基于顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法系统分析香紫苏中的香气成分

王爱霞,罗浩铭,白雪敏,查青山,马萍萍,陈国通∗

(1.新疆维吾尔自治区分析测试研究院,乌鲁木齐 830011;2.新疆农业大学食品科学与药学学院,乌鲁木齐 830052)

香紫苏又名南欧丹参,是唇型科鼠尾草属两年生或多年生草本植物[1]。香紫苏原产于法国格拉斯地区,于20世纪70年代引入中国[2]。香紫苏含有丰富的挥发油成分[3-4],如芳樟醇、乙酸芳樟酯、香紫苏醇等[5-8],具有清热解毒、活血、镇痛的功效[9],同时也可用于高级香料的制备[10-12]。近年来,对香紫苏的研究主要集中于对香紫苏挥发油成分分析[3-4]、香紫苏醇的合成[13]以及香紫苏栽培技术上[14],而关于不同生长时期种植在不同地块的香紫苏不同部位中香气成分差异的系统研究尚未见报道。因此,本工作采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法(HSSPME-GC-MS)对新疆昭苏县香紫苏种植园的500亩香紫苏展开系统研究,涉及开花期和成熟期种植在不同地块的香紫苏的根、叶、茎和花中香气成分的变化,以期为香紫苏的商业化种植、香紫苏精油的高效提取和新型抗氧化类保健食品的开发提供技术支撑。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

GC-MS-QP 2010 Plus型气相色谱-质谱联用仪,配(MW 40-275)50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取头的固相微萃取装置。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 顶空固相微萃取条件

吸附温度30 ℃;吸附时间30 min;解吸附时间10 min;脱附温度250 ℃;脱附时间5 min。

1.2.2 色谱条件

DB-5MS 毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25μm);载气为高纯氦气;进样口温度250℃;分流进样,分流比为50∶1。柱升温程序:初始温度为40℃,保持1 min;以5 ℃·min－1速率升温至100℃,保持1 min;以15℃·min－1速率升温至260℃。

1.2.3 质谱条件

电子轰击离子(EI)源;离子源温度230℃;离子能量70 e V;接口温度260 ℃;全扫描范围质荷比(m/z)50～450;分析时间30 min。

1.3 试验方法

1.3.1 样品的采集

采集地点为新疆昭苏县500亩紫苏种植园;采集的样品有两批,即开花期和收获期新鲜香紫苏全株样品各一批;将采样地分为3 个地块,分别是前1 000米、中间1 000 米、后1 000 米,分别对应南面、中间、北面等3个方向,其中南面地块为向阳面,中间地块为坡地,北面地块为背阳面,每批样品均从这3个地块采集。

1.3.2 样品的测定

按照文献[15]进行样品的前处理及测定:将两批香紫苏全株样品自然晾干,将其根、叶、茎、花分离后,粉碎过孔径为0.25 mm 的筛网,分别取约1 g的根、叶、茎、花样品置于聚四氟乙烯压盖顶空瓶中,迅速用压盖器将顶空瓶压紧,按照仪器工作条件进行测定。

用仪器所配置的NIST14s.LIB谱库进行检索,通过化合物保留时间和定性离子定性,峰面积归一化法定量,样品中各香气成分的测定值以相对含量表示。

2 结果与讨论

2.1 香紫苏根分析结果

开花期种植在中间地块的香紫苏根中香气成分的总离子流色谱图见图1。开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏根中的香气成分测定结果见表1。

图1 开花期种植在中间地块的香紫苏根中香气成分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of arome components in the root of Salvia sclarea planted in the middle plot in the flowering period

由表1可知:开花期的香紫苏根中的香气成分分别有8种和17种;不同时期香气成分的相对含量差别较大,开花期的主要香气成分为芳樟醇,收获期其平均相对含量降低了51.47%,中间地块的降低最多,达到56.14%;收获期的主要香气成分为乙酸芳樟酯,南面地块种植的香紫苏根中的相对含量最高,为86.27%,平均相对含量为81.05%;开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏根中的共有香气成分为芳樟醇,种植在中间地块和北面地块的香紫苏根中的共有香气成分为芳樟醇与甲酸芳樟酯。

表1 开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏根中的香气成分Tab.1 Aroma components from the root of Salvia sclarea planted in different plots during the flowering and harvest periods

表1 (续)

对香紫苏根所含的化合物种类进行分类统计,结果见表2。

表2 开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏根中的香气成分分类结果Tab.2 Classification results of aroma components from the root of Salvia sclarea planted in different plots during the flowering and harvest periods

由表2可知:开花期和收获期的香紫苏根中的主要香气成分分别为醇类和酯类化合物,不同地块的平均相对含量分别为64.02%和81.46%。

2.2 香紫苏花分析结果

开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏花中的香气成分测定结果见表3。

表3 开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏花中的香气成分Tab.3 Aroma components in the flouer of Salvia sclarea planted in different plots in the flowering and harvest periods

表3(续)

由表3可知:开花期和收获期的香紫苏花中的香气成分分别有17种和20种;不同时期香气成分的相对含量差别较大,开花期种植在中间地块和北面地块的香紫苏花中主要香气成分均为乙酸芳樟酯,相对含量分别为72.57%,52.51%,而种植在南面地块的香紫苏花中主要香气成分为邻氨基苯甲酸芳樟酯,相对含量为79.91%;收获期种植在不同地块的香紫苏花中的主要香气成分为乙酸芳樟酯,平均相对含量为73.73%,种植在中间地块的相对含量最高,为79.49%;不同生长时期种植在不同地块的香紫苏花中的共有香气成分为月桂烯与芳樟醇。

对香紫苏花所含的化合物种类进行分类统计,结果见表4。

由表4可知:在开花期和收获期,香紫苏花中的主要香气成分均为酯类化合物,平均相对含量分别为68.33%和77.80%。

表4 开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏花中的香气成分分类结果Tab.4 Classification results of aroma components from the flower of Salvia sclarea planted in different plots during the flowering and harvest periods

2.3 香紫苏茎分析结果

开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏茎中的香气成分测定结果见表5。

由表5可知:开花期和收获期的香紫苏茎中的香气成分分别有13种和16种;不同生长时期香气成分的相对含量差别较大,开花期种植在中间地块和北面地块的香紫苏茎中主要的香气成分均为芳樟醇,种植在南面地块的为邻氨基苯甲酸芳樟酯,相对含量分别为42.30%,52.27%,58.31%;收获期种植在不同地块的香紫苏茎中主要香气成分为乙酸芳樟酯,平均相对含量为82.68%,种植在北面地块的相对含量最高,为86.35%;不同生长时期种植在不同地块的香紫苏茎中的共有香气成分为月桂烯。

表5 开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏茎中的香气成分Tab.5 Aroma components from the stem of Salvia sclarea planted in different plots during the flowering and harvest periods

对香紫苏茎所含的化合物种类进行分类统计,结果见表6。

表6 开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏茎中的香气成分分类结果Tab.6 Classification results of aroma components from the stem of Salvia sclarea planted in different plots during the flowering and harvest periods

由表6可知:在开花期和收获期,香紫苏茎中的主要香气成分分别为醇类和酯类化合物,平均相对含量分别为50.20%和84.05%。

2.4 香紫苏叶分析结果

开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏叶中的香气成分测定结果见表7。

表7 开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏叶中的香气成分Tab.7 Aroma components from the leaf of Salvia sclarea planted in different plots during the flowering and harvest periods

表7(续)

由表7可知:开花期和收获期的香紫苏叶中的香气成分分别有12种和24种;不同生长时期香气成分的相对含量差别较大,开花期种植在中间地块的香紫苏叶中的主要香气成分为甲酸芳樟酯,相对含量为23.89%,种植在南面地块的主要香气成分为(－)-Germacrene D 抗菌物质,相对含量为25.59%,种植在北面地块的主要香气成分为邻氨基苯甲酸芳樟酯,相对含量为64.84%;收获期种植在不同地块的香紫苏叶中的主要香气成分为乙酸芳樟酯,平均相对含量为67.75%,种植在南面地块的相对含量最高,为84.19%;不同生长时期种植在不同地块的香紫苏叶中的共有香气成分为芳樟醇。

对香紫苏叶所含的化合物种类进行分类统计,结果见表8。

表8 开花期与收获期种植在不同地块的香紫苏叶中的香气成分分类结果Tab.8 Classification results of aroma components from the leaf of Salvia sclarea planted in different plots during the flowering and harvest periods

由表8可知:在开花期和收获期,香紫苏叶中的主要香气成分分别为烃类和酯类化合物,平均相对含量分别为37.13%和68.27%。

2.5 总体分析结果

在开花期种植在南面地块的香紫苏的根、花、茎中均检出了特有的香气成分邻氨基苯甲酸芳樟酯,相对含量均在50%以上,种植在南面地块的香紫苏花中的邻氨基苯甲酸芳樟酯相对含量最高(79.91%),可能由南部地块的土壤环境、光照、施肥等环境和人为因素所致;收获期种植在不同地块的香紫苏根、花、茎、叶中的香气成分种类较开花期的大幅提升,主要香气成分均为乙酸芳樟酯,平均相对含量分别为81.05%,73.73%,82.68%,67.75%;本工作未检测出文献[3-5]报道的香紫苏挥发油中含有的香紫苏醇,可能与本方法使用固相微萃取方法直接测定香紫苏香气成分有关,有关于这方面的工作则需要进一步的研究。

本工作基于HS-SPME-GC-MS系统分析了不同生长时期和种植在不同地块的香紫苏不同部位的香气成分,本方法样品用量少、操作简单,能系统地反映香紫苏在常温下的香气特点,为香紫苏农业种植以及相关产品的开发提供良好的数据支持。