顶空进样-气相色谱-质谱联用法分析玉兰花香气成分

李晓颍，武军凯，刘建珍，王子华

(河北科技师范学院园艺科技学院，河北 秦皇岛，066600)



顶空进样-气相色谱-质谱联用法分析玉兰花香气成分

李晓颍，武军凯，刘建珍，王子华

(河北科技师范学院园艺科技学院，河北 秦皇岛，066600)

为准确分析玉兰花挥发性香气成分，采用静态顶空进样-气相色谱-质谱联用法结合NIST11数据库与AMDIS软件对玉兰花挥发性香气成分进行了准确鉴定，共鉴定出54种挥发性成分，占挥发性成分总量的98.71%，其中醇类14种、萜类15种、酮类7种、烷烃8种、酯类3种以及部分杂原子化合物等，其中主要成分为乙醇(质量分数为18.81%)，甲醇(质量分数为18.45%)，α-法尼烯(质量分数为16.13%)，α-甲基-a-[4-甲基-3-戊烯基]环氧丙醇(质量分数为8.85%)，α-松油醇(质量分数为5.77%)等。结果显示，萜烯类物质是玉兰花挥发性香气成分的主要来源。

玉兰花；香气成分；顶空进样；气质联用技术

玉兰(MagnoliadenudateDesr.)，木兰科落叶乔木，别名白玉兰、望春、玉兰花。原产于中国中部各省，现北京及黄河流域以南均有栽培。玉兰是重要的中药材、香精原料和园林绿化树种，是驰名中外的庭园观赏树种。其香气清香优雅，性味辛、温，具有祛风散寒通窍、宣肺通鼻的功效。现代药理学研究表明，玉兰的化学成分非常复杂， 药理活性多样化，具有不同程度的抗组织胺作用，抗炎、抗过敏作用，局部收敛作用，降血压作用，抗氧化等作用[1～4]。玉兰花朵硕大，资源丰富，近年来对玉兰的化学成分及药理等方面研究引起了许多研究者的兴趣[5～11]。目前常见的挥发性成分提取方法有溶剂提取法[12]、水蒸气蒸馏法[13,14]、顶空固相微萃取法(SPME)[15,16]等，前两者操作时间长，易引入其他非挥发性成分对结果造成影响，SPME虽只萃取挥发性成分但存在萃取头使用次数受限的弊端。在浓郁香气物质的测定中，顶空气相色谱分析也是一种可行方法。顶空气相色谱法(headspace gas chromatography，HS-GC)是对处于密闭系统内的样品达平衡状态时，对挥发性成分的蒸汽进行气相色谱分析技术，该方法避免了直接液体或固体取样时复杂样品基体成分被带入分析仪器系统的可能性，从而消除了基体成分对样品中挥发性成分分析造成的影响和干扰，也降低了复杂样品基质对仪器的损害。具有前处理简单，分析效率高的特点，在环境[17,18]、医药[19,20]、食品科学[21,22]、天然产物[23]等领域都有广泛应用。笔者采用静态顶空进样-气相色谱-质谱联用技术对白玉兰花瓣的头香成分进行了鉴定，并采用面积归一化法对挥发性化合物的相对含量进行了测定。

1 材料与方法

1.1 实验材料

玉兰花采自河北科技师范学院校园。

1.2 实验仪器及条件

仪器：安捷伦7890A-5975C气质联用仪配有安捷伦7697A顶空进样器(安捷伦科技有限公司)，自动质谱解卷积定性系统(AMDIS)，NIST11谱库检索系统。

顶空条件：平衡温度90 ℃，定量环温度100 ℃，传输线温度110 ℃，样品瓶平衡时间20 min，压力平衡时间0.1 min，进样时间0.5 min，进样体积1 mL。

色谱条件：HP-5ms石英弹性毛细管柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，载气为He(体积分数为0.999 99)，分流比为20∶1，流量1.0 mL/min，进样口温度230 ℃，起始温度为40 ℃，保持3 min，以10 ℃/min升至180 ℃，保持3 min，再以10 ℃/min升至200 ℃，保持2 min。

质谱条件：EI源电压70 eV，离子源温度为230 ℃，接口温度250 ℃，四级杆温度150 ℃，质量扫描范围为30～500 Da。

1.3 样品处理

取新鲜玉兰花朵2 g剪碎后置于20 mL顶空进样瓶中，硅胶垫密封，铝盖封口，放入自动顶空进样仪中进行测定。

1.4 分析方法

玉兰花样品经顶空进样器平衡后，在设定分离条件下进行GC/MS分离检测，采用自动质谱解卷积定性系统(AMDIS)、NIST11谱库检索系统分析GC/MS全扫描文件，并对所得的谱图扣背景后进行人工核对和补充检索，该分析过程提高了鉴定准确度，增加了化合物鉴定数量。实验采用面积归一化法计算各组分的相对质量分数。

2 结果与分析

2.1 挥发性成分鉴定

按照上述实验条件，应用GC/MS对玉兰花挥发性成分进行测定，总离子流图见图1 。

图1 玉兰花香气成分气质联用总离子流图

本次实验在对玉兰花挥发性成分鉴定过程中使用自动质谱解卷积定性系统(AMDIS)对采集结果进行处理，配合NIST11数据库增加了鉴定结果的准确性。实验发现，单纯通过背景扣除得到的某一保留时间下的质谱图，与AMDIS处理后得到的质谱图存在一定的差异性。通过扣背景虽可以降低部分背景干扰，但不能完全消除，而通过AMDIS处理后可最大程度得到净谱，提高鉴定准确度。例如，在保留时间为16.98 min处两种不同方法得到的质谱图和鉴定结果还是有明显差异的，而质荷比(m/z)大于121的离子峰显然是背景干扰，但这些离子对结果的鉴定会产生干扰，对鉴定结果造成影响，其中a为2,6-二甲基-6-(4-甲基-3-戊烯基)双环[3.1.1]庚-2-烯，b为2-甲基-5-(1,5-二甲基-4-己烯基)-1,3-环己二烯(图2)。由此可见，仅通过扣背景并不能完全消除背景干扰，而经过AMDIS处理后得到的质谱图更为准确，同时匹配度也有明显提高。

从总离子流图可以看出，玉兰花挥发性化学成分较为复杂，实验安装前述方法对白玉兰花挥发性成分经数据库检索和人工解析，共鉴定出54种化合物，其中大部分化合物的匹配度在800以上，在挥发性成分中的质量分数为98.71%，各化合物的质量分数按峰面积归一化法计算，结果见表1。

图2 通过扣背景得到的质谱图(a)与应用AMDIS处理得到的质谱图(b)结果比较(保留时间为16.98 min处)

表1 玉兰花挥发性成分鉴定结果及相对含量

续表1

2.2 主要成分分析

由以上鉴定结果可以看出，玉兰花挥发性成分包含14种醇类、15种萜类、7种酮类、8种烷烃、3种酯类以及部分杂原子化合物等。

醇类物质包括甲醇、甲醇、甲硫醇、乙醇、丙醇、异丁醇、3-甲基丁醇、2-甲基丁醇、反式-2-己烯醇、正丁醇、2-乙基己醇、紫丁香醇等，其中甲醇和乙醇的质量分数较高，分别为18.45%和18.81%。在玉兰花中，总挥发性化合物中的醇类化合物的质量分数为60.25%。研究表明，醇类物质可在植物在自然发酵过程中产生，另外在加热过程中部分木质素、纤维素水解也会产生醇类物质，并以甲醇、乙醇为主，同时可能产生甲硫醇等醇类物质、糠醛、萜烯类物质等[24]。其中，甲硫醇是硫醇类香料可用作食品添加剂，异丁醇是一种植物生长激素，紫丁香醇是食用香料。

玉兰花挥发性香气成分主要由萜烯类化合物组成，萜烯是一类广泛存在于植物体内的天然来源碳氢化合物。很多萜类化合物具有重要的生理活性。实验测得的萜类化合物有2-甲基-5-(1-甲基乙基)-双环[3.1.0]-2-己烯、β-水芹烯、芳樟醇、2,2,6-三甲基-6-乙烯基二氢-吡喃-3-酮、萜烯-4-醇、α-松油醇、反式石竹烯、(E)-β-金合欢烯、顺式-β-法尼烯、律草烯、大牛儿烯、2-甲基-5-(1,5-二甲基-4-己烯基)-1,3-环己二烯、α-法尼烯、顺式依兰油二烯、(1S)-六氢-4,7-二甲基-1-(1-甲基乙基)-萘、荜澄茄醇等，质量分数较高的是α-法尼烯与α-松油醇，分别为16.13%和5.77%。结果显示，在玉兰花中，总挥发性化合物中的萜类化合物的质量分数为34.57%，是玉兰花香气成分的主要来源。萜类化合物在植物界分布广泛、结构多样，是重要的植物成分，其中很多化合物都具有明显的生物活性[25]。α-法尼烯是植物“报警信息素”，或者具有一定驱虫活性，大部分萜类物质具有特定的香气，多用作香料、增香剂或食品添加剂，是玉兰花香气的主要来源，如水芹烯、芳樟醇、石竹烯等是GB 2760-1996批准为允许使用的食品香料。从医药角度看，松油醇、依兰油烯等化合物具有止咳、镇静、平喘和抑菌作用，芳樟醇具有抗慢性反应的作用。

测得的酮类物质有丙酮、2,3-丁二酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮、2,3,5-三甲基-4-亚甲基-2-环戊烯酮、2,3-庚烷二酮、1,3,3-三甲基-2-氧杂双环[2.2.2]辛烷-6-酮，酮类物质的质量分数较低，主要存在于植物挥发油当中。

鉴定出的烷烃有2,2-二甲基丁烷、癸烷、3,7-二甲基-壬烷、硝基环戊烷、十一烷、正十四烷、正十一烷基环已烷、正十五烷，质量分数较高的是正十五烷和正十四烷，分别为5.17%和1.44%。正构烷烃是植物蜡的重要组成部分，在植物体内分布广泛[26]，不仅存在于植物叶片，植物的其它器官如花、茎、果实、花粉、种皮上也覆盖着蜡质[27]，这可能是玉兰花中烷烃类物质的主要来源，正构烷烃在玉兰花中的存在在其他文章中也有报道[6,9]。

鉴定出的其他酯类和一些杂环化合物也是主要的挥发性物质，具有一定的芳香气味。研究表明，植物果实在成熟过程中酯类物质会逐渐升高[20]。

本次研究结果同文献[6,9]测得的萜类物质较为一致，差异较大的是从本次研究的玉兰花中检测到一定数目的醇类物质。这可能是由于玉兰花在自然发酵与加热过程中部分木质素、纤维素水解产生的。醇类物质的含量受样品采集时间以及顶空进样方式的影响。

此外，笔者采用同样的方法对玉兰叶片挥发性成分进行了测定，鉴定出的52种成分中仅有6种成分一致，且相对含量差别较大。这也证明玉兰花香气成分的独特性。

3 结论与讨论

玉兰花朵硕大，来源丰富，本次研究采用顶空进样-气相色谱-质谱联用法对玉兰花香气成分进行了测定，并应用NIST11与AMDIS软件对玉兰花挥发性成分进行了鉴定，面积归一化法对各化合物的相对含量进行了测定，共鉴定出54种成分，在挥发性成分中的质量分数为98.71%，醇类和萜类是含量较高的两类物质，其中萜类物质是玉兰花香气的主要来源。实验检测到部分醇类物质，如甲硫醇、3-甲基丁醇、2-甲基丁醇、异丁醇、正丁醇等，在其他文献中未见报道[6～8]。本次实验采用顶空进样技术，最大程度降低了基体成分对测定结果的影响，降低了背景干扰，可用于植物、食品等物质中香气成分分析，操作简单易行。

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(责任编辑：朱宝昌)

The Analysis of Magnolia Aroma Components by HS-GC/MS

LI Xiao-ying, WU Jun-kai, LIU Jian-zhen, WANG Zi-hua

(College of Horticulture Science & Technology, Hebei Normal University of Science & Technology,Qinhuangdao Hebei,066600,China)

The aroma components of Magnolia were analyzed by headspace gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC/MS) and identified by NIST11 Mass Spectral Database and the Automatic Mass Spectral Deconvolution and Identification System (AMDIS). The result of 54 compounds were identified, including 14 alcohols, 15 terpenes, 7 ketones, 8 alkanes, 3 esters and other heteroatomic compounds, accounted for 98.71% of total volatile components. The main components were ethanol (18.81%), methanol (18.45%), α-farnesene (16.13%), α-Methyl-α-[4-methyl-3-pentenyl] oxiranemethanol (8.85%), α-Terpineol (5.77%). The result shows that terpenes is the main source of magnolia volatile aroma components.

Magnolia;aroma components;headspace sampling;gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS)

2016-09-18; 修改稿收到日期: 2015-11-28

10． 3969 /J． ISSN． 1672-7983． 2015． 04． 009

R284.1

A

1672-7983(2015)04-0041-06

李晓颍(1987-)，男，硕士研究生，助理实验师。主要研究方向：色谱技术。