靜態頂空與固相微萃取法測定元寶楓葉片揮發物成分比較

宋秀華,李傳榮,許景偉,王超

靜態頂空與固相微萃取法測定元寶楓葉片揮發物成分比較

宋秀華1,李傳榮2*,許景偉3,王超1

1.山東農業大學園藝科學與工程學院,山東泰安271018
2.泰山森林生態站/山東農業大學農業生態與環境重點實驗室,山東泰安271018
3.山東省林業科學研究院,山東濟南250014

采用帶捕集肼的靜態頂空與固相微萃取法分別測定元寶楓葉片揮發物成分，通過氣相色譜-質譜聯用儀定性和定量分析，對兩種方法進行比較。結果表明，靜態頂空檢測的成分較少，固相微萃取法檢測的成分較多，但均以酯類和萜烯類物質為主。兩種方法共同檢測出的成分有10種，分別為3-己烯醇、乙酸葉醇酯、乙酸己酯、2-己烯-1-醇乙酸酯、檸檬腈、丁酸-4-己烯酯、丁酸-3-己烯酯、丁酸己酯、β-石竹烯和α-石竹烯。兩種方法檢測到的揮發物的相對含量差異較大。通過比較來看，采用SPME法更適合元寶楓葉片揮發物的測定。

靜態頂空;固相微萃取;元寶楓;揮發物

元寶楓（Acer truncatum Bunge）別名平基槭，槭樹科槭屬多年生落葉喬木，高8～10 m，是著名的庭院綠化樹和行道樹。自20世紀70年代以來，人們的研究重點一直集中于黃酮和綠原酸等藥用生物成分的測定與提取[1]，另外在提取生物制品、保健品、飲料等方面也有應用[2]。但目前元寶楓的主要用途是園林綠化，綠化植物可以通過滯塵作用或通過莖、葉分泌物減少或殺死空氣中細菌和病毒，起到凈化空氣的作用[3]，同時植物釋放的單萜類及芳香族揮發物還有益于人體健康[4]。對于元寶楓，國內尚未見詳細的葉片揮發物的相關研究報道，同屬植物復葉槭和五角楓研究多集中于揮發物與植食性昆蟲間的關系[5,6]。現常用的植物揮發物的分析鑒定方法有動態頂空吸附-熱脫附-氣質聯用法（TCT-GC/MS）[7]、固相微萃取-氣質聯用法（SPME-GC/MS）[8]、吹掃-捕集-氣質聯用法（PT-GC/MS）[9]及靜態頂空-氣質聯用法（SHS-GC/MS）[10]，上述方法具體測定原理有所不同，各有優缺點。本研究采用靜態頂空法（SHS）與固相微萃取法（SPME）分析元寶楓葉片的揮發物成分和含量，并對這兩種方法進行比較，旨在為植物揮發物的研究提供技術指導，同時為園林綠化配置提供科學依據。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

材料：5月上旬選擇山東農業大學校園內生長健康的元寶楓行道樹（Acer truncatum Bunge）5株，樹高約5.60 m，胸徑約15.40 cm，取樹冠中部向陽葉片。

儀器：日本島津公司GC/MS-QP 2010 plus氣-質聯用儀，RTX-5MS毛細管柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；美國PE公司的Turbo Matrix 40 HS帶捕集肼的頂空進樣器；美國Supleco公司的SPME手柄，50/30μm DVB/CAR/PDMS（二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷）萃取頭。

1.2實驗方法

1.2.1 靜態頂空法樣品處理方法：稱取新鮮功能葉2 g，剪碎后放入25 mL頂空進樣瓶，用聚四氟乙烯丁基合成橡膠隔片密封，樣品40℃保溫30 min，然后進樣。取樣針溫度80℃，傳輸線溫度80℃，然后給瓶加壓15 Pa，捕集并保持5 min，捕集阱抽取揮發性成分1 μL，待分析。

氣相色譜條件：柱溫，起始溫度40℃，以6℃·min-1的速率升溫至130℃，然后以10℃·min-1的速率升溫至250℃，保持1 min；進樣口溫度200℃；載氣為高純氦氣。質譜條件：EI電離源，電子能量70 eV，離子源溫度200℃，接口溫度230℃，全掃描模式，掃描范圍45～450 m·z-1。

1.2.2 固相微萃取法樣品處理方法：稱取新鮮功能葉10 g，剪碎后放入100 mL萃取瓶中，鋁箔紙封口，50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭40℃頂空萃取30 min，然后萃取頭插入GC/MS進樣口，于250℃解吸3 min。

氣相色譜條件：柱初溫40℃，保持2 min，以6℃·min-1速率上升至100℃，再以8℃·min-1速率上升至140℃，隨后以12℃·min-1上升至250℃，保留3 min。質譜條件：EI電離源，電子能量70 eV，離子源溫度200℃，接口溫度230℃，全掃描模式，掃描范圍45～450 m·z-1。

1.3化合物定性與定量

化合物定性方法：經NIST08和NIST08S數據庫檢索定性，按SI相似度＞80%的原則作為鑒定結果。

化合物定量方法：按峰面積歸一化法計算化合物的相對百分含量（峰面積%）。

2 結果與分析

2.1靜態頂空和固相微萃取法測定揮發物組分的差別

采用SHS和SPME法測定元寶楓揮發物組分，經GC/MS的分離與鑒定，總離子流量圖見圖1，分析結果見表1。圖1表明，在設定實驗條件下SPME法的靈敏度高，檢出物質多于SHS。經計算

圖1 元寶楓葉片揮發物的總離子流圖(A:靜態頂空法;B:固相微萃取法)Fig.1 TIC of volatiles from leaves of Acer truncatum Bunge(A.SHS;B SPME)

機標準質譜圖（NIST08和NIST08S）檢索分析，兩種方法共檢測出元寶楓揮發物36種，其中主要是酯類和萜烯類化合物，另有少量醇、醛及酸類物質。此外SPME法還檢出鄰苯二甲酸二乙酯、環氧聯苯及硅氧烷烴等物質，這些物質是由于隔墊添加劑和柱流失產生的，因此表1未列出。SHS法檢測出17種物質，SPME法檢測出29種物質，兩種方法共同檢測出10種物質，分別為3-己烯醇、乙酸葉醇酯、乙酸己酯、2-己烯-1-醇乙酸酯、檸檬腈、丁酸-4-己烯酯、丁酸-3-己烯酯、丁酸己酯、β-石竹烯和α-石竹烯。SHS法檢測出的17種物質，分別是酯類物質9種（52.9%）、醇類物質2種（11.8%）、酸類物質1種（5.9%）、萜烯類物質3種（17.6%），另有2種（11.8%）其他物質，未檢測出醛類物質。SPME法檢測出29種物質，分別是酯類物質9種（31.0%）、醇類物質1種（3.4%）、醛類物質3種（10.4%）、萜烯類物質14種（48.3%），還有2種（6.9%）其他物質，未檢測出酸類物質。

表1 元寶楓葉片揮發物的組分與相對含量Table 1 Components and relative contents of volatiles from leaves of Acer truncatum Bunge

表2 主要化合物峰面積統計Table 2 The peak area statistics of the main compounds

2.2靜態頂空和固相微萃取法測定揮發物組分含量的差別

由表1可知，SHS法檢測到的揮發物相對含量在5%以上的物質有乙酸葉醇酯（33.06%）、3,8-二甲基-1,5-環辛二烯（13.64%）、丁酸-4-己烯酯（11.94%）、丁酸-3-己烯酯（11.45%）及乙酸己酯（6.45%），這5種物質共占總揮發物濃度的76.54%；SPME法檢測的揮發物的相對含量在5%以上的物質有乙酸葉醇酯（61.04%）、β-石竹烯（12.08%）、丁酸-3-己烯酯（6.30%）和乙酸己酯（5.99%），這4種物質占總揮發物濃度的85.41%；這兩種方法檢測的揮發物相對含量差異較大。表2顯示SHS和SPME法檢出的部分物質的峰面積差異較大，說明兩種方法的靈敏度不同。SPME法檢測到的這4種物質峰面積遠高于SHS法，相差8～30倍。比較而言，SPME法更適合元寶楓葉片揮發物的測定。

3 討論

SHS和頂空SPME在分析結果上不同的主要原因有：SHS分析是一種非濃集型的氣體分析方法，揮發性物質在頂空氣相中達到一定的濃度時，即可進行分析，同時該方法還具有快速、自動化程度高、樣品消耗量少、檢測費用低等優點；頂空SPME是將萃取頭置于頂空氣體中一段時間，待平衡后將萃取頭取出插入氣相色譜進樣口，熱解吸涂層上吸附的物質，化合物在氣相和萃取頭固定相之間分配系數的不同也造成了兩種分析結果的差異[11]。王昊陽等[12]采用SHS和頂空SPME對煙用香料成分進行對比分析，結果表明頂空SPME法更適合于揮發性成分含量較低的香料的研究和質量控制；古麗加依娜等[13]采用SHS和頂空SPME法采集新疆庫爾勒香梨的揮發性成分，結果表明兩種方法結合起來能夠較完整地描述庫爾勒香梨的香氣成分，同時篩選出適合的萃取頭DVB/CAR/PDMS。本研究中，元寶楓葉片揮發物多為C6～C15之間的化合物，因此選擇50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，具有較好的提取效果[8-13]。

張風娟等做了大量槭樹科植物揮發物方面的研究，2005年[5]采用超臨界CO2流體技術萃取復葉槭枝條揮發物，用TCT-GC/MS法分析鑒定，結果表明不同的萃取條件下揮發物的成分和含量有所不同，主要化合物為醇（3-己烯醇）、醛（壬醛、葵醛）、酯（乙酸乙酯、乙酸丁酯）、萜類（石竹烯）及少量含氮化合物。2006年[6]采用靜態頂空采集法結合TCT-GC/MS技術分析鑒定了復葉槭、五角楓、華北五角楓、挪威槭等植物揮發物的種類和相對含量，復葉槭以酯類（乙酸-3-己烯酯、乙酸庚酯）、醛類（壬醛、癸醛）和烷烴類（4-甲基-1-(1-甲乙基)-[3,10]環己烷）為主；五角楓以酯類（乙酸-3-己烯酯、丁酸-4-己烯酯）和醛類（壬醛、十一醛）為主；華北五角楓以酯類（乙酸-3-己烯酯、乙酸乙酯）、萜烯類（α-蒎烯、β-蒎烯）和醇類（2-己烯醇）為主；挪威槭以酯類（乙酸-3-己烯酯）為主，其次是醇類（2-己烯醇）和醛類（2-甲基-4-丁烯醛、2-己烯醛）物質及酮類（5-乙基-2(5H)-呋喃酮）。隨后于2007年[3]利用動態頂空法收集結合TCT-GC/MS法鑒定了五角楓揮發物成分，主要為乙酸乙酯（8.92%）、乙酸庚酯（53.95%）、丁酸-3-己烯酯（4.16%）、3-己烯醇（2.24%）、石竹烯（12.07%）及壬醛（10.71%），該結果與2006年測定的結果有所不同。分析可能的原因，植株的所在地、樹齡及立地條件不同，揮發物采集方法不同，可能導致測定結果不同。本研究采用固相微萃取SPME方法，結果與前人研究相近。有研究表明機械損傷（踐踏、修剪等）會增加某些物質的含量，如2-己烯醛、3-己烯醛等[14]，但不同樹種增加的物質不同且含量變化也不同，本研究采用摘取葉片剪碎方式處理樣品可能會促使葉室內揮發物的釋放，但不會合成新物質，此時葉片與樹體已分離。有研究表明，女貞修剪后則釋放出更多益于人體健康的物質[15]。作為綠化樹種，修剪是日常維護管理的需要，修剪若能增加有益物質的釋放則更好。

4 結論

本研究采用SHS和SPME法測定元寶楓揮發物成分，以酯類和萜烯類物質為主，另有醇、醛、酸類物質，未檢測出酮類物質，在元寶楓揮發物日變化中曾檢測到5-乙基-4-甲基-3-庚酮（約0.40%）和5-乙基-2(5H)-呋喃酮（約0.70%）但相對含量很低。檢測出化合物類型與以往研究結果一致，但具體化合物種類有所不同。SHS法檢測出17種物質，酯類物質種類占總成分的52.9%，相對含量占73.64%，萜烯類物質種類占總成分的17.6%，相對含量占17.42%；SPME法檢測出29種物質，酯類物質種類占總成分的31.0%，相對含量占77.50%，萜烯類物質種類占總成分48.3%，相對含量占17.62%。兩種方法共同檢測出10種物質，分別為3-己烯醇、乙酸葉醇酯、乙酸己酯、2-己烯-1-醇乙酸酯、檸檬腈、丁酸-4-己烯酯、丁酸-3-己烯酯、丁酸己酯、β-石竹烯和α-石竹烯。綜合本研究來看，采用SPME法更適合元寶楓葉片揮發物的測定。

[1]蘇建榮,羅香,楊文云,等.元寶楓葉內黃酮、綠原酸含量動態變化研究[J].林業科學研究,2004,17(4):496-499

[2]龐曉莉,司輝清,王海燕.元寶楓葉主要生化成分的季節變化[J].食品工業科技,2010,31(8):147-148

[3]張風娟,李繼泉,徐興友,等.皂莢和五角楓揮發性物質組成及其對空氣微生物的抑制作用[J].園藝學報,2007,34(4): 973-978

[4]吳章文,吳楚材,陳奕洪,等.8種柏科植物的精氣成分及其生理功效分析[J].中南林業科技大學學報,2010,30(10): 1-9

[5]張風娟,武曉穎,王駿,等.復葉槭揮發物的超臨界CO2萃取及其TCT/GC-MS分析[J].分析測試學報,2005,24(5): 78-81

[6]張風娟,金幼菊,陳華君,等.光肩星天牛對4種不同槭樹科寄主植物的選擇機制[J].生態學報,2006,26(3):870-877

[7]李娟,王成,彭鎮華.側柏揮發物變化規律[J].東北林業大學學報,2010,38(3):52-56

[8]史睿杰,謝壽安,趙薇,等.青海云杉針葉和枝條的揮發性化合物的固相微萃GC/MS分析[J].西北林學院學報,2010, 26(6):95-99

[9]武曉穎,許志春,關玲,等.吹掃-捕集-氣質聯用法分析測定側柏揮發物[J].生態學報,2009,29(10):5708-5712

[10]蔣海強,張瑩,容蓉.頂空靜態進樣GC-MS分析羌活揮發性成分[J].藥物分析雜志,2011,31(4):735-738

[11]HeatherL,JanuszP.Evolutionofsolid-phasemicroextractiontechnology[J].JournalofChromatograthy A,2000,885:153-193

[12]王昊陽,郭寅龍,張正行,等.靜態頂空與頂空-SPME-氣質聯用法在煙用香料分析中的比較[J].分析測試學報,2004, 23(3):115-117

[13]古麗加依娜,古麗依娜,韓笑,等.固相微萃取–GC-MS法和靜態頂空–GC-MS法同時測定庫爾勒香梨的香氣成分[J].化學分析計量,2009,18(5):37-40

[14]左照江,張汝民,王勇,等.冷蒿揮發性有機化合物主要成分分析及其地上部分結構研究[J].植物生態學報,2010,34(4):462–468

[15]董建華,王成,張晶,等.女貞枝葉機械損傷前后揮發性物質的變化[J].中國城市林業,2011,9(3):40-43

Comparison of Volatiles from Leaves of Acer truncatum Bunge Extracted by Headspace and SPME

SONG Xiu-hua1,LI Chuan-rong2,XU Jing-wei3,WANG Chao1
1.College of Horticulture and Science Engineering,Shandong Agricultural University,Tai'an271018,China
2.TaishanForest Ecosystem Research Station/Key Laboratory of Agricultural Ecology and Environment,Shandong Agricultural University,Tai'an271018,China
3.Shandong Research Institute of Forestry,Jinan250014,China

Volatiles from leaves ofAcer truncatumBunge were extracted by Static Headspace(SHS)and Solid-phase Microextraction(SPME)respectively.Their qualitative and quantitative analysis of volatiles was carried out by GC/MS.The results indicated that more compounds were identified by SPME,while that of SHS was fewer.3-Hexen-1-ol, 3-Hexen-1-ol,acetate,Acetic acid hexyl ester,2-Hexen-1-ol,acetate,Geranyl nitrile,Butanoic acid,4-Hexenyl ester,Butanoic acid,3-Hexenyl ester,Butanoic acid hexyl ester,β-Caryophyllene and α-Caryophyllene were identified by SHS and SPME simultaneously.The results showed that SPME was more suitable for the analysis of Volatiles from Leaves ofAcer truncatumBunge.

Static headspace(SHS);solid-phase microextraction(SPME);Acer truncatumBunge;volatiles

S792

A

1000-2324(2014)05-0670-05

2012-12-02

2013-01-23

村鎮景觀防護林人工構建技術研究(2011BAD38B03-5);山東農業大學博士后基金(76362)

宋秀華(1977),女,博士,主要從事園藝環境工程和綠地生態方面的研究.E-mail:songxh77@163.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:chrli@sdau.edu.cn