顶空-气质联用法测定柠檬香茅叶片和叶中脉的挥发性成分

李海明，吴水金，黄惠明

(福建省农业科学院亚热带农业研究所， 福建 漳州 363005)

柠檬香茅CymbopogoncitratusDC.Stapf，也称柠檬草、香茅草，是种全株具有香味的植物，为禾本科、香茅属多年生草本[1]。原产于热带亚洲如印度、斯里兰卡，目前国内广东、海南、台湾均有种植，主要从茎、叶蒸馏萃取精油，可应用于食品或制造化妆品、香水和肥皂香料。国内外众多研究表明，植物精油是由多种具有挥发性成分组合的天然混合物，成分较为复杂[2-4]。

目前对香茅草挥发性成分的分析已有不少报道，香茅草主要含有香茅醛、香叶醇、柠檬醛等化学成分[5]，对香茅草的挥发性成分检测主要通过水蒸气蒸馏法、超临界CO2萃取技术提取精油进行GC-MS分析，存在样品需要量多、提取时间长、效率较低的问题[6-8]。本研究应用Thermo Scientific TriPlus 300顶空与气相色谱质谱联用，测定柠檬香茅叶片(去除叶中脉)及叶中脉的挥发性成分，具有所需样品量少、效率高的优点。通过对柠檬香茅叶片(去除叶中脉)及叶中脉的挥发性成分的研究，可为柠檬香茅的开发利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

试验材料为柠檬香茅，种植于福建省农业科学院亚热带农业研究所。该资源来源于福建漳州本地，茎秆基部呈红色，柠檬香气浓郁。取3棵新割取的柠檬香茅，取茎基部以上30～40 cm处叶片，剪取10 cm左右，分成叶片(去除叶中脉)及叶中脉两个处理，分别切碎混匀，称取1.0 g放入顶空瓶。

试验仪器主要为：Thermo Scientific TSQ 9000三重四级杆气相-质谱联用仪，Thermo Scientific TriPlus 300顶空自动进样器；分析天平。

1.2 试验方法

顶空条件：炉温70℃，腔温80℃，传输线温度135℃，瓶平衡时间10 min。

GC-MS分析条件：色谱柱TG-5SilMS(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；载气为高纯He(纯度>99.999%)；升温程序：50℃ 保持5 min，以5 ℃·min-1升至165℃保持1 min，以20 ℃·min-1升至220℃保持3 min。进样口温度：220℃ ；分流比20∶1。EI 源温度：280℃ ；质谱全扫描方式，扫描范围40～800 amu。

1.3 数据处理

计算方法：测定气相色谱峰用标准质谱数据库NIST进行匹配，各组分的百分含量根据对应色谱峰面积，使用归一化法计算而得, 表示为各香气组分的峰面积占总峰面积之比值。用标准质谱数据库NIST进行匹配。

2 结果与分析

2.1 柠檬香茅叶片(去除叶中脉)的挥发性成分分析

柠檬香茅叶片(去除叶中脉)中检测出27个色谱峰(图1)。从表1可知，叶片中共检测出27种挥发性成分，主要有醇类、醛类和烯烃类物质，其中醇类主要有香叶醇(30.44%)、3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇(1.35%)，3-己烯-1-醇(0.94%)；醛类主要有香茅醛(27.6%)、橙花醛(19.69%)、柠檬醛(0.42%)等；烯烃类特质主要以α-蒎烯(5.65%)、石竹烯(2.91%)和β-罗勒烯(2.33%)为主。

2.2 柠檬香茅叶中脉的挥发性成分分析

柠檬香茅叶中脉共检测出17个色谱峰(图2)，从表1可知，叶中脉中共检测出17种挥发性成分，主要有醇类、醛类和烯烃类物质，其中醇类主要有香叶醇(51.52%)、芳樟醇(0.95%)、3-己烯-1-醇(0.68%)；醛类主要有香茅醛(15.69%)、橙花醛(11.15%)、柠檬醛(1.87%)等；烯烃类物质主要以α-蒎烯(4.74%)、石竹烯(4.42%)和β-罗勒烯(2.26%)为主。

2.3 柠檬香茅叶片(去除叶中脉)和叶中脉的挥发性成分比较

从柠檬香茅叶片(去除叶中脉)和叶中脉的挥发性成分检测结果来看，主要成分的组成差别不大，均以醇类、醛类和烯烃类物质为主。从表1可知，3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇、苯甲醇、4-己烯-1-醇、4-戊烯-1-醇、3,7-二甲基-6-辛烯醛、反式菊醛、癸醛、顺-β法尼烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、12-甲基-杂氧环十二烷-6-烯-2-酮、3-甲基-2-(2-甲基-2-丁烯基)-呋喃等10种成分在柠檬香茅叶中脉中未检出。氟乙炔1种成分在柠檬香茅叶片(去除叶中脉)中未检出。

3 讨论与结论

3.1 不同产地的柠檬香茅挥发性成分有差异

香茅草的挥发性成分检测报道表明不同产地的香茅草呈现差异。云南产香茅草挥发油的主要成分为β-月桂烯、橙花醛、香叶醛[9]；广西产香茅草挥发油主要化学成分为柠檬醛、橙花醛，还有月桂烯[10]；云南文山香茅草挥发性主要成分为香茅醛、乙酸香叶酯、大香叶烯D-4- 醇、乙酸香茅酯、香叶醇、香茅醇等成分[11]；瑞丽柠檬香茅草精油的主要成分为橙花醛、柠檬醛、β-蒎烯、香茅醇、红樟油等[12]。本研究中的柠檬香茅主要成分为香叶醇、橙花醛、香茅醛、α-蒎烯。不同产地的香茅草挥发油主要成分及含量有差异，表明香茅草挥发性成分复杂，其原因与香茅草的品种、生长环境、气候及检测和提取方法有关。

表1 柠檬香茅叶片及叶中脉挥发性成分及相对含量

图1 柠檬香茅叶(去除叶脉)挥发性成分气相色谱离子图Fig. 1 GC-TMS diagram of volatile components in Lemongrass leaves(removing the midvein of leaves)

图2 柠檬香茅叶中脉挥发性成分气相色谱离子图Fig. 2 GC-TMS diagram of volatile components in the midvein of Lemongrass leaves

3.2 不同部位的柠檬香茅挥发性成分及含量存在差异

香茅属植物精油的产率、组成及含量也因不同组织部位的叶片而不同，已有研究表明从叶尖到基部叶片的精油产率和组分不同，发现随着叶片的顺序差异，精油产率和组分也有变化。精油产率从以叶尖为起始的第1叶开始增加，在第8叶达最高，然后降低；对不同叶片的组分进行比较，发现嫩叶和扩展叶的月桂烯、β-石竹烯、乙酸香叶酯、己酸香叶酯的比例较高[13]。本研究发现柠檬香茅叶中脉的香叶醇含量占叶中脉所有挥发性成分的51.52%，说明香叶醇在叶中脉的含量比在叶片(去除叶中脉)中的含量(30.44%)高。

3.3 采用顶空-气质联用检测香茅挥发性成分的优点

应用顶空-气质联用的方法测定香茅叶片中的挥发性成分，具有试验材料用量少、效率高、重复性好的优点。顶空进样器是气相色谱法中一种方便快捷的样品前处理方法，通过加热升温使挥发性组分从样品基体中挥发出来，在气液(或气固)两相中达到平衡，直接抽取瓶中顶部气体进行色谱分析，从而检验样品中挥发性组分的成分和含量[14]。另外气相色谱质谱联用是一种新的分离分析技术，具有检测时间短、灵敏度高、定量准确等特点，质谱检索提供的特征谱图可以提供有意义的分子结构信息，从而对香味物质进行定性分析[15]。本研究应用顶空-气质联用的方法对柠檬香茅叶片中的挥发性成分进行检测分析，可为柠檬香茅的开发利用提供理论依据。