3 种不同品种玫瑰精油挥发性成分基于GC-IMS 的指纹图谱分析

郑小嘎，吴爱东，李继峰，韦绪伦，刘建军，陈庆彩，王迎新，阎长勇

（1.山东省食品发酵工业研究设计院，山东 济南 250013；2.颐中（青岛） 实业有限公司，山东 青岛 266021；3.济南九州富得香料有限责任公司，山东 济南 250102）

玫瑰原产于我国，在全世界范围内种植较广，因其花色、香、形俱美，有极高的经济价值和社会价值[1]。用玫瑰花提取制备的玫瑰精油是一种重要的香料，因其香气优雅飘逸、芬芳四溢[2-4]，而被广泛应用于美容护肤、高档化妆品及食品、烟草中[5]，其价格昂贵，有“液体黄金”之美誉[6]。

玫瑰精油香气是决定玫瑰精油品质的重要因子之一，是由精油中所含有挥发性成分综合作用而成的，是形成精油香气特征、影响其内在品质的重要因子，是决定其价值的重要指标。迄今为止，玫瑰精油中已发现的挥发性成分达有300 多种，各种玫瑰精油所含挥发性成分的组成、含量与玫瑰品种、栽培区域环境及海拔高度、加工工艺、储存时间等紧密相关。因此，每种精油都有其独特的挥发性香成分指纹图谱。风味物质指纹图谱的构建方法主要包括色谱法、光谱法、电子鼻、电子舌和气相色谱-嗅味计（Gas chromatography olfactometry，GC-O） 等技术[7-13]。目前，常见的构建的方法主要是气相色谱-质谱联用技术（GC-MS），该方法能对香气组成物质进行比较准确和全面的分析，但样品的前处理较为复杂且耗费时间较长[14]。

气相离子迁移色谱（Gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS） 技术是近年来发展起来的一种对样品挥发性成分进行定性定量分析的检测技术，可通过其配套的功能软件根据检测样品中各组成成分的有无及信号峰的强度进行归类分析，并绘制直观方便的指纹图谱，据此可较直观地对样品的产地、存储年限、质量等级、真伪鉴别等进行归类对比分析。目前，该技术在食物掺假[15-17]、检测空气质量[18]和鉴定食品品质[19-21]、中草药指纹图谱构建[22]、风味物质鉴别[23-25]等领域已有研究报道。但是，将GC-IMS 用于玫瑰精油品质区分方面的研究还未见报道。

山东平阴作为我国玫瑰主要产地之一，主栽品种为重瓣玫瑰，近几年随着玫瑰新品种的引进，已对大马士革玫瑰、格拉斯玫瑰等品种进行了引种，并获得花农及客户的认可。但如何鉴别3 种玫瑰精油除通过专家感官评价外，除王彦淳[26]通过超高效液相色谱建立苦水玫瑰花水的指纹图谱外，未见有通过成分分析手段研究玫瑰精油特征指纹图谱来进行鉴别的文献报道。通过GC-IMS 分析技术对3 种玫瑰精油挥发性成分进行分析，识别各精油样品的特征成分指纹图谱，以期为不同玫瑰精油品质识别及开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

重瓣玫瑰花精油（CBⅡ）、大马士革玫瑰花精油（DMSGⅠ）、格拉斯玫瑰花精油（GLSⅡ），济南惠农玫瑰精油有限公司提供，采用济南惠农玫瑰精油有限公司玫瑰基地2018 年产玫瑰花，经传统水蒸气蒸馏法制备；

2- 丁酮(2-butanone)、2- 戊酮(2-pentanone)、2-己 酮(2-hexanone)、2- 庚 酮(2-heptanone)、2- 辛 酮(2-octanone)、2- 壬酮(2-nonanone) 等为外标物，分析纯，国药集团化学试剂有限公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 样品处理

量取10 μL 样品，置于20 mL 顶空瓶中，于60 ℃下孵育5 min 后进样。

1.2.2 色谱条件

气相离子迁移谱单元：色谱柱类型FS-SE-54-CB-1；15 m ID：0.53 mm，分析时间30 min，柱温60 ℃，载气/漂移气为N2，IMS 温度45 ℃；自动顶空进样单元：采用自动顶空进样，进样体积100 μL，孵育时间5 min，孵育温度60 ℃，进样针温度45 ℃，孵化转速500 r/min。

1.3 数据处理

使用仪器配套的分析软件包括LAV（Laboratory Analytical Viewer） 和三款插件，以及GC×IMS Library Search，分别从不同角度进行样品分析。LAV软件用于查看分析谱图，图中每一个点代表一种挥发性有机物；对其建立标准曲线后可进行定量分析；Reporter 插件可直接对比样品之间的谱图差异（二维俯视图和三维谱图）；Gallery Plot 插件可进行指纹谱图对比，直观且定量地比较不同样品之间的挥发性有机物差异；Dynamic PCA 插件可进行动态主成分分析，用于将样品聚类分析，以及快速确定未知样品的种类；GC×IMS Library Search 应用软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库可对物质进行定性分析。

2 结果与分析

2.1 不同玫瑰精油挥发性香气成分的GC-IMS 谱图对比分析

由LAV 分析软件中Reporter 插件程序制作的不同玫瑰精油挥发性成分的GC-IMS 三维对比谱图，及二维平面俯视图。

3 种不同玫瑰精油挥发性成分的三维GC-IMS 谱图见图1，3 种不同玫瑰精油挥发性成分的二维GC-IMS 谱图见图2。

图1 和图2 中颜色深浅代表物质的浓度，白色表示含量较低，红色表示含量较高，颜色越深表示含量越高。可根据各种挥发性成分对应位点颜色的有无及深浅，更直观地比较不同玫瑰精油挥发性香成分差异。

2.2 3 种不同玫瑰精油样品挥发性成分的GC-IMS定性分析

根据挥发性成分的气相色谱保留时间和IMS 迁移时间，使用C4～C9 正酮作为外标参考计算每种化合物的保留指数，通过GC-IMS Library Search 软件，对照GC-IMS 库进行匹配，从而对挥发性成分进行定性分析。

挥发性成分的定性结果见图3。

对照NIST 气相保留指数数据库与IMS 迁移时间数据库二维定性数据库，可明确定性的挥发性成分单体及部分物质的二聚体共有54 种，横坐标代表迁移时间，纵坐标代表保留时间，每一个用数字标记出的点代表定性出的一种物质，且图3 中编号与表1中物质一一对应。

指纹图谱中部分挥发性物质定性结果见表1。

由图3 和表1 中的定性分析可以发现，3 种不同玫瑰精油样品可识别出的共有挥发性物质中醇类14种，酯类5 种，酮类6 种，醛类7 种，烯烃类3 种，酸类1 种，醚类2 种。体现玫瑰精油特征香气的芳樟醇、氧化芳樟醇、香茅醇、香叶醇、苯乙醇、玫瑰醚、橙花醇的挥发性香气成分都有检测到。结合图2，可根据每种成分对应位点颜色的深浅确定成分的含量。

2.3 3 种不同玫瑰精油挥发性特征成分的GC-IMS指纹图谱分析

为了更加全面地对比3 种不同玫瑰精油样品挥发性成分的差异性，识别每种玫瑰精油的特征成分，应用LAV 软件中的Gallery Plot 插件，选取3 种不同玫瑰精油样品进行试验，每个样品重复2 次，以样品编号为纵坐标，挥发性香气成分定性结果为横坐标，以颜色深浅将所有特征峰强度值进行分类表示各挥发性成分的差异性，所得GC-IMS 二维图谱中所有的待分析峰自动生成指纹图谱。

3 种不同玫瑰精油样品挥发性成分的指纹谱图见图4。

由图4 可见，不同样品的挥发性物质的变化在Gallery Plot 指纹谱图更加明显，每一列是不同样品中的一种挥发性物质，颜色深浅代表浓度高低，通过纵向的比较，不同物质浓度呈现一定的规律。图4可见，左半部分挥发性物质在各样品中都能检测出，且具有一定浓度，只是在不同样品中的浓度有差异，有的物质在DMSGI 中浓度较高，如1,8-桉叶素；有的在GLSII 中浓度高，如β -罗勒烯、芳樟醇等；有的在CBII 中浓度高，如乙酸乙酯。右半部分是各品种精油中特征性的组分，这可能是使不同精油具有不同挥发性成分，尤其是红框中所示物质，只在特定玫瑰精油中存在，在其他精油中基本没有或者浓度非常低。

最左侧黄框区为玫瑰精油样品DMSGⅠ的特征峰区域，主要包括2-甲基戊酸、丙酸、乙醛缩二乙醇等8 种特征成分；图4 中中间黄框区为玫瑰精油样品GLSⅡ的特征峰区域，主要包括苯甲醇、乙酸苯乙酯、橙花醇等5 种特征成分；图4 中最右侧黄框区为玫瑰精油样品CBⅡ的特征峰区域，主要包括反-2-庚烯醛、香茅醇等11 种特征物质。

2.4 3 种不同玫瑰精油样品的聚类分析（动态主成分PCA 分析）

表1 指纹图谱中部分挥发性物质定性结果

为快速确定未知样品的种类，更直观地分析不 同玫瑰精油样品的差异，应用Dynamic PCA 插件进行样品聚类分析。

3 种不同玫瑰精油样品挥发性主成分的PCA 分析见图5。

由图5 可以看出，对比的3 组样品彼此之间距离很远，说明不同品种的玫瑰精油之间挥发性成分差异较大，通过PCA 分析可以对不同玫瑰精油样品进行清楚区分。

3 结论

利用气相离子迁移谱( GC-IMS) 技术分析了不同品种玫瑰精油挥发性香成分间的差异，通过构建特征成分指纹图谱，分别确定出其主要特征风味和特征峰。结果表明，玫瑰精油DMSGⅠ的特征峰主要包括2-甲基戊酸、丙酸、二乙醇缩乙醛等8 种特征成分；玫瑰精油GLSⅡ的特征峰主要包括苯甲醇、乙酸苯乙酯、橙花醇等5 种特征成分；玫瑰精油CBⅡ的特征峰主要包括反-2-庚烯醛、香茅醇等11 种特征物质。通过建立玫瑰精油的PCA 模型，可以快速鉴别玫瑰精油的类别及品质。通过研究3 种玫瑰精油特征挥发性成分进行GC-IMS 分析，旨在为不同玫瑰精油品质识别提供理论依据。