李曉潁，武軍凱，劉建珍，王子華

(河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院，河北 秦皇島，066600)

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頂空進(jìn)樣-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法分析玉蘭花香氣成分

李曉潁，武軍凱，劉建珍，王子華

(河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院，河北 秦皇島，066600)

為準(zhǔn)確分析玉蘭花揮發(fā)性香氣成分，采用靜態(tài)頂空進(jìn)樣-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法結(jié)合NIST11數(shù)據(jù)庫與AMDIS軟件對玉蘭花揮發(fā)性香氣成分進(jìn)行了準(zhǔn)確鑒定，共鑒定出54種揮發(fā)性成分，占揮發(fā)性成分總量的98.71%，其中醇類14種、萜類15種、酮類7種、烷烴8種、酯類3種以及部分雜原子化合物等，其中主要成分為乙醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.81%)，甲醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.45%)，α-法尼烯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.13%)，α-甲基-a-[4-甲基-3-戊烯基]環(huán)氧丙醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.85%)，α-松油醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.77%)等。結(jié)果顯示，萜烯類物質(zhì)是玉蘭花揮發(fā)性香氣成分的主要來源。

玉蘭花；香氣成分；頂空進(jìn)樣；氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)

玉蘭(MagnoliadenudateDesr.)，木蘭科落葉喬木，別名白玉蘭、望春、玉蘭花。原產(chǎn)于中國中部各省，現(xiàn)北京及黃河流域以南均有栽培。玉蘭是重要的中藥材、香精原料和園林綠化樹種，是馳名中外的庭園觀賞樹種。其香氣清香優(yōu)雅，性味辛、溫，具有祛風(fēng)散寒通竅、宣肺通鼻的功效?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，玉蘭的化學(xué)成分非常復(fù)雜， 藥理活性多樣化，具有不同程度的抗組織胺作用，抗炎、抗過敏作用，局部收斂作用，降血壓作用，抗氧化等作用[1～4]。玉蘭花朵碩大，資源豐富，近年來對玉蘭的化學(xué)成分及藥理等方面研究引起了許多研究者的興趣[5～11]。目前常見的揮發(fā)性成分提取方法有溶劑提取法[12]、水蒸氣蒸餾法[13,14]、頂空固相微萃取法(SPME)[15,16]等，前兩者操作時間長，易引入其他非揮發(fā)性成分對結(jié)果造成影響，SPME雖只萃取揮發(fā)性成分但存在萃取頭使用次數(shù)受限的弊端。在濃郁香氣物質(zhì)的測定中，頂空氣相色譜分析也是一種可行方法。頂空氣相色譜法(headspace gas chromatography，HS-GC)是對處于密閉系統(tǒng)內(nèi)的樣品達(dá)平衡狀態(tài)時，對揮發(fā)性成分的蒸汽進(jìn)行氣相色譜分析技術(shù)，該方法避免了直接液體或固體取樣時復(fù)雜樣品基體成分被帶入分析儀器系統(tǒng)的可能性，從而消除了基體成分對樣品中揮發(fā)性成分分析造成的影響和干擾，也降低了復(fù)雜樣品基質(zhì)對儀器的損害。具有前處理簡單，分析效率高的特點，在環(huán)境[17,18]、醫(yī)藥[19,20]、食品科學(xué)[21,22]、天然產(chǎn)物[23]等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。筆者采用靜態(tài)頂空進(jìn)樣-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對白玉蘭花瓣的頭香成分進(jìn)行了鑒定，并采用面積歸一化法對揮發(fā)性化合物的相對含量進(jìn)行了測定。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

玉蘭花采自河北科技師范學(xué)院校園。

1.2 實驗儀器及條件

儀器：安捷倫7890A-5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀配有安捷倫7697A頂空進(jìn)樣器(安捷倫科技有限公司)，自動質(zhì)譜解卷積定性系統(tǒng)(AMDIS)，NIST11譜庫檢索系統(tǒng)。

頂空條件：平衡溫度90 ℃，定量環(huán)溫度100 ℃，傳輸線溫度110 ℃，樣品瓶平衡時間20 min，壓力平衡時間0.1 min，進(jìn)樣時間0.5 min，進(jìn)樣體積1 mL。

色譜條件：HP-5ms石英彈性毛細(xì)管柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，載氣為He(體積分?jǐn)?shù)為0.999 99)，分流比為20∶1，流量1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度230 ℃，起始溫度為40 ℃，保持3 min，以10 ℃/min升至180 ℃，保持3 min，再以10 ℃/min升至200 ℃，保持2 min。

質(zhì)譜條件：EI源電壓70 eV，離子源溫度為230 ℃，接口溫度250 ℃，四級桿溫度150 ℃，質(zhì)量掃描范圍為30～500 Da。

1.3 樣品處理

取新鮮玉蘭花朵2 g剪碎后置于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，硅膠墊密封，鋁蓋封口，放入自動頂空進(jìn)樣儀中進(jìn)行測定。

1.4 分析方法

玉蘭花樣品經(jīng)頂空進(jìn)樣器平衡后，在設(shè)定分離條件下進(jìn)行GC/MS分離檢測，采用自動質(zhì)譜解卷積定性系統(tǒng)(AMDIS)、NIST11譜庫檢索系統(tǒng)分析GC/MS全掃描文件，并對所得的譜圖扣背景后進(jìn)行人工核對和補充檢索，該分析過程提高了鑒定準(zhǔn)確度，增加了化合物鑒定數(shù)量。實驗采用面積歸一化法計算各組分的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性成分鑒定

按照上述實驗條件，應(yīng)用GC/MS對玉蘭花揮發(fā)性成分進(jìn)行測定，總離子流圖見圖1 。

圖1 玉蘭花香氣成分氣質(zhì)聯(lián)用總離子流圖

本次實驗在對玉蘭花揮發(fā)性成分鑒定過程中使用自動質(zhì)譜解卷積定性系統(tǒng)(AMDIS)對采集結(jié)果進(jìn)行處理，配合NIST11數(shù)據(jù)庫增加了鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性。實驗發(fā)現(xiàn)，單純通過背景扣除得到的某一保留時間下的質(zhì)譜圖，與AMDIS處理后得到的質(zhì)譜圖存在一定的差異性。通過扣背景雖可以降低部分背景干擾，但不能完全消除，而通過AMDIS處理后可最大程度得到凈譜，提高鑒定準(zhǔn)確度。例如，在保留時間為16.98 min處兩種不同方法得到的質(zhì)譜圖和鑒定結(jié)果還是有明顯差異的，而質(zhì)荷比(m/z)大于121的離子峰顯然是背景干擾，但這些離子對結(jié)果的鑒定會產(chǎn)生干擾，對鑒定結(jié)果造成影響，其中a為2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)雙環(huán)[3.1.1]庚-2-烯，b為2-甲基-5-(1,5-二甲基-4-己烯基)-1,3-環(huán)己二烯(圖2)。由此可見，僅通過扣背景并不能完全消除背景干擾，而經(jīng)過AMDIS處理后得到的質(zhì)譜圖更為準(zhǔn)確，同時匹配度也有明顯提高。

從總離子流圖可以看出，玉蘭花揮發(fā)性化學(xué)成分較為復(fù)雜，實驗安裝前述方法對白玉蘭花揮發(fā)性成分經(jīng)數(shù)據(jù)庫檢索和人工解析，共鑒定出54種化合物，其中大部分化合物的匹配度在800以上，在揮發(fā)性成分中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.71%，各化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按峰面積歸一化法計算，結(jié)果見表1。

圖2 通過扣背景得到的質(zhì)譜圖(a)與應(yīng)用AMDIS處理得到的質(zhì)譜圖(b)結(jié)果比較(保留時間為16.98 min處)

表1 玉蘭花揮發(fā)性成分鑒定結(jié)果及相對含量

續(xù)表1

2.2 主要成分分析

由以上鑒定結(jié)果可以看出，玉蘭花揮發(fā)性成分包含14種醇類、15種萜類、7種酮類、8種烷烴、3種酯類以及部分雜原子化合物等。

醇類物質(zhì)包括甲醇、甲醇、甲硫醇、乙醇、丙醇、異丁醇、3-甲基丁醇、2-甲基丁醇、反式-2-己烯醇、正丁醇、2-乙基己醇、紫丁香醇等，其中甲醇和乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，分別為18.45%和18.81%。在玉蘭花中，總揮發(fā)性化合物中的醇類化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.25%。研究表明，醇類物質(zhì)可在植物在自然發(fā)酵過程中產(chǎn)生，另外在加熱過程中部分木質(zhì)素、纖維素水解也會產(chǎn)生醇類物質(zhì)，并以甲醇、乙醇為主，同時可能產(chǎn)生甲硫醇等醇類物質(zhì)、糠醛、萜烯類物質(zhì)等[24]。其中，甲硫醇是硫醇類香料可用作食品添加劑，異丁醇是一種植物生長激素，紫丁香醇是食用香料。

玉蘭花揮發(fā)性香氣成分主要由萜烯類化合物組成，萜烯是一類廣泛存在于植物體內(nèi)的天然來源碳?xì)浠衔?。很多萜類化合物具有重要的生理活性。實驗測得的萜類化合物有2-甲基-5-(1-甲基乙基)-雙環(huán)[3.1.0]-2-己烯、β-水芹烯、芳樟醇、2,2,6-三甲基-6-乙烯基二氫-吡喃-3-酮、萜烯-4-醇、α-松油醇、反式石竹烯、(E)-β-金合歡烯、順式-β-法尼烯、律草烯、大牛兒烯、2-甲基-5-(1,5-二甲基-4-己烯基)-1,3-環(huán)己二烯、α-法尼烯、順式依蘭油二烯、(1S)-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲基乙基)-萘、蓽澄茄醇等，質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的是α-法尼烯與α-松油醇，分別為16.13%和5.77%。結(jié)果顯示，在玉蘭花中，總揮發(fā)性化合物中的萜類化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.57%，是玉蘭花香氣成分的主要來源。萜類化合物在植物界分布廣泛、結(jié)構(gòu)多樣，是重要的植物成分，其中很多化合物都具有明顯的生物活性[25]。α-法尼烯是植物“報警信息素”，或者具有一定驅(qū)蟲活性，大部分萜類物質(zhì)具有特定的香氣，多用作香料、增香劑或食品添加劑，是玉蘭花香氣的主要來源，如水芹烯、芳樟醇、石竹烯等是GB 2760-1996批準(zhǔn)為允許使用的食品香料。從醫(yī)藥角度看，松油醇、依蘭油烯等化合物具有止咳、鎮(zhèn)靜、平喘和抑菌作用，芳樟醇具有抗慢性反應(yīng)的作用。

測得的酮類物質(zhì)有丙酮、2,3-丁二酮、2-丁酮、3-羥基-2-丁酮、2,3,5-三甲基-4-亞甲基-2-環(huán)戊烯酮、2,3-庚烷二酮、1,3,3-三甲基-2-氧雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷-6-酮，酮類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，主要存在于植物揮發(fā)油當(dāng)中。

鑒定出的烷烴有2,2-二甲基丁烷、癸烷、3,7-二甲基-壬烷、硝基環(huán)戊烷、十一烷、正十四烷、正十一烷基環(huán)已烷、正十五烷，質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的是正十五烷和正十四烷，分別為5.17%和1.44%。正構(gòu)烷烴是植物蠟的重要組成部分，在植物體內(nèi)分布廣泛[26]，不僅存在于植物葉片，植物的其它器官如花、莖、果實、花粉、種皮上也覆蓋著蠟質(zhì)[27]，這可能是玉蘭花中烷烴類物質(zhì)的主要來源，正構(gòu)烷烴在玉蘭花中的存在在其他文章中也有報道[6,9]。

鑒定出的其他酯類和一些雜環(huán)化合物也是主要的揮發(fā)性物質(zhì)，具有一定的芳香氣味。研究表明，植物果實在成熟過程中酯類物質(zhì)會逐漸升高[20]。

本次研究結(jié)果同文獻(xiàn)[6,9]測得的萜類物質(zhì)較為一致，差異較大的是從本次研究的玉蘭花中檢測到一定數(shù)目的醇類物質(zhì)。這可能是由于玉蘭花在自然發(fā)酵與加熱過程中部分木質(zhì)素、纖維素水解產(chǎn)生的。醇類物質(zhì)的含量受樣品采集時間以及頂空進(jìn)樣方式的影響。

此外，筆者采用同樣的方法對玉蘭葉片揮發(fā)性成分進(jìn)行了測定，鑒定出的52種成分中僅有6種成分一致，且相對含量差別較大。這也證明玉蘭花香氣成分的獨特性。

3 結(jié)論與討論

玉蘭花朵碩大，來源豐富，本次研究采用頂空進(jìn)樣-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對玉蘭花香氣成分進(jìn)行了測定，并應(yīng)用NIST11與AMDIS軟件對玉蘭花揮發(fā)性成分進(jìn)行了鑒定，面積歸一化法對各化合物的相對含量進(jìn)行了測定，共鑒定出54種成分，在揮發(fā)性成分中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.71%，醇類和萜類是含量較高的兩類物質(zhì)，其中萜類物質(zhì)是玉蘭花香氣的主要來源。實驗檢測到部分醇類物質(zhì)，如甲硫醇、3-甲基丁醇、2-甲基丁醇、異丁醇、正丁醇等，在其他文獻(xiàn)中未見報道[6～8]。本次實驗采用頂空進(jìn)樣技術(shù)，最大程度降低了基體成分對測定結(jié)果的影響，降低了背景干擾，可用于植物、食品等物質(zhì)中香氣成分分析，操作簡單易行。

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(責(zé)任編輯：朱寶昌)

The Analysis of Magnolia Aroma Components by HS-GC/MS

LI Xiao-ying, WU Jun-kai, LIU Jian-zhen, WANG Zi-hua

(College of Horticulture Science & Technology, Hebei Normal University of Science & Technology,Qinhuangdao Hebei,066600,China)

The aroma components of Magnolia were analyzed by headspace gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC/MS) and identified by NIST11 Mass Spectral Database and the Automatic Mass Spectral Deconvolution and Identification System (AMDIS). The result of 54 compounds were identified, including 14 alcohols, 15 terpenes, 7 ketones, 8 alkanes, 3 esters and other heteroatomic compounds, accounted for 98.71% of total volatile components. The main components were ethanol (18.81%), methanol (18.45%), α-farnesene (16.13%), α-Methyl-α-[4-methyl-3-pentenyl] oxiranemethanol (8.85%), α-Terpineol (5.77%). The result shows that terpenes is the main source of magnolia volatile aroma components.

Magnolia;aroma components;headspace sampling;gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS)

2016-09-18; 修改稿收到日期: 2015-11-28

10． 3969 /J． ISSN． 1672-7983． 2015． 04． 009

R284.1

A

1672-7983(2015)04-0041-06

李曉潁(1987-)，男，碩士研究生，助理實驗師。主要研究方向：色譜技術(shù)。