静态顶空与固相微萃取法测定元宝枫叶片挥发物成分比较

宋秀华,李传荣,许景伟,王超

静态顶空与固相微萃取法测定元宝枫叶片挥发物成分比较

宋秀华1,李传荣2*,许景伟3,王超1

1.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018
2.泰山森林生态站/山东农业大学农业生态与环境重点实验室,山东泰安271018
3.山东省林业科学研究院,山东济南250014

采用带捕集肼的静态顶空与固相微萃取法分别测定元宝枫叶片挥发物成分，通过气相色谱-质谱联用仪定性和定量分析，对两种方法进行比较。结果表明，静态顶空检测的成分较少，固相微萃取法检测的成分较多，但均以酯类和萜烯类物质为主。两种方法共同检测出的成分有10种，分别为3-己烯醇、乙酸叶醇酯、乙酸己酯、2-己烯-1-醇乙酸酯、柠檬腈、丁酸-4-己烯酯、丁酸-3-己烯酯、丁酸己酯、β-石竹烯和α-石竹烯。两种方法检测到的挥发物的相对含量差异较大。通过比较来看，采用SPME法更适合元宝枫叶片挥发物的测定。

静态顶空;固相微萃取;元宝枫;挥发物

元宝枫（Acer truncatum Bunge）别名平基槭，槭树科槭属多年生落叶乔木，高8～10 m，是著名的庭院绿化树和行道树。自20世纪70年代以来，人们的研究重点一直集中于黄酮和绿原酸等药用生物成分的测定与提取[1]，另外在提取生物制品、保健品、饮料等方面也有应用[2]。但目前元宝枫的主要用途是园林绿化，绿化植物可以通过滞尘作用或通过茎、叶分泌物减少或杀死空气中细菌和病毒，起到净化空气的作用[3]，同时植物释放的单萜类及芳香族挥发物还有益于人体健康[4]。对于元宝枫，国内尚未见详细的叶片挥发物的相关研究报道，同属植物复叶槭和五角枫研究多集中于挥发物与植食性昆虫间的关系[5,6]。现常用的植物挥发物的分析鉴定方法有动态顶空吸附-热脱附-气质联用法（TCT-GC/MS）[7]、固相微萃取-气质联用法（SPME-GC/MS）[8]、吹扫-捕集-气质联用法（PT-GC/MS）[9]及静态顶空-气质联用法（SHS-GC/MS）[10]，上述方法具体测定原理有所不同，各有优缺点。本研究采用静态顶空法（SHS）与固相微萃取法（SPME）分析元宝枫叶片的挥发物成分和含量，并对这两种方法进行比较，旨在为植物挥发物的研究提供技术指导，同时为园林绿化配置提供科学依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

材料：5月上旬选择山东农业大学校园内生长健康的元宝枫行道树（Acer truncatum Bunge）5株，树高约5.60 m，胸径约15.40 cm，取树冠中部向阳叶片。

仪器：日本岛津公司GC/MS-QP 2010 plus气-质联用仪，RTX-5MS毛细管柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；美国PE公司的Turbo Matrix 40 HS带捕集肼的顶空进样器；美国Supleco公司的SPME手柄，50/30µm DVB/CAR/PDMS（二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷）萃取头。

1.2实验方法

1.2.1 静态顶空法样品处理方法：称取新鲜功能叶2 g，剪碎后放入25 mL顶空进样瓶，用聚四氟乙烯丁基合成橡胶隔片密封，样品40℃保温30 min，然后进样。取样针温度80℃，传输线温度80℃，然后给瓶加压15 Pa，捕集并保持5 min，捕集阱抽取挥发性成分1 μL，待分析。

气相色谱条件：柱温，起始温度40℃，以6℃·min-1的速率升温至130℃，然后以10℃·min-1的速率升温至250℃，保持1 min；进样口温度200℃；载气为高纯氦气。质谱条件：EI电离源，电子能量70 eV，离子源温度200℃，接口温度230℃，全扫描模式，扫描范围45～450 m·z-1。

1.2.2 固相微萃取法样品处理方法：称取新鲜功能叶10 g，剪碎后放入100 mL萃取瓶中，铝箔纸封口，50/30µm DVB/CAR/PDMS萃取头40℃顶空萃取30 min，然后萃取头插入GC/MS进样口，于250℃解吸3 min。

气相色谱条件：柱初温40℃，保持2 min，以6℃·min-1速率上升至100℃，再以8℃·min-1速率上升至140℃，随后以12℃·min-1上升至250℃，保留3 min。质谱条件：EI电离源，电子能量70 eV，离子源温度200℃，接口温度230℃，全扫描模式，扫描范围45～450 m·z-1。

1.3化合物定性与定量

化合物定性方法：经NIST08和NIST08S数据库检索定性，按SI相似度＞80%的原则作为鉴定结果。

化合物定量方法：按峰面积归一化法计算化合物的相对百分含量（峰面积%）。

2 结果与分析

2.1静态顶空和固相微萃取法测定挥发物组分的差别

采用SHS和SPME法测定元宝枫挥发物组分，经GC/MS的分离与鉴定，总离子流量图见图1，分析结果见表1。图1表明，在设定实验条件下SPME法的灵敏度高，检出物质多于SHS。经计算

图1 元宝枫叶片挥发物的总离子流图(A:静态顶空法;B:固相微萃取法)Fig.1 TIC of volatiles from leaves of Acer truncatum Bunge(A.SHS;B SPME)

机标准质谱图（NIST08和NIST08S）检索分析，两种方法共检测出元宝枫挥发物36种，其中主要是酯类和萜烯类化合物，另有少量醇、醛及酸类物质。此外SPME法还检出邻苯二甲酸二乙酯、环氧联苯及硅氧烷烃等物质，这些物质是由于隔垫添加剂和柱流失产生的，因此表1未列出。SHS法检测出17种物质，SPME法检测出29种物质，两种方法共同检测出10种物质，分别为3-己烯醇、乙酸叶醇酯、乙酸己酯、2-己烯-1-醇乙酸酯、柠檬腈、丁酸-4-己烯酯、丁酸-3-己烯酯、丁酸己酯、β-石竹烯和α-石竹烯。SHS法检测出的17种物质，分别是酯类物质9种（52.9%）、醇类物质2种（11.8%）、酸类物质1种（5.9%）、萜烯类物质3种（17.6%），另有2种（11.8%）其他物质，未检测出醛类物质。SPME法检测出29种物质，分别是酯类物质9种（31.0%）、醇类物质1种（3.4%）、醛类物质3种（10.4%）、萜烯类物质14种（48.3%），还有2种（6.9%）其他物质，未检测出酸类物质。

表1 元宝枫叶片挥发物的组分与相对含量Table 1 Components and relative contents of volatiles from leaves of Acer truncatum Bunge

表2 主要化合物峰面积统计Table 2 The peak area statistics of the main compounds

2.2静态顶空和固相微萃取法测定挥发物组分含量的差别

由表1可知，SHS法检测到的挥发物相对含量在5%以上的物质有乙酸叶醇酯（33.06%）、3,8-二甲基-1,5-环辛二烯（13.64%）、丁酸-4-己烯酯（11.94%）、丁酸-3-己烯酯（11.45%）及乙酸己酯（6.45%），这5种物质共占总挥发物浓度的76.54%；SPME法检测的挥发物的相对含量在5%以上的物质有乙酸叶醇酯（61.04%）、β-石竹烯（12.08%）、丁酸-3-己烯酯（6.30%）和乙酸己酯（5.99%），这4种物质占总挥发物浓度的85.41%；这两种方法检测的挥发物相对含量差异较大。表2显示SHS和SPME法检出的部分物质的峰面积差异较大，说明两种方法的灵敏度不同。SPME法检测到的这4种物质峰面积远高于SHS法，相差8～30倍。比较而言，SPME法更适合元宝枫叶片挥发物的测定。

3 讨论

SHS和顶空SPME在分析结果上不同的主要原因有：SHS分析是一种非浓集型的气体分析方法，挥发性物质在顶空气相中达到一定的浓度时，即可进行分析，同时该方法还具有快速、自动化程度高、样品消耗量少、检测费用低等优点；顶空SPME是将萃取头置于顶空气体中一段时间，待平衡后将萃取头取出插入气相色谱进样口，热解吸涂层上吸附的物质，化合物在气相和萃取头固定相之间分配系数的不同也造成了两种分析结果的差异[11]。王昊阳等[12]采用SHS和顶空SPME对烟用香料成分进行对比分析，结果表明顶空SPME法更适合于挥发性成分含量较低的香料的研究和质量控制；古丽加依娜等[13]采用SHS和顶空SPME法采集新疆库尔勒香梨的挥发性成分，结果表明两种方法结合起来能够较完整地描述库尔勒香梨的香气成分，同时筛选出适合的萃取头DVB/CAR/PDMS。本研究中，元宝枫叶片挥发物多为C6～C15之间的化合物，因此选择50/30µm DVB/CAR/PDMS萃取头，具有较好的提取效果[8-13]。

张风娟等做了大量槭树科植物挥发物方面的研究，2005年[5]采用超临界CO2流体技术萃取复叶槭枝条挥发物，用TCT-GC/MS法分析鉴定，结果表明不同的萃取条件下挥发物的成分和含量有所不同，主要化合物为醇（3-己烯醇）、醛（壬醛、葵醛）、酯（乙酸乙酯、乙酸丁酯）、萜类（石竹烯）及少量含氮化合物。2006年[6]采用静态顶空采集法结合TCT-GC/MS技术分析鉴定了复叶槭、五角枫、华北五角枫、挪威槭等植物挥发物的种类和相对含量，复叶槭以酯类（乙酸-3-己烯酯、乙酸庚酯）、醛类（壬醛、癸醛）和烷烃类（4-甲基-1-(1-甲乙基)-[3,10]环己烷）为主；五角枫以酯类（乙酸-3-己烯酯、丁酸-4-己烯酯）和醛类（壬醛、十一醛）为主；华北五角枫以酯类（乙酸-3-己烯酯、乙酸乙酯）、萜烯类（α-蒎烯、β-蒎烯）和醇类（2-己烯醇）为主；挪威槭以酯类（乙酸-3-己烯酯）为主，其次是醇类（2-己烯醇）和醛类（2-甲基-4-丁烯醛、2-己烯醛）物质及酮类（5-乙基-2(5H)-呋喃酮）。随后于2007年[3]利用动态顶空法收集结合TCT-GC/MS法鉴定了五角枫挥发物成分，主要为乙酸乙酯（8.92%）、乙酸庚酯（53.95%）、丁酸-3-己烯酯（4.16%）、3-己烯醇（2.24%）、石竹烯（12.07%）及壬醛（10.71%），该结果与2006年测定的结果有所不同。分析可能的原因，植株的所在地、树龄及立地条件不同，挥发物采集方法不同，可能导致测定结果不同。本研究采用固相微萃取SPME方法，结果与前人研究相近。有研究表明机械损伤（践踏、修剪等）会增加某些物质的含量，如2-己烯醛、3-己烯醛等[14]，但不同树种增加的物质不同且含量变化也不同，本研究采用摘取叶片剪碎方式处理样品可能会促使叶室内挥发物的释放，但不会合成新物质，此时叶片与树体已分离。有研究表明，女贞修剪后则释放出更多益于人体健康的物质[15]。作为绿化树种，修剪是日常维护管理的需要，修剪若能增加有益物质的释放则更好。

4 结论

本研究采用SHS和SPME法测定元宝枫挥发物成分，以酯类和萜烯类物质为主，另有醇、醛、酸类物质，未检测出酮类物质，在元宝枫挥发物日变化中曾检测到5-乙基-4-甲基-3-庚酮（约0.40%）和5-乙基-2(5H)-呋喃酮（约0.70%）但相对含量很低。检测出化合物类型与以往研究结果一致，但具体化合物种类有所不同。SHS法检测出17种物质，酯类物质种类占总成分的52.9%，相对含量占73.64%，萜烯类物质种类占总成分的17.6%，相对含量占17.42%；SPME法检测出29种物质，酯类物质种类占总成分的31.0%，相对含量占77.50%，萜烯类物质种类占总成分48.3%，相对含量占17.62%。两种方法共同检测出10种物质，分别为3-己烯醇、乙酸叶醇酯、乙酸己酯、2-己烯-1-醇乙酸酯、柠檬腈、丁酸-4-己烯酯、丁酸-3-己烯酯、丁酸己酯、β-石竹烯和α-石竹烯。综合本研究来看，采用SPME法更适合元宝枫叶片挥发物的测定。

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Comparison of Volatiles from Leaves of Acer truncatum Bunge Extracted by Headspace and SPME

SONG Xiu-hua1,LI Chuan-rong2,XU Jing-wei3,WANG Chao1
1.College of Horticulture and Science Engineering,Shandong Agricultural University,Tai'an271018,China
2.TaishanForest Ecosystem Research Station/Key Laboratory of Agricultural Ecology and Environment,Shandong Agricultural University,Tai'an271018,China
3.Shandong Research Institute of Forestry,Jinan250014,China

Volatiles from leaves ofAcer truncatumBunge were extracted by Static Headspace(SHS)and Solid-phase Microextraction(SPME)respectively.Their qualitative and quantitative analysis of volatiles was carried out by GC/MS.The results indicated that more compounds were identified by SPME,while that of SHS was fewer.3-Hexen-1-ol, 3-Hexen-1-ol,acetate,Acetic acid hexyl ester,2-Hexen-1-ol,acetate,Geranyl nitrile,Butanoic acid,4-Hexenyl ester,Butanoic acid,3-Hexenyl ester,Butanoic acid hexyl ester,β-Caryophyllene and α-Caryophyllene were identified by SHS and SPME simultaneously.The results showed that SPME was more suitable for the analysis of Volatiles from Leaves ofAcer truncatumBunge.

Static headspace(SHS);solid-phase microextraction(SPME);Acer truncatumBunge;volatiles

S792

A

1000-2324(2014)05-0670-05

2012-12-02

2013-01-23

村镇景观防护林人工构建技术研究(2011BAD38B03-5);山东农业大学博士后基金(76362)

宋秀华(1977),女,博士,主要从事园艺环境工程和绿地生态方面的研究.E-mail:songxh77@163.com

*通讯作者:Author for correspondence.E-mail:chrli@sdau.edu.cn