GC×GC TOFMS 技术解锁黑姜根茎与叶挥发油中的萜类宝藏：开启天然药物研究新征程

《Scientific Reports》：Unlocking terpenoid treasures of rhizome and leaf volatiles of Curcuma caesia Roxb through 1D and 2D GC × GC TOFMS analysis

为解决传统气相色谱 - 质谱法（GC - MS）分析黑姜（Curcuma caesia）挥发油存在的共洗脱和峰重叠问题，研究人员开展了利用先进的二维气相色谱 - 飞行时间质谱（GC×GC TOFMS）技术分析黑姜根茎和叶精油的研究。结果发现了 151 种成分，明确其抗氧化和抗菌活性。该研究为黑姜在药物研发中的应用奠定基础。

　　在神秘的植物王国中，姜科植物一直备受瞩目。其中，黑姜（Curcuma caesia）作为姜科姜黄属的多年生药用植物，在东南亚地区有着悠久的应用历史。传统上，黑姜的根茎精油被用于治疗支气管炎、哮喘、肺结核等多种疾病，其叶子也可用于缓解淋巴腺炎和疖病等症状。然而，由于黑姜处于濒危状态，深入探究其药用价值变得尤为迫切。

以往，科研人员主要利用传统的气相色谱 - 质谱（GC - MS）技术分析黑姜的化学成分，但这种方法存在明显缺陷，比如在分析挥发性油时，容易出现共洗脱和峰重叠的现象，特别是对于同分异构的倍半萜烯，这使得许多成分难以准确鉴定，极大地限制了对黑姜化学组成和药用潜力的深入了解。

为了突破这些困境，探索黑姜更多的药用奥秘，来自西克沙?奥?阿努桑丹被视为大学（Siksha O Anusandhan Deemed to be University）的研究人员开展了一项具有开创性的研究。他们运用先进的二维气相色谱 - 飞行时间质谱（GC×GC TOFMS）技术，对黑姜根茎和叶中的精油进行全面剖析。

研究人员首先从印度梅加拉亚邦农波（Nongpoh）采集了黑姜植株，经分类学家鉴定后，在温室中妥善保存。随后，他们分别对黑姜的新鲜根茎和叶子进行水蒸气蒸馏，提取出精油，并利用 GC×GC TOFMS 系统进行详细分析。该系统由 Agilent 7890 GC、MPS2 自动进样器、Zoex 冷喷射调制器（KT2007）等组成，通过两根不同极性的色谱柱，对精油成分进行高效分离和准确鉴定。

研究结果令人惊喜。通过 GC×GC TOFMS 分析，研究人员在黑姜根茎和叶的精油中总共鉴定出 151 种成分，其中根茎精油中有 97 种、叶精油中有 114 种成分此前未被报道。在根茎精油中，主要成分包括莪术烯酮（curzerenone，11.45%）、桉叶油素（eucalyptol，7.56%）等；叶精油的主要成分则有樟脑（camphor，6.59%）、二十七烷（heptacosane，4.26%）等。同时，研究发现倍半萜和单萜是精油的主要成分，分别在根茎精油和叶精油中占比超过 60%。

在生物活性研究方面，研究人员对黑姜根茎和叶精油进行了抗氧化和抗菌活性测试。抗氧化活性测试采用 DPPH 自由基清除法，结果显示，黑姜根茎精油的 IC₅₀值为 0.53 μg/mL，叶精油的 IC₅₀值为 1.22 μg/mL，均展现出较强的抗氧化能力，甚至超过了部分传统的商业抗氧化剂。这表明黑姜精油在对抗氧化应激方面具有巨大潜力，有望成为天然抗氧化剂的优质来源。

抗菌活性测试针对大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）和肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）这四种多药耐药菌（MDR）进行。通过测定最低抑菌浓度（MIC）、最低杀菌浓度（MBC）和抑菌圈直径（IZD），研究人员发现黑姜根茎精油对鲍曼不动杆菌表现出显著的抗菌活性，MIC 为 0.08 μg/mL，MBC 为 0.18 μg/mL；叶精油对鲍曼不动杆菌和金黄色葡萄球菌也有一定的抑制作用。这一结果表明，黑姜精油，尤其是根茎精油，有望成为传统抗生素的有效天然替代品，在医药、农业和食品保鲜等领域具有广阔的应用前景。

综上所述，这项研究利用 GC×GC TOFMS 技术首次全面分析了黑姜根茎和叶精油的化学成分，揭示了其丰富的化学多样性和显著的生物活性。这不仅为黑姜的化学研究和药用开发提供了坚实的理论基础，也为其他濒危药用植物的研究提供了新的思路和方法。未来，研究人员可以进一步深入探究黑姜精油中各成分的协同作用机制，优化其提取和应用技术，充分挖掘黑姜在天然药物领域的巨大潜力，为人类健康事业做出更大贡献。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为相关领域的研究开辟了新的方向。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是采用水蒸气蒸馏法从黑姜新鲜根茎和叶子中提取精油；二是运用 GC×GC TOFMS 技术对精油成分进行分析，该技术通过两根不同极性的色谱柱，实现了对复杂成分的高效分离和准确鉴定；三是利用 DPPH 自由基清除法评估精油的抗氧化活性；四是通过肉汤微量稀释法、琼脂平板扩散法等测定精油对多药耐药菌的抗菌活性。

研究结果部分：

• GC×GC TOFMS 分析：通过该技术分析黑姜根茎和叶精油，发现根茎和叶精油的得率分别为 1.8% 和 0.7%（v/w，鲜重基础）。鉴定出 151 种成分，解决了共洗脱问题，提高了化合物分辨率。根茎精油和叶精油的成分存在差异，且主要成分在不同分析方法中的占比有所不同。
• 生物活性研究 - 抗氧化活性：采用 DPPH 测定法，结果表明黑姜根茎和叶精油均具有较强的抗氧化活性，根茎精油的 IC₅₀为 0.53 μg/mL，叶精油的 IC₅₀为 1.22 μg/mL，且整体精油的抗氧化活性高于其单一活性成分，显示出成分间的协同作用。
• 生物活性研究 - 抗菌活性：通过 MIC、MBC 和 IZD 测定，发现黑姜根茎精油对鲍曼不动杆菌抗菌活性显著，叶精油对部分多药耐药菌也有抑制作用，且整体精油的抗菌活性高于其单一成分，暗示了精油成分的协同抗菌效应。

研究结论和讨论部分，该研究首次利用 GC×GC TOFMS 技术对黑姜根茎和叶精油进行全面剖析，发现了大量未报道的成分，展示了其丰富的化学多样性。同时，研究明确了精油的抗氧化和抗菌活性，尤其是对多药耐药菌的抑制作用，为黑姜在医药、农业和食品保鲜等领域的应用提供了科学依据，也为后续深入研究黑姜的药用价值奠定了坚实基础。