廣西橫縣不同地域茉莉花香氣組分含量分析

王吉平，蘇天明，張 野，王 瑾，謝育利，梁芷姮，李忠義，何鐵光

(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007)

【研究意義】茉莉花[Jasminumsambac(L.) Aiton]主要分為單瓣、雙瓣和多瓣3種類型，其中雙瓣茉莉花具有易栽培、產(chǎn)量高且香氣濃郁等特點(diǎn)，是國際上種植最廣泛的茉莉花品種。茉莉花多種植于亞熱帶地區(qū)，主要用以窨制花茶和提取香精油等。茉莉花茶的茉莉花香主要來源于窨制過程中茶坯吸附茉莉鮮花揮發(fā)的香氣組分[1]。因此，茉莉花香氣組分是影響茉莉花茶品質(zhì)的最關(guān)鍵因素[2]。我國茉莉花的主要種植地為廣西、福建和云南等省(區(qū))，其中2019年廣西橫縣茉莉花種植面積達(dá)7200 hm2，年產(chǎn)茉莉花約9萬t，擁有130多家花茶企業(yè)，年產(chǎn)茉莉花茶7萬多t，茉莉花綜合年產(chǎn)值達(dá)122億元，茉莉花產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)?shù)氐奶厣乩順?biāo)志[3]。不同品種、地域條件和管理方式對茉莉花品質(zhì)的影響較大，而現(xiàn)有的茉莉鮮花品質(zhì)評價體系較薄弱，僅通過花苞的飽滿程度進(jìn)行簡單分類評價不能體現(xiàn)其香氣組分含量差異，也不利于茉莉花茶產(chǎn)業(yè)升級和優(yōu)化提升茉莉花品質(zhì)的種植技術(shù)。因此，分析廣西橫縣不同區(qū)域種植茉莉花的香氣組分含量及土壤中的活性中微量元素含量，對茉莉花栽培技術(shù)優(yōu)化及花茶加工產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】茉莉花香氣組分是茉莉花品質(zhì)的重要指標(biāo)[4]，主要在開花過程中形成和釋放，主要受茉莉花品種、采摘時間和生長環(huán)境等因素影響[5-8]。在現(xiàn)有報道中，茉莉花香氣組分的采集方法主要有溶劑萃取、蒸餾萃取、超臨界CO2萃取和固相微萃取法等[9-10]，不同方法采集的香氣組分及含量不同。許多研究表明，固相微萃取技術(shù)能萃取到大量且完整的茉莉花香氣組分[11]。楊文靖等[12]研究發(fā)現(xiàn)，茉莉花的主要香氣組分種類在晴天與雨天相同，但不同組分含量間存在差異，總體上晴天茉莉的香氣評價指數(shù)更高，但雨天茉莉中的乙酸葉醇酯含量約為晴天茉莉的10倍。陳梅春等[13]研究表明，茉莉鮮花的主要香氣成分為乙酸芐酯和芳樟醇等，其中，單瓣茉莉中芳樟醇含量更高，雙瓣茉莉中乙酸芐酯含量更高，香氣品質(zhì)評價結(jié)果以雙瓣茉莉優(yōu)于單瓣茉莉，且7月采摘的茉莉花香氣評價指數(shù)高于8和9月，伏花品質(zhì)高于其他時期的茉莉花。鄧傳遠(yuǎn)等[14]開展不同發(fā)育過程單瓣茉莉花香氣組分及含量分析，結(jié)果表明其大部分芳香成分含量在茉莉花微開期最高，花蕾成熟期和微開期檢測到的香氣化學(xué)成分種類最多。李鶴等[11]對成熟期雙瓣茉莉花花蕾進(jìn)行離體香氣組分分析發(fā)現(xiàn)，雙瓣茉莉中共有94種香氣成分，離體狀態(tài)下可顯著促進(jìn)茉莉花釋香?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】現(xiàn)有報道中對茉莉花離體或在位開花過程香氣組分變化的研究較多，針對市場上商品茉莉花分級評價及香氣組分差異的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】通過分析廣西橫縣不同種植區(qū)域商品茉莉花的主要香氣組分，將商品茉莉花分級評價與其香氣組分含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并探究土壤的活性中微量元素含量對茉莉花香氣組分的影響，為各地茉莉花種植技術(shù)改良和花茶窨制工藝水平提升提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于廣西橫縣，地處桂東南，坐標(biāo)為東經(jīng)108°48′～109°37′，北緯22°08′～23°30′。全縣土地總面積3476.8 km2，茉莉花主要種植在該縣有機(jī)質(zhì)含量較高的東部地區(qū)橫州、校椅、云表、馬嶺和那陽等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，百合和蓮塘鎮(zhèn)也有少量種植。綜合考量前期實(shí)地調(diào)研茉莉花種植情況及《橫縣耕地地力評價》中耕地質(zhì)量分布數(shù)據(jù)，在橫州、校椅、云表和馬嶺共選擇8個采樣點(diǎn)，在那陽、蓮塘和百合分別選擇1個采樣點(diǎn)，共計11個采樣點(diǎn)(分別為1～11號樣點(diǎn))，采集茉莉花樣品及其相應(yīng)的種植土土樣，各采樣點(diǎn)土壤基礎(chǔ)信息見表1，采樣時間為2020年7月12-13日，此時接近伏花期，茉莉花整體品質(zhì)較高。

1.2 試驗(yàn)材料

在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇11個茉莉花種植區(qū)域作為采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)分別采集兩個地塊的茉莉花樣本和對應(yīng)地塊的土壤樣本。茉莉花樣本采集方法為：收集10～15朵達(dá)到商品茉莉花條件的花蕾(潔白、飽滿)，用錫紙包好并做好標(biāo)記，立即置于液氮中保存。土壤樣本采集方法為：去除表層土后，收集0～20 cm土層的土壤，每個采樣點(diǎn)按照S型分布選取5個點(diǎn)的土壤混勻作為一個土壤樣本。

主要儀器設(shè)備：GC-MS儀(Agilent 7890B，美國)，質(zhì)譜儀(Agilent 5977B，美國)，色譜柱為安捷倫DB-Wax(30.0 m×250.00 μm×0.25 μm，美國)。試驗(yàn)所用2-辛醇(TCI公司，日本)為分析純(純度≥99.5 %)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 香氣組分及含量檢測 茉莉花香氣組分采用氣質(zhì)聯(lián)用檢測揮發(fā)性組分方法進(jìn)行檢測。取300.0 mg樣本于20 mL頂空瓶中，加入10 μl 10 μg/mL 2-辛醇為內(nèi)標(biāo)；使用自動固相微萃取頭DVB/CAR/PDS，Stable flex(2cm)(Sigaaldrich公司，德國)進(jìn)行揮發(fā)性組分萃取，萃取溫度60 ℃，時間30 min，解析時間4 min。GC-MS分析條件：進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱溫箱升溫程序：起始溫度40 ℃保持4 min，以5 ℃/min升溫至245 ℃，保持5 min；質(zhì)譜條件：離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，電離電壓-70 eV，質(zhì)量范圍(m/z)：20～400，掃描模式Scan。QC樣本為所有樣本混合后制成。

1.3.2 土壤活性中微量元素含量檢測 土壤有效態(tài)鐵和有效態(tài)鋅含量采用HJ 804-2016《土壤8種有效態(tài)元素的測定》中的二乙烯三胺五乙酸浸提—電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行測定，有效硼含量采用NY/T 1121.8-2006《土壤檢測 第8部分：土壤有效硼的測定》中的甲亞胺比色法進(jìn)行測定，交換性鈣和交換性鎂含量采用NY/T 1121.13-2006《土壤檢測 第13部分：土壤交換性鈣和鎂的測定》中的原子吸收分光光度法進(jìn)行測定。

1.4 統(tǒng)計分析

采用ChromaTOFV 4.3x(LECO)和NIST庫對質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行峰提取、基線矯正、解卷積、峰積分、峰對齊和質(zhì)譜匹配等。揮發(fā)性組分含量為相對含量，計算時以2-辛醇為內(nèi)標(biāo)，進(jìn)行相對定量。定量方法為：以該樣品中加入的內(nèi)標(biāo)為參照，內(nèi)標(biāo)在樣本中的含量記為Cs，內(nèi)標(biāo)峰面積記為As，代謝物峰面積記為Ai，不同代謝物對內(nèi)標(biāo)的矯正系數(shù)為Bi，計算各代謝物的相對含量Ci。

Ci=Ai/As

(1)

Ci=Ai/As·Cs·Bi

(2)

公式(1)中，代謝物的相對含量Ci為目標(biāo)代謝物與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值，該相對含量值無量綱[15]；公式(2)中增加了內(nèi)標(biāo)含量Cs和矯正系數(shù)Bi，但由于不同目標(biāo)代謝物與內(nèi)標(biāo)的矯正系數(shù)Bi只能通過標(biāo)準(zhǔn)品檢測后計算得到，故本文采用公式(1)計算和比較不同代謝物的相對含量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 25.0和Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計，以在線分析軟件PCA(https://www.omicshare.com/tools/Home/Soft/pca)進(jìn)行主成分分析，相關(guān)性熱圖及回歸分析采用GraphPad Prism 8制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植區(qū)域茉莉花主要特征香氣組分的主成分分析

對11個樣點(diǎn)22個茉莉花樣本的揮發(fā)性組分進(jìn)行固相微萃取后再進(jìn)行GC-MS檢測，共檢測到381個峰，對比數(shù)據(jù)庫得到可鑒定名稱的組分242種。將同一采樣點(diǎn)2個茉莉花檢測結(jié)果的平均值作為該點(diǎn)茉莉花香氣組分的相對含量，通過降維分析對每個樣點(diǎn)茉莉花香氣組分進(jìn)行主成分分析，得到第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)。從圖1可看出，1、4、5、8和10號樣點(diǎn)(分別對應(yīng)云表、橫州、蓮塘、云表和校椅鎮(zhèn))茉莉花的香氣組分與其他樣點(diǎn)差異較明顯而其他樣點(diǎn)茉莉花的香氣組分差異較小。其中，4和11號樣點(diǎn)(分別對應(yīng)橫州和校椅鎮(zhèn))茉莉花香氣組分的相似度總體上更高，且與其他樣點(diǎn)茉莉花香氣組分差異更明顯，而這2個采樣點(diǎn)在地理位置上距離較近(表1)；7和10號樣點(diǎn)茉莉花的香氣組分差異較小，但在地理位置上距離較遠(yuǎn)(表1)。說明采樣點(diǎn)位置和基礎(chǔ)土壤性質(zhì)對茉莉花香氣組分影響不明顯。從表1可看出，茉莉花種植區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量均較高(10.0 g/kg及以上)。因此，推測茉莉花適宜在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中生長，且香氣組分差異可能更多取決于不同區(qū)域地塊的管理措施，如施肥和灌溉等。

2.2 不同種植區(qū)域茉莉花的主要特征香氣組分含量

由表2可知，不同種植區(qū)域茉莉花香氣組分相對含量排名前50位的化合物種類主要屬于醇類、酯類、醛類、酮類、酸類、烯烴類和其他類等七大類。在醇類化合物中，芳樟醇的相對含量最高(12.06)，但不同采樣點(diǎn)茉莉花的芳樟醇相對含量存在較大差異(4.10～23.01)，其中，4、8和11號樣點(diǎn)茉莉花的芳樟醇相對含量均超過20.00，高于其他樣點(diǎn)茉莉花，且在取樣空間位置上更靠近(表1)；在平均相對含量排名前50位的化合物中，1、2和5號樣點(diǎn)茉莉花的醇類化合物相對含量總量較低，分別為12.98、13.85和11.43；各樣點(diǎn)茉莉花香氣組分中酯類化合物相對含量的總量均較低，僅1.92～4.43，且樣點(diǎn)間差異較??；醛類化合物和酮類化合物的種類和相對含量均較高，其中(E)-2-己烯醛和苯甲醛的相對含量均較高，如5號樣點(diǎn)茉莉花中(E)-2-己烯醛相對含量為29.35，11號樣點(diǎn)的苯甲醛相對含量為8.88，分別為最低相對含量的3.4和2.3倍；各樣點(diǎn)茉莉花香氣組分中醛類化合物總量為19.51～44.41，在七大類香氣組分化合物中最高；酮類化合物相對含量較穩(wěn)定，總相對含量在5.91～8.27，且各樣點(diǎn)間差異較?。煌闊N類化合中11號樣點(diǎn)的相對含量較其他樣點(diǎn)高，其中(E)-4,8-二甲基壬-1,3,7,-三烯和八甲基環(huán)四硅氧烷為主要烷烴類香氣組分，相對含量分別為2.58和2.41；在檢測到的前50種香氣物質(zhì)中，1號樣點(diǎn)的總相對含量只有51.57，11號樣點(diǎn)的總相對含量最高，為94.54，約為1號樣點(diǎn)的1.8倍；其他樣點(diǎn)茉莉花主要香氣組分的相對總含量在64.93～82.72之間，差異較小，其中3、4、9、10和11號樣點(diǎn)茉莉花的香氣組分總相對含量高于平均水平，說明云表、橫州、馬嶺和校椅鎮(zhèn)茉莉花的香氣組分含量豐富，茉莉花品質(zhì)較高，尤其以橫州和校椅鎮(zhèn)的品質(zhì)更佳。

表2 不同采樣點(diǎn)茉莉花的香氣組分及相對含量比較(top50)

續(xù)表2 Continued table 2

續(xù)表2 Continued table 2

2.3 土壤活性中微量元素含量與茉莉花主要香氣組分相對含量的相關(guān)分析

檢測茉莉花采樣點(diǎn)相應(yīng)地塊土壤的有效態(tài)鐵、有效態(tài)鋅、有效硼、交換性鈣和交換性鎂等活性中微量元素含量，并與相對含量排名前10位的茉莉花香氣組分進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果(表3)表明，有效態(tài)鐵含量與己酸相對含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01，下同)，有效態(tài)鋅和有效硼含量與主要香氣組分相對含量無顯著相關(guān)性(P>0.05)，交換性鈣和交換性鎂含量與(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮相對含量呈顯著(P<0.05，下同)或極顯著負(fù)相關(guān)，與己酸相對含量呈顯著正相關(guān)。說明在茉莉花香氣組分的生成和積累過程中，土壤交換性鈣和交換性鎂含量的增加會抑制茉莉花中(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮積累，促進(jìn)己酸含量提高。

表3 土壤活性中微量元素含量與茉莉花主要香氣組分相對含量(top 10)的相關(guān)分析結(jié)果

2.4 交換性鈣和交換性鎂含量與茉莉花香氣組分的回歸分析

對相關(guān)分析中與茉莉花部分主要香氣組分相對含量呈顯著或極顯著相關(guān)的土壤交換性鈣和交換性鎂含量進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果(圖2)表明，隨著土壤交換性鈣和交換性鎂含量的提高，茉莉花香氣組分中(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮的相對含量呈下降態(tài)勢，己酸的相對含量呈上升態(tài)勢；同種香氣組分相對含量與交換性鈣和交換性鎂含量的線性回歸趨勢相同。說明土壤交換性鈣和交換性鎂在茉莉花香氣組分生成和積累過程中的功能和作用機(jī)制可能相似。此外，交換性鎂含量與香氣組分相對含量回歸方程斜率的絕對值大于交換性鈣含量與香氣組分相對含量回歸方程斜率的絕對值[(E)-2-己烯醛除外]，說明土壤交換性鎂含量的變化對茉莉花香氣組分相對含量的影響比交換性鈣更明顯。

3 討 論

開展不同種植區(qū)域茉莉花香氣組分調(diào)查并了解茉莉花香氣品質(zhì)，有利于推動茉莉花產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。本研究在對廣西橫縣茉莉花種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，采集11個樣點(diǎn)的茉莉花進(jìn)行香氣組分GC-MS檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同樣點(diǎn)間茉莉花的香氣組分及其含量存在較大差異；通過主成分分析，發(fā)現(xiàn)茉莉花香氣組分及其含量與其種植區(qū)域的相關(guān)性不明顯，但該縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣候、溫度和海拔等條件基本相同，且茉莉花主要種植在有機(jī)質(zhì)含量較高的云表、校椅、橫州、那陽和百合等東部地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，耕地較平整，水源充足，因此，推測茉莉花香氣組分及其含量的差異可能與農(nóng)田管理措施有關(guān)。

目前關(guān)于茉莉花香氣組分提取檢測[16]和品質(zhì)評價方法[17]的研究已有報道。已有研究認(rèn)為，茉莉花茶的主要香氣組分為芳樟醇、乙酸芐酯、(Z)-3-己烯醇、水楊酸甲酯和苯甲醇等，且前4種物質(zhì)含量與香氣品質(zhì)呈正比關(guān)系[18]，芳樟醇作為含量最豐富的揮發(fā)性醇類組分，在茉莉花香氣組分及茉莉花茶品質(zhì)中占有重要地位[19-20]，提高茉莉花中芳樟醇濃度是改善其品質(zhì)的重要途徑[21]。Shen等[22]研究認(rèn)為，芳樟醇濃度高時其茉莉花茶評價系數(shù)(Jasmine tea flavor，JIF)反而下降，因此，茉莉花茶的香氣評價指數(shù)不能直接用作茉莉花香氣評價指標(biāo)。本研究采用GC-MS非靶代謝組方法檢測出廣西橫縣不同區(qū)域種植茉莉花的香氣組分主要包含醇類、酯類、醛類、酮類、酸類、烷烴類和其他類等七大類化合物，其中相對含量較高的兩種化合物分別為(E)-2-己烯醛和芳樟醇，綜合參考上述研究結(jié)果，本研究中4、8和11號樣點(diǎn)茉莉花的芳樟醇含量均較高，屬于茉莉花品質(zhì)較高樣點(diǎn)，而以平均相對含量排前50位的香氣組分總量為參考，3、4、9、10和11號樣點(diǎn)茉莉花香氣組分的總相對含量均高于平均值，因此，4和11號樣點(diǎn)即橫州鎮(zhèn)和校椅鎮(zhèn)為廣西橫縣茉莉花品質(zhì)較優(yōu)的種植區(qū)域。

關(guān)于土壤活性中微量元素對作物品質(zhì)和香氣組分影響的研究也有報道[23]。謝強(qiáng)等[24]研究表明，土壤中微量元素與煙葉化學(xué)成分和致香物質(zhì)呈典型相關(guān)。魏樹偉和王少敏[25]研究發(fā)現(xiàn)，鈣處理能通過脂肪酸代謝途徑提高南果梨果實(shí)的香氣物質(zhì)含量。王蘅等[26]研究指出，不同濃度硼鋅肥處理能促進(jìn)考煙中香氣組分積累；在硼、鋅和鉬等微量元素嚴(yán)重缺乏的煙田，單施鋅肥對烤煙各類香氣組分的提升效果最佳。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤交換性鈣和交換性鎂含量與茉莉花香氣組分相對含量排前10位組分的相關(guān)性較高，其中土壤交換性鈣和交換性鎂含量與(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與己酸含量呈顯著正相關(guān)；回歸分析結(jié)果也表明，交換性鈣和交換性鎂含量對茉莉花主要香氣組分含量的影響趨勢相同，具有一定的協(xié)同作用。

4 結(jié) 論

廣西橫縣茉莉花普遍種植于有機(jī)質(zhì)含量較高的區(qū)域，不同種植區(qū)域茉莉花的香氣組分及其含量存在較大差異，但采樣點(diǎn)位置對茉莉花香氣組分影響不明顯，其中，香氣組分主要為醇類、酯類、醛類、酮類、酸類和烷烴類化合物等；在茉莉花香氣組分的生成和積累過程中，土壤交換性鈣和交換性鎂含量的增加會抑制茉莉花中(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基環(huán)四硅氧烷和2-辛酮積累，促進(jìn)己酸含量提高。因此，調(diào)節(jié)土壤交換性鈣和交換性鎂含量可作為后續(xù)茉莉花種植技術(shù)優(yōu)化的重要方法，并為開展花茶窨制工藝水平提升研究提供參考依據(jù)。