利用化合物特异性同位素分析技术对迷迭香和月桂精油的特征进行表征并评估其真实性

《Food Chemistry》：Characterisation and authenticity assessment of rosemary and laurel essential oils using compound specific isotope analysis

本文分析了斯洛文尼亚市售迷迭香和月桂精油的化学成分、抗氧化活性及真伪，发现VOCs同位素比值（δ13C VPDB）能有效检测掺假，并建立首个参考数据库。

　　

帕夫莱·西米奇（Pavle Simi?）|莉迪亚·斯特罗伊尼克（Lidija Strojnik）|尼维斯·奥格林茨（Nives Ogrinc）|娜塔莎·波克拉·乌尔里赫（Nata?a Poklar Ulrih）

卢布尔雅那大学生物技术学院，Jamnikarjeva 101，1000 卢布尔雅那，斯洛文尼亚

摘要

本研究调查了斯洛文尼亚市场上销售的迷迭香（REO）和月桂（LEO）精油的化学成分、抗氧化活性及其真实性。在两种精油中，1,8-桉叶油素被确定为最丰富的化合物。研究发现，低浓度的挥发性有机化合物（VOCs）对抗氧化活性的贡献大于高浓度化合物。通过化合物特异性同位素分析（CSIA）确定了用于检测掺假的关键同位素标记物。该方法的有效性得到了验证，结果显示：如果样品中1,8-桉叶油素的含量超过19%，或者α-蒎烯的含量超过47%，则几乎可以确定存在掺假（概率为95%）。在分析标榜为天然的精油时，δ¹³C_VPDB值表明其中可能含有掺假的VOCs。所开发的方法在精油的质量控制、标签验证以及掺假检测方面显示出巨大潜力。

引言

精油（EOs）是一种具有复杂化学组成的疏水性芳香液体，包含单萜类、倍半萜类及其氧化衍生物和苯丙素类，这些成分赋予了精油其香气和生物活性（Hegazy等人，2025年；Nabi等人，2025年）。精油主要应用于制药、食品、卫生和香水行业（Nabi等人，2025年）。由于其提取率极低（约1%），精油被视为珍贵且稀有的物质，通常通过蒸馏法获得（Pheko-Ofitlhile和Makhzoum，2024年）。由于精油具有很高的商业价值，它们容易受到掺假行为的影响，通常是通过添加来自廉价天然产品或合成来源的挥发性有机化合物（VOCs）来降低生产成本并增加市场供应（Khatri等人，2023年）。这些化合物通常以少量添加，以避免被常规的物理和化学分析方法以及感官评估方法检测到（Pokajewicz等人，2024年；Wang等人，2024年）。精油的VOC组成差异很大，取决于植物来源、地理位置、环境条件以及蒸馏过程（Guelifet等人，2025年；Guibadj等人，2026年；Laftouhi等人，2023年；Rasekh等人，2023年）。此外，生产后的处理过程如稀释、与其他精油的混合或添加合成化合物也会显著改变精油的天然VOC谱型。这些成分变化直接影响负责抗氧化活性的生物活性成分的浓度。因此，不同样品之间的抗氧化能力差异可能反映了VOC组成的差异。抗氧化活性可以作为精油的功能质量参数，因为它反映了酚类和氧化萜类等氧化还原活性成分的存在及其相对含量（Hendel等人，2024年；Vu等人，2025年）。由于商业精油的VOC组成可能因混合、稀释或植物和地理来源的不同而有所差异，其抗氧化活性可能与真实样品存在显著差异。通过将商业样品的抗氧化活性与经过验证的真实样品进行比较，可以评估VOC组成的差异。因此，抗氧化活性分析为质量评估提供了额外的层次，补充了化学和同位素分析。

目前，确定精油真实性的最具体方法基于稳定同位素，包括使用核磁共振（SNIF-NMR）光谱和气相色谱-同位素质谱（GC-IRMS）的位点特异性天然同位素分离。与SNIF-NMR不同，IRMS不需要对化合物进行大量分离和纯化，从而加快了分析速度并降低了成本（Perini等人，2024年）。使用元素分析仪-IRMS（EA-IRMS）进行批量分析可以测量样品整体或从复杂基质中提取的纯化化合物中轻稳定同位素（¹³C/¹²C）、²H/¹H）、¹⁵N/¹⁴N或¹⁸O/¹⁶O）的比值。精油像其他复杂基质一样通常含有多种不同的VOCs，因此通常通过基于GC-IRMS的方法进行化合物特异性分析。在化合物特异性同位素分析（CSIA）中，首先通过GC分离混合物中的VOCs，然后通过燃烧（GC-C-IRMS）或热解（GC-P-IRMS）接口将其转化为低分子量气体（如CO₂或H₂），分别用于碳或氢的测量（Jochmann和Schmidt，2012年）。由于天然和合成来源的VOCs具有不同的同位素特征，这些测量可以确定物质的来源。合成VOCs通常来自石化产品，其同位素特征与天然植物代谢不符（Sadgrove等人，2022年）。多项研究表明，可以通过个别VOC的同位素值区分天然和合成VOCs（Giannioti等人，2024年；Khatri等人，2023年；Murphy等人，2021年；Murphy等人，2024年；Wilson等人，2022年；Wilson等人，2023年）。在三个掺假的茴香精油样品中检测到了合成E-茴香酚（Murphy等人，2024年）。同样，在冬青精油中，一个样品含有合成水杨酸甲酯（Murphy等人，2021年）。因此，通过测量目标VOC的同位素值并将其与已知天然和合成来源的参考数据进行比较，可以评估精油的真实性。因此，那些同位素值超出天然来源范围的化合物可能是掺假的标志。

斯洛文尼亚对天然和功能性产品的需求不断增加，导致精油市场不断增长，尤其是来自迷迭香（REO）和月桂（LEO）等药用和芳香植物的精油。然而，斯洛文尼亚几乎完全依赖进口精油，因为该国没有本土蒸馏产业，也没有系统的市场后真实性监测机制。在斯洛文尼亚销售的精油不受国家法规强制性的真实性检测要求，这使得供应链容易受到经济动机驱动的掺假行为的影响——无论是通过添加合成挥发性化合物还是与廉价精油混合。因此，本研究对斯洛文尼亚市场上销售的迷迭香和月桂精油的真实性进行了表征和调查，重点关注可用于检测掺假的VOCs。对参与抗氧化活性的VOCs组成进行了全面分析，并比较了真实样品和商业样品之间的差异。据我们所知，此前尚未有关于迷迭香和月桂精油碳同位素组成（δ¹³C_VPDB）的研究。因此，本研究提供了这些精油的第一个δ¹³C_VPDB参考数据，为未来的真实性检测和VOCs掺假检测提供了宝贵资源。具体目标包括：（i）表征商业迷迭香和月桂精油的VOCs和抗氧化活性，并将其与经过验证的真实样品进行比较；（ii）研究VOCs与抗氧化潜力之间的关系，以确定抗氧化活性的关键贡献因素；（iii）建立主要VOCs的δ¹³C_VPDB参考数据库，涵盖天然和合成来源；（iv）确定用于真实性评估和掺假检测的同位素标记物。

样品

购买了27种商业迷迭香和月桂精油产品并进行测试。样品来自在线零售商，包括广泛销售的商业品牌和本地生产商的产品，以提供斯洛文尼亚精油市场的代表性概览。样品标签上标有“100%纯度和100%天然”、“100%天然”、“天然有机”、“100%纯精油”或“用于芳香疗法的天然精油”。根据迷迭香产品的标签...

蒸馏产率

蒸馏产率计算为精油体积与蒸馏前植物材料干质量的比值（表1）。重复实验之间观察到的低变异性证实了蒸馏过程的良好重复性。

Taban等人（2018年）报告称，通过蒸馏获得的月桂精油产率为0.7%（v/m），这与我们的结果一致。假设精油的密度为0.9 g/mL。相比之下，Boutekedjiret等人（2003年）报告的产率更高...

局限性与未来研究

尽管所开发的方法在检测掺假和区分迷迭香和月桂精油的天然和合成来源方面显示出潜力，但需要使用更大规模的真实精油样品数据进行更广泛的验证，以更好地反映同位素和VOC组成的自然和地理变异，从而提高其可靠性。

此外，目前该方法仅限于那些天然和合成δ¹³C_VPDB值有足够差异的VOCs...

结论

将真实的天然迷迭香和月桂精油样品与商业样品进行比较后发现，它们的抗氧化性质存在显著差异，天然样品的抗氧化活性明显更高。相关性分析表明，抗氧化活性具有高度的化合物特异性：某些萜类（如1,8-桉叶油素）与抗氧化活性有明显的正相关，而其他萜类（如1,8-桉叶油素）则表现出弱相关或负相关。这一现象强调了...

在本文的准备过程中，作者使用了ChatGPT和Instatext工具来纠正语法错误并提高可读性。使用这些工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。

CRediT作者贡献声明

帕夫莱·西米奇（Pavle Simi?）：撰写——初稿、可视化、验证、方法学、正式分析。 莉迪亚·斯特罗伊尼克（Lidija Strojnik）：撰写——审稿与编辑、可视化、软件使用、数据管理。 尼维斯·奥格林茨（Nives Ogrinc）：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、方法学、资金筹集、概念构思。 娜塔莎·波克拉·乌尔里赫（Nata?a Poklar Ulrih）：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、方法学、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：“作为特邀编辑，尼维斯·奥格林茨未参与本文的同行评审，也无法访问与其同行评审相关的信息。”如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的工作。

致谢

我们感谢ERA Chair – Foodomics项目（101186975）和斯洛文尼亚研究与创新机构的财政支持（由P1–0143和P4–0121项目资助）。作者感谢David Heath提出的宝贵建议，这些建议有助于改进手稿的质量。