木蘭科植物花香成分提取與鑒定研究進(jìn)展

袁婕俐， 金曉玲， 余秋岫， 胡筱璇

(中南林業(yè)科技大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，湖南 長沙 410004)

花香被譽(yù)為花的靈魂[1]，是評價園林觀賞植物品質(zhì)的重要指標(biāo)之一?；〒]發(fā)物質(zhì)是由植物花朵中釋放出的一系列分子量低、揮發(fā)性強(qiáng)的芳香物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物[2]。花香物質(zhì)常被用于萃取精油，應(yīng)用于芳香療法、香水、香味食品和調(diào)味劑等方面，并利用發(fā)香工藝制作花茶，在農(nóng)業(yè)、生物學(xué)、醫(yī)藥、香水化妝品工業(yè)等方面有著重要的價值[3]。但與花的其他性狀(如：花色、花型、花期等)相比，研究起步較晚[4]。

木蘭科植物是最古老的被子植物，花香濃郁，為提取芳香油及庭園觀賞的重要園林樹種，常被用于亞洲和北美的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)[5-6]。目前木蘭科植物中已鑒定出多種花香成分，包括萜類、烷類、酯類、醇類、酸類和苯環(huán)類等化合物，其中萜類化合物和苯環(huán)類化合物是木蘭科植物花香的主要成分[7]。

截止到目前，對于其花香成分提取與鑒定的方法對比未有歸納和總結(jié)，選擇合適的提取及鑒定方法是后續(xù)準(zhǔn)確解析香氣主要成分的關(guān)鍵。因此，本文主要針對木蘭科植物花香成分提取與鑒定方法進(jìn)行綜述，并對其花香成分的研究結(jié)果(研究的樹種、主要研究部位、主要花香成分)進(jìn)行總結(jié)，為今后培育新型香型新品種提供新的育種方向，以期為木蘭科植物花香成分的深入研究及其開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 木蘭科花香成分研究的樹種

如表1所示，對目前木蘭科植物花香成分的研究樹種、研究部位、提取與鑒定方法及其主要香氣成分進(jìn)行了歸納。木蘭科由18個屬組成，約335種[8]，目前涉及研究花香成分的樹種僅5屬，分別是單性木蘭屬、木蘭屬、木蓮屬、含笑屬和擬單性木蘭屬，共38種。其花香成分89.47%的研究集中于木蘭屬和含笑屬，分別有21種和13種，其他屬樹種鮮少研究。

表1 木蘭科花香成分研究概況Table 1 Profile of floral fragrance components of Magnoliaceae

續(xù)表

續(xù)表

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2 木蘭科植物花香成分的主要研究部位

同一植物不同花器官間香氣成分種類及含量存在差異。整朵花是木蘭科植物花香成分研究最多的部位，其次是花蕾和花被片，鮮少進(jìn)行其他花器官部位的研究，如雌蕊、雄蕊等。如亮葉含笑雄蕊特有花香成分為α-蒎烯、長馬鞭草烯酮和新丁香三環(huán)烯；雌蕊特有花香成分為大馬酮、煙葉酮和喇叭烯氧化物；花被片特有花香成分為檸檬烯環(huán)氧化物[54]；云南含笑花托主要含萜類化合物，花被片和花絲主要含酯類化合物[60]。

3 木蘭科植物花香成分提取方法

不同提取花香成分的方法鑒定出的化合物種類不同。花香成分提取的完整程度及真實性對后續(xù)化合物鑒定的準(zhǔn)確性極為重要。目前常見的木蘭科花香成分提取方法主要包括水蒸氣蒸餾法、同時蒸餾法、超臨界CO2萃取法、頂空法、熱脫附法和固相微萃取法等。

3.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法(Steam distillation，SD)是一種較為傳統(tǒng)的方法，其設(shè)備容易獲取、操作簡單，可獲得含花香物質(zhì)的揮發(fā)油[65]。SD法與其他方法相比提取的精油率更高[66]。SD法提取白玉蘭和紫玉蘭花揮發(fā)油，鑒定出37種、41種化合物[18]；SD法提取含笑花揮發(fā)油，發(fā)現(xiàn)其花香成分以醇類和烯烴類化合物為主[67]。SD法對低沸點、低含量化合物有較好的提取效果，但其所需的高溫可能會破壞花香成分的完整性，易失去新鮮香氣的風(fēng)味[68]。

3.2 同時蒸餾法

同時蒸餾法(Simultaneous distillation and extraction，SDE)是一種利用溶劑萃取與水蒸氣蒸餾法結(jié)合的方法，提取揮發(fā)油效率高，能反復(fù)進(jìn)行香氣物質(zhì)的富集，有效提取某些香氣物質(zhì)含量較少的樣品[69]。SDE法提取荷花玉蘭花揮發(fā)油，鑒定出66種花香成分[22]；SDE法提取黃蘭花揮發(fā)油，鑒定出67種花香成分[47]。SDE法雖能高效獲取花香提取物，但在高溫下循環(huán)萃取濃縮，易導(dǎo)致某些低沸點香氣物質(zhì)受熱分解，使鑒定出的花香成分與真實香氣成分間存在差異[70]。

3.3 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法(Supercritical CO2extraction，SC-CO2)能將特定香氣成分從樣品中萃取分離，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、天然植物香料、生物活性物質(zhì)提取等方面[71]。CO2具有無毒、成本低廉等優(yōu)點，是最為常用的萃取溶劑。SC-CO2法提取白蘭花揮發(fā)油，鑒定出59種花香成分[43]；SC-CO2法提取含笑花揮發(fā)油，鑒定出31種花香成分[50]。SC-CO2法雖環(huán)保、不易污染環(huán)境，但存在耗費成本高、設(shè)備昂貴等問題[72]。

3.4 頂空法

頂空法(Headspace，HS)與傳統(tǒng)提取方法SD、SDE和SC-CO2等相比，具有無溶劑、節(jié)省樣品量、樣品處理簡單方便、自動進(jìn)樣等優(yōu)點[73]。HS法提取單性木蘭雄花和雌花的花香成分，都鑒定出6種香氣成分[9]；HS法提取白玉蘭和紫玉蘭的花香成分，發(fā)現(xiàn)萜類是玉蘭花的主要香氣來源[49]。HS法雖操作簡單，但其靈敏度較低[74]。

3.5 熱脫附法

熱脫附法(Thermal desorption，TD)與傳統(tǒng)提取方法SD、SDE和SC-CO2等相比，具有耗時短、樣品易處理等優(yōu)點[75]。TD法提取紫玉蘭、二喬玉蘭、飛黃玉蘭和深山含笑的花香成分，各鑒定出43種、18種、31種和39種花香成分[24]；TD法提取含笑的花香成分，鑒定出53種花香成分[52]。但其方法易受到溫度的影響，高溫度易使高敏性香氣成分分解或與其他成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，低溫度易使樣品中香氣成分易有殘留，吸附不徹底[76]。

3.6 固相微萃取法

固相微萃取法(Solid phase micro-extraction，SPME)主要通過石英纖維表面涂層材料吸附香氣成分，從而進(jìn)行香氣成分的富集、提取和解析。SPME法具靈敏度高、所需樣品量較少和無需溶劑等優(yōu)點，其常與HS法結(jié)合提取香氣成分，提取效率高，吸附香氣效果好，適合復(fù)雜組分的提取[77]。HS-SPME法提取玉蘭的花香成分，鑒定出65種花香成分[17]；HS-SPME法提取自然環(huán)境下白蘭鮮花的花香成分，發(fā)現(xiàn)大量低濃度的萜烯類和酯類化合物是白蘭花芳香宜人的主要來源，其方法能更為真實、方便、有效的反映其香氣成分組成[41]。但HS-SPME法不易提取固體樣品中難以揮發(fā)的組分[78]。

3.7 其他提取方法

除以上6種常用提取方法，還采用了溶劑浸提法(Solvent extraction，SE)、超聲波萃取法(Ultrasonic extraction，UE)、吸附法(Adsorption method，AM)和吹掃捕集法(Purge and trap，PT)。如SE法浸提白蘭花的香氣成分，鑒定出15種花香成分[42]；UE法提取白蘭花被片的香氣成分，鑒定出47種花香成分[43]；AM法提取天目木蘭花被片的香氣成分，鑒定出27種花香成分[11]；PT法提取厚樸花的花香成分，鑒定出25種花香成分[25]。其中SE法和AM法都易有溶劑殘留；UE法成本高、價格昂貴；PT法較適合提取鮮花的香氣成分，但需攜帶提取設(shè)備在室外檢測。

4 木蘭科植物花香成分鑒定方法

目前常用的木蘭科花香成分鑒定方法主要有：原位顯微拉曼光譜法(SMRS)、氣相色譜法(GC)、氣相色譜火焰離子化檢測法(GC/FID)和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法(GC/MS)。

4.1 原位顯微拉曼光譜法

原位顯微拉曼光譜法(In situ micro raman spectroscopy，SMRS)主要通過測定香氣物質(zhì)散射的拉曼光譜形成的峰直接對樣品香氣成分進(jìn)行分析鑒定[79]。目前木蘭科植物中僅白蘭、深山含笑、黃花含笑利用其進(jìn)行了花香成分鑒定，但鑒定出的種類較少，均小于10種[46]。但SMRS法配備的電極易受到溶液和氣體侵蝕，影響檢測性能。

4.2 氣相色譜法

氣相色譜法(Gas chromatography，GC)能對樣品中各香氣成分的吸附力產(chǎn)生不同的檢測信號，形成氣相色譜進(jìn)行化合物的定性定量分析。GC法常與提取方法結(jié)合鑒定植物的香氣成分，其靈敏度高、分析速度快[80]。如用SD-GC/GC-MS法對黃蘭花提取與鑒定出67種花香成分[47]；SD-GC/GC-MS法對大葉含笑花提取與鑒定出56種花香成分[61]。但GC法對樣品中復(fù)雜組分的定性較為困難。

4.3 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

氣相色譜-質(zhì)譜(Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)聯(lián)用技術(shù)集中了GC和MS的優(yōu)點，靈敏度高、重現(xiàn)性好和分析速度快等優(yōu)勢而在植物香氣成分分析中廣受親睞[81]。目前國內(nèi)外對木蘭科植物花香成分的鑒定方法主要采取GC-MS法。如用HS-SPME-GC/MS法發(fā)現(xiàn)日本辛夷初花期和盛花期的主要花香成分基本相同，含量有顯著差異[34]；HS-SPME-GC/MS法提取與鑒定出白蘭花75種花香成分[40]。但GC-MS法存在檢測限制值，較低含量的物質(zhì)難以檢測出[82]。

5 木蘭科植物主要花香成分

木蘭科植物釋放的花香是其花中所有香氣物質(zhì)共同產(chǎn)生的結(jié)果,成分類型多為萜類、酯類和醇類化合物，少量為烷烴類、醚類、酚類和酮類化合物。

5.1 萜類化合物

萜類化合物是高等植物釋放最為廣泛的一類化合物，包括異戊二烯、單萜和倍半萜等[83]。研究發(fā)現(xiàn)，木蘭科植物的花香成分中含有多種萜類成分，主要為1,8-桉樹腦、β-蒎烯和芳樟醇等。如1,8-桉樹腦是望春玉蘭[12]、玉蘭[17]、紫玉蘭[26]、二喬玉蘭[26]、伊麗莎白玉蘭[33]、腋花玉蘭[36]、日本玉蘭[37]和黃蘭[47]的主要花香成分，其香氣特征呈薄荷味、香草型；β-蒎烯是黃山木蘭[16]、淡紫玉蘭[15]、羅田玉蘭[29]、飛黃玉蘭[32]、深山含笑[59]、樂東擬單性木蘭[63]的主要花香成分，其香氣特征呈樹脂味和香草型。

5.2 酯類化合物

酯類化合物在木蘭科植物中有較多分布。研究發(fā)現(xiàn)，深山含笑的主要花香成分為苯甲酸甲酯[24]，其香氣特征呈冬青油香、香草型；玉蘭的主要花香成分為2-甲基-丁酸甲酯[17]，其香氣特征呈蘋果味、果香型；單性木蘭雌花的主要花香成分為乙酸松油酯[9]，其香氣特征呈蘋果味和果香型。

5.3 醇類化合物

醇類化合物是木蘭科植物花香的重要組成部分。研究發(fā)現(xiàn)，芳樟醇是日本辛夷的主要花香成分[34]，其香氣特征呈玫瑰香味、花香型；武當(dāng)玉蘭花蕾的主要花香成分為萜品烯-4-醇[15]，其香氣特征呈胡椒味、辛香型；荷花玉蘭花被片的主要花香成分為反式香葉醇[20]，其香氣特征呈玫瑰味和花香型。

5.4 其它化合物

少量木蘭科植物中主要花香成分為烷烴類、醚類、酚類和酮類化合物。如玉蘭花被片的主要花香成分為十五烷[18]，其香氣特征呈蠟質(zhì)型；伊麗莎白玉蘭花被片的主要花香成分為黃樟醚[15]，其香氣特征呈茴香、辛香型；白蘭花被片的主要香氣成分為2,6-二叔丁基-4-甲基-苯酚[45]；亮葉含笑花被片和雌蕊的主要香氣成分都為異長葉烯-5-酮，其香氣特征呈琥珀香、木香型，雄蕊的主要香氣成分為香附酮，其香氣特征呈草藥香和木香型[54]。

6 結(jié)論與展望

目前已報導(dǎo)的木蘭科植物花香成分的提取與鑒定方法優(yōu)缺點各不相同，常用的HS-SPME-GC-MS法因GC-MS的低分辨性能難以鑒定出低含量的化合物，且能鑒定的化合物種類有限，今后需考慮結(jié)合更高效率、高分辨性能的技術(shù)手段開展木蘭科植物的花香成分研究。如高分辨質(zhì)譜(High resolution mass spectrometry，HRMS)技術(shù)[84]、氣相色譜-嗅聞技術(shù)(Gas chromatography-olfactometry，GC-O)[85]等。

木蘭科植物花香主要成分萜類化合物，是天然抗氧化劑和抗菌劑的重要來源。如云南含笑花香主要成分β-欖香烯能直接殺傷腫瘤細(xì)胞[60]；飛黃玉蘭花香成分中的反-羅勒烯具有抗病毒、活血和抗菌等功效[86]；紫玉蘭花香成分中的月桂烯能抗氧化、治療失眠和抗菌消炎等[87]。

隨著康養(yǎng)園林與園藝療法興起，人們開始重視植物香氣成分對人體健康的影響。研究發(fā)現(xiàn)，園林植物的香氣成分對人體健康的影響直接表現(xiàn)在對人體心理、生理的響應(yīng)[88]。如飛黃玉蘭、紫玉蘭和深山含笑等花香成分中月桂烯、β-蒎烯、檸檬烯、α-蒎烯和芳樟醇含量較高，而月桂烯、β-蒎烯具抗真菌的作用；檸檬烯能夠驅(qū)蟲；α-蒎烯、芳樟醇具有明顯抑制細(xì)菌生長，改善空氣質(zhì)量的作用[89]，其樹種在園林環(huán)境中抑制微生物、凈化空氣方面有很高價值。

總的來說，目前針對木蘭科植物花香成分的研究尚少，其花香物質(zhì)的提取與鑒定的方法性能較低。因此，利用更為先進(jìn)的儀器和技術(shù)全面研究木蘭科植物的花香成分，探究其主要香氣成分、香氣特征及園林應(yīng)用將成為未來的研究方向。