广西横县不同地域茉莉花香气组分含量分析

王吉平，苏天明，张 野，王 瑾，谢育利，梁芷姮，李忠义，何铁光

(广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007)

【研究意义】茉莉花[Jasminumsambac(L.) Aiton]主要分为单瓣、双瓣和多瓣3种类型，其中双瓣茉莉花具有易栽培、产量高且香气浓郁等特点，是国际上种植最广泛的茉莉花品种。茉莉花多种植于亚热带地区，主要用以窨制花茶和提取香精油等。茉莉花茶的茉莉花香主要来源于窨制过程中茶坯吸附茉莉鲜花挥发的香气组分[1]。因此，茉莉花香气组分是影响茉莉花茶品质的最关键因素[2]。我国茉莉花的主要种植地为广西、福建和云南等省(区)，其中2019年广西横县茉莉花种植面积达7200 hm2，年产茉莉花约9万t，拥有130多家花茶企业，年产茉莉花茶7万多t，茉莉花综合年产值达122亿元，茉莉花产业已成为当地的特色地理标志[3]。不同品种、地域条件和管理方式对茉莉花品质的影响较大，而现有的茉莉鲜花品质评价体系较薄弱，仅通过花苞的饱满程度进行简单分类评价不能体现其香气组分含量差异，也不利于茉莉花茶产业升级和优化提升茉莉花品质的种植技术。因此，分析广西横县不同区域种植茉莉花的香气组分含量及土壤中的活性中微量元素含量，对茉莉花栽培技术优化及花茶加工产业的高质量发展具有重要意义。【前人研究进展】茉莉花香气组分是茉莉花品质的重要指标[4]，主要在开花过程中形成和释放，主要受茉莉花品种、采摘时间和生长环境等因素影响[5-8]。在现有报道中，茉莉花香气组分的采集方法主要有溶剂萃取、蒸馏萃取、超临界CO2萃取和固相微萃取法等[9-10]，不同方法采集的香气组分及含量不同。许多研究表明，固相微萃取技术能萃取到大量且完整的茉莉花香气组分[11]。杨文靖等[12]研究发现，茉莉花的主要香气组分种类在晴天与雨天相同，但不同组分含量间存在差异，总体上晴天茉莉的香气评价指数更高，但雨天茉莉中的乙酸叶醇酯含量约为晴天茉莉的10倍。陈梅春等[13]研究表明，茉莉鲜花的主要香气成分为乙酸苄酯和芳樟醇等，其中，单瓣茉莉中芳樟醇含量更高，双瓣茉莉中乙酸苄酯含量更高，香气品质评价结果以双瓣茉莉优于单瓣茉莉，且7月采摘的茉莉花香气评价指数高于8和9月，伏花品质高于其他时期的茉莉花。邓传远等[14]开展不同发育过程单瓣茉莉花香气组分及含量分析，结果表明其大部分芳香成分含量在茉莉花微开期最高，花蕾成熟期和微开期检测到的香气化学成分种类最多。李鹤等[11]对成熟期双瓣茉莉花花蕾进行离体香气组分分析发现，双瓣茉莉中共有94种香气成分，离体状态下可显著促进茉莉花释香。【本研究切入点】现有报道中对茉莉花离体或在位开花过程香气组分变化的研究较多，针对市场上商品茉莉花分级评价及香气组分差异的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】通过分析广西横县不同种植区域商品茉莉花的主要香气组分，将商品茉莉花分级评价与其香气组分含量进行关联，并探究土壤的活性中微量元素含量对茉莉花香气组分的影响，为各地茉莉花种植技术改良和花茶窨制工艺水平提升提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验点位于广西横县，地处桂东南，坐标为东经108°48′～109°37′，北纬22°08′～23°30′。全县土地总面积3476.8 km2，茉莉花主要种植在该县有机质含量较高的东部地区横州、校椅、云表、马岭和那阳等乡镇，百合和莲塘镇也有少量种植。综合考量前期实地调研茉莉花种植情况及《横县耕地地力评价》中耕地质量分布数据，在横州、校椅、云表和马岭共选择8个采样点，在那阳、莲塘和百合分别选择1个采样点，共计11个采样点(分别为1～11号样点)，采集茉莉花样品及其相应的种植土土样，各采样点土壤基础信息见表1，采样时间为2020年7月12-13日，此时接近伏花期，茉莉花整体品质较高。

1.2 试验材料

在前期调研的基础上，选择11个茉莉花种植区域作为采样点，每个采样点分别采集两个地块的茉莉花样本和对应地块的土壤样本。茉莉花样本采集方法为：收集10～15朵达到商品茉莉花条件的花蕾(洁白、饱满)，用锡纸包好并做好标记，立即置于液氮中保存。土壤样本采集方法为：去除表层土后，收集0～20 cm土层的土壤，每个采样点按照S型分布选取5个点的土壤混匀作为一个土壤样本。

主要仪器设备：GC-MS仪(Agilent 7890B，美国)，质谱仪(Agilent 5977B，美国)，色谱柱为安捷伦DB-Wax(30.0 m×250.00 μm×0.25 μm，美国)。试验所用2-辛醇(TCI公司，日本)为分析纯(纯度≥99.5 %)。

1.3 试验方法

1.3.1 香气组分及含量检测 茉莉花香气组分采用气质联用检测挥发性组分方法进行检测。取300.0 mg样本于20 mL顶空瓶中，加入10 μl 10 μg/mL 2-辛醇为内标；使用自动固相微萃取头DVB/CAR/PDS，Stable flex(2cm)(Sigaaldrich公司，德国)进行挥发性组分萃取，萃取温度60 ℃，时间30 min，解析时间4 min。GC-MS分析条件：进样口温度250 ℃；柱温箱升温程序：起始温度40 ℃保持4 min，以5 ℃/min升温至245 ℃，保持5 min；质谱条件：离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，电离电压-70 eV，质量范围(m/z)：20～400，扫描模式Scan。QC样本为所有样本混合后制成。

1.3.2 土壤活性中微量元素含量检测 土壤有效态铁和有效态锌含量采用HJ 804-2016《土壤8种有效态元素的测定》中的二乙烯三胺五乙酸浸提—电感耦合等离子体发射光谱法进行测定，有效硼含量采用NY/T 1121.8-2006《土壤检测 第8部分：土壤有效硼的测定》中的甲亚胺比色法进行测定，交换性钙和交换性镁含量采用NY/T 1121.13-2006《土壤检测 第13部分：土壤交换性钙和镁的测定》中的原子吸收分光光度法进行测定。

1.4 统计分析

采用ChromaTOFV 4.3x(LECO)和NIST库对质谱数据进行峰提取、基线矫正、解卷积、峰积分、峰对齐和质谱匹配等。挥发性组分含量为相对含量，计算时以2-辛醇为内标，进行相对定量。定量方法为：以该样品中加入的内标为参照，内标在样本中的含量记为Cs，内标峰面积记为As，代谢物峰面积记为Ai，不同代谢物对内标的矫正系数为Bi，计算各代谢物的相对含量Ci。

Ci=Ai/As

(1)

Ci=Ai/As·Cs·Bi

(2)

公式(1)中，代谢物的相对含量Ci为目标代谢物与内标峰面积的比值，该相对含量值无量纲[15]；公式(2)中增加了内标含量Cs和矫正系数Bi，但由于不同目标代谢物与内标的矫正系数Bi只能通过标准品检测后计算得到，故本文采用公式(1)计算和比较不同代谢物的相对含量。

试验数据采用SPSS 25.0和Excel 2016进行统计，以在线分析软件PCA(https://www.omicshare.com/tools/Home/Soft/pca)进行主成分分析，相关性热图及回归分析采用GraphPad Prism 8制图。

2 结果与分析

2.1 不同种植区域茉莉花主要特征香气组分的主成分分析

对11个样点22个茉莉花样本的挥发性组分进行固相微萃取后再进行GC-MS检测，共检测到381个峰，对比数据库得到可鉴定名称的组分242种。将同一采样点2个茉莉花检测结果的平均值作为该点茉莉花香气组分的相对含量，通过降维分析对每个样点茉莉花香气组分进行主成分分析，得到第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)。从图1可看出，1、4、5、8和10号样点(分别对应云表、横州、莲塘、云表和校椅镇)茉莉花的香气组分与其他样点差异较明显而其他样点茉莉花的香气组分差异较小。其中，4和11号样点(分别对应横州和校椅镇)茉莉花香气组分的相似度总体上更高，且与其他样点茉莉花香气组分差异更明显，而这2个采样点在地理位置上距离较近(表1)；7和10号样点茉莉花的香气组分差异较小，但在地理位置上距离较远(表1)。说明采样点位置和基础土壤性质对茉莉花香气组分影响不明显。从表1可看出，茉莉花种植区域土壤有机质含量均较高(10.0 g/kg及以上)。因此，推测茉莉花适宜在有机质含量高的土壤中生长，且香气组分差异可能更多取决于不同区域地块的管理措施，如施肥和灌溉等。

2.2 不同种植区域茉莉花的主要特征香气组分含量

由表2可知，不同种植区域茉莉花香气组分相对含量排名前50位的化合物种类主要属于醇类、酯类、醛类、酮类、酸类、烯烃类和其他类等七大类。在醇类化合物中，芳樟醇的相对含量最高(12.06)，但不同采样点茉莉花的芳樟醇相对含量存在较大差异(4.10～23.01)，其中，4、8和11号样点茉莉花的芳樟醇相对含量均超过20.00，高于其他样点茉莉花，且在取样空间位置上更靠近(表1)；在平均相对含量排名前50位的化合物中，1、2和5号样点茉莉花的醇类化合物相对含量总量较低，分别为12.98、13.85和11.43；各样点茉莉花香气组分中酯类化合物相对含量的总量均较低，仅1.92～4.43，且样点间差异较小；醛类化合物和酮类化合物的种类和相对含量均较高，其中(E)-2-己烯醛和苯甲醛的相对含量均较高，如5号样点茉莉花中(E)-2-己烯醛相对含量为29.35，11号样点的苯甲醛相对含量为8.88，分别为最低相对含量的3.4和2.3倍；各样点茉莉花香气组分中醛类化合物总量为19.51～44.41，在七大类香气组分化合物中最高；酮类化合物相对含量较稳定，总相对含量在5.91～8.27，且各样点间差异较小；烷烃类化合中11号样点的相对含量较其他样点高，其中(E)-4,8-二甲基壬-1,3,7,-三烯和八甲基环四硅氧烷为主要烷烃类香气组分，相对含量分别为2.58和2.41；在检测到的前50种香气物质中，1号样点的总相对含量只有51.57，11号样点的总相对含量最高，为94.54，约为1号样点的1.8倍；其他样点茉莉花主要香气组分的相对总含量在64.93～82.72之间，差异较小，其中3、4、9、10和11号样点茉莉花的香气组分总相对含量高于平均水平，说明云表、横州、马岭和校椅镇茉莉花的香气组分含量丰富，茉莉花品质较高，尤其以横州和校椅镇的品质更佳。

表2 不同采样点茉莉花的香气组分及相对含量比较(top50)

续表2 Continued table 2

续表2 Continued table 2

2.3 土壤活性中微量元素含量与茉莉花主要香气组分相对含量的相关分析

检测茉莉花采样点相应地块土壤的有效态铁、有效态锌、有效硼、交换性钙和交换性镁等活性中微量元素含量，并与相对含量排名前10位的茉莉花香气组分进行相关分析，结果(表3)表明，有效态铁含量与己酸相对含量呈极显著负相关(P<0.01，下同)，有效态锌和有效硼含量与主要香气组分相对含量无显著相关性(P>0.05)，交换性钙和交换性镁含量与(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基环四硅氧烷和2-辛酮相对含量呈显著(P<0.05，下同)或极显著负相关，与己酸相对含量呈显著正相关。说明在茉莉花香气组分的生成和积累过程中，土壤交换性钙和交换性镁含量的增加会抑制茉莉花中(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基环四硅氧烷和2-辛酮积累，促进己酸含量提高。

表3 土壤活性中微量元素含量与茉莉花主要香气组分相对含量(top 10)的相关分析结果

2.4 交换性钙和交换性镁含量与茉莉花香气组分的回归分析

对相关分析中与茉莉花部分主要香气组分相对含量呈显著或极显著相关的土壤交换性钙和交换性镁含量进行线性回归分析，结果(图2)表明，随着土壤交换性钙和交换性镁含量的提高，茉莉花香气组分中(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基环四硅氧烷和2-辛酮的相对含量呈下降态势，己酸的相对含量呈上升态势；同种香气组分相对含量与交换性钙和交换性镁含量的线性回归趋势相同。说明土壤交换性钙和交换性镁在茉莉花香气组分生成和积累过程中的功能和作用机制可能相似。此外，交换性镁含量与香气组分相对含量回归方程斜率的绝对值大于交换性钙含量与香气组分相对含量回归方程斜率的绝对值[(E)-2-己烯醛除外]，说明土壤交换性镁含量的变化对茉莉花香气组分相对含量的影响比交换性钙更明显。

3 讨 论

开展不同种植区域茉莉花香气组分调查并了解茉莉花香气品质，有利于推动茉莉花产业的健康发展。本研究在对广西横县茉莉花种植乡镇进行调查的基础上，采集11个样点的茉莉花进行香气组分GC-MS检测，结果发现不同样点间茉莉花的香气组分及其含量存在较大差异；通过主成分分析，发现茉莉花香气组分及其含量与其种植区域的相关性不明显，但该县各乡镇的气候、温度和海拔等条件基本相同，且茉莉花主要种植在有机质含量较高的云表、校椅、横州、那阳和百合等东部地区乡镇，耕地较平整，水源充足，因此，推测茉莉花香气组分及其含量的差异可能与农田管理措施有关。

目前关于茉莉花香气组分提取检测[16]和品质评价方法[17]的研究已有报道。已有研究认为，茉莉花茶的主要香气组分为芳樟醇、乙酸苄酯、(Z)-3-己烯醇、水杨酸甲酯和苯甲醇等，且前4种物质含量与香气品质呈正比关系[18]，芳樟醇作为含量最丰富的挥发性醇类组分，在茉莉花香气组分及茉莉花茶品质中占有重要地位[19-20]，提高茉莉花中芳樟醇浓度是改善其品质的重要途径[21]。Shen等[22]研究认为，芳樟醇浓度高时其茉莉花茶评价系数(Jasmine tea flavor，JIF)反而下降，因此，茉莉花茶的香气评价指数不能直接用作茉莉花香气评价指标。本研究采用GC-MS非靶代谢组方法检测出广西横县不同区域种植茉莉花的香气组分主要包含醇类、酯类、醛类、酮类、酸类、烷烃类和其他类等七大类化合物，其中相对含量较高的两种化合物分别为(E)-2-己烯醛和芳樟醇，综合参考上述研究结果，本研究中4、8和11号样点茉莉花的芳樟醇含量均较高，属于茉莉花品质较高样点，而以平均相对含量排前50位的香气组分总量为参考，3、4、9、10和11号样点茉莉花香气组分的总相对含量均高于平均值，因此，4和11号样点即横州镇和校椅镇为广西横县茉莉花品质较优的种植区域。

关于土壤活性中微量元素对作物品质和香气组分影响的研究也有报道[23]。谢强等[24]研究表明，土壤中微量元素与烟叶化学成分和致香物质呈典型相关。魏树伟和王少敏[25]研究发现，钙处理能通过脂肪酸代谢途径提高南果梨果实的香气物质含量。王蘅等[26]研究指出，不同浓度硼锌肥处理能促进考烟中香气组分积累；在硼、锌和钼等微量元素严重缺乏的烟田，单施锌肥对烤烟各类香气组分的提升效果最佳。本研究发现，土壤交换性钙和交换性镁含量与茉莉花香气组分相对含量排前10位组分的相关性较高，其中土壤交换性钙和交换性镁含量与(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基环四硅氧烷和2-辛酮呈显著或极显著负相关，与己酸含量呈显著正相关；回归分析结果也表明，交换性钙和交换性镁含量对茉莉花主要香气组分含量的影响趋势相同，具有一定的协同作用。

4 结 论

广西横县茉莉花普遍种植于有机质含量较高的区域，不同种植区域茉莉花的香气组分及其含量存在较大差异，但采样点位置对茉莉花香气组分影响不明显，其中，香气组分主要为醇类、酯类、醛类、酮类、酸类和烷烃类化合物等；在茉莉花香气组分的生成和积累过程中，土壤交换性钙和交换性镁含量的增加会抑制茉莉花中(E)-2-己烯醛、己醛、八甲基环四硅氧烷和2-辛酮积累，促进己酸含量提高。因此，调节土壤交换性钙和交换性镁含量可作为后续茉莉花种植技术优化的重要方法，并为开展花茶窨制工艺水平提升研究提供参考依据。