍），有机组中Chl a/Chl b比为3.85，反映光合机构状态差异。

3.2. 香蜂草酚类成分与抗氧化潜力(Phenolic Compounds and Antioxidant Potential of Lemon Balm)

3.2.1. 酚类与抗氧化潜力(Phenolic and Antioxidant Potential)

50%乙醇提取物较95%乙醇提取物含更高TPC、TFC及金属还原法(FRAP、CUPRAC)测得之抗氧化活性；有机种植样品TPC、TFC及各法(ABTS, DPPH, FRAP, CUPRAC)抗氧化活性均高于常规组。95%乙醇提取物对ABTS及DPPH自由基清除能力略优；CUPRAC法整体显示最高抗氧化值。

3.2.2. 酚类、黄酮与抗氧化活性间的相关性(Correlation Between Phenolics, Flavonoids and Antioxidant Activity)

总酚(TPC)与电子转移为基础之法(FRAP、CUPRAC)呈极强正相关(r²>0.99)，TFC与FRAP亦呈强相关(r²>0.95)；TPC、TFC与DPPH及ABTS法呈负相关或弱相关。

3.2.3. 酚酸与黄酮类(Phenolic Acids and Flavonoids)

HPLC检出三种酚酸——阿魏酸(ferulic acid)、水杨酸(salicylic acid)、迷迭香酸(rosmarinic acid)，及三种黄酮——芦丁(rutin)、槲皮素(quercetin)、山奈酚(kaempferol)；未检出没食子酸、香草酸、咖啡酸、芥子酸、绿原酸及橙皮苷、儿茶素、表儿茶素。50%乙醇提取物酚酸与黄酮含量较95%乙醇提取物高十倍以上。有机组黄酮（尤其芦丁高出>60%）及酚酸（有机组以阿魏酸为主，常规组以水杨酸为主）含量高于常规组；迷迭香酸含量两组近似(20.04–20.77 mg/g dw，达干重约2%)，为最主要酚酸；山奈酚两组相近。

3.3. GC-MS分析香蜂草精油组分(GC-MS Analysis of Compounds in Lemon Balm Essential Oil)

精油得率常规0.27%、有机0.30%(w/w, 干基)。有机精油检出43种化合物(99.70%)，常规36种(99.80%)；α-蒎烯、正辛醇-3、佛手柑醛、反式玫瑰醚、二氢芳樟醇、顺式异柠檬醛、反式茴香脑仅见于有机精油（各≤0.2%）。主要成分类别为含氧单萜(醛类，34.10–34.64%)＞倍半萜烃(31.63–32.85%)＞含氧倍半萜(22.25–22.76%)。常规组以β-石竹烯(β-caryophyllene, 16.33%)、橙花醛(neral, β-citral, 13.47%)、石竹烯氧化物(caryophyllene oxide, 6.93%)、香茅醛(citronellal, 6.58%)为主；有机组以α-柠檬醛(geranial, α-citral, 15.36%)、大根香叶烯D(germacrene D, 9.99%)、α-古巴烯-11-醇(α-copaen-11-ol, 3.73%)为主，且β-石竹烯与石竹烯氧化物含量亦较高。有机组倍半萜烃及含氧单萜(醇类)略增。

四、讨论与结论总结

干物质水分与文献相符，常规组因较高矿质营养促进叶绿素合成，故光合色素更高，有机组Chl a/Chl b比较高暗示不同生长胁迫响应。有机栽培因生长速率略缓、刺激次生代谢物积累，致TPC、TFC升高，与文献一致；50%乙醇超声提取对酚酸（尤其迷迭香酸达欧洲药典≥1%要求）及黄酮提取效率最佳。TPC与FRAP/CUPRAC强相关印证酚类物质贡献主要还原力。精油得率不受种植制度显著影响(＜0.3%)，主成分(neral+geranial+β-caryophyllene)在两系统中均为citral化学型特征，但有机施肥改变微量组分比例，增加特有微量成分(反式玫瑰醚、二氢芳樟醇等)，赋予更典型柠檬-甜香及潜在GABA能镇静作用，常规组因β-石竹烯及氧化物偏高偏木质香辛味。

结论(Conclusions)： 常规农作提高香蜂草叶绿素含量；有机农作（配合生物有机肥及叶面肥）促使植株积累更多次生代谢产物——尤酚酸（迷迭香酸）及黄酮（芦丁），并因酚类富集具更高抗氧化潜力。50%(v/v)乙醇超声辅助提取可有效获得以迷迭香酸为主的多酚组分，TPC与电子转移法(FRAP、CUPRAC)呈强正相关。精油得率不因农作制度显著差异，但有机种植精油含更多特有微量挥发性组分及较高β-石竹烯/石竹烯氧化物，常规组neral略占优。结果揭示有机栽培香蜂草在食品、药物及化妆品领域具更高生物活性开发潜力。