顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法分析香花秋海棠及其变种花香气成分

丁友芳，陈 菲，吕燕玲，黄碧华，陈伯毅*

(1. 厦门市园林植物园，福建 厦门 361003；2. 福建省亚热带植物研究所／福建省亚热带植物生理生化重点实验室，福建 厦门 361006；3. 福建省林业科技试验中心，福建 南靖 363600)

秋海棠为秋海棠科(Begoniaceae)秋海棠属(Begonia)植物的统称，是世界重要的观赏植物，被广泛栽培。该属是植物多样性最丰富的类群之一，为全球被子植物第五大属[1]。因其株形优美、叶形奇特、叶色及斑纹多样、花色艳丽而成为优良的观花、观形、观叶、观茎及观果花卉，不仅可作为室内盆栽，还可应用于庭院观赏花卉、园林绿化等。该属已发表超过2000种，其中中国已发表220余种[2]。如此丰富的秋海棠属种质资源，为该属的科学研究和开发利用创造了有利条件。

目前关于秋海棠属植物的研究主要集中在资源多样性、引种保育和新品种培育等方面[3—7]，但对秋海棠属花香气成分的比较研究未见报道。大部分秋海棠植物是无香品种，这一缺憾是当前育种家亟待弥补或改善的重要方向。但个别种类秋海棠花有香气，这些香味的类型、浓淡各不相同，是秋海棠育种中重要的种质资源。因此，为了更好地利用秋海棠香花品种资源，有必要对其花香挥发性物质的构成进行分析，为其育种及应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

香花秋海棠(Begonia handelii)及其 2变种铺地秋海棠(B. handeliivar.prostrata)和红毛香花秋海棠(B. handeliivar.rubropilosa)均采集于厦门市园林植物园引种驯化区。

于2021年3月上旬盛花期时，在晴朗天气上午9:00～11:00分别采集香花秋海棠雄花全花、铺地秋海棠雌花全花，及红毛香花秋海棠雄花全花。采集后立即真空冻干、粉碎，置于-20 ℃低温保存备用。

1.2 仪器与方法

准确称取以上各秋海棠花0.5 g，置于20 mL顶空瓶中，封口，每个样品重复3次。样品采用顶空固相微萃取气质联用法(HS-SPME-GC-MS)测定，具体如下：50 ℃平衡 10 min，顶空萃取(50 μm DVB/CAR/PDMS SPME Fiber，Supelco) 30 min，在气相色谱-质谱联用仪7890A-5975C (Agilent，USA)进样口解吸5 min。

GC-MS条件：色谱柱 HP-5MS(30 m×0.25 mm ID×0.25 μm 膜厚)。载气为高纯氦气(99.999%)。进样口温度250 ℃。分流进样，分流比5:1。色谱-质谱接口温度280 ℃。离子源温度230 ℃。离子化方式EI。电子能量70 eV。程序升温参数：50 ℃保持1 min，以 5 ℃·min-1升至 100 ℃，保持 5 min，再以20 ℃·min-1升至 250 ℃，保持 3 min。扫描质量范围50～500m/z。

成分定性与定量分析：各组分分别用 NIST11和WILEY7标准谱库进行检索匹配，碎片比对，并结合相关文献报道[8—10]、各成分的相对保留时间等进行定性分析；按峰面积归一化法计算各峰面积的相对含量。

2 结果与分析

2.1 秋海棠花挥发性香气成分

香花秋海棠及其2变种的花挥发性成分共分离鉴定出54种化合物，其中包括26种碳氢类(其中萜烯类21种)、13种醇类、7种醛类、3种醚类、2种酯类、1种酸类和2种杂环类(表1)。

表1 香花秋海棠及其2变种花的香气成分Table 1 Chemical constituents in the flowers of Begonia handelii and its two varieties

(续表)

铺地秋海棠花挥发性成分初步定性化合物有32种，相对含量排在前 10 位的是顺式芳樟醇氧化物(呋喃型)(21.90%)、2-异丙基-4-甲基-己-2-烯醛(11.47%)、反式芳樟醇氧化物(呋喃型)(10.42%)、1-辛烯-3-醇(5.64%)、别罗勒烯(4.82%)、α-松油烯(4.43%)、乙酸(4.34%)、白柠檬环醚(4.16%)、3-壬烯醇(4.01%)、芳樟醇(3.60%)。

香花秋海棠花挥发性成分初步定性化合物共有21种，相对含量排在前 10 位的是糠醛(43.53%)、壬醛(12.49%)、顺式芳樟醇氧化物(呋喃型) (9.92%)、反式芳樟醇氧化物(呋喃型)(4.89%)、2，2-二甲基-5-(1-甲基-1-丙烯基)四氢呋喃(4.88%)、乙酸(2.97%)、1-溴-3-甲基环己烷 (2.73%)、4-异丙基甲苯(2.63%)、月桂烯(2.52%)、3-壬烯醇(2.18%)。

红毛香花秋海棠花挥发性成分初步定性化合物共有44种，相对含量排在前10 位的是顺式芳樟醇氧化物(呋喃型)(20.00%)、2-异丙基-4-甲基-己-2-烯醛(11.60%)、反式芳樟醇氧化物(呋喃型)(11.09%)、α-松油烯(4.81%)、顺-罗勒烯(4.35%)、白柠檬环醚(4.32%)、dl-柠檬烯(3.60%)、糠醛(2.80%)、3-壬烯醇(2.41%)、1-溴-3-甲基环己烷(2.38%)。

2.2 秋海棠花挥发性香气成分比较

将铺地秋海棠花、香花秋海棠花和红毛香花秋海棠花的挥发性香气成分按照不同种类化合物进行比较，结果表明三者存在明显差异(图1)。

图1 香花秋海棠及其2变种花香气组分对比Fig. 1 Comparison of aroma constituents among Begonia handelii and its two varieties

铺地秋海棠花、香花秋海棠花和红毛香花秋海棠花的醇类化合物相对含量分别为50.10%、17.37%和38.22%。芳樟醇氧化物Ⅰ和芳樟醇氧化物Ⅱ是3种秋海棠花中醇类含量最高的成分。1-辛烯-3-醇是铺地秋海棠花的特有成分，含量达5.58%，具有森林清香的气息，有蘑菇香气混合着薰衣草似的香韵[9]。

铺地秋海棠花和红毛香花秋海棠花的碳氢类化合物相对含量分别为25.69%和34.75%，高于香花秋海棠花的15.31%，其中萜烯类化合物分别占铺地秋海棠花、香花秋海棠花和红毛香花秋海棠花的碳氢类化合物重量的75.36%、44.69%和81.16%。(±)-柠檬烯、α-松油烯、1-十一炔 和 4-异丙基甲苯是三种秋海棠花共有的碳氢类化合物，水芹烯、(±)-莰烯、α-葑烯、3-环戊基-1-丙炔和 7-乙烯基-5-十一烯是红毛香花秋海棠花的特有成分。

香花秋海棠花的醛类化合物相对含量为57.12%，明显高于铺地秋海棠花和红毛香花秋海棠花的13.87%和16.83%。糠醛和壬醛是香花秋海棠花中醛类化合物的主要成分，糠醛具有香甜、木香、面包香、焦糖香，能赋予花淡淡焦甜的香气[11—12]。壬醛具有蜡香、柑橘香、脂肪香、花香[13]。2-异丙基-4-甲基-己-2-烯醛是铺地秋海棠花和红毛香花秋海棠花中醛类化合物相对含量最高的成分。

呋喃类化合物一般具有杏仁和焦糖的香气[14]，2，2-二甲基-5-(1-甲基-1-丙烯基)四氢呋喃在3种秋海棠花中都有检测到，2-乙烯基-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)四氢呋喃只在铺地秋海棠花中检测到。

乙酸是3种秋海棠花唯一的共有酸类化合物。酯类化合物三甲基乙酸对硝基苯酯和甲酸芳樟酯只在红毛香花秋海棠中检测到，另外两种秋海棠花并未检测到酯类化合物。白柠檬环醚是3种秋海棠花共有的醚类化合物，橙花醚仅在红毛香花秋海棠花中检测出。

由表1和图1可知，不同种类化合物在3种秋海棠花中的相对含量差异十分明显。铺地秋海棠花和红毛香花秋海棠花中以芳樟醇氧化物Ⅰ和芳樟醇氧化物Ⅱ为代表的醇类化合物含量最高，而香花秋海棠花中醛类化合物含量最高。酯类化合物只在红毛香花秋海棠花中检测到。对 3 种秋海棠花挥发性成分按照不同种类化合物进行比较，铺地秋海棠花的挥发物中，醇类、碳氢类、醛类、酸类、醚类、杂环类含量分别占挥发性组分总量的50.10%、25.39%、13.87%、4.34%、4.16%、1.91%；在香花秋海棠花中，这几类物质的占比分别是17.37%、15.31%、57.12%、2.97%、2.34%、4.88%；而在红毛香花秋海棠花的挥发性物质中，醇类、碳氢类、醛类 、酸类、醚类、杂环类、酯类物质的相对含量则是38.22%、34.36%、16.83%、0.87%、6.91%、1.02%、1.39%。

3 结论

采用SPME结合GC-MS对处于盛花期的铺地秋海棠、香花秋海棠和红毛香花秋海棠花的香气成分进行分析。3 种秋海棠花共分离出 54种香气成分，其中铺地秋海棠32种、香花秋海棠21 种、红毛香花秋海棠 44 种。对香气成分分析表明，铺地秋海棠和红毛香花秋海棠香气成分较接近，醇类化合物相对含量高，分别为50.10 %和38.22%，主成分芳樟醇氧化物具有清香略带甘甜的木青气息[15—16]，构成这两种花香香气主调；这2种花中碳氢类物质的含量也比较高，且主要为萜烯类化合物，蒎烯类化合物呈现花香和柑橘类等香气特征[17]，因所含结构和种类的不同造成2种花香气的差异；香花秋海棠花与另外两种花的香气具有明显差异，香花秋海棠花中醛类物质含量比较高，为57.12%，该花具有淡淡焦甜的香气；酯类化合物中的三甲基乙酸对硝基苯酯和甲酸芳樟酯只在红毛香花秋海棠中检测到，此种花香气更尖锐、飘逸。

从花香气成分测定可以发现，秋海棠花香是多种可挥发性化合物共同混合而成，每种成分的特征和含量也各不相同。花香还因不同的嗅觉敏感度而影响对香味浓淡与类型的体验和感受。这也成为花香研究中非常难于界定的一个重要原因，因为主观感受往往也是不容忽视的重要因素。但仅从客观的测试角度而言，含量比例高自然会对花朵的香型产生关键性的主导作用，特别是那些特有的挥发性成分很可能就是花香类型的关键香味物质。本次检测的 3个秋海棠花香品种其挥发性成分所包含的醇类、碳氢类、醛类及酯类等物质的种类和含量都存在差异，后续还需要进一步测定不同花期这些物质差异，以及对于花香的影响和作用，并且深入分析不同挥发物类型在花香香型中的实际贡献率，更客观真实地反映花香，为其今后在育种中加以利用奠定理论基础。