栀子鲜花花水和鲜花细胞液气相和液相的成分分析

徐晓俞，李爱萍，吴思逢，李程勋，郑开斌

（1福建省农业科学院作物研究所，福州 350013；2福鼎市前岐镇农业服务中心，福建福鼎 355203）

0 引言

【研究意义】栀子（Gardenia jasminoidesEllis）为茜草科栀子属灌木状植物，又名水横枝、黄果子、黄叶下、山黄枝、黄栀子、山栀子等。栀子花气味芳香，甜美优雅，可用于提取挥发油，已应用于多种香型化妆品、香皂香精以及高级香水香精的调香剂[1-3]。栀子纯露也称栀子花水，是水蒸气蒸馏提取栀子鲜花精油过程中得到的副产物，其饱和了一部分的精油成分，具有与栀子精油类似的香气，目前在市场上已被作为护肤品等使用。栀子鲜花细胞液是在低温条件下利用低温抽湿工艺冷凝收集的栀子鲜花细胞原液[4-5]，含有一定的栀子花精油成分，具有栀子鲜花的自然花香。近年来栀子鲜花细胞液越来越多地被应用于化妆品、香精香料、功能保健品等领域，但是关于细胞液的成分组成还未知，而且人们对栀子鲜花细胞液的评价褒贬不一。栀子鲜花花水和细胞液不同于栀子花精油，但却具有栀子的花香，在功能化妆品、香精香料、保健品中有一定的应用。因此，对栀子花花水与细胞液进行液相与气相的全组分分析，对科学评价栀子花花水与栀子花细胞液的异同优劣及相关产品开发具有重要意义。【前人研究进展】目前对于栀子花香气成分的研究多集中在对栀子鲜花头香成分的分析[6-10]、栀子花挥发油成分的分析[11-13]、栀子花挥发油提取工艺的优化研究[14-15]等方面。但关于花水和细胞液的液相成分分析方法以及气相成分分析未见相关报道。精油是指从植物的花、叶、茎、根或果实中，通过水蒸气蒸馏法提取而得的挥发性芳香物质[16]，是挥发性化合物的聚集，浓度大，刺激性强，往往不能直接用于皮肤，而花水和细胞液除了有精油中所具有的大部分挥发性成分外，其液相部分也含有许多具有不同功效的化合物，具有精油无可比拟的功效，在化妆品市场已广泛应用，因此栀子鲜花花水和鲜花细胞液也同样具有栀子花精油无法具有的独特优势，应用价值突出。液质联用分析具有分析时间短、检测限低、灵敏度高的特点，广泛用于植物提取物的成分分析，特别是对于微量成分具有快速检出的优势，刘田园[17]认为对于金银花水这类含有挥发性成分的提取物，快速地检测其中所含的微量水溶性成分才能更准确地反映植物提取物的成分组成，可为提取物功效研究奠定基础。因此，液质联用技术有助于分析栀子鲜花花水和鲜花细胞液的液相成分，从而更全面地分析栀子鲜花花水和鲜花细胞液的功效。【本研究切入点】目前关于栀子鲜花花水和鲜花细胞液的气相成分以及液相成分的分析未见报道。本研究首次从气相和液相两个方面全面分析栀子鲜花花水、鲜花细胞液的气味和功效的差异与联系。【拟解决的关键问题】利用顶空固相微萃取/气相色谱—质谱联用技术（HS-SPME/GC-MS）分析栀子鲜花花水和鲜花细胞液中的挥发性成分，利用超高效液相色谱—质谱联用技术（UPLC-ESI-QTOF-MS/MS）分析栀子鲜花花水和鲜花细胞液的化学成分，通过对栀子鲜花花水和栀子鲜花细胞液香气成分、相对含量及其液相化学成分、相对含量的分析评价，探明栀子鲜花花水和鲜花细胞液差异的本质，为香气修饰、应用配方及它们在特定功能化妆品、香精香料、保健品开发上的应用提供数据支撑和理论依据。

1 材料与方法

试验于 2018年在福建省农业科学院作物研究所进行。

1.1 试验材料与仪器

试验所用栀子鲜花于2018年6月1日采自福建省福鼎市前岐镇‘分关1号’栀子种植基地，鲜花为当天开放，不发黄，且花瓣完全展开。

GCMS-TQ8040三重四极杆型气相色谱质谱联用仪，日本岛津公司；手动 SPME迸样器、65 μm PDMS/DVB萃取头，美国Supelco公司；超高效液相色谱UPLC-TripleTOF串联飞行时间质谱仪，美国AB SCIEX公司。

1.2 样品制备

（1）常压水蒸汽蒸馏提取栀子鲜花花水（FFWE）：称取栀子花5 kg，置于100 L蒸馏罐中，按料液比为1﹕4加水，进行水蒸汽蒸馏，馏出液的收集完全处于封闭状态，按鲜花﹕花水=1﹕1收集5 kg花水[18]。

（2）栀子鲜花细胞液（FFCS）：称取栀子鲜花5 kg，置于烘干箱中，28—32℃常温烘干，鼓风机转速为2 000 r/min，压缩机制冷运行频率为30 Hz，通过冷凝器冷凝收集蒸发液体，冷凝及蒸发液收集过程处于完全封闭状态，脱水8 h直至鲜花脱水率达80%左右，收集2 kg细胞液。

1.3 试验方法

1.3.1 HS-SPME取样 取样前先将固相微萃取头在丙酮中浸泡30 min，紧接着插入色谱仪进样口进行老化30 min，老化温度250℃。用移液枪分别吸取5 mL栀子鲜花花水和细胞液样品，置于20 mL顶空瓶中，将老化好的固相微萃取头插入顶空瓶中，25℃吸附40 min。

1.3.2 GC-MS分析 样品吸附完成后将固相微萃取头抽出，插入气相色谱仪进样口中，250℃解吸3 min，同时进行数据采集。色谱条件：HP-5MS标准色谱柱；进样量 1 μL，载气为 He（99.99%），流量 1 mL·min-1，分流比10﹕1；程序升温，进样口250℃，柱温起始温度50℃保持2 min，以5℃·min-1升温至180℃，再以20℃·min-1升温至 280℃保持 2 min。总程序时间 40 min。质谱条件：GC-MS接口温度 280℃；离子源温度200℃，电离方式EI，电子能量70 eV；扫描质量范围35—550 amu。

1.3.3 UPLC-MS/MS分析 分别移取 5 mL栀子花样品，真空浓缩抽干，加入提取试剂（乙腈﹕甲醇﹕水=2﹕2﹕1）500 μL进行超声提取15 min，重复3次，提取液在1 200 g·min-1、4℃下离心10 min，取上清液，真空抽干，再用100 μL复溶液复溶（乙腈﹕水=1﹕1），转移至2 mL带有内衬管的进样小瓶上机进行LC-MS检测。

色谱条件：色谱柱为BEH C18柱（100 mm×2.1 mm i.d., 1.7 µm; Waters, Milford, USA）；流动相A为水（含 0.1%甲酸），流动相 B为乙腈/异丙醇=1﹕1（含0.1%甲酸）；梯度洗脱程序为0—3 min：5%—25% B，3—9 min：25%—95% B，9—13 min：95—95%B，13—13.1 min：95%—5% B，5%B保持3 min。流速为0.40 mL·min-1，进样量为10 μL，柱温为45℃。

质谱条件：样品质谱信号采集分别采用正负离子扫描模式，电喷雾毛细管电压，进样电压和碰撞电压分别为：1.0 kV、40 V和6 eV。离子源温度和去溶剂温度分别为：120℃和500℃，载气流量：900 L·h-1，质谱扫描范围：50—1 000 m/z，扫描时间和间隔时间分别为：0.1 s和0.02 s。

1.4 数据处理与分析

GC-MS数据分析根据已有标样（C9-C22正构烷烃）的色谱保留时间，计算各样品中每个成分的保留指数RI（retention index），根据NIST 2014标准谱库中信息进行比对，同时结合文献中相应的参考物质RI值进行定性分析。每个成分的物质含量以相对含量表示，运用峰面积归一化法，求得各成分的相对含量[19]。每个样品数据重复3次。

UPLC-MS/MS数据分析中的原始数据经代谢组学处理软件QI（Waters, Milford, USA）进行基线过滤、峰识别、积分、保留时间校正、峰对齐和归一化，最终得到一个保留时间、质荷比和峰强度的数据矩阵，并与metlin数据库和HMDB数据库进行比对，对各代谢物质进行定性。运用峰面积归一化法，求得各代谢物质的相对含量。每个样品数据重复3次。

2 结果

2.1 栀子鲜花花水和细胞液的香气成分比较

从表1可以看出，栀子鲜花花水中的香气成分以芳樟醇和惕各酸顺-3-己烯酯为主，相对含量分别达到63.00%和13.24%，栀子鲜花细胞液中以芳樟醇和反式-橙花叔醇为主要香气成分，相对含量分别高达69.37%和 19.08%。栀子鲜花花水中的反式-橙花叔醇相对含量仅为 0.05%，而栀子鲜花细胞液中惕各酸顺-3-己烯酯的相对含量只有0.88%。栀子鲜花花水中的香叶醇相对含量达到 1.71%，而在栀子鲜花细胞液中未检测到。

从栀子鲜花花水和鲜花细胞液中共检测出香气成分111种，其中栀子鲜花花水检测出香气成分79种，而鲜花细胞液中检测出香气成分56种，仅占检测出的挥发性成分总量的一半。从图1和图2可知，检测出的香气成分包含醇类化合物、萜烯类化合物、酯类化合物、醛类化合物、酮类化合物、酚类化合物等8个种类的化合物。栀子鲜花花水中的醇类化合物、酮类化合物、酯类化合物的种类分别为32、5、26种，高于鲜花细胞液，但萜烯类化合物仅检测到5种，远远低于鲜花细胞液（12种）。栀子鲜花细胞液中醇类化合物的相对含量占94.17%，而栀子鲜花花水中仅有71.54%；萜烯类化合物的相对含量达到 1.54%，而栀子鲜花花水仅占 0.46%。栀子鲜花细胞液中酯类化合物和酮类化合物的相对含量分别仅为 2.91%和 0.51%，而栀子鲜花花水中分别达到26.06%和1.33%。表明栀子鲜花细胞液中的挥发性成分以醇类和萜烯类为主，较为单一；而栀子鲜花花水中除了醇类成分，酯类、酮类成分也占有较大比例。

检测发现栀子鲜花花水和鲜花细胞液的酯类化合物中存在着多种惕各酸酯类成分，其中栀子鲜花花水中的惕各酸酯类成分有10种，数量高于鲜花细胞液的7种。栀子鲜花花水中各惕各酸酯类化合物相对含量总和为 19.96%，其中惕各酸顺-3-己烯酯相对含量达13.24%，而鲜花细胞液中各惕各酸酯类成分的含量仅为2.30%。

2.2 栀子鲜花花水和细胞液的化学成分比较

正、负离子模式下栀子鲜花花水和细胞液的化学成分及其相对含量分析结果见表2。

从表2可以看出，栀子鲜花花水和栀子鲜花细胞液在正、负离子模式下同时进行UPLC-QTOF-MS/MS分析，分别鉴定出200个、212个和46个、54个成分。可见栀子鲜花花水和栀子鲜花细胞液中的化学成分在正离子模式下响应较为灵敏，栀子鲜花细胞液在正、负离子模式下检出的成分数量均多于栀子鲜花花水。

图1 栀子鲜花花水和细胞液的香气成分种类数量Fig. 1 Type number of aroma constituents of floral water extract and flowers cell sap from Gardenia jasminoides

图2 栀子鲜花花水和细胞液的香气成分相对含量Fig. 2 Relative contents of aroma constituents of floral water extract and flowers cell sap from Gardenia jasminoides

在正离子模式下，栀子鲜花花水和栀子鲜花细胞液中的化学成分以氨基酸、萜类、生物碱、肽类等为主要成分，其中以生物碱的数量最多，在栀子鲜花花水和栀子鲜花细胞液中分别为30种和39种。从各成分相对含量上看（图3），栀子鲜花花水中相对含量较高的成分种类有生物碱类、芳香类、单萜类，相对含量分别达到47.10%、20.74%、14.24%，而栀子鲜花细胞液中的主要成分有生物碱类、酯类、芳香类，相对含量分别为45.21%、18.01%、14.68%。由此可见，生物碱类成分是栀子鲜花花水和栀子鲜花细胞液中的主要活性物质，不仅含量高，而且成分种类多样。

在负离子模式下，栀子鲜花花水和栀子鲜花细胞液中的化学成分以生物碱、酸类成分为主，它们在栀子鲜花花水和栀子鲜花细胞液中的数量分别为 5种、14种和12种、12种。从各成分相对含量上看（图4），栀子鲜花花水中相对含量较高的成分有酸类、三萜类、酯类，相对含量分别达到37.87%、24.75%、9.37%，而栀子鲜花细胞液以酮类、酸类、酯类、生物碱类为主，相对含量分别为31.29%、15.64%、14.19%、13.45%。可以看出，酸类和酯类成分均是栀子鲜花花水和栀子鲜花细胞液中大量存在的物质。

2.2.1 氨基酸类成分的鉴定 氨基酸是栀子鲜花花水和鲜花细胞液中的一类主要成分。在正离子模式下，从栀子鲜花花水和鲜花细胞液中鉴定出的氨基酸成分有9种，如L-组氨酸、L-脯氨酸等，相对含量均小于0.1%。而在负离子模式下，仅检测出2种氨基酸，分别为 L-脯氨酸和 3-(3,4-二羟苯基)-N-[2-(4-羟苯基)乙基]丙氨酸，其中L-脯氨酸在栀子鲜花细胞液中的相对含量高达 3.05%，在栀子鲜花花水中的相对含量为0.59%，也是相对含量最高的氨基酸成分。

2.2.2 萜类成分的鉴定 栀子鲜花花水和鲜花细胞液中的萜类成分较为丰富，不仅体现在数量上，在相对含量上也占有重要比例，包括单萜、倍半萜、二萜和三萜成分。

2.2.2.1 单萜成分的鉴定 栀子鲜花花水和鲜花细胞液中检测出的单萜成分不多。正离子模式下鉴定的成分有二氢黄蒿萜酮、桧醇和(S)-(-)-紫苏醇，其中栀子鲜花花水中的(S)-(-)-紫苏醇的相对含量高达13.73%，在鲜花细胞液中也有5.11%。在负离子模式下，发现了薄荷醇-葡萄糖醛酸和栀子中特有的活性成分京尼平酸，其中栀子鲜花花水中的京尼平酸相对含量较高，达到1.76%。

2.2.2.2 倍半萜成分的鉴定 负离子模式下没有发现倍半萜成分，而在正离子模式下响应灵敏，检测出了19种倍半萜成分。相对含量较高的有蜜环菌醛H、青蒿琥酯、氧化石竹烯、α-佛手柑油烯、(+)-长叶环烯、α-石竹烯等，其中相对含量最高的氧化石竹烯在栀子鲜花花水和鲜花细胞液中的相对含量分别达到 1.77%和0.38%。

表2 栀子鲜花花水和细胞液的化学成分及其相对含量（高于0.1%）Table 2 Chemical constituents and relative percentage of floral water extract and flowers cell sap from Gardenia jasminoides(above 0.1%)

续表2 Continued table 2

续表2 Continued table 2

续表2 Continued table 2

续表2 Continued table 2

图3 正离子模式下的栀子鲜花花水和细胞液的化学成分种类及其相对含量Fig. 3 Types of chemical constituents and their relative contents of floral water extract and flowers cell sap from Gardenia jasminoides in positive ion mode

图4 负离子模式下的栀子鲜花花水和细胞液的化学成分种类及其相对含量Fig. 4 Types of chemical constituents and their relative contents of floral water extract and flowers cell sap from Gardenia jasminoides in negative ion mode

2.2.2.3 二萜成分的鉴定 栀子鲜花花水和鲜花细胞液中检出的二萜类成分不多。正离子模式下共检测到4种二萜类成分，如西红花苷II、赤霉素A62等，相对含量均在0.1%以下，而负离子模式下仅检测到辛卡西醇B这一种二萜成分，在栀子鲜花花水中的相对含量为1.56%，而在栀子鲜花细胞液中仅为0.30%。

2.2.2.4 三萜成分的鉴定 栀子鲜花花水和鲜花细胞液中检测到的三萜类成分虽然也不多，但是有些三萜化合物的相对含量较高。正离子模式下检测到的4种三萜成分中，山茶皂苷元 B在栀子鲜花花水中的相对含量达到2.16%，而鲜花细胞液中只有0.02%。负离子模式下检测到的三萜成分有异柠檬苦素酸、麦德龙苷 D和羟基积雪草苷，其中麦德龙苷D和羟基积雪草苷在栀子鲜花花水中的相对含量分别达到4.35%和20.20%。

2.2.3 生物碱成分的鉴定 生物碱成分是栀子鲜花花水和鲜花细胞液中成分数量最多，也是相对含量最高的一类成分，相对含量分别达到47.09%和45.20%。生物碱成分在正离子模式下更容易响应，检测到的成分数量要远高于负离子模式。正离子模式下检测到的44种生物碱成分中，芥酸酰胺、大观霉素、氨茴酸、L-1,2,3,4-四氢-β-咔啉-3-羧酸的相对含量均较高。芥酸酰胺在栀子鲜花花水中的相对含量达到43.66%，而在鲜花细胞液中的相对含量为19.41%，均是相对含量最高的生物碱成分，是栀子鲜花花水和鲜花细胞液中的重要功效成分。大观霉素在栀子鲜花细胞液中的相对含量为18.16%，而在栀子鲜花花水中仅为0.29%。负离子模式下检测到的14种生物碱成分中，鲜花细胞液中相对含量较高的成分有曲贝替定、3-(3,4-二羟苯基)-N-[2-(5-羟苯基)乙基]丙酮酸、纳他霉素和葫芦巴碱，相对含量分别达到3.30%、3.33%、2.61%和1.58%，而栀子鲜花花水中的3-(3,4-二羟苯基)-N-[2-(5-羟苯基)乙基]丙酮酸相对含量仅有0.40%。鲜花细胞液未检测到的甘油磷酰胆碱和4-羟基异喹胍在栀子鲜花花水中的含量则达到1.54%和1.25%。

3 讨论

由于栀子鲜花细胞液中醇类化合物和萜烯类化合物的相对含量总和达到95.71%，而其中芳樟醇及其氧化物的含量高达 69.52%，反式-橙花叔醇和橙花叔醇的含量高达19.12%，可见醇类化合物对栀子鲜花细胞液的香气品质影响最大，起到了决定性作用，而水蒸气蒸馏提取的栀子鲜花花水中醇类化合物和萜烯类化合物的相对含量总和为72.00%，其中芳樟醇及其氧化物的含量达63.82%，反式-橙花叔醇仅有0.05%。由于萜烯类化合物具有新鲜的头香，芳樟醇及其氧化物使香气偏轻[47]，反式-橙花叔醇带有类似于玫瑰、铃兰和苹果花的气息[48]，因此，栀子鲜花细胞液较栀子鲜花花水具有充足的头香，但香气简单，层次不丰富。而栀子鲜花花水除了醇类化合物和萜烯类化合物外，还含有相对含量高达 26.06%的酯类化合物，主要以惕各酸酯类化合物存在，各惕各酸酯类化合物相对含量总和为19.47%，其中惕各酸顺-3-己烯酯相对含量达 13.24%，与报道的栀子鲜花中的主要成分结果相一致[10-11,13-14]。通过文献检索，发现惕各酸酯类成分仅能在栀子花[8,10,14]、香叶天竺葵[49]、百合[50]等少数花卉中有报道，尤以栀子花中的相对含量较高，数量最多，而其他花卉相对含量较低，是栀子花的特征性香气成分。其中，惕各酸顺-3-己烯酯有优雅的花香气[51]，使栀子鲜花花水具有很好的底香。因此，栀子鲜花花水更具有栀子花特有的香气，而且香气更悠长，层次更丰富。与张银华等[12]制备的栀子花精油的成分进行比较，发现栀子鲜花花水中惕各酸顺-3-己烯酯的比例很高，而栀子花精油中非常低，表明栀子鲜花花水比稀释后的栀子花精油更能显现“栀子香型”。

L-脯氨酸是一种重要的五元环状氨基酸，是人体合成蛋白质的十八种氨基酸之一，味微甜，可作为营养增补剂[52]，在栀子鲜花花水和鲜花细胞液中均是相对含量最高的氨基酸成分，但栀子鲜花细胞液中的氨基酸类种类多于栀子鲜花花水，营养成分更全面。可见栀子鲜花细胞液的营养功效较栀子鲜花花水全面。(S)-(-)-紫苏醇是一种单环单萜烯醇，具有较好的抗癌功效，在国外已作为防癌保健品推广，或作为新型抗癌药物进行临床试验[53]，(S)-(-)-紫苏醇是栀子鲜花花水和鲜花细胞液中相对含量最高的单萜类成分。通过分析，发现栀子鲜花花水中存在较多的抗菌、抗炎活性物质，如倍半萜成分双氢青蒿素、三萜成分山茶皂苷元B、三萜成分羟基积雪草苷等，而栀子鲜花细胞液中仅含有山茶皂苷元B、羟基积雪草苷，抗菌、抗炎成分种类较少而且相对含量极低。双氢青蒿素对大肠杆菌有抗菌活性[54]，且具有较好的抗炎活性[55]，山茶皂苷元 B对病原真菌和酵母菌具有较强的抑制活性[56]，羟基积雪草苷具有抗炎药理作用，已在临床上得到应用[57]。此外，栀子鲜花花水中还存在双环孢素、塔罗霉素A等抗生素，而鲜花细胞液中仅含有塔罗霉素A。栀子鲜花细胞液中含有相对含量较高的大观霉素，栀子鲜花花水中也含有大观霉素，其具有抗淋球菌活性[58]。由此可见，栀子鲜花花水中的抗菌、抗炎成分更为多样，在抗菌、抗炎功效上更为突出。京尼平酸是栀子中存在的特征性活性成分之一，是评价栀子药效的主要化学成分[59]，具有抗氧化、抗应激等药理作用[60]，负离子模式下，在栀子鲜花花水中的相对含量达1.76%，占其单萜类成分的比例为67.95%；而在栀子鲜花细胞液中的相对含量仅有0.18%，占其单萜类成分的比例为48.65%，可见京尼平酸在栀子鲜花花水抗氧化功效的表现上更突出。芥酸酰胺作为芥酸的重要衍生物，是一种应用范围广泛的生物活性物质，有研究表明，芥酸酰胺对小鼠具有一定的抗焦虑样作用[61]。芥酸酰胺作为栀子鲜花花水和鲜花细胞液中相对含量最高的一种生物碱成分，赋予了栀子鲜花花水和鲜花细胞液具有一定的抗焦虑生理功能。

4 结论

通过气相色谱—质谱联用技术分析了栀子鲜花花水和鲜花细胞液的香气成分，表明芳樟醇是栀子鲜花细胞液和栀子鲜花花水的主要香气成分。栀子鲜花细胞液较栀子鲜花花水具有充足的头香，但香气简单，留香时间短；而栀子鲜花花水含有更多的代表栀子花特征香气成分的惕各酸酯类化合物，香气成分较栀子鲜花细胞液丰富，各类化合物含量分布较均衡，使栀子鲜花花水除了具有良好的头香，而且具有浓郁的底香，持香时间长，香气层次更丰富。通过超高效液相色谱—质谱联用技术（UPLC-ESI-QTOF-MS/MS）分析了栀子鲜花花水和鲜花细胞液液相化学成分，表明生物碱类成分是栀子鲜花花水和鲜花细胞液中的主要特征性物质，可作为栀子鲜花花水和鲜花细胞液品质的评价指标。栀子鲜花花水含有丰富的萜类成分及生物碱成分，而栀子鲜花细胞液在营养功效上更显著。