SPME-GC/MS聯合分析法測定食用菊花花朵揮發性成分研究

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.昆明學院農學院/云南省都市特色農業工程技術研究中心，云南昆明650214；3.云南農業職業技術學院，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，是中國十大傳統名花之一，產量居世界四大切花之首。原產于中國，后被引入國外，現在已經遍及全球。同時，菊花為我國傳統中藥，具有清肝明目、散風清熱的功效，用于風熱感冒、頭痛眩暈、目赤腫痛等人體癥狀[1-3]。現代醫理研究表明，菊花中含有多種黃酮類化合物、菊苷、多酚類等有效成分，具有抗炎、抗菌、抗氧化、降血壓、加快膽固醇代謝和增強免疫調節等生物學功能[4-9]。作為藥食同源植物，具有豐富的營養成分，大量制成營養保健茶，加工成各類功能食品與飲料等用途[10]。

目前我國對于食用菊花的研究，主要集中在引種馴化、營養繁殖和高產栽培方面，對食用菊花等相關研究較少[11-13]。在傳統的菊花繁育過程中，主要注重花型、花色、抗性及產量，而忽略了菊花的香氣選育，并且人們對于香氣的認識和了解不足，便導致關于菊花香氣研究進度相對比較緩慢。主要有潘蕓蕓等[1]采用滴定法、紫外分光光度法、高效液相色譜法對食用菊花主要化學成分進行含量測定；王凱能[14]對食用菊品種的篩選評價等相關研究；李煜坤等[15]對我國食用菊花研究現狀進行了綜合分析等。

在植物界中，天然香氣成分具有傳遞信息、驅趕病蟲、保護自身的功效，是植物適應自然界而作出的進化[16-19]。花香影響植物的生殖，確保植株的經濟效益，還影響著菊花的鮮切花品質。“傾城香”品種是近幾年我國自主培育出的食用菊品種，具有香氣濃郁、花瓣純潔、厚實有光澤、大花型等特點。其自然開花期在十月中旬，植株粗壯高大，耐病性強，葉色濃綠密實。現有食用菊品種，其香氣與其他菊花無異，或香氣微不可聞，而該品種的香氣極具特色，花朵盛開時散發一股特殊的清香香氣。因此，本研究對食用菊花花朵以采用固相微萃取技術提取，頂空進樣加氣相質譜聯用（gas chromatgraphy mass spectrometrometry，GC-MS）方法鑒定其揮發性化學成分[20-23]，歸一化法測定各成分相對含量，旨在為進一步綜合利用食用菊花植物資源提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

食用菊花品種于2018年10月10日采自云南省都市特色農業工程技術研究中心資源圃內，自然開花處于盛花期，取完全盛開花朵，采集時間為晴天上午，采集后即帶回實驗室，進行鮮花勻漿粉碎后立即開展測定。

1.2 儀器設備

7890A/5975C GC/MS氣相色譜/質譜（GC-MS）聯用儀、HP-5MS彈性石英毛細管柱 （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進樣器、19091S-433UI HP-5ms UItra Inert色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm）：美國安捷倫公司；PDMS/DVB 萃取頭（65 μm）：美國 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；進樣口溫度：250℃；進樣量：1 μL；載氣：He（99.99%）；不分流進樣；質譜檢測器（mass spectrometer detector，MSD）傳輸線溫度：250℃。

1.3.2 質譜（MS）條件

EI源電壓70 eV；離子源溫度：230℃；MS四極桿溫度：150℃；質量掃描范圍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進樣口250℃解吸附5 min，按相應條件，用氣相色譜-質譜聯用儀（GCMS）進行分析。

2 結果與分析

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條件對香氣成分進行分析，得到食用菊花香氣揮發性化學成分的總離子流圖見圖1。

經質譜數據庫檢索，并結合有關文獻從基峰、相對豐度等幾個方面進行比較，鑒定出食用菊花中共51個成分，按峰面積歸一化法確定出各組分的相對含量，其結果見表1。

圖1 揮發性化學成分總離子流圖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測定結果Table 1 Results of GC-MS Determination of aroma components in edible flowers

續表1 食用花朵香氣成分的GC-MS測定結果Continue table 1 Results of GC-MS Determination of aroma components in edible flowers

將GC-MS所測成分的質譜圖與計算機質譜數據庫進行檢索比較，匹配度均在85%以上，有較高的可信度。對以上的化合物對各色譜峰面的歸屬加以確認，從而鑒定出食用菊花花朵揮發性化學成分主要為烯類化合物，其次為酯類和醇類，還有少量酸、雜環類和烷類物質。從表1分析可以看出，食用花朵揮發性化學物質中共鑒定出51種揮發性成分（占總量的98.53%），烯類化合物中主要為α-蒎烯、β-月桂烯、α-松油烯、β-蒎烯、γ-松油烯，其相對含量分別為74.04%、5.24%、3.96%、3.44%、2.01%，共占總相對含量的88.69%。在食用花朵中鑒定出的51種揮發性成分中，包含25種烯類、10種酯類、5種醇類、11種其它類物質，相對含量分別為93.31%、2.17%、1.09%、1.96%。

2.2 香氣的構成物質

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

3 結論

本研究通過固相微萃取氣相色譜-質譜聯用技術（solid-phase microextractions-gas chromatgraphy mass spectrometrometry，SPME-GC/MS），測定了食用菊花品種的主要香氣成分，鑒定出51種揮發性物質，主要為烯類化合物，其次為酯類和醇類，還有少量酸、雜環類和烷類物質，其中烯類中單萜類化合物相對含量占到總量的88.69%，這些成分的共同作用構成了食用菊花的濃郁香氣。單萜類化合物多為有特殊氣味的揮發性油狀液體，廣泛存在于植物體內，是構成某些植物的香精、樹脂、色素等的主要成分，同時在植物的正常生長發育方面具有重要的作用，并被大量用于食品、醫藥、精油、工業等方面，如玫瑰油、桉葉油、松脂等都含有多種萜類化合物，部分化合物還具有祛痰止咳、祛風、驅蟲、鎮痛等作用[16]。

張菲菲等[28]總結表明菊花揮發性成分基本為單萜烯類、倍半萜烯類及其含氧衍生物等。其中，單萜類成分主要有：樟腦、龍腦、a-側柏酮、β-蒎烯、1，8-按葉醚、對聚花傘素、馬鞭草烯酮、馬鞭草醇等；倍半萜類成分主要有：金合歡醇、金合歡烯、甜沒藥醇、α-蓽澄茄醇、衣蘭油醇、姜烯等。其中懷菊花揮發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]；小白菊中揮發性化學成分為石竹烯、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[2.2.2]癸烷-2-烯-5-酮、冰片醋酸酯、2，6，6-三甲基-雙環（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]。

本研究發現供試食用菊花花朵揮發性化學成分主要為烯類化合物，其次為酯類和醇類，還有少量酸、雜環類和烷類物質，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性香氣成分，這與以往菊花的研究結果不同，說明其盛花期花朵具有獨特的香味，同時也可為食用菊花的資源開發利用提供科學依據。本次鑒定出的51種揮發性成分中，包含25種烯類、10種酯類、5種醇類、11種其它類，相對含量分別為93.31%、2.17%、1.09%、1.96%。這表明食用菊花的品種類型、栽培方式、菊花產地等是影響揮發性化合物種類和含量的主要因素[32]，同時成熟時間及生長狀況對揮發性成分也具有不同程度的影響。所以，后期對于如何保存菊花的香氣成分，以及不同成熟度和生長狀況對菊花香氣的影響情況，還需要進一步地研究。