周寧智 顏玉娟 許秀環(huán) 許 琳 曾倩玉

1 中南林業(yè)科技大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院 長沙 410004

2 湖南省自然保護(hù)地風(fēng)景資源大數(shù)據(jù)工程技術(shù)研究中心 長沙 410004

3 湖北省林業(yè)科學(xué)研究院 武漢 430075

4 華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 廣州 510640

5 炎陵桃源洞自然保護(hù)區(qū)管理局 湖南株洲 412500

近年來， 隨著 “美麗中國” “森林康養(yǎng)” “園藝療法” 等概念的提出， 芳香植物作為常見的城市綠化植物種類逐漸受到重視。 芳香植物不僅能營造優(yōu)美的景觀， 還能發(fā)揮抗菌抑菌、 凈化空氣、改善人體健康等功效[1-2]。

蠟梅 (Chimonanthus praecox(L.) Link) 是我國特產(chǎn)觀花灌木或小喬木， 野生種與栽培種數(shù)量繁多， 花香濃郁， 色澤金黃， 花期長久， 屬園林植物資源中的精粹。 但目前蠟梅產(chǎn)業(yè)深度開發(fā)尚有欠缺， 產(chǎn)品形態(tài)相對單一， 產(chǎn)品附加值低， 應(yīng)用時未考慮品種差異性[3-4]。 國內(nèi)外關(guān)于蠟梅花揮發(fā)物的研究主要集中在成分鑒定與分析[5-15]方面， 其中多以蒸餾 (SDE)、 頂空-固相微萃取(HS-SPME) 為收集方法， 再結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用 (GC-MS) 技術(shù)對所收集成分進(jìn)行檢測， 但是在選材時常忽略品種差異， 缺乏針對性的應(yīng)用研究。

本文首次采用裂解-氣相色譜-質(zhì)譜(PY-GCMS) 技 術(shù)， 對 ‘黃 龍 潭’ (Chimonanthus praecox‘Huanglongtan’)、‘睫毛’(C.praecox‘Jiemao’)、‘淡冰玉’(C.praecox‘Danbingyu’)、‘長被素心’(C.praecox‘Changbei Suxin’)和‘金絲黃蕾’(C.praecox‘Jinsi Huanglei’)5 個氣味差異明顯的蠟梅品種進(jìn)行揮發(fā)性成分的測定與分析， 探討各品種的經(jīng)濟(jì)價值，為不同品種的蠟梅在園林中的科學(xué)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參考王淼博[16]的蠟梅品種分類方法， 選取氣味差異明顯的 ‘黃龍?zhí)丁?(濃臭味)、 ‘睫毛’ (臭味)、‘金絲黃蕾’ (甜香)、 ‘長被素心’ (濃香) 和 ‘淡冰玉’ (淡臭味) 5 種蠟梅的花朵為研究對象， 其中， 前三者于2021 年1 月12 日上午采自株洲市神農(nóng)公園內(nèi)， 后兩者于2021 年1 月13 日上午采自長沙市中南林業(yè)科技大學(xué)校園內(nèi)。 采收時用鑷子將花朵摘下， 放入保鮮冰盒暫時儲存， 將其帶回實驗室后保存于0 ℃冷藏柜以備第2 天實驗用； 校園內(nèi)的樣品現(xiàn)采現(xiàn)做實驗。 每個品種采樣3～5 朵。

1.2 實驗方法

本研究采用裂解-氣相色譜-質(zhì)譜法 (PY-GC-MS) 測定蠟梅花朵中的芳香成分: 首先用鑷子將蠟梅花朵從冰盒中取出， 搗碎花瓣后放入石英管內(nèi)， 隨即置于裂解裝置中迅速控溫加熱， 最后將產(chǎn)物輸送至色譜柱經(jīng)GC-MS 分析鑒定。

1) 裂解條件。 使用CDS Pyroprobe 5000 Series Model 5200 型裂解儀 (美國 CDS 公司)， 裂解溫度300 ℃， 升溫速率 20 ℃ ·ms-1， 裂解時間為 15 s，裂解產(chǎn)物傳輸管路和進(jìn)樣閥的溫度都設(shè)置為250℃。

2) 色譜條件。 色譜柱為 TR-5MS 毛細(xì)柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣流速1.0 ml·min-1，氦氣(99.999%)。 柱箱溫度:40 ℃保持 2 min，然后以5 ℃·min-1的升溫速率升到120 ℃，再以10 ℃·min-1的升溫速率升到230 ℃并保持10 min。 采用分流模式分流比 1 ∶60，分流速率50 ml·min-1。

3) 質(zhì)譜條件。 離子源EI， 電子轟擊電壓70 ev，離子源溫度為280 ℃， 掃描范圍為33～500 amu。

經(jīng)計算機(jī)譜庫NIST 質(zhì)譜庫檢索， 并結(jié)合人工圖譜和文獻(xiàn)資料， 定性分析揮發(fā)物成分； 按峰面積歸一化法計算各成分相對質(zhì)量百分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性成分總體分析

通過揮發(fā)性物質(zhì)總離子流圖中每一揮發(fā)性成分的峰面積，使用歸一化法進(jìn)行定量分析，測得不同蠟梅品種花朵中各揮發(fā)性成分的相對含量，并根據(jù)NIST質(zhì)譜庫進(jìn)行成分鑒定。 結(jié)果表明(表1、表2)，5 個蠟梅品種共檢測出77 種揮發(fā)性成分，包括酮類11 種，醇類10 種，酯類、萜烯類和醛類各8 種，酚類7 種，酸類5種，醚類、胺類與雜環(huán)類化合物各4 種，生物堿2 種，烷烴1 種以及其他5 種物質(zhì)。 5 個蠟梅品種均含酮類、醇類、酚類、酸類和雜環(huán)類化合物，其中醇類和酸類物質(zhì)的相對含量普遍較高。

表2 5 個蠟梅品種主要揮發(fā)成分類別的相對含量及種類數(shù)

從表1 可知， 5 個蠟梅品種共有的揮發(fā)性物質(zhì)只有糠醇和2-甲氧基-4-乙烯基苯酚， 前者的氣味特征為特殊苦辣氣味， 后者呈強烈香辛料、 丁香和發(fā)酵似香氣， 略帶甜味。 由于這2 種成分在各品種中的相對含量都不高， 所以差別并不大。此外， ‘睫毛’ ‘淡冰玉’ ‘長被素心’ 和 ‘金絲黃蕾’ 4 個品種都含有苯甲醇和乙酸， 其中， 乙酸在這4 個品種中都有著顯著較高的相對含量，苯甲醇在 ‘淡冰玉’ ‘長被素心’ 和 ‘金絲黃蕾’這3 個品種中有著顯著較高的相對含量。 ‘黃龍?zhí)丁?‘睫毛’ ‘淡冰玉’ 和 ‘長被素心’ 4 個品種中都含有十六酸。 據(jù)此可推測， 糠醇、 苯甲醇、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、 乙酸和十六酸這5 種物質(zhì)是蠟梅的基本香氣特征成分。

2.2 揮發(fā)性成分差異分析

從表1、 表2 可知， 不同蠟梅品種的揮發(fā)性成分差異十分明顯。

‘黃龍?zhí)丁?共檢測出26 種揮發(fā)性成分， 占總峰面積的67.84%。 主要成分為醛類和醇類， 酚類含量較低， 酸類物質(zhì)則明顯低于其他品種， 并且未檢測到雜環(huán)類芳香物質(zhì)、 胺類物質(zhì)、 苯甲醇和乙酸， 與其他品種差異非常大。 其他成分中， 松柏醛氣味特殊 (相對含量占22.33%)， 3-呋喃甲醇具有特殊的苦辣氣味 (占5.02%)， 5-羥甲基糠醛占7%， 這3 種特征成分不僅相對含量高， 且均是 ‘黃龍?zhí)丁?品種特有。 此外， 還特有麥芽酚、香草醛、 丁香醛等。 這些因素可能是 ‘黃龍?zhí)丁瘹馕杜c眾不同且具有濃臭味的原因。

‘睫毛’ 共檢測出27 種揮發(fā)性成分， 占總峰面積的57.70%。 主要成分為醇類、 酸類、 酮類，未檢測出酯類物質(zhì)。 各種揮發(fā)性物質(zhì)中馬鞭草烯醇、 乙酸相對含量較高， 特有 3， 7-二甲基-1， 5，7-辛三烯-3-醇及蟻酸等成分。

‘淡冰玉’ 共檢測出27 種揮發(fā)性成分， 占總峰面積的61.32%。 主要成分為醇類、 酸類和雜環(huán)類。 各揮發(fā)性物質(zhì)中苯甲醇、 乙酸相對含量較高，特有 (Z， E) -α-金合歡烯和 γ-桉葉醇等。 ‘淡冰玉’ 和 ‘睫毛’ 氣味較相似， 多種特征成分含量相近， 如糠醇的相對含量分別為1.03%和1.05%，2-甲氧基-4-乙烯基苯酚的相對含量分別為4.98%和4.96%， 乙酸的相對含量分別為 5.93% 和6.76%等。 此外， ‘淡冰玉’ 和 ‘睫毛’ 共同含有其他品種不含的角鯊烯和馬鞭草烯醇。

‘長被素心’ 香氣濃郁， 共檢測出33 種揮發(fā)性成分， 種類最多， 總相對含量也最高， 占總峰面積的82.41%。 主要成分為酸類、 醇類、 酮類和胺類。 各揮發(fā)性物質(zhì)中乙酸及 à， à， 4， 8-四甲基-3， 7-環(huán)十二烯-1-甲醇相對含量較高， 特有芳樟醇、 水楊酸甲酯、 乙酸香葉酯和苯甲酸芐酯等。

‘金絲黃蕾’ 共檢測出28 種揮發(fā)性成分， 占總峰面積的72.06%。 主要成分為醇類、 酸類、 酚類和酮類。 各揮發(fā)性物質(zhì)中苯甲醇、 乙酸、 咖啡因相對含量較高， 特有烯丙基芐基醚、 α-金合歡烯等。

3 討論

3.1 不同蠟梅品種的應(yīng)用探討

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究者們認(rèn)為， 嗅神經(jīng)是大腦延出的第一對腦神經(jīng)， 有效成分可經(jīng)由呼吸迅速進(jìn)入血液； 還可以通過皮膚、 嘴等途徑吸收作用于體內(nèi)[17]。 如何根據(jù)不同蠟梅品種為人與環(huán)境帶來的主觀體驗感受與客觀功能效果， 將其合理應(yīng)用于不同領(lǐng)域中， 進(jìn)而發(fā)揮更大的價值， 值得深入研究。 因此本研究結(jié)合現(xiàn)有資料針對不同蠟梅品種的氣味進(jìn)行差異分析， 進(jìn)而提出 “個性化” 的應(yīng)用方式。

3.1.1 綠地應(yīng)用

綠地應(yīng)用中主要根據(jù)蠟梅的花期與形態(tài)進(jìn)行植物配置， 其花香也常作為考量因素， 但由于不同揮發(fā)性成分對人體產(chǎn)生的影響不盡相同， 所以有必要針對不同品種進(jìn)行區(qū)別應(yīng)用， 以趨利避害。

‘黃龍?zhí)丁?含有相對含量高達(dá)22.33%的松柏醛， 該化合物具有鎮(zhèn)靜、 消炎、 祛痰、 平喘等作用， 最新專利還指出其可用于預(yù)防和治療神經(jīng)退行性病變[18]， 且保健功效較強。 但由于該品種同時含有較高的3-呋喃甲醇、 5-羥甲基糠醛等刺激性氣味成分， 易造成不適的嗅覺體驗， 所以不宜大量應(yīng)用于觀賞園林當(dāng)中， 更適用于藥草園林、保健園、 康養(yǎng)區(qū)或醫(yī)療機(jī)構(gòu)附屬綠地等， 應(yīng)以其醫(yī)療保健功能為重點導(dǎo)向開發(fā)。

‘長被素心’ 的揮發(fā)性成分多達(dá)33 種， 明顯高于其他品種， 芳香十足。 其含有9.73%的乙酸，有很好的殺菌保健作用， 還含有可用于治療小細(xì)胞肺癌和卵巢癌的N-甲苯胺鹽酸， 以及可做利膽藥的 4′-羥基-苯乙酮等成分。 ‘長被素心’ 可同時兼顧嗅覺、 視覺體驗與保健功能， 屬極佳的園林品種。 但由于其香氣過于濃郁， 不宜密植， 可種植在寬闊的草坪、 場所入口、 庭院等， 或用作獨賞樹種； 還可用于保健園、 康養(yǎng)區(qū)、 醫(yī)院附屬綠地等場所， 發(fā)揮其保健功效。

‘金絲黃蕾’ 的揮發(fā)性成分種類與相對含量僅次于 ‘長被素心’， 含有11.1%的具芳香氣味的苯甲醇與8.55%的具有保健功能的乙酸等。 其甜香怡人、 濃淡適中， 是較好的綠地景觀應(yīng)用品種。 可列植、 叢植、 群植或規(guī)?；残纬上灻妨郑?讓人們持續(xù)地沐浴于蠟梅的芳香之中愉悅身心。

‘淡冰玉’ 和 ‘睫毛’ 的揮發(fā)性成分中未發(fā)現(xiàn)相對含量較高的功能性物質(zhì)或有害化合物， 且兩者都含有不同程度的刺激氣味， 無明顯應(yīng)用優(yōu)勢， 可用于種質(zhì)資源研究， 或用作普通綠化樹種。

3.1.2 鮮切花應(yīng)用

鮮切花的品種選用主要根據(jù)其保鮮能力、 枝葉姿態(tài)、 花朵形態(tài)與氣味。 如果以主觀嗅覺體驗感優(yōu)先， 則應(yīng)選用芳香怡人的品種， 如濃香的‘長被素心’ 和甜香的 ‘金絲黃蕾’。 這二者還可依據(jù)形態(tài)角度進(jìn)一步區(qū)別， ‘長被素心’ 為素心品種， 色澤淺黃素雅， 晶瑩剔亮； ‘金絲黃蕾’屬暈心品種， 黃花瓣內(nèi)嵌有紫色暈紋， 是另一番風(fēng)趣與雅致。

3.1.3 香精香料產(chǎn)業(yè)

蠟梅香精在國際市場上有著不可估量的市場前景。 大量特征香味成分的鑒定， 為香料合成工業(yè)提供了模型化合物。 蠟梅屬先花后葉樹種， 病蟲害少且無刺， 便于機(jī)器采摘， 與生產(chǎn)成本80%都來自人工采摘的玫瑰精油相比[3]， 蠟梅香精有很大的利潤空間。

5 個品種的化學(xué)分析結(jié)果表明， 糠醇、 苯甲醇、 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、 乙酸和十六酸為蠟梅的基本香氣特征成分， 可加入蠟梅香精的調(diào)配參考。 ‘長被素心’ 含有豐富的揮發(fā)成分， 既可直接用作提取香精的原料， 還可展開對該品種的研究， 通過鑒定出更多特征成分等方式， 進(jìn)一步貢獻(xiàn)于蠟梅香料合成工業(yè)。 此外， 由于該品種香氣強烈， 利于制茶時茶葉對香氣的吸附， 可在盛花期時作為蠟梅花茶的加工品種。

3.1.4 藥物開發(fā)

蠟梅藥理研究多集中于非揮發(fā)性物質(zhì)。 但本研究在 ‘黃龍?zhí)丁?當(dāng)中測得相對含量高達(dá)22.33%的松柏醛， 為該品種特有的成分。 董雅瓊等[18]研究表明， 松柏醛可用于預(yù)防和治療神經(jīng)退行性病變， 是制備預(yù)防和治療神經(jīng)退行性病變阿爾茲海默癥的藥物或保健食品的原材料之一。 據(jù)此， ‘黃龍?zhí)丁?具有一定的醫(yī)藥開發(fā)潛力， 可作為人類保健植物進(jìn)行重點開發(fā)與利用。

3.2 展望

本研究鑒定出蠟梅的基本香氣特征成分為糠醇、 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、 苯甲醇、 乙酸和十六酸， 與前人研究結(jié)果有較大差異[5-15]。 這可能與蠟梅的品種差異、 發(fā)育階段、 環(huán)境條件、 采摘時間、 實驗材料的處理、 揮發(fā)物收集手段以及成分分析儀器的不同等因素有關(guān)。

PY-GC-MS 作為一種新型檢測技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了推廣， 包括應(yīng)用于沸點相對較低化合物的分離[19-22]。 與傳統(tǒng)萃取法相比， 可直接進(jìn)樣而無需原料預(yù)處理， 更便捷并避免了與溶劑反應(yīng)，熱分離后揮發(fā)組分直接經(jīng)檢測鑒定， 重現(xiàn)性高。但由于是首次運用于蠟梅， 目前關(guān)于蠟梅裂解組分的研究還存在空缺， 對裂解過程中不同溫度及其他參數(shù)的優(yōu)化還有待進(jìn)一步考究。

由于實驗條件的限制， 本次實驗僅測得各揮發(fā)物的相對含量， 無法確定各成分的濃度和香氣值 (濃度/嗅覺閾值)[23]， 未來有待在更成熟的實驗條件下進(jìn)一步研究， 依據(jù)香氣值大小更準(zhǔn)確地判斷不同成分對樣品整體芳香的貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

蠟梅花香馥郁， 含有豐富的芳香物質(zhì)。 5 個蠟梅品種共檢測出77 種揮發(fā)性成分， 主要以醇類和酮類種類最多， 醇類和酸類含量最高， 基本香氣特征成分為糠醇、 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、 苯甲醇、 乙酸和十六酸。 不同品種所揮發(fā)成分在種類、 相對含量和相互比例上的不同均可能是導(dǎo)致品種間氣味差異大的原因。 據(jù)此， 在城市綠化、鮮切花、 香精香料、 醫(yī)藥開發(fā)等方面針對5 個品種各自特點提出了 “個性化” 應(yīng)用方式， 且篩選出 ‘黃龍?zhí)丁?和 ‘長被素心’ 2 個極具開發(fā)潛力的品種。 在 ‘黃龍?zhí)丁?中發(fā)現(xiàn)了松柏醛這一亮點成分， 可以將其高醫(yī)療保健價值作為主導(dǎo)開發(fā)方向； ‘長被素心’ 香氣特征成分種類多、 含量高，是一極佳的綠地應(yīng)用品種， 并具有鮮切花、 香精、花茶等方面的深度開發(fā)潛質(zhì)。