不同品種和花期梔子花揮發性物質的主成分和聚類分析

盧路路 樊怡靈 鄧 珂 許光治 王 艷 張有做 倪勤學

(浙江農林大學，浙江 杭州 311300)

梔子花(Gardeniajasminoides)為茜草科梔子屬的花朵，原產于我國中部，是我國著名的八大香花植物之一[1-2]。我國具有豐富的梔子屬資源，包括梔子、狹葉梔子、大黃梔子、海南梔子、匙葉梔子以及卷萼梔子6種梔子屬植物[3]，現廣泛分布于四川、江蘇、浙江等地[4]。梔子鮮花目前主要用于梔子花浸膏或制作精油，是名貴的花香香料之一，多用于高級香水、香皂和化妝品香精之中，GB 2760-2014[5]也允許將梔子花浸膏用于食品，新鮮的花朵還可以作為飲食的原料[6-8]，此外梔子花粉中還含有豐富的蛋白質、維生素C以及礦物質等營養物質[9]，被稱為“天然食品”“完全的營養品”[10]。近年來，隨著對芳香療法以及植物揮發性有機物研究的深入與重視，植物揮發性有機物對人體的積極作用逐漸得到大家重視，已經引起了較大的關注。研究表明，薰衣草[11]、梔子花[12]、茉莉花[13]、檸檬草[14]等芳香植物揮發物具有抗衰老、鎮靜、抗憂郁和抗氧化等生理功能與藥用價值，研究鮮花活體香氣成分有助于進一步了解鮮花發揮功能功效的原理。然而目前國內研究主要集中于梔子果，針對梔子花的研究甚少，而有關不同品種梔子花揮發性物質相關方面的研究更欠缺。譚誼談等[15]表明重慶北碚區的梔子花隨著花期的延續酯類物質和烴類物質含量上升，而萜烯類物質的含量呈先下降后上升的趨勢。為便于梔子花資源的開發利用，很有必要對不同品種和不同花期梔子花的揮發性物質進行研究。

固相微萃取(solid phase micro extraction, SPME)是一種不使用有機溶劑的新型采樣技術，根據“相似相溶”原理對目標物質進行萃取和預富集，集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體，具有待測物質用量少、成本低、耗時短以及操作簡便等優點，并且能更真實地反映出樣品中揮發性成分及組成，因而被廣泛應用于香氣物質的分析[16-18]。

本研究采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法(head space solid phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS)技術，結合主成分分析法對山梔子、水梔子、狹葉梔子和重瓣梔子4個梔子花品種的花蕾期Ⅰ、盛開期Ⅱ和衰敗期Ⅲ 3個花期的12個梔子花樣品進行分析，對梔子花的香氣成分進行初步探索，并對其特征風味成分進行研究，以期為混合采摘不同品種不同花期的梔子花提供基礎判定，且為梔子花資源后續的綜合開發與利用提供有力的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

梔子花采自浙江農林大學東湖校區及平山種植基地，如圖1所示根據花瓣盛開的情況將其分為3類：花蕾期Ⅰ(花瓣并未完全露出，未見內層花瓣，且外層花瓣向花心傾斜)、盛開期Ⅱ(花瓣完全露出，外層花瓣上翹，且花瓣新鮮)、衰敗期Ⅲ(花瓣完全露出，外層花瓣向花心相反方向開放，且花瓣萎焉)。將12個梔子花樣品進行編號，如表1。

圖1 12個梔子花樣品

表1 梔子花樣品編號

1.2 主要儀器與設備

GCMS-QP2010 Plus氣相色譜質譜聯用儀，日本島津公司；57330-U手動固相微萃取(solid phase micro extraction，SPME)進樣器、65 μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯(polydimethylsiloxane/divinylbenzene，PDMS/DVB)萃取纖維頭，美國Supelco公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 SPME條件 取1 g梔子花鮮花，轉移至15 mL頂空螺紋瓶中，使用65 μm PDMS/DVB萃取頭插入頂空螺紋瓶，于室溫條件下頂空萃取10 min。將萃取頭插入色譜儀進樣口進行解吸，解吸溫度250℃，解吸時間5 min。

1.3.2 氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography - mass spectrometry, GC-MS)條件 (1)GC條件：色譜柱：HP125 m×0.2 mm×0.33 μm彈性石英毛細管柱；載氣：氦氣(純度>99.999 5%)；流速：1 mL·min-1；進樣溫度：250℃；不分流進樣模式。色譜柱設置起始溫度為40℃，保持3 min后以5℃·min-1升至80℃，保持3 min， 接著以5℃·min-1升溫至300℃，保持3 min。

(2)MS條件：采用全掃描模式，70 eV EI電離，全掃描方法的質量范圍設為35～600 m·min-1。接口溫度250℃，傳輸線和離子源溫度均設為250℃。

1.3.3 成分定性及定量分析 經GC-MS得到揮發性成分的總離子流色譜圖，各組分質譜數據輸入計算機庫進行檢索匹配，同時結合相對保留時間，參考文獻[19-24]確認香氣物質的化學成分；經GC-MS檢出的各組分采用峰面積歸一化法[25]確定各化合物的相對含量。

1.3.4 數據分析 利用IBM SPSS Statistics 19.0軟件進行數據統計、主成分分析(principal component analysis,PCA) 和聚類分析(clustering analysis,CA)。

2 結果與分析

2.1 不同品種和花期梔子花揮發性物質的比較

由表2可知，供試的12個梔子花樣品通過HS-SPME-GC-MS分析共檢出52種揮發性物質，包含7種類型的揮發性物質：烯烴(10種)、烷烴(2種)、醛類(1種)、醇類(8種)、酚類(1種)、酯類(29種)和1種吲哚揮發性物質，其相對含量見表3。

表2 梔子花不同品種不同花期揮發性成分相對含量

表2(續)

表3 不同梔子花樣品揮發性物質種類及相對含量

由表3可知，烯烴類、醇類和酯類是12個梔子花樣品揮發性物質所占含量最多的3類，占總含量的90%以上。由表2可知，葉醇、芳樟醇、羅勒烯、金合歡烯以及戊酸葉醇酯在12個梔子花樣品中的相對含量均較高。梔子花樣品中部分揮發性物質相對含量高、香氣閾值低且具有獨特的香型，對梔子花的香氣有明顯的貢獻，如羅勒烯具有溫暖的草香、甜香并伴有橙花油的香氣[26]，芳樟醇具有鈴蘭香味[27]，金合歡烯是倍半萜類香料成分，具有花香和木香氣息[28]，正己醇具有水果清芬的香氣，葉醇具有強烈的嫩葉清香氣味。

花蕾期Ⅰ中，水梔子中葉醇的相對含量明顯高于狹葉梔子中的相對含量，而在山梔子和重瓣梔子中并未檢測到葉醇；盛開期Ⅱ中，山梔子和重瓣梔子中檢出了葉醇，水梔子和狹葉梔子中葉醇的相對含量與花蕾期Ⅰ相比都有所減少；衰敗期Ⅲ中，狹葉梔子葉醇相對含量陡然上升至15.42%，山梔子葉醇含量與盛開期Ⅱ相比無較大變化，而水梔子和重瓣梔子中并未檢出葉醇。在12個梔子花樣品中均檢出羅勒烯、芳樟醇和金合歡烯等。各品種梔子花芳樟醇的相對含量變化趨勢一致，均為衰敗期Ⅲ>盛開期Ⅱ>花蕾期Ⅰ，即隨著花期的延長，梔子花芳樟醇的相對含量逐步上升。山梔子和水梔子羅勒烯以及重瓣梔子金合歡烯的相對含量均隨著花期延長先下降后上升。山梔子和狹葉梔子金合歡烯以及重瓣梔子羅勒烯的相對含量均隨著花期的延續下降。狹葉梔子羅勒烯和水梔子金合歡烯的相對含量隨著花期的延續均上升。綜上，不同品種不同花期梔子花間揮發性成分種類與總量變化無明顯規律性。

2.2 梔子花揮發性物質主成分分析

將12個梔子花樣品中檢測到的52種揮發性物質相對含量組建成12×52的矩陣，利用IBM SPSS Statistics 19.0軟件進行PCA分析，相關矩陣的特征值、方差貢獻率及累計貢獻率如表4所示。可以看出，總方差61.771%的貢獻率來自前3個主成分，其方差貢獻率分別為27.046%、20.666%、14.059%，說明這3個主成分基本包含了梔子花樣品的絕大部分信息。因此，本試驗選擇前3個主成分因子進行分析。

表4 主成分的方差貢獻率

以PC1、PC2和PC3為三維坐標軸，繪制其因子負荷散點圖，得到52種梔子花揮發性物質的三維因子載荷散點圖(圖2)。第1主成分方差貢獻率為27.046%，其中載荷較高的正影響揮發性物質主要有乙酸葉醇酯、苯甲酸甲酯、丙酸己酯、丁酸葉醇酯、乙酸芐酯、苯甲酸乙酯(具有膏香、蜜甜的香氣)、水楊酸甲酯、己酸葉醇酯、β-石竹烯、茉莉內酯、γ-杜松烯、反式-橙花叔醇、苯甲酸葉醇酯和苯甲酸己酯，其中反式-橙花叔醇的載荷量最高，為0.918；載荷較高的負影響揮發性物質有(E)-β-羅勒烯、羅勒烯、別羅勒烯，其中(E)-β-羅勒烯和羅勒烯的載荷量分別為0.731和0.726。第2主成分方差貢獻率為20.666%，其中載荷量較高的正影響揮發性物質主要有乙酸己酯、丁酸異戊酯、丁酸己酯、戊酸葉醇酯、異戊酸己酯、吲哚、苯甲酸丁酯、苯甲酸異戊酯，其中丁酸己酯的載荷量最高，為0.893；載荷較高的負影響揮發性物質主要有2-甲基丁酸甲酯、芳樟醇、4,6-二甲基十二烷、金合歡烯，其中芳樟醇和金合歡烯載荷量較高，分別為0.633和0.696。第3主成分方差貢獻率為14.059%，其中載荷量較高的正影響揮發性物質主要有反式異丁香酚、惕各酸苯乙酯，其中反式異丁香酚的載荷量最高，為0.723；載荷量較高的負影響揮發性物質主要是2-甲基丁醇、惕各酸乙酯、十六醛，其中2-甲基丁醇載荷量最高，為0.726。

圖2 12個梔子花樣品的52種揮發性物質的3D載荷得分圖

由圖3可知，12個梔子花樣品可區分為2類。其中花蕾期Ⅰ的山梔子、3個花期的水梔子、以及花蕾期Ⅰ的重瓣梔子歸為一個集群；其他7個樣品歸為一個集群。同一個集群的梔子花樣品香型相似，相似香型的梔子花可以考慮混合采集應用到后續的生產與加工中。

圖3 12個梔子花樣品的主成分3D得分圖

2.3 梔子花揮發性物質聚類分析

本試驗采用Q型聚類方式，度量標準為歐氏距離的平方，通過組間連接的方式，以52個梔子花的揮發性物質作為變量，對4個不同品種3個花期梔子花的揮發性物質進行聚類分析(圖4)。結果表明，當橫坐標距離為15時，可以將12個梔子花樣品分為2個集群，花蕾期Ⅰ的山梔子、3個花期的水梔子、花蕾期Ⅰ的重瓣梔子歸為1個集群,剩下的7個樣品歸為1個集群；距離為10時，12個樣品分為5個集群，花蕾期Ⅰ山梔子和重瓣梔子以及衰敗期Ⅲ水梔子為1個集群，花蕾期Ⅰ和盛開期Ⅱ的水梔子為1個集群，花蕾期Ⅰ和盛開期Ⅱ的狹葉梔子為1個集群，盛開期Ⅱ的山梔子和重瓣梔子、衰敗期Ⅲ的山梔子和狹葉梔子為1個集群，衰敗期Ⅲ重瓣梔子單獨為1個集群。距離為5時，12個樣品被分為6個集群，其他分組不變，盛花期Ⅱ重瓣梔子被單獨劃為一個集群。PCA的結果與CA刻度為15時的結果相一致，說明通過兩者的分析，均可以對12個梔子花樣品進行分類。CA根據刻度不同可以有多種分類結果，且CA模型結論直觀簡明；而PCA根據得分僅獲得一種側重于信息貢獻影響力綜合評價的分類結果。通過PCA和CA對不同品種和不同花期梔子花的香型進行判定分類，可以為后期梔子花的采集提供理論依據，即選擇同一集群中的梔子花，生產加工得到的產品香型相似，從而為后續的生產進行指導。

圖4 12個梔子花樣品的CA樹狀圖

3 討論

任何一種花都存在幾十種揮發性成分，揮發性成分的種類和含量對花的香氣品質起著重要作用。陳彤等[29]在梔子花中共鑒定出70種化合物，主要為醇類、酯類、烴類和酮類化合物。黃昕蕾等[30]研究發現鼓槌石斛不同花期揮發性物質的種類呈先上升后下降的趨勢，在盛花期達到最高。薛丹等[31]研究發現大花梔子中羅勒烯、芳樟醇和金合歡烯的相對含量較高。本研究結果表明，隨著花期的延續，揮發性物質的種類和總量呈先升高后降低的趨勢。從種類上講，花蕾期最少，盛花期最多，符合鮮花盛開過程中香味逐漸濃郁的現象，這與前人的結果基本一致；從總量上講，雖然衰敗期揮發性物質的種類與盛花期相接近，但各類香氣成分相對含量普遍低于盛花期，與譚誼談等[15]的研究一致，也與鮮花普遍在盛開期香氣最濃郁的觀念相符。造成各類揮發性成分含量存在較大差異可能與采摘時間、采摘地點以及在運輸過程中揮發性化合物自身的氧化還原反應等有關。本試驗只選用了臨安地區的梔子花樣品進行分析，后續可研究不同產地對梔子花揮發性物質的影響。

4 結論

本研究采用HS-SPME-GC-MS法對4個品種3個花期梔子花的揮發性物質進行定性定量分析，供試的12個梔子花樣品共鑒定出52種揮發性物質，其中主要包括烯烴類、烷烴類、醛類、醇類、酚類和酯類六大類。對12個梔子花樣品的52種揮發性物質進行主成分分析，對前3個主成分得分進行分析，結果表明12個梔子花樣品可分為2個集群，花蕾期Ⅰ山梔子、花蕾期Ⅰ重瓣梔子以及3個花期的水梔子歸為1個集群，另外7個樣品歸于1個集群。聚類分析在刻度15時的結果與主成分分析一致，即2種方法均能較好地反映梔子花樣品間的差異性。本研究為梔子花在揮發性物質的分類選擇、原料的混合采摘以及后期產品的生產加工提供了依據。