頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法分析香花秋海棠及其變種花香氣成分

丁友芳，陳 菲，呂燕玲，黃碧華，陳伯毅*

(1. 廈門市園林植物園，福建 廈門 361003；2. 福建省亞熱帶植物研究所／福建省亞熱帶植物生理生化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361006；3. 福建省林業(yè)科技試驗(yàn)中心，福建 南靖 363600)

秋海棠為秋海棠科(Begoniaceae)秋海棠屬(Begonia)植物的統(tǒng)稱，是世界重要的觀賞植物，被廣泛栽培。該屬是植物多樣性最豐富的類群之一，為全球被子植物第五大屬[1]。因其株形優(yōu)美、葉形奇特、葉色及斑紋多樣、花色艷麗而成為優(yōu)良的觀花、觀形、觀葉、觀莖及觀果花卉，不僅可作為室內(nèi)盆栽，還可應(yīng)用于庭院觀賞花卉、園林綠化等。該屬已發(fā)表超過(guò)2000種，其中中國(guó)已發(fā)表220余種[2]。如此豐富的秋海棠屬種質(zhì)資源，為該屬的科學(xué)研究和開(kāi)發(fā)利用創(chuàng)造了有利條件。

目前關(guān)于秋海棠屬植物的研究主要集中在資源多樣性、引種保育和新品種培育等方面[3—7]，但對(duì)秋海棠屬花香氣成分的比較研究未見(jiàn)報(bào)道。大部分秋海棠植物是無(wú)香品種，這一缺憾是當(dāng)前育種家亟待彌補(bǔ)或改善的重要方向。但個(gè)別種類秋海棠花有香氣，這些香味的類型、濃淡各不相同，是秋海棠育種中重要的種質(zhì)資源。因此，為了更好地利用秋海棠香花品種資源，有必要對(duì)其花香揮發(fā)性物質(zhì)的構(gòu)成進(jìn)行分析，為其育種及應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

香花秋海棠(Begonia handelii)及其 2變種鋪地秋海棠(B. handeliivar.prostrata)和紅毛香花秋海棠(B. handeliivar.rubropilosa)均采集于廈門市園林植物園引種馴化區(qū)。

于2021年3月上旬盛花期時(shí)，在晴朗天氣上午9:00～11:00分別采集香花秋海棠雄花全花、鋪地秋海棠雌花全花，及紅毛香花秋海棠雄花全花。采集后立即真空凍干、粉碎，置于-20 ℃低溫保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 儀器與方法

準(zhǔn)確稱取以上各秋海棠花0.5 g，置于20 mL頂空瓶中，封口，每個(gè)樣品重復(fù)3次。樣品采用頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用法(HS-SPME-GC-MS)測(cè)定，具體如下：50 ℃平衡 10 min，頂空萃取(50 μm DVB/CAR/PDMS SPME Fiber，Supelco) 30 min，在氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀7890A-5975C (Agilent，USA)進(jìn)樣口解吸5 min。

GC-MS條件：色譜柱 HP-5MS(30 m×0.25 mm ID×0.25 μm 膜厚)。載氣為高純氦氣(99.999%)。進(jìn)樣口溫度250 ℃。分流進(jìn)樣，分流比5:1。色譜-質(zhì)譜接口溫度280 ℃。離子源溫度230 ℃。離子化方式EI。電子能量70 eV。程序升溫參數(shù)：50 ℃保持1 min，以 5 ℃·min-1升至 100 ℃，保持 5 min，再以20 ℃·min-1升至 250 ℃，保持 3 min。掃描質(zhì)量范圍50～500m/z。

成分定性與定量分析：各組分分別用 NIST11和WILEY7標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行檢索匹配，碎片比對(duì)，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[8—10]、各成分的相對(duì)保留時(shí)間等進(jìn)行定性分析；按峰面積歸一化法計(jì)算各峰面積的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋海棠花揮發(fā)性香氣成分

香花秋海棠及其2變種的花揮發(fā)性成分共分離鑒定出54種化合物，其中包括26種碳?xì)漕?其中萜烯類21種)、13種醇類、7種醛類、3種醚類、2種酯類、1種酸類和2種雜環(huán)類(表1)。

表1 香花秋海棠及其2變種花的香氣成分Table 1 Chemical constituents in the flowers of Begonia handelii and its two varieties

(續(xù)表)

鋪地秋海棠花揮發(fā)性成分初步定性化合物有32種，相對(duì)含量排在前 10 位的是順式芳樟醇氧化物(呋喃型)(21.90%)、2-異丙基-4-甲基-己-2-烯醛(11.47%)、反式芳樟醇氧化物(呋喃型)(10.42%)、1-辛烯-3-醇(5.64%)、別羅勒烯(4.82%)、α-松油烯(4.43%)、乙酸(4.34%)、白檸檬環(huán)醚(4.16%)、3-壬烯醇(4.01%)、芳樟醇(3.60%)。

香花秋海棠花揮發(fā)性成分初步定性化合物共有21種，相對(duì)含量排在前 10 位的是糠醛(43.53%)、壬醛(12.49%)、順式芳樟醇氧化物(呋喃型) (9.92%)、反式芳樟醇氧化物(呋喃型)(4.89%)、2，2-二甲基-5-(1-甲基-1-丙烯基)四氫呋喃(4.88%)、乙酸(2.97%)、1-溴-3-甲基環(huán)己烷 (2.73%)、4-異丙基甲苯(2.63%)、月桂烯(2.52%)、3-壬烯醇(2.18%)。

紅毛香花秋海棠花揮發(fā)性成分初步定性化合物共有44種，相對(duì)含量排在前10 位的是順式芳樟醇氧化物(呋喃型)(20.00%)、2-異丙基-4-甲基-己-2-烯醛(11.60%)、反式芳樟醇氧化物(呋喃型)(11.09%)、α-松油烯(4.81%)、順-羅勒烯(4.35%)、白檸檬環(huán)醚(4.32%)、dl-檸檬烯(3.60%)、糠醛(2.80%)、3-壬烯醇(2.41%)、1-溴-3-甲基環(huán)己烷(2.38%)。

2.2 秋海棠花揮發(fā)性香氣成分比較

將鋪地秋海棠花、香花秋海棠花和紅毛香花秋海棠花的揮發(fā)性香氣成分按照不同種類化合物進(jìn)行比較，結(jié)果表明三者存在明顯差異(圖1)。

圖1 香花秋海棠及其2變種花香氣組分對(duì)比Fig. 1 Comparison of aroma constituents among Begonia handelii and its two varieties

鋪地秋海棠花、香花秋海棠花和紅毛香花秋海棠花的醇類化合物相對(duì)含量分別為50.10%、17.37%和38.22%。芳樟醇氧化物Ⅰ和芳樟醇氧化物Ⅱ是3種秋海棠花中醇類含量最高的成分。1-辛烯-3-醇是鋪地秋海棠花的特有成分，含量達(dá)5.58%，具有森林清香的氣息，有蘑菇香氣混合著薰衣草似的香韻[9]。

鋪地秋海棠花和紅毛香花秋海棠花的碳?xì)漕惢衔锵鄬?duì)含量分別為25.69%和34.75%，高于香花秋海棠花的15.31%，其中萜烯類化合物分別占鋪地秋海棠花、香花秋海棠花和紅毛香花秋海棠花的碳?xì)漕惢衔镏亓康?5.36%、44.69%和81.16%。(±)-檸檬烯、α-松油烯、1-十一炔 和 4-異丙基甲苯是三種秋海棠花共有的碳?xì)漕惢衔?，水芹烯?±)-莰烯、α-葑烯、3-環(huán)戊基-1-丙炔和 7-乙烯基-5-十一烯是紅毛香花秋海棠花的特有成分。

香花秋海棠花的醛類化合物相對(duì)含量為57.12%，明顯高于鋪地秋海棠花和紅毛香花秋海棠花的13.87%和16.83%?？啡┖腿扇┦窍慊ㄇ锖Ｌ幕ㄖ腥╊惢衔锏闹饕煞?，糠醛具有香甜、木香、面包香、焦糖香，能賦予花淡淡焦甜的香氣[11—12]。壬醛具有蠟香、柑橘香、脂肪香、花香[13]。2-異丙基-4-甲基-己-2-烯醛是鋪地秋海棠花和紅毛香花秋海棠花中醛類化合物相對(duì)含量最高的成分。

呋喃類化合物一般具有杏仁和焦糖的香氣[14]，2，2-二甲基-5-(1-甲基-1-丙烯基)四氫呋喃在3種秋海棠花中都有檢測(cè)到，2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氫呋喃只在鋪地秋海棠花中檢測(cè)到。

乙酸是3種秋海棠花唯一的共有酸類化合物。酯類化合物三甲基乙酸對(duì)硝基苯酯和甲酸芳樟酯只在紅毛香花秋海棠中檢測(cè)到，另外兩種秋海棠花并未檢測(cè)到酯類化合物。白檸檬環(huán)醚是3種秋海棠花共有的醚類化合物，橙花醚僅在紅毛香花秋海棠花中檢測(cè)出。

由表1和圖1可知，不同種類化合物在3種秋海棠花中的相對(duì)含量差異十分明顯。鋪地秋海棠花和紅毛香花秋海棠花中以芳樟醇氧化物Ⅰ和芳樟醇氧化物Ⅱ?yàn)榇淼拇碱惢衔锖孔罡?，而香花秋海棠花中醛類化合物含量最高。酯類化合物只在紅毛香花秋海棠花中檢測(cè)到。對(duì) 3 種秋海棠花揮發(fā)性成分按照不同種類化合物進(jìn)行比較，鋪地秋海棠花的揮發(fā)物中，醇類、碳?xì)漕?、醛類、酸類、醚類、雜環(huán)類含量分別占揮發(fā)性組分總量的50.10%、25.39%、13.87%、4.34%、4.16%、1.91%；在香花秋海棠花中，這幾類物質(zhì)的占比分別是17.37%、15.31%、57.12%、2.97%、2.34%、4.88%；而在紅毛香花秋海棠花的揮發(fā)性物質(zhì)中，醇類、碳?xì)漕?、醛?、酸類、醚類、雜環(huán)類、酯類物質(zhì)的相對(duì)含量則是38.22%、34.36%、16.83%、0.87%、6.91%、1.02%、1.39%。

3 結(jié)論

采用SPME結(jié)合GC-MS對(duì)處于盛花期的鋪地秋海棠、香花秋海棠和紅毛香花秋海棠花的香氣成分進(jìn)行分析。3 種秋海棠花共分離出 54種香氣成分，其中鋪地秋海棠32種、香花秋海棠21 種、紅毛香花秋海棠 44 種。對(duì)香氣成分分析表明，鋪地秋海棠和紅毛香花秋海棠香氣成分較接近，醇類化合物相對(duì)含量高，分別為50.10 %和38.22%，主成分芳樟醇氧化物具有清香略帶甘甜的木青氣息[15—16]，構(gòu)成這兩種花香香氣主調(diào)；這2種花中碳?xì)漕愇镔|(zhì)的含量也比較高，且主要為萜烯類化合物，蒎烯類化合物呈現(xiàn)花香和柑橘類等香氣特征[17]，因所含結(jié)構(gòu)和種類的不同造成2種花香氣的差異；香花秋海棠花與另外兩種花的香氣具有明顯差異，香花秋海棠花中醛類物質(zhì)含量比較高，為57.12%，該花具有淡淡焦甜的香氣；酯類化合物中的三甲基乙酸對(duì)硝基苯酯和甲酸芳樟酯只在紅毛香花秋海棠中檢測(cè)到，此種花香氣更尖銳、飄逸。

從花香氣成分測(cè)定可以發(fā)現(xiàn)，秋海棠花香是多種可揮發(fā)性化合物共同混合而成，每種成分的特征和含量也各不相同。花香還因不同的嗅覺(jué)敏感度而影響對(duì)香味濃淡與類型的體驗(yàn)和感受。這也成為花香研究中非常難于界定的一個(gè)重要原因，因?yàn)橹饔^感受往往也是不容忽視的重要因素。但僅從客觀的測(cè)試角度而言，含量比例高自然會(huì)對(duì)花朵的香型產(chǎn)生關(guān)鍵性的主導(dǎo)作用，特別是那些特有的揮發(fā)性成分很可能就是花香類型的關(guān)鍵香味物質(zhì)。本次檢測(cè)的 3個(gè)秋海棠花香品種其揮發(fā)性成分所包含的醇類、碳?xì)漕?、醛類及酯類等物質(zhì)的種類和含量都存在差異，后續(xù)還需要進(jìn)一步測(cè)定不同花期這些物質(zhì)差異，以及對(duì)于花香的影響和作用，并且深入分析不同揮發(fā)物類型在花香香型中的實(shí)際貢獻(xiàn)率，更客觀真實(shí)地反映花香，為其今后在育種中加以利用奠定理論基礎(chǔ)。