豐花玫瑰在不同開花階段的揮發(fā)成分研究

袁 穎， 郝瑞杰， 杜 方， 樊瑋鑫， 張 慧

(1.山西農業(yè)大學園藝學院，山西太谷 030801； 2.山西農業(yè)大學實驗教學中心，山西太谷 030801)

玫瑰(RosarugosaThunb.)是薔薇科(Rosaceae)薔薇屬落葉灌木，原產于我國[1]，是著名的芳香植物。玫瑰香氣濃郁純正、沁人心脾，由其花瓣提取的精油被稱為“液體黃金”，可廣泛應用于食品、化工、醫(yī)療等行業(yè)[2-3]。玫瑰品種眾多，耐寒、耐旱、適應性強，相對于國際上常用的精油用薔薇種類，更適合在中國北方推廣栽培。

一直以來，國內外研究者致力于玫瑰精油成分的研究，Ueyama等早在20世紀90年代利用氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography-mass spectrometer，簡稱GC-MS)技術鑒定出玫瑰精油中含有108種成分，其中香茅醇的含量達到了60%[4]。隨著研究的深入，不同薔薇種類及不同玫瑰品種的精油成分不斷被鑒定[5-7]。研究表明，品種是影響精油成分的重要因素，玫瑰品種的精油利用必須建立在對精油成分的充分了解上。但是在利用玫瑰花制備精油的過程中，涉及到一部分成分的逃逸或重組[8]，如對鮮花頂空揮發(fā)成分進行深入研究，更能了解玫瑰品種揮發(fā)物的天然組分。Feng等研究了23個玫瑰品種頂空揮發(fā)成分[9]，并對唐紫玫瑰不同發(fā)育過程的揮發(fā)成分進行了鑒定[10]，為玫瑰天然揮發(fā)成分的研究奠定了豐富的基礎。目前，針對不同品種玫瑰花朵主要天然揮發(fā)成分隨開花階段變化的研究仍然較少，嚴重影響了不同玫瑰品種花朵揮發(fā)物的深入開發(fā)利用。

豐花玫瑰(Rosarugosa‘Feng Hua’)抗旱、耐貧瘠，是山區(qū)綠化、防風固沙、水土保持的優(yōu)良品種，目前已經在山西省獲得大范圍推廣栽培。由于對豐花玫瑰揮發(fā)成分的研究有限，目前山西玫瑰產業(yè)普遍存在利用效率低、產品單一、功能性開發(fā)不足等問題，這也成為制約山西省玫瑰產業(yè)發(fā)展的瓶頸。本試驗采用靜態(tài)頂空采集法，通過頂空固相微萃取(headspace-solid phase micro extraction，簡稱HS-SPME)和氣相色譜-質譜聯用技術分析豐花玫瑰在不同開花階段主要香氣成分的含量及變化，旨在為相關玫瑰品種芳香物質的功能性開發(fā)應用提供理論依據和實踐基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用材料品種為豐花玫瑰，試驗時間為2016年5月中旬至6月初，試驗樣品取自山西農業(yè)大學園藝站玫瑰種質資源圃，試驗地點為山西農業(yè)大學園藝學院實驗室及山西農業(yè)大學實驗教學中心分析室。

1.2 試驗方法

從同一株豐花玫瑰植株中隨機選取處于4種不同開花階段的玫瑰鮮花(圖1)，用低溫采樣箱將采獲的玫瑰鮮花帶回實驗室并迅速進行下一步試驗。

頂空固相微萃取：將萃取頭(Supelco，50/30 μm PDMS/DVB/CAR)在進樣口于270 ℃老化至無雜峰。將4種不同開花階段的花瓣從鮮花上分離，取1.5 g樣品放入15 mL固相微萃取樣品瓶中，于45 ℃頂空萃取15 min，自動進樣，在進樣口解析5 min。

1.3 揮發(fā)成分測定

GC(型號Trace ISQ，Thermo公司)工作條件：色譜柱為DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣為He，流速 1 mL/min。程序升溫：起始溫度40 ℃，保持3 min；以 4 ℃/min 的速度升至225 ℃，保持1 min；再以15 ℃/min的速度升至270 ℃，保持5 min。

MS(型號Trace ISQ，Thermo公司)工作條件：電離方式為電子電離(electronic ionization，簡稱EI)，接口溫度為280 ℃，離子源溫度為280 ℃，電子能量為 70 eV，掃描質量范圍為41～600 amu。

1.4 揮發(fā)成分鑒定

揮發(fā)成分的鑒定利用X calibur軟件系統(tǒng)，由NIST08譜庫檢索和人工解析圖譜共同確定。相對含量采用峰面積歸一化法[11]計算，用Excel 2013處理數據。

2 結果與分析

2.1 豐花玫瑰不同開花階段的揮發(fā)成分

2.1.1 花蕾期揮發(fā)成分 在花蕾期共檢出43種揮發(fā)成分(表1、表2)，其中醇類物質含量最高，相對含量為97.42%(表3)。苯乙醇、香葉醇含量較高，相對含量分別為64.26%、17.78%(表1)。另外，正己醇、苯甲醇、甲基丁基醚、草酸、壬酸乙酯等醇類、醚類、酯類、酸類組分在其他開花階段未被檢測到，屬于花蕾期的特有成分。

2.1.2 初開期揮發(fā)成分 在初開期共檢測到54種揮發(fā)成分(表1、表2)，主要成分為醇類物質，其相對含量占該開花階段總揮發(fā)成分的90.98%(表3)，其中苯乙醇、香茅醇的含量較高，分別為35.62%、33.33%(表1)；丁二醇、4-萜品醇、α-古巴烯、甲酸苯乙酯、甲酸香草酯等醇類、萜烯類、酯類組分未在其他開花階段檢測到，為初開期特有成分。

表1 豐花玫瑰不同開花階段的主要成分及其相對含量

續(xù)表1

成分相對含量(%)花蕾期初開期盛花期落花期 葉醇—0.11-0.02 α-松油醇—0.01—0.02 4-萜品醇—0.07—— 異戊醇0.46——— 5-甲基-2-環(huán)己醇0.17——— 山梨醇———0.11 2-十六烷醇0.010.01—— 2-辛烯-1-醇0.03——— 1-辛醇0.080.050.06— 2-甲基-1-丁醇0.21——0.05 3-甲基-2-環(huán)氧乙烷甲醇———0.06 3-甲基-1-戊烯-3-醇———0.13 橙花醇——0.100.01 6-甲基-5-庚烯基-2-醇———0.42 2,6-二甲基-3,7-辛 二烯-2-醇———0.02 6,6-二甲基二環(huán)[3.1.1] 庚-2-烯-2-甲醇0.04———酚類 丁香酚——0.020.12 甲基丁香酚0.430.652.710.40 2,6-雙(1,1-二甲基乙 基)-4-甲基苯酚0.050.010.010.01醚類 烯丙基芐基醚0.09—0.44— 甲基丁基醚0.04——— 二甲醚0.440.04—— 玫瑰醚—0.61—0.57 苯甲醚—0.010.010.07 芐甲醚——0.020.03醛類 苯甲醛0.150.120.080.09 橙花醛——3.11— 壬醛0.150.010.09— 癸醛0.270.030.100.04 香葉醛0.56—1.430.56 十一醛0.04—0.01— 香茅醛0.080.420.580.26 枯名醛———0.02 檸檬醛0.693.01——酸類 十三酸———0.01 甲酸———0.16 乳酸———0.19 草酸0.24———酮類 甲基庚烯酮0.020.030.030.02 2-壬酮0.050.030.040.10 2-十三烷酮—0.130.090.16 2-十一烷酮0.040.110.250.40 2-十五烷酮———0.01 2-庚酮—0.040.050.33 香葉基丙酮—0.010.02—

續(xù)表1

成分相對含量(%)花蕾期初開期盛花期落花期萜烯類 α-羅勒烯———0.94 1,3,5,7-環(huán)辛四烯———0.21 1,5,5-三甲基-6-亞甲 基環(huán)己烯———0.04 萜品烯——0.15— β-柏木烯——0.030.03 異灑剔烯——0.020.02 姜黃烯——0.01— 月桂烯——0.29— 雪松烯0.07——0.04 α-蒎烯0.370.470.37— 雙戊烯—0.190.24— α-法尼烯—1.480.470.11 α-古巴烯—0.09—— α-人參烯0.02—0.01—酯類 乙酸芐酯—0.05—0.06 醋酸異辛酯———0.25 乙酸甲酯——0.20— 壬酸乙酯0.04——— 原膜散酯0.060.01—— 棕櫚酸乙酯0.140.020.03— 乙酸己酯0.050.300.340.33 牛兒酸乙酯———0.10 酞酸二甲酯———0.01 鄰酞酸二異丁酯0.070.020.04— 辛酸乙酯—0.02—— 甲酸橙花酯—0.380.59— 乙酸香茅酯—2.284.113.89 乙酸橙花酯—0.15—0.62 癸酸乙酯—0.01—— 2-甲戊基甲酸酯—0.01—— 甲酸苯乙酯—0.02—— 甲酸香草酯—0.03—— 乙酸香葉酯——6.186.17 乙酸苯甲酯——0.08— 二十酸甲酯——0.02— 梨醇酯——0.01—烷烴 2,3-二甲基戊烷———0.05 正十三烷—0.160.17— 3-亞甲基-1,1-二甲 基-2-乙烯基環(huán)己烷——0.31—其他 呋喃—0.36—0.95 麥達西泮0.02——0.02 鹽酸羧甲氧基胺鹽——0.08— 鄰異丙基甲苯——0.03— 環(huán)己烯巴比妥——0.01— 過氧化氫———0.77

注：“—”表示未檢測到或不存在；下表同。數據處理采用單一化峰面積法。

2.1.3 盛花期揮發(fā)成分 在盛花期共檢測到59種揮發(fā)成分(表2)，其中醇類物質、酯類物質是主要成分，相對含量分別為75.81%、11.60%(表3)。含量較高的醇類揮發(fā)成分為香茅醇、苯乙醇、香葉醇，其相對含量分別為30.44%、22.71%、20.35%(表1)；含量較高的酯類物質是乙酸香葉酯、乙酸香茅酯等；2-丙醇、月桂烯、乙酸甲酯等醇類、萜烯類、酯類物質在其他開花階段未被檢測到，為盛花期的特有成分。

2.1.4 落花期揮發(fā)成分 在落花期共檢測出揮發(fā)成分56種(表2)，其中醇類物質、酯類物質為該開花階段的主要揮發(fā)物質，相對含量分別為82.51%、11.43%(表3)。在醇類物質中，苯乙醇、香茅醇、香葉醇等含量較高，其相對含量分別為38.10%、23.30%、10.89%(表1)；含量較高的酯類物質為乙酸香葉酯、乙酸香茅酯等；山梨醇、枯名醛、甲酸、2-十五烷酮、α-羅勒烯、醋酸異辛酯等醇類、醛類、酸類、酮類、萜烯類、酯類組分在其他開花階段均未被檢測到，為該開花階段的特有成分。

表2 不同開花階段的主要揮發(fā)成分種類與數量

2.2 不同開花階段揮發(fā)成分及其含量變化

2.2.1 醇類物質的變化情況 由表3可知，醇類物質是豐花玫瑰的主要揮發(fā)成分。隨著開花階段的進行，其整體含量呈先下降后上升趨勢。花蕾期醇類物質含量最高，為97.42%，盛花期含量最低，為75.81%。檢測出的醇類化合物主要有苯乙醇、香茅醇、香葉醇等70種。在花蕾期、初開期和落花期含量最高的醇類物質均為苯乙醇，而在盛花期含量最高的揮發(fā)物質為香茅醇。其他醇類物質的含量隨開花階段進行無明顯變化(表1)。

2.2.2 酯類物質的變化情況 豐花玫瑰揮發(fā)成分的另一重要組成部分為酯類物質。由表3可知，豐花玫瑰的揮發(fā)成分中酯類物質的含量隨開花階段的進行，在花蕾期到盛花期持續(xù)增加。花蕾期含量僅為0.36%(表3)，盛花期時達到4個開花階段的最高值，落花期與盛花期酯類物質含量基本持平。由表1可知，豐花玫瑰揮發(fā)成分中酯類物質主要有乙酸香茅酯和乙酸香葉酯，其中乙酸香茅酯在花蕾期未被檢測到，其含量隨開花階段的進行呈先上升后下降趨勢。乙酸香葉酯在花蕾期和初開期未被檢測到，在盛花期和落花期其含量基本持平；其他酯類化合物在各開花階段含量較少，變化不大。

2.2.3 醛類物質的變化情況 醛類物質在豐花玫瑰的揮發(fā)成分中占有一定比例，由表3可知，豐花玫瑰的揮發(fā)成分中醛類物質的含量在整個開花階段的變化表現為盛花期最高，至落花期明顯下降。豐花玫瑰揮發(fā)成分中醛類物質主要為橙花醛、香葉醛和檸檬醛等組分。其中橙花醛僅在盛花期被檢測到，香葉醛在初開期未被檢測到，檸檬醛在盛花期和落花期均未被檢測到。其他醛類物質在各開花階段含量變化差異較小(表1)。

2.2.4 其他物質的變化情況 由表3可知，豐花玫瑰的揮發(fā)成分中除了醇類、酯類和醛類物質外，還檢測出了萜烯類、酚類、酮類、醚類、酸類、烷烴、芳香烴和酰胺等物質。萜烯類物質在花蕾期含量較少，整體含量變化呈先上升后下降趨勢。酚類物質在盛花期含量達到最高值，整體含量呈先上升后下降趨勢。酮類物質的整體含量隨開花階段的變化持續(xù)增加。醚類物質在豐花玫瑰的揮發(fā)成分中含量較少，4個開花階段含量差異不明顯。酸類物質只在花蕾期和落花期被檢測到，含量較少；烷烴類物質只在初開期、盛花期和落花期被檢測到，含量較少；芳香烴、酰胺物質等含量較少。

表3 不同開花階段的主要揮發(fā)成分及含量

3 討論與結論

王輝等研究了大馬士革薔薇鮮花的揮發(fā)成分，結果表明，大馬士革薔薇揮發(fā)成分達51種，包括香茅醇、香葉醇、苯乙醇等，其中以苯乙醇含量最高，相對含量為37.13%[12]。本研究所檢測的豐花玫瑰揮發(fā)成分中，苯乙醇含量也是最高，這與大馬士革薔薇的研究結果相同。李兆琳等對玫瑰頭香成分進行檢測，結果表明，玫瑰花朵揮發(fā)成分中含量較高的物質為苯乙醇、香茅醇、香葉醇、乙酸香茅酯、乙酸香葉酯、香葉醛等[13]。也有研究對不同品種玫瑰的香氣成分進行分析，得出玫瑰花朵揮發(fā)成分主要包括苯乙醇、香茅醇、香葉醇、甲基丁香酚、乙酸香茅酯等[7，14-16]。這說明不同精油用玫瑰及薔薇種類的鮮花揮發(fā)成分種類與含量存在明顯差異，這些差異極大地豐富了精油的種類，為開發(fā)不同類型的精油產品奠定了基礎。

香茅醇是玫瑰重要的揮發(fā)性成分，在本試驗中其相對含量達到30%以上，香茅醇具有新鮮的玫瑰香氣[17]，對香葉天竺葵[18]、水仙[19]等植物的研究也表明，香茅醇是其主要的揮發(fā)成分。苯乙醇具有令人愉悅的玫瑰花香味，是海棠、白蘭花、山茶花等花卉的主要香氣成分之一[20]。香葉醇具有溫和、幽甜的香氣，是茶葉和卷煙香氣的主要成分[21-22]，香葉醇的含量對茶葉的品質有重要的影響。乙酸香茅酯、乙酸香葉酯有獨特的玫瑰和熏衣草香氣，存在于多種香花植物中，同時也是啤酒花香氣的重要組分，可以影響啤酒的風味特點[23]。橙花醛有淡雅的檸檬香氣，是姜味草[24]、柑橘屬[25]等植物的主要香氣成分。在本試驗中，苯乙醇在花蕾期含量最高，隨著開花階段的進行呈下降趨勢，但含量均在20%以上，為總揮發(fā)成分的主要成分；香茅醇的整體含量變化呈先上升后下降趨勢，在初開期含量較高；香葉醇、乙酸香茅酯等香氣物質整體含量變化也呈先上升后下降趨勢，但其在盛花期含量較高。乙酸香葉酯在盛花期和落花期的含量相似。橙花醛在盛花期含量較高。本研究在玫瑰揮發(fā)物中鑒定的香茅醇、苯乙醇、香葉醇、乙酸香葉酯、乙酸香茅酯、橙花醛等物質具有明顯的香氣特征，而且較其他揮發(fā)物質含量較高，可以確定是豐花玫瑰的主要香氣物質。

隨著豐花玫瑰不同開花階段的變化，其揮發(fā)成分均存在一定差異，4個開花階段的香氣成分均以醇類、酯類和醛類物質為主，其他成分隨著開花階段各有變化。花蕾期醇類物質含量最高，各類揮發(fā)物質初步生成，但揮發(fā)量有限；初開期以醇類物質為主，其他成分揮發(fā)量逐漸升高；盛花期的香氣成分仍以醇類物質為主，但是酯類物質相比初開期含量明顯升高，揮發(fā)物種類數達到最高，但各揮發(fā)物揮發(fā)量之間差異明顯；落花期香氣成分以醇類和酯類物質為主，其他大部分成分相對盛花期的含量有所下降。豐花玫瑰在不同開花階段的主要香氣物質的含量差異明顯，在不同開花階段，玫瑰香氣特征也有所不同，這說明利用不同開花階段的玫瑰花朵可以獲得不同比例構成的揮發(fā)物產品，如可以將盛花期含量較高的香茅醇、香葉醇等香氣物質進行單獨分離，高效利用。在實際生產中利用這一特性，可以設計特定開花階段下的玫瑰花朵為材料，獲取特色化的玫瑰產品，使玫瑰花朵得到深度開發(fā)利用，并從實際上促進合理種植管理、降低生產成本、提高材料利用率。

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