SPME-GC/MS聯(lián)合分析法測(cè)定食用菊花花朵揮發(fā)性成分研究

陳志星，楊敏，趙婭紅，姚茹瑜，劉敏榮，薛建平，黃飛燕，方宇，王啟宇，余磊，*

（1.昆明虹之華園藝有限公司，云南昆明651700；2.昆明學(xué)院農(nóng)學(xué)院/云南省都市特色農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，云南昆明650214；3.云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南昆明650106）

菊花 [Dendranthema morifolium（Ramat.）Tzvel]屬菊科、菊屬的多年生宿根草本植物，是中國(guó)十大傳統(tǒng)名花之一，產(chǎn)量居世界四大切花之首。原產(chǎn)于中國(guó)，后被引入國(guó)外，現(xiàn)在已經(jīng)遍及全球。同時(shí)，菊花為我國(guó)傳統(tǒng)中藥，具有清肝明目、散風(fēng)清熱的功效，用于風(fēng)熱感冒、頭痛眩暈、目赤腫痛等人體癥狀[1-3]?，F(xiàn)代醫(yī)理研究表明，菊花中含有多種黃酮類(lèi)化合物、菊苷、多酚類(lèi)等有效成分，具有抗炎、抗菌、抗氧化、降血壓、加快膽固醇代謝和增強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)等生物學(xué)功能[4-9]。作為藥食同源植物，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，大量制成營(yíng)養(yǎng)保健茶，加工成各類(lèi)功能食品與飲料等用途[10]。

目前我國(guó)對(duì)于食用菊花的研究，主要集中在引種馴化、營(yíng)養(yǎng)繁殖和高產(chǎn)栽培方面，對(duì)食用菊花等相關(guān)研究較少[11-13]。在傳統(tǒng)的菊花繁育過(guò)程中，主要注重花型、花色、抗性及產(chǎn)量，而忽略了菊花的香氣選育，并且人們對(duì)于香氣的認(rèn)識(shí)和了解不足，便導(dǎo)致關(guān)于菊花香氣研究進(jìn)度相對(duì)比較緩慢。主要有潘蕓蕓等[1]采用滴定法、紫外分光光度法、高效液相色譜法對(duì)食用菊花主要化學(xué)成分進(jìn)行含量測(cè)定；王凱能[14]對(duì)食用菊品種的篩選評(píng)價(jià)等相關(guān)研究；李煜坤等[15]對(duì)我國(guó)食用菊花研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合分析等。

在植物界中，天然香氣成分具有傳遞信息、驅(qū)趕病蟲(chóng)、保護(hù)自身的功效，是植物適應(yīng)自然界而作出的進(jìn)化[16-19]。花香影響植物的生殖，確保植株的經(jīng)濟(jì)效益，還影響著菊花的鮮切花品質(zhì)?！皟A城香”品種是近幾年我國(guó)自主培育出的食用菊品種，具有香氣濃郁、花瓣純潔、厚實(shí)有光澤、大花型等特點(diǎn)。其自然開(kāi)花期在十月中旬，植株粗壯高大，耐病性強(qiáng)，葉色濃綠密實(shí)?，F(xiàn)有食用菊品種，其香氣與其他菊花無(wú)異，或香氣微不可聞，而該品種的香氣極具特色，花朵盛開(kāi)時(shí)散發(fā)一股特殊的清香香氣。因此，本研究對(duì)食用菊花花朵以采用固相微萃取技術(shù)提取，頂空進(jìn)樣加氣相質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatgraphy mass spectrometrometry，GC-MS）方法鑒定其揮發(fā)性化學(xué)成分[20-23]，歸一化法測(cè)定各成分相對(duì)含量，旨在為進(jìn)一步綜合利用食用菊花植物資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

食用菊花品種于2018年10月10日采自云南省都市特色農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心資源圃?xún)?nèi)，自然開(kāi)花處于盛花期，取完全盛開(kāi)花朵，采集時(shí)間為晴天上午，采集后即帶回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行鮮花勻漿粉碎后立即開(kāi)展測(cè)定。

1.2 儀器設(shè)備

7890A/5975C GC/MS氣相色譜/質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用儀、HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱 （30 m×0.25 mm×0.25 μm）、PDMS-DVB 固相微萃取儀、SPME-PAL 氣相固相微萃取自動(dòng)進(jìn)樣器、19091S-433UI HP-5ms UItra Inert色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm）：美國(guó)安捷倫公司；PDMS/DVB 萃取頭（65 μm）：美國(guó) Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 氣相色譜（GC）條件

流量：1.0 mL/min；柱箱升溫程序：初溫40℃，保持3 min；以4℃/min升至160℃，保持 3 min；以 6℃/min升至280℃，保持10 min；進(jìn)樣口溫度：250℃；進(jìn)樣量：1 μL；載氣：He（99.99%）；不分流進(jìn)樣；質(zhì)譜檢測(cè)器（mass spectrometer detector，MSD）傳輸線溫度：250℃。

1.3.2 質(zhì)譜（MS）條件

EI源電壓70 eV；離子源溫度：230℃；MS四極桿溫度：150℃；質(zhì)量掃描范圍m/z：50 u～550 u；溶劑延遲：3 min。

1.3.3 樣品處理

稱(chēng)取2 g勻漿粉碎后的樣品置于20 mL的頂空瓶中（該頂空瓶需配有聚四氟乙烯膠墊），在70℃恒溫條件下預(yù)熱30 min。將帶有100 μm PDMS固相微萃取頭在250℃條件下活化35 min后插入密封頂空瓶中，頂空吸附30 min，隨后在GC-MS進(jìn)樣口250℃解吸附5 min，按相應(yīng)條件，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GCMS）進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 食用菊花品種的主要香氣組成成分

按1.3.1和1.3.2 GC-MS條件對(duì)香氣成分進(jìn)行分析，得到食用菊花香氣揮發(fā)性化學(xué)成分的總離子流圖見(jiàn)圖1。

經(jīng)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，并結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)從基峰、相對(duì)豐度等幾個(gè)方面進(jìn)行比較，鑒定出食用菊花中共51個(gè)成分，按峰面積歸一化法確定出各組分的相對(duì)含量，其結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 揮發(fā)性化學(xué)成分總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of aromatic components by SPME/GC-MS

表1 食用花朵香氣成分的GC-MS測(cè)定結(jié)果Table 1 Results of GC-MS Determination of aroma components in edible flowers

續(xù)表1 食用花朵香氣成分的GC-MS測(cè)定結(jié)果Continue table 1 Results of GC-MS Determination of aroma components in edible flowers

將GC-MS所測(cè)成分的質(zhì)譜圖與計(jì)算機(jī)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索比較，匹配度均在85%以上，有較高的可信度。對(duì)以上的化合物對(duì)各色譜峰面的歸屬加以確認(rèn)，從而鑒定出食用菊花花朵揮發(fā)性化學(xué)成分主要為烯類(lèi)化合物，其次為酯類(lèi)和醇類(lèi)，還有少量酸、雜環(huán)類(lèi)和烷類(lèi)物質(zhì)。從表1分析可以看出，食用花朵揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)中共鑒定出51種揮發(fā)性成分（占總量的98.53%），烯類(lèi)化合物中主要為α-蒎烯、β-月桂烯、α-松油烯、β-蒎烯、γ-松油烯，其相對(duì)含量分別為74.04%、5.24%、3.96%、3.44%、2.01%，共占總相對(duì)含量的88.69%。在食用花朵中鑒定出的51種揮發(fā)性成分中，包含25種烯類(lèi)、10種酯類(lèi)、5種醇類(lèi)、11種其它類(lèi)物質(zhì)，相對(duì)含量分別為93.31%、2.17%、1.09%、1.96%。

2.2 香氣的構(gòu)成物質(zhì)

試驗(yàn)從食用菊花花朵中分離鑒定出51種揮發(fā)性化學(xué)成分。其中β-月桂烯是一種化學(xué)性質(zhì)活潑的天然產(chǎn)物[23]，是合成萜烯類(lèi)合成香料如香葉醇、芳樟醇等香料的重要原料。α-蒎烯和β-蒎烯是松節(jié)油的主要化學(xué)成分[24-25]，α-蒎烯具有松木的氣味，是合成檀香類(lèi)香料的主要物質(zhì)，主要用來(lái)合成香水；β-蒎烯是合成各類(lèi)萜烯類(lèi)香料的原材料。α-松油烯具有柑橘香味，可用來(lái)調(diào)配檸檬、薄荷等香精和精油[26]，γ-松油烯可以用來(lái)制作各種植物香精[27]。揮發(fā)性成分是多數(shù)食品香氣特征的物質(zhì)基礎(chǔ)，多種揮發(fā)性成分共同決定了食品的香氣特征。

3 結(jié)論

本研究通過(guò)固相微萃取氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（solid-phase microextractions-gas chromatgraphy mass spectrometrometry，SPME-GC/MS），測(cè)定了食用菊花品種的主要香氣成分，鑒定出51種揮發(fā)性物質(zhì)，主要為烯類(lèi)化合物，其次為酯類(lèi)和醇類(lèi)，還有少量酸、雜環(huán)類(lèi)和烷類(lèi)物質(zhì)，其中烯類(lèi)中單萜類(lèi)化合物相對(duì)含量占到總量的88.69%，這些成分的共同作用構(gòu)成了食用菊花的濃郁香氣。單萜類(lèi)化合物多為有特殊氣味的揮發(fā)性油狀液體，廣泛存在于植物體內(nèi)，是構(gòu)成某些植物的香精、樹(shù)脂、色素等的主要成分，同時(shí)在植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育方面具有重要的作用，并被大量用于食品、醫(yī)藥、精油、工業(yè)等方面，如玫瑰油、桉葉油、松脂等都含有多種萜類(lèi)化合物，部分化合物還具有祛痰止咳、祛風(fēng)、驅(qū)蟲(chóng)、鎮(zhèn)痛等作用[16]。

張菲菲等[28]總結(jié)表明菊花揮發(fā)性成分基本為單萜烯類(lèi)、倍半萜烯類(lèi)及其含氧衍生物等。其中，單萜類(lèi)成分主要有：樟腦、龍腦、a-側(cè)柏酮、β-蒎烯、1，8-按葉醚、對(duì)聚花傘素、馬鞭草烯酮、馬鞭草醇等；倍半萜類(lèi)成分主要有：金合歡醇、金合歡烯、甜沒(méi)藥醇、α-蓽澄茄醇、衣蘭油醇、姜烯等。其中懷菊花揮發(fā)性化合物組分主要有菊烯酮、桉油精、菊烯酮乙酸酯、聚傘花烯和β-石竹烯等[29]；杭白菊和杭黃菊主要包含樟腦、石竹烯、龍腦、β-金合歡烯、乙酸龍腦酯、α-姜黃烯等[30]；小白菊中揮發(fā)性化學(xué)成分為石竹烯、α-杜松醇、杜松腦、氧化石竹烯[31]。潘蕓蕓等[1]研究表明食用菊花主要成分有 α-蒎烯、1，8-桉葉油素、雙環(huán)[2.2.2]癸烷-2-烯-5-酮、冰片醋酸酯、2，6，6-三甲基-雙環(huán)（3.1.1）-庚-2-烯-4-醇-乙酯、β-欖香烯、（—）-β-石竹烯和 α-蓽澄茄烯等[1]。

本研究發(fā)現(xiàn)供試食用菊花花朵揮發(fā)性化學(xué)成分主要為烯類(lèi)化合物，其次為酯類(lèi)和醇類(lèi)，還有少量酸、雜環(huán)類(lèi)和烷類(lèi)物質(zhì)，其中α-蒎烯和β-月桂烯是供試食用菊花中含量最高的揮發(fā)性香氣成分，這與以往菊花的研究結(jié)果不同，說(shuō)明其盛花期花朵具有獨(dú)特的香味，同時(shí)也可為食用菊花的資源開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。本次鑒定出的51種揮發(fā)性成分中，包含25種烯類(lèi)、10種酯類(lèi)、5種醇類(lèi)、11種其它類(lèi)，相對(duì)含量分別為93.31%、2.17%、1.09%、1.96%。這表明食用菊花的品種類(lèi)型、栽培方式、菊花產(chǎn)地等是影響揮發(fā)性化合物種類(lèi)和含量的主要因素[32]，同時(shí)成熟時(shí)間及生長(zhǎng)狀況對(duì)揮發(fā)性成分也具有不同程度的影響。所以，后期對(duì)于如何保存菊花的香氣成分，以及不同成熟度和生長(zhǎng)狀況對(duì)菊花香氣的影響情況，還需要進(jìn)一步地研究。