香花秋海棠挥发性成分的GC-MS 分析

梁晓莉，王 宁，周志雄，王龙远，吴 伟，郭 微*，郭乐东，吴 玲

(1. 仲恺农业工程学院园艺园林学院，广东 广州 510225；2. 广东省林业科学研究院，广东 广州 510520；3. 广东省林业政务服务中心，广东 广州 510173)

秋海棠属(Begonia)植物叶色斑纹丰富，叶形多样，花色艳丽，可花叶兼赏，在国内外得到广泛栽培应用。此外，秋海棠属不少种类是我国少数民族的常用药材，一些种类还具有食用、饮用或饲用价值，是一类具有较高研究价值的草本观赏花卉[1—2]。目前关于秋海棠属植物的研究主要集中在植物资源概况、引种保育、栽培养护、组培快繁和新种培育等方面[2—4]。在秋海棠育种目标中，更多注重于株形、叶色、叶形、花色、花形等性状，针对秋海棠花香成分和育种的研究还较少报道[5—7]。在自然界中，仅有少部分秋海棠植物带有花香。因此，收集、利用和研究现有的芳香秋海棠品种，对其花香成分进行分析，对秋海棠育种及其在农业、医药、香水化妆品等领域的应用具有重要意义[8]。

香花秋海棠(Begonia handelii)为芳香秋海棠种类之一，是多年生草本植物，雌雄异株，根状茎，花被片浅粉红色，花朵具清香，分布于云南、广西、海南等地区，生于海拔150～850 m 热带雨林下阴湿沟谷或路边斜坡[9]。其具有药用价值，可全草入药，具有清热散瘀和消食健胃等功效[3]，可治疗疥疮痒痛[10]等。本研究采用顶空固相微萃取(HS-SPME)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对香花秋海棠的鲜花、冰花、鲜叶进行萃取、检测，鉴定其挥发性成分，以期为芳香类秋海棠的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试香花秋海棠为云南金平原生种，后引种至广东省广州市绿脉花卉园林有限公司进行栽培保育。于盛花期采集生长良好、无病虫害的雌花作为试样，其中，冰花于2022 年3 月10 日采集，采后装入密封袋置于-20 ℃冰箱冷冻保存21 d；鲜花于花瓣完全打开的第2～4 天采集；鲜叶为健康无病虫害的新鲜叶片。

1.2 方法

1.2.1 顶空固相微萃取

称取以上材料约1.0 g，剪碎，置于15 mL 顶空瓶中，封口，将样品置于50 ℃条件下平衡10 min，将萃取头插入顶空瓶中萃取30 min 后，置于气相色谱-质谱联用仪7890A-5975C (美国Agilent 公司)进样口中解吸3 min。每个样品重复3 次。

1.2.2 GC-MS 分析

气相色谱条件：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 ℃，不分流进样。程序升温：起始温度40 ℃，保持0 min，然后以3 ℃·min-1升至80 ℃，保持0 min；再以10 ·℃min-1升至250 ℃，保持5 min。

质谱条件：电离方式EI；电子能量70 eV；传输线温度250 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；扫描质量范围35～500 amu。

1.2.3 定性与定量分析

采用NIST08.L 标准谱库对所测成分进行检索，依据质谱数据、相对保留时间并结合相关文献进行定性分析。确定挥发性成分后，再依据总离子流各色谱峰平均峰面积，通过面积归一化法计算各成分的相对百分含量。

2 结果与分析

2.1 主要挥发性成分组成

香花秋海棠鲜花、冰花及其鲜叶的挥发性成分共鉴定出114 种化合物，其中包括32 种醇类、18种萜烯类、17 种醛类、11 种烯烃类、10 种酮类、9种杂环类、4 种酯类、4 种烷烃类、3 种苯类及6 种其他类化合物(表1)。

表1 香花秋海棠鲜花、冰花和鲜叶的主要挥发性成分及相对含量Table 1 Main volatile components and relative contents of fresh flowers, frozen flowers and fresh leaves of Begonia handelii

续表

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香花秋海棠鲜花的挥发性成分有66 种，鉴定出63 种，其含量占总挥发性成分的99.76%，主要挥发性物质为醇类(65.10%，相对含量，下同)、酮类(10.16%)、杂环类(9.18%)。其中，相对含量排在前五的化合物是 1-辛烯-3-醇(33.48%)、3-辛酮(9.96%)、芳樟醇(6.54%)、2-乙基己醇(5.17%)、香叶醇(4.97%)。

香花秋海棠冰花的挥发性成分有66 种，鉴定出65 种，其含量占总挥发性成分的99.45%，主要挥发性物质为醇类(62.40%)、萜烯类(14.55%)、醛类(14.11%)。其中，相对含量排在前五的化合物是1-辛烯-3-醇(20.78%)、芳樟醇(16.92%)、香叶醇(10.84%)、己醛(6.69%)、β-蒎烯(4.16%)。

香花秋海棠鲜叶的挥发性成分有36 种，鉴定出35 种，其含量占总挥发性成分的99.98%，主要挥发性物质为醇类(75.28%)、杂环类(12.38%)。其中，相对含量排在前五的化合物是1-辛烯-3-醇(25.32%)、顺-3-己烯醇(22.36%)、3-己烯-1-醇(10.50%)、2-乙基己醇(6.82%)、正己醇(6.09%)。

2.2 主要挥发性成分比较

对香花秋海棠鲜花、冰花、鲜叶的挥发性香气成分按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 香花秋海棠香气组分对比Fig. 1 Comparison of aroma constituents among Begonia handelii

经对比分析发现，香花秋海棠鲜花、冰花及其鲜叶共有的挥发性成分有2 类9 种，其中醇类有正己醇、1-辛烯-3-醇、3-辛醇、2-壬烯-1-醇、1-壬醇和芳樟醇6 种，杂环类有八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、环己硅氧烷3 种。鲜花和冰花共有挥发性成分有29 种，鲜花和鲜叶共有挥发性成分有17 种，冰花和鲜叶共有挥发性成分有10 种。

香花秋海棠鲜花、冰花及鲜叶的挥发性成分均以醇类化合物为主，其相对含量分别为65.10%、62.40%和75.28%。在共有的醇类挥发物中，1-辛烯-3-醇相对含量最高，且具有森林清香的气息，有蘑菇香气混合着薰衣草似的香韵[11]。冰花的芳樟醇和香叶醇相对含量均在10.00%以上，其中芳樟醇具有铃兰花香、木香[12]，是重要的化工原料，也是香水香精和日化香精中使用频率最高的香化物质[13]。香叶醇具有温和、甜的玫瑰花气息，广泛应用于药物、烟草、食品配料等领域[14]。鲜叶的顺-3-己烯醇和3-己烯-1-醇相对含量也均在10.00%以上，其中顺-3-己烯醇具有强烈新鲜的青叶香气；3-己烯-1-醇具有类似异戊醇的香味，用于制作高级香料，在浓度低的状态下有浓草香味，可用于特种香料生产[15]。

萜烯类和苯类化合物仅在香花秋海棠鲜花和冰花中检测到，鲜叶中未检测到。冰花的萜烯类化合物相对含量为14.55%，明显高于鲜花的4.57%。冰花中萜烯类化合物以β-蒎烯、双戊烯、(Z)-β-罗勒烯和β-月桂烯为主，这4 类成分的相对含量共占10.58%；鲜花中萜烯类化合物以β-蒎烯为主，相对含量为2.08%。β-蒎烯是重要的合成香料和香料中间体[16]；双戊烯具有柠檬香味；β-月桂烯具有青香、木香和果香[17]。在苯类化合物中，苯甲酰胺类化合物为鲜花和冰花的共有挥发性成分。

香花秋海棠冰花的醛类化合物相对含量为14.11%，明显高于鲜花和鲜叶的2.62%和 2.81%。己醛、苯甲醛、2-己烯醛和壬醛是冰花醛类化合物的主要成分。己醛具有生的油脂和青草气及苹果香味[18]；苯甲醛在室温下具有特殊的杏仁气味，广泛应用于药物、化妆品、香料等领域[19]；2-己烯醛具有明显的青草味[20]；壬醛具有强烈的油脂气息和甜橙香气，可用于调制香紫罗兰、玫瑰、橙花香味等香精[15]。鲜花和鲜叶中醛类化合物相对含量最高的成分分别是(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛和2-甲基-4-戊醛。

香花秋海棠鲜花、冰花和鲜叶的烯烃类化合物均为各自独有。3-辛酮为鲜花和鲜叶酮类化合物的主要成分，具有酮香、青香、蜡香、蔬菜香，并有蘑菇、干酪、水果的味道[21]，可用于调配蘑菇、奶酪等食用香精[22]。冰花的酮类化合物主要成分为茉莉酮，具有典型的茉莉花香[23]。鲜花、冰花和鲜叶共有的杂环类化合物为八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷和环己硅氧烷。氯甲酸正己酯为鲜花酯类化合物的主要成分，2-乙基己酯特戊酸酯为冰花酯类化合物的主要成分，三氯乙酸2-乙基己酯为鲜叶酯类化合物的独有成分。烷烃类化合物仅在鲜花和鲜叶中检测出。其他类化合物中二氧化碳是鲜花和鲜叶的主要成分，十二甲基二氢六硅氧烷为冰花的主要成分。

3 讨论与结论

不同的产地、生长环境和材料处理方式对植物挥发性物质有着重要影响[24]。黄华希等[25]指出，国内不同引种栽培生产区域的紫锥菊(Echinacea purpurea)挥发性成分也不相同，与国外的也相差甚远。李军集等[26]对白玉兰(Magnolia denudata)鲜花、干花、鲜叶及干叶进行分析，发现其挥发油化学成分与含量存在组分有无或含量高低的差异，推测其原因可能是样品处理过程中发生某种物质的挥发或转化。本文所研究的香花秋海棠挥发性成分同样与香花秋海棠挥发性成分差异甚大，与丁友芳等[27]测定的香花秋海棠雄花及其2 变种铺地秋海棠(B.handeliivar.prostrata)雌花和红毛香花秋海棠(B.handeliivar.rubropilosa)雄花挥发性香气成分比较发现，它们共有的挥发物有3 类13 种。其中，醇类有1-辛烯-3-醇、顺式芳樟醇氧化物(呋喃型)、反式芳樟醇氧化物(呋喃型)、芳樟醇、2,6-二甲基-5,7-辛二烯-2-醇等5 种，萜烯类有β-月桂烯、(E)- β-罗勒烯、(Z)- β-罗勒烯、γ-松油烯、异松油烯等5 种，醛类有苯甲醛、壬醛、2-(4-甲基-3-环己烯基)丙醛等3 种。文中香花秋海棠鲜花与丁友芳等[27]研究的香花秋海棠、铺地秋海棠和红毛香花秋海棠共有的挥发性物质分别为5 种、8 种和8 种；冰花与丁友芳等[27]研究的香花秋海棠、铺地秋海棠和红毛香花秋海棠共有的挥发性物质分别为5 种、10 种和9种。由此可见，冰花与铺地秋海棠的香味更为接近。

在研究中发现鲜花和冰花的成分和相对含量有差异，如鲜花和冰花分别鉴定出63 和65 种挥发性成分，共有的仅29 种，并且鲜花的主要挥发性物质为醇类、酮类、杂环类和萜烯类，而冰花的主要挥发性物质为醇类、萜烯类、醛类和杂环类。李晨辉等[28]研究表明，冷藏后的‘京白梨’(Pyrusussriensis‘Jingbaili’)果实香气物质种类减少，主要香气成分也有一定的变化，即低温贮藏改变了果实的主要香气成分含量。徐志珍等[29]研究发现，腊梅花在冷冻保存中前60 d 的主要香气成分变化不大，精油产率基本没有变化，但60 d 后精油产率有较大幅度降低，香气成分种类也有所减少。李程勋等[30]研究发现，不同冷藏时间的玫瑰花花水随着冷藏时间延长，花水香气成分数量先降低后增高。冷藏30 d的花水香气最佳，冷藏90 d 后花水有部分重要成分检测不到，香气不足，冷藏360 d 后花水香气成分发生较大变化。由此可推测，冷冻保存会改变花香成分及其含量，后续可进一步研究不同冷冻保存时间对香花秋海棠香气成分的影响，以确定适宜不同需求的冷冻保存时间。

秋海棠植物的一些挥发性物质具有抑菌效果。管开云等[31]对云南产16 种秋海棠属植物进行挥发物抗微生物活性实验，结果表明，有8 种秋海棠具有抗葡萄球菌活性，有3 种秋海棠具有较强的抗大肠杆菌活性，2 种秋海棠对白假丝酵母菌有抗性。本研究检测出香花秋海棠鲜花和鲜叶中具有抗炎、抑菌等作用的成分，如β-蒎烯具有抑菌、抗炎、抗氧化、镇咳、祛痰等作用[32—33]；芳樟醇具有镇痛、抗焦虑、抗菌、抗肿瘤等功效[34]；香叶醇具有抗菌[35]、消炎[36]等作用；橙花醛与香叶醛单独存在时对黄曲霉均有抗性，当两者混合后抗菌总活性与单体相比具有一定程度协同性[37]；冰片具有开窍醒神，清热止痛的功效，并有很强的抗菌作用[38]；樟脑具有一定的驱虫效果和较好的抑制霉菌生长的作用[39]。由此可见，在室内和室外栽种这一类秋海棠植物不仅能美化环境，还可以抑制空气中的致病菌，起到改善空气质量的效果[40]。

本研究表明，在香花秋海棠鲜花、冰花和鲜叶中共鉴定出114 种化合物。其中，鲜花鉴定出63 种化合物；冰花鉴定出 65 种化合物；鲜叶鉴定出35种化合物；其挥发性成分均以醇类为主。所测香花秋海棠挥发性成分与文献报道有差异，其原因可能是产地、生长环境、材料处理方式和检测条件等因素的不同引起的。比较鲜花和冰花的挥发性成分，表明冷冻保存会改变花香的成分及其含量；分析鲜花和鲜叶的挥发性成分，其中包含β-蒎烯、芳樟醇、香叶醇、橙花醛、香叶醛等成分具有抑菌的效果。本研究有助于了解自然状态和冷冻状态下香花秋海棠的挥发性成分，为其在花香育种、药用价值或香气物质等方面的开发应用提供参考。