当归的主要化学成分有挥发油、非挥发性成分、多糖、氨基酸和微量元素。挥发油是当归重要的组分,虽然其含量只有0.6%左右,却包含了丰富的化学成分和广泛的药理作用当挥发油包括中性油、酚性油和酸性油三种。中性油含量高,约占总含油的88%,主要成分有川芎内酯、亚丁基苯酞、当归酮、新当归内酯、邻羧基苯正戊酮、佛手柑内酯等约19种;酚性油成分主要有对甲基苯甲醇、5-甲氧基-2,3-二甲苯酚、苯酚、邻甲苯酚、对甲苯酚、愈创木酚、2,3-二甲苯酚、对乙苯酚、间乙苯酚、4-乙基间苯二酚、2,4-二羟基苯乙醇、香荇芥酚、异丁香酚、香草醛等;酸性油主要成分有邻苯二甲酸二甲酯、壬二酸二甲酯、癸二酸二掉脑酸二甲酯、邻羧基苯正戊酮等。当归中的有机酸主要包括阿魏酸、丁二酸、邻苯二甲酸酐、茴香酸、癸二酸、烟酸等。其他成分有如尿嘧啶、腺嘌呤、胆碱、蔗糖、果糖、葡萄糖、维生素A、维生素B12、维生素E、17种氨基酸和20余种微量元素。
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