元寶楓花的揮發成分研究

任紅劍+豐震+王超

摘 要：植物有機揮發物（Biogenic Volatile Organic Compounds，簡稱 BVOCs）對大氣環境、空氣質量以及人體健康都有重要影響。元寶楓是華北地區主要喬木樹種，應用于行道樹或者藥用植物材料，用途廣泛。本試驗以元寶楓花朵釋放的揮發物為主要研究內容，運用固相微萃取聯合氣質聯用儀（SPME-GC-MS）檢測了10株元寶楓（Acer truncatum Bunge.）大樹花朵揮發物的釋放情況，分析了元寶楓花揮發物的主要成分。結果表明，共檢測出50種揮發物成分，歸屬烯烴、醇、醛、酯、酮、芳香烴等六大類型的有機物，其中主要成分是萜烯類化合物，其次是醇類、酯類和酮類以及芳烴類物質，主要物質有芴、4，8-二甲基-1，3（E），7-壬烯、（順，反）-2，6-二甲基辛-2，4，6-三烯、月桂烯、羅勒烯、3-蒈烯、（E）-羅勒烯、莰烯、石竹烯、芳樟醇、α-異松油烯、鄰異丙基甲苯、3-乙烯-1，2-二甲基-1，4-環己二烯、桉樹醇、醇醋-12等。株間差異分析顯示，鄰異丙基甲苯、桉樹醇、醇酯-12等3類物質株間差異不顯著，剩余其他主要揮發物成分各株間差異顯著。

關鍵詞：元寶楓花；揮發物；固相微萃取；氣相色譜—質譜聯用

中圖分類號：S792.119 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.10.003

Abstract： Plant volatile organic compounds （Biogenic Volatile Organic compounds， referred BVOCs） has a significant impact on the atmospheric environment， air quality and human health. Acer truncatum is the main tree species in North China， widely used in street trees or use of medicinal plant material. This experiment takes volatiles released by Acer truncatum flowers as the main research content， use solid-phase micro-extraction combined with GC-MS （SPME-GC-MS） to detect the main component of volatiles released by 10 Acer truncatum （Acer truncatum Bunge.） . The results showed that 50 kinds of trees volatiles were detected and they are belonged to olefins， alcohols， aldehydes， esters， ketones， aromatic hydrocarbons， such as six types of organic matter. According to the analysis of the main components of Acer truncatum Meike flower volatiles the main ingredient includes fluorene， 4，8-dimethyl -1，3 （E）， 7- nonene， （cis， trans） -2，6-dimethyl-2，4，6-triene-Partenkirchen， myrcene， basil hexene， 3-carene， （E） - basil， camphene， caryophyllene， linalool， α- terpinolene， o-cymene， 3-vinyl-1，2-dimethyl-1 ， 4-cyclohexadiene， eucalyptus alcohols， alcohol vinegar -12 and the like. However， there were no significant differences between strains of obscure material O-cymene ，eucalyptus alcohol， -12 categories， and the differences between the remaining volatiles were significant.

Key words： Acer truncatum flowers； volatiles； solid phase micro extraction； gas chromatography - mass spectrometry

綠色植物吸收CO2 釋放O2 的時候，會隨著它的次生代謝途徑合成低沸點且易揮發的小分子有機化合物[1]，這類物質統稱為植物揮發物（Volatile organic compounds VOCs）。這些年來隨著人們對植物VOCs不斷的深入研究，發現其在生態系統中的作用愈加重要，這引發了廣泛關注[2-3]。植物 VOCs 中包含了抑菌、保健、空氣凈化等功能的活性成分， 隨著香氣分析技術的發展及各學科之間的緊密結合，有些植物揮發成分的提取物被廣泛應用在食品、醫療和保健等方面，國外研究者通過對植物精油的研究得到了具備保健功能的芳香植物精油[4]，它也經常作為食品產業中植物源食品抗氧化劑[5]被普遍采用。在城市園林綠地中芳香類植物具有許多作用[6]：城市的美化、香化；凈化空氣，驅蟲殺菌；增加體驗，改善心境；醫療保健，文化傳承。所以，系統地調查植物揮發物組分測定，主旨在于推進群落生態學理論，以發揮城市綠地系統在城市生態平衡和可持續發展中的巨大作用，對改善城市空氣質量，保障市民身心健康具有非常重要的意義。

元寶楓（Acer truncatum Bunge.）落葉喬木，樹形優美、葉色繽紛多彩，為華北地區常見的彩葉樹種，通常作為綠化或風景林的伴生樹種，是華北多處城市常見的喬木樹種，分布及應用很廣。國內外對于此樹種主要研究它的藥用成分，包括黃酮和綠原酸等成分的提取與檢測[7]，以及對它的提取物開發生產的保健品、飲料等方面[8]，而對其花的揮發物的相關研究則報道較少。對于它揮發成分的研究集中在對其葉的揮發成分的報道，研究表明，葉揮發成分中酯類物質含量最高的主要是乙酸葉醇酯。然而在城市綠地植物揮發物的研究當中，則多為側柏、油松等常綠樹種[9]，闊葉樹種的花朵揮發成分尚未有系統研究。

本試驗采用離體采樣固相微萃取（SPME）結合GC-MS 方法分析元寶楓花朵揮發物的成分，目的是為創建生態保健型城市綠地提供理論和技術指導依據，為開發利用元寶楓花香氣資源和元寶楓花茶開發提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與取樣方法

在山東農業大學校園（沙質壤土）內選擇長勢健壯良好的元寶楓大樹10 株，樹高約8～10 m，胸徑約10 cm。于2016年3月27日早上（晴朗無風）選取樹冠中部花朵較多的小側枝，高枝剪剪取小側枝，迅速放入呈有蒸餾水的玻璃瓶（已標號）內，之后迅速取樣測定。

1.2 揮發物采集與分析方法（SPME-GC-MS）

每個玻璃瓶內，摘取分離、稱取新鮮花朵1 g，放入10 mL萃取瓶中，鋁箔紙封口， 50/30 m DVB/CAR/PDMS 萃取頭插入萃取瓶中，45 ℃頂空萃取35 min，吸附完成后萃取頭插入 GC-MS 進樣口，于 250 ℃解吸3 min。GC-MS 分析方法：儀器采用日本島津公司 GC-MS-QP 2010 plus 氣—質聯用儀，RTX-5MS 毛細管柱（60.0 m × 0.25 mm，0.25 μm），柱子300 ℃老化30 min。色譜條件：柱初溫40 ℃，保持 2 min，以 6 ℃ · min-1上升至90 ℃，再以10 ℃ · min-1上升至200 ℃，隨后以 15 ℃ · min-1上升至 250 ℃，保留5 min。質譜條件：載氣 He 氣，流量 1.0 mL · min-1，EI 電離源，電子能量80 eV，離子源溫度 200 ℃，接口溫度 250 ℃，全掃描模式，掃描范圍 45 ～ 450 m·z-1。進樣方式：不分流。化合物定性與定量分析：經 NIST08 和NIST08S數據庫檢索，按 SI 相似度> 80%的原則對揮發物成分進行定性分析；用峰面積歸一化法計算化合物的相對含量。

1.3 數據分析

采用 Microsoft Excel 和SPSS 軟件對數據進行整理、分析和制圖，采用SPSS 軟件對數據進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 元寶楓花朵揮發物成分分析

通過對元寶楓花朵揮發物離子流圖（圖1）分析，檢索出的物質主要包括有酯、醇、醛、酮和萜烯類以及芳烴類等化合物。

本試驗中所得化合物是取10株大樹元寶楓花的揮發物總和（表1），有些物質多次出現且含量較高，而有的物質只出現過一次且含量稀少。儀器共檢測出50種有機化合物成分，其中：萜烯類化合物共有26種，占揮發成分總種類的52%，在所有試驗樣品中相對含量最高，約在70%～95%，大多數在80%左右；酯類化合物共有8種，占揮發成分總種類的16%，相對含量約在2%～15%，含量相對較高；醇類化合物共有7種，占揮發成分總種類的14%，相對含量約在2%～13%，一般平均含量在6%左右；芳烴類化合物共有4種，占揮發成分總種類的8%，相對含量約在0.62%～4.48%，含量相對較少；酮類化合物共有2種，占揮發成分總種類4%，相對含量約在0.07%～0.09%，另外還檢測出一種醛類化合物藏紅花醛（C10H14O），此類物質天然存在于圓柚、藏紅花、綠茶中，它具有木香、辛香、藥香、粉香的香氣特征，經常應用于無花果、茶葉以及木香香型、藥草香型的食用香精（圖2）。

在表1當中，在樣本1到10中均檢測到的平均含量在1.0%以上及有代表性的物質主要有9種，分別是芴、4，8-二甲基-1，3（E），7-壬烯、（順，反）-2，6-二甲基辛-2，4，6-三烯、3-蒈烯、（E）-羅勒烯、莰烯、石竹烯、芳樟醇、α-異松油烯、3-乙烯-1，2-二甲基-1，4-環己二烯，其中石竹烯具有青葉香味，可作為食用香精，此種成分使元寶楓花朵呈現清新香氣。

2.2 元寶楓花朵揮發物成分及出現頻率

元寶楓大樹10個樣本的花朵揮發物當中出現頻率最高的是芴和4，8-二甲基-1，3（E），7-壬烯（表1），每個樣品內都含有此種成分；月桂烯和羅勒烯兩種萜烯類化合物也都出現了9次，證明這兩種物質是元寶楓花揮發物中普遍存在的成分；還有4種萜烯類化合物，3-蒈烯、（E）-羅勒烯、莰烯、石竹烯也分別在8組、7組、6組、6組樣品當中檢測得到，說明3-蒈烯、（E）-羅勒烯、莰烯、石竹烯也在元寶楓花揮發物種類當中占有較大部分。另外，在它的揮發物當中出現次數最高的醇類物質是芳樟醇，出現了5次，證明芳樟醇是元寶楓花揮發物當中醇類物質的代表，在以茶為基質的芳香飲料中，茶葉（綠茶）的香氣成份中芳樟醇的相對含量達到19.88%，是最重要的香氣組分之一，芳樟醇可提高茶葉的香氣；α-異松油烯是一種食用香料也在4組樣品當中出現；醇醋-12 是一種新型成膜助劑， 由于它具有毒性低， 用量少， 能有效降低高玻璃化溫度乳膠漆的成膜溫度等特點， 廣泛應用于水性乳膠漆中[10]，3組樣品當中都檢測到了這種物質；在10個樣品當中1- 苊酮、順-茉莉酮作為兩種有機酮類物質都出現了2次，其中順茉莉酮是非常有價值的香料之一，香氣類似茉莉花香，是茉莉油的重要香氣成份之一，應用在高級茉莉系列化狀品的香精中，也可作為食用香料。上述這些物質是出現次數比較多的揮發成分，研究檢測所得的這些物質也是元寶楓花揮發成分的主要物質成分。

圖2的柱狀圖表示每顆大樹元寶楓花朵揮發物成分中各種有機類物質類別所占比例，以及它們在每個樣品當中出現的次數。

2.3 元寶楓花朵揮發物成分的株間差異

根據表1可知，元寶楓花的主要揮發成分芴、4，8-二甲基-1，3（E），7-壬烯、（順，反）-2，6-二甲基辛-2，4，6-三烯、月桂烯、羅勒烯、3-蒈烯、（E）-羅勒烯、莰烯、石竹烯、芳樟醇、α-異松油烯、鄰異丙基甲苯、3-乙烯-1，2-二甲基-1，4-環己二烯、桉樹醇、醇醋-12在10個樣品當中出現的次數≥3次。通過方差分析得到：醇醋-12的 P=0.181 ，差異性不顯著，它們的各株數內無差異；鄰異丙基甲苯P=0.012，桉樹醇P= 0.015 ，差異性顯著，各株數間有差異；剩余其他的主要揮發成分，P=0.000，差異性極顯著，各株數間差異較大。

7、8、9號大樹所處的環境較差，位于居民區門前。光照、水分、空氣濕度等含量相對較低以及機械損傷情況較為頻繁。結果顯示，這幾棵大樹花朵揮發物成分種類主要是萜烯類化合物，8號樹還有一部分醇類化合物，但是和其他號的單株比較其含量都相對較少。這證明環境不同，揮發物質成分有所差別。

但是作為環境差異不大的1、2、3、4、10號樹，揮發物種類卻存在不小的差異。只有1、4號樹揮發物中含有酚類化合物，并且1號樹是含量最高的。這證明了環境相同，但是花朵揮發物成分差異較大，為以后該樹種的遺傳育種工作提供了重要的試驗材料。

3 結論與討論

有關槭樹科植物揮發物的探究，張風娟等[11]是采用超臨界CO2萃取對復葉槭揮發成分進行收集，運用TCT/GC -MS 分析揮發物的物質成分，得到了與元寶楓同科類的植物—復葉槭揮發物的主要化合物包括醇、醛、酮、脂、萜類和少量含氮化合物。其中復葉槭揮發物當中含有α-蒎烯、石竹烯兩類物質，元寶楓花朵揮發成分也含有這兩種成分。因為復葉槭和元寶楓同屬槭樹科，揮發成分當中應該有相類似成分，這些成分結果與前人有相似部分，對比分析來看，本研究采用的試驗方法可行。

在元寶楓揮發物成分測定的相關試驗當中，宋秀華等[12]在元寶楓葉片揮發物成分及其季節差異研究中，大量分析了元寶楓葉片揮發成分測定的方法和測試結果，其中應用了固相微萃取結合氣質聯用儀（SPME-GC-MS）的方法進行檢測。固相微萃技術結合氣質聯用，大部分花的揮發成分都是運用此類方法。彭紅明[13]在中國蘭花特征香氣的研究當中，就應用了頂空固相微萃取法采集檢測蘭花的特征香氣成分；徐瑾等[14]在菊花不同花期及花序不同部位香氣成分和揮發研究中，也是應用手動SPME進樣器和50/30 μmDVB/CAR/PDMS 萃取頭對不同品種菊花香氣特征成分進行收集后測定。所以以固相微萃取技術收集植物揮發物，不光是在元寶楓葉當中采用，各大類花朵揮發物采集也都在應用，即可以應用此方法來收集元寶楓花朵揮發物成分。

有關植物花朵揮發物成分的測定結果方面，王麗艷[15]應用氣質聯用技術對槐花揮發油成分進行了分析，槐花揮發油的主要成分為萜類 、酯類 、醇 、酮 、醛及少量的長 鏈烷烴，萜烯類物質含量較高，其中α-蒎烯含量較高。這個結果和元寶楓花朵揮發物主成分類似，都是萜烯類物質含量較高，此試驗結果具有一定參考價值。徐瑾等在菊花香氣研究當中，在花蕾期以酯類和酮類物質為主，花朵進入始花期，萜烯類和酮類化合物增加幅度最大，進入盛花期后，萜烯類和酮類化合物含量達到峰值。本試驗取材的元寶楓花朵也已進入盛花期，萜烯類物質含量最高，其中部分也含有酮類化合物，試驗結果有類似部分，即推測在植物花朵進入盛花期后，揮發物成分當中萜烯類物質會迅速增加，而由于植物物種和品種不同它們的揮發物成分有所差異。

在前文敘述的花朵揮發物成分及出現頻率情況調查當中，環境和個體差異關系較大。李娟等人[16]在研究揮發物釋放情況當中，指出一般在一定范圍內隨著光照增強、溫度升高、濕度減小，揮發物的釋放量會增加。植物通過次生代謝合成的產物即揮發物，是通過光合、呼吸和蒸騰等作用釋放到大氣環境中的，這些生理作用及條件對植物揮發物的釋放情況具有直接影響。另外，次生代謝酶影響植株的生理作用，可促成植物體內化合物的生成和轉化，從而導致植物揮發物的種類和釋放情況，這一類情況還需要進一步研究。

元寶楓為中國特有的槭樹科槭樹屬植物。元寶楓葉中含有黃酮類、有機酸、蛋白質、多糖、單寧等多種化學成分， 在醫療、食品和化工等多種行業有廣泛應用前景[17]。元寶楓的綜合應用價值很高，但是前人的研究主要集中在對其葉片、果實的研究，有關元寶楓花中化學成分的研究報道則較少，本研究揭示了元寶楓花中含有藥用成分芴及多種芳香成分，獲得的結論如下。

（1） 首次發現芴是元寶楓花的代表性關鍵揮發物之一。其衍生物芴酮作為醫藥中間體可用來生產抗癌藥物，止痙攣劑、交感神經抑制劑、降血壓藥及抗痙攣藥等藥物；作為農藥中間體，芴酮可用于制備除草劑、滅蟲劑、植物生長調節劑等[18]。國內外市場對芴的需求量大增，所以研究芴的提取精制方法顯得越來越重要，已經有人開始研究它的精制工作[19]。

（2）元寶楓花揮發物種類豐富。在檢測出的50種揮發物成分，歸屬于烯烴、醇、醛、酯、酮、芳香烴等六大類型有機物，其中主要成分是萜烯類化合物，其次是醇類、酯類和酮類以及芳烴類物質。

（3）某些揮發物成分存在顯著的株間變異情況。株間差異分析顯示，在元寶楓花的主要物質芴、4，8-二甲基-1，3（E），7-壬烯、（順，反）-2，6-二甲基辛-2，4，6-三烯、月桂烯、羅勒烯、3-蒈烯、（E）-羅勒烯、莰烯、石竹烯、芳樟醇、α-異松油烯、鄰異丙基甲苯、3-乙烯-1，2-二甲基-1，4-環己二烯、桉樹醇、醇醋-12當中，鄰異丙基甲苯、桉樹醇、醇酯-12等3類物質株間差異不顯著，剩余其他主要揮發物成分各株間差異顯著。

（4）元寶楓花的主要揮發物中多數萜烯類化合物在食品應用中出現頻率較高。如月桂烯是一種天然的萜烯類有機化合物， 是香料產業中重要的化學品原料和中間體，如合成薄荷、檸檬醛、香茅醇、香葉醇、橙花醇和芳樟醇等[20]；羅勒烯，它的甜香幾乎是一種花香，純的羅勒烯是一種能馬上讓人聯想起橙花油的香氣[21]。3-蒈烯特殊的三元環結構以及生物活性， 使其在藥物、農藥、香料及化妝品等方面有重要的應用價值， 可以直接作為活性成分使用， 也可以作為合成香料、藥物和農藥或者相應中間體的原料進行利用[22]。

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