5 个蜡梅品种花朵挥发性成分的PY-GC-MS 分析及应用*

周宁智 颜玉娟 许秀环 许 琳 曾倩玉

1 中南林业科技大学风景园林学院 长沙 410004

2 湖南省自然保护地风景资源大数据工程技术研究中心 长沙 410004

3 湖北省林业科学研究院 武汉 430075

4 华南理工大学化学与化工学院 广州 510640

5 炎陵桃源洞自然保护区管理局 湖南株洲 412500

近年来， 随着 “美丽中国” “森林康养” “园艺疗法” 等概念的提出， 芳香植物作为常见的城市绿化植物种类逐渐受到重视。 芳香植物不仅能营造优美的景观， 还能发挥抗菌抑菌、 净化空气、改善人体健康等功效[1-2]。

蜡梅 (Chimonanthus praecox(L.) Link) 是我国特产观花灌木或小乔木， 野生种与栽培种数量繁多， 花香浓郁， 色泽金黄， 花期长久， 属园林植物资源中的精粹。 但目前蜡梅产业深度开发尚有欠缺， 产品形态相对单一， 产品附加值低， 应用时未考虑品种差异性[3-4]。 国内外关于蜡梅花挥发物的研究主要集中在成分鉴定与分析[5-15]方面， 其中多以蒸馏 (SDE)、 顶空-固相微萃取(HS-SPME) 为收集方法， 再结合气质联用 (GC-MS) 技术对所收集成分进行检测， 但是在选材时常忽略品种差异， 缺乏针对性的应用研究。

本文首次采用裂解-气相色谱-质谱(PY-GCMS) 技 术， 对 ‘黄 龙 潭’ (Chimonanthus praecox‘Huanglongtan’)、‘睫毛’(C.praecox‘Jiemao’)、‘淡冰玉’(C.praecox‘Danbingyu’)、‘长被素心’(C.praecox‘Changbei Suxin’)和‘金丝黄蕾’(C.praecox‘Jinsi Huanglei’)5 个气味差异明显的蜡梅品种进行挥发性成分的测定与分析， 探讨各品种的经济价值，为不同品种的蜡梅在园林中的科学应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

参考王淼博[16]的蜡梅品种分类方法， 选取气味差异明显的 ‘黄龙潭’ (浓臭味)、 ‘睫毛’ (臭味)、‘金丝黄蕾’ (甜香)、 ‘长被素心’ (浓香) 和 ‘淡冰玉’ (淡臭味) 5 种蜡梅的花朵为研究对象， 其中， 前三者于2021 年1 月12 日上午采自株洲市神农公园内， 后两者于2021 年1 月13 日上午采自长沙市中南林业科技大学校园内。 采收时用镊子将花朵摘下， 放入保鲜冰盒暂时储存， 将其带回实验室后保存于0 ℃冷藏柜以备第2 天实验用； 校园内的样品现采现做实验。 每个品种采样3～5 朵。

1.2 实验方法

本研究采用裂解-气相色谱-质谱法 (PY-GC-MS) 测定蜡梅花朵中的芳香成分: 首先用镊子将蜡梅花朵从冰盒中取出， 捣碎花瓣后放入石英管内， 随即置于裂解装置中迅速控温加热， 最后将产物输送至色谱柱经GC-MS 分析鉴定。

1) 裂解条件。 使用CDS Pyroprobe 5000 Series Model 5200 型裂解仪 (美国 CDS 公司)， 裂解温度300 ℃， 升温速率 20 ℃ ·ms-1， 裂解时间为 15 s，裂解产物传输管路和进样阀的温度都设置为250℃。

2) 色谱条件。 色谱柱为 TR-5MS 毛细柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，载气流速1.0 ml·min-1，氦气(99.999%)。 柱箱温度:40 ℃保持 2 min，然后以5 ℃·min-1的升温速率升到120 ℃，再以10 ℃·min-1的升温速率升到230 ℃并保持10 min。 采用分流模式分流比 1 ∶60，分流速率50 ml·min-1。

3) 质谱条件。 离子源EI， 电子轰击电压70 ev，离子源温度为280 ℃， 扫描范围为33～500 amu。

经计算机谱库NIST 质谱库检索， 并结合人工图谱和文献资料， 定性分析挥发物成分； 按峰面积归一化法计算各成分相对质量百分含量。

2 结果与分析

2.1 挥发性成分总体分析

通过挥发性物质总离子流图中每一挥发性成分的峰面积，使用归一化法进行定量分析，测得不同蜡梅品种花朵中各挥发性成分的相对含量，并根据NIST质谱库进行成分鉴定。 结果表明(表1、表2)，5 个蜡梅品种共检测出77 种挥发性成分，包括酮类11 种，醇类10 种，酯类、萜烯类和醛类各8 种，酚类7 种，酸类5种，醚类、胺类与杂环类化合物各4 种，生物碱2 种，烷烃1 种以及其他5 种物质。 5 个蜡梅品种均含酮类、醇类、酚类、酸类和杂环类化合物，其中醇类和酸类物质的相对含量普遍较高。

表2 5 个蜡梅品种主要挥发成分类别的相对含量及种类数

从表1 可知， 5 个蜡梅品种共有的挥发性物质只有糠醇和2-甲氧基-4-乙烯基苯酚， 前者的气味特征为特殊苦辣气味， 后者呈强烈香辛料、 丁香和发酵似香气， 略带甜味。 由于这2 种成分在各品种中的相对含量都不高， 所以差别并不大。此外， ‘睫毛’ ‘淡冰玉’ ‘长被素心’ 和 ‘金丝黄蕾’ 4 个品种都含有苯甲醇和乙酸， 其中， 乙酸在这4 个品种中都有着显著较高的相对含量，苯甲醇在 ‘淡冰玉’ ‘长被素心’ 和 ‘金丝黄蕾’这3 个品种中有着显著较高的相对含量。 ‘黄龙潭’ ‘睫毛’ ‘淡冰玉’ 和 ‘长被素心’ 4 个品种中都含有十六酸。 据此可推测， 糠醇、 苯甲醇、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、 乙酸和十六酸这5 种物质是蜡梅的基本香气特征成分。

2.2 挥发性成分差异分析

从表1、 表2 可知， 不同蜡梅品种的挥发性成分差异十分明显。

‘黄龙潭’ 共检测出26 种挥发性成分， 占总峰面积的67.84%。 主要成分为醛类和醇类， 酚类含量较低， 酸类物质则明显低于其他品种， 并且未检测到杂环类芳香物质、 胺类物质、 苯甲醇和乙酸， 与其他品种差异非常大。 其他成分中， 松柏醛气味特殊 (相对含量占22.33%)， 3-呋喃甲醇具有特殊的苦辣气味 (占5.02%)， 5-羟甲基糠醛占7%， 这3 种特征成分不仅相对含量高， 且均是 ‘黄龙潭’ 品种特有。 此外， 还特有麦芽酚、香草醛、 丁香醛等。 这些因素可能是 ‘黄龙潭’气味与众不同且具有浓臭味的原因。

‘睫毛’ 共检测出27 种挥发性成分， 占总峰面积的57.70%。 主要成分为醇类、 酸类、 酮类，未检测出酯类物质。 各种挥发性物质中马鞭草烯醇、 乙酸相对含量较高， 特有 3， 7-二甲基-1， 5，7-辛三烯-3-醇及蚁酸等成分。

‘淡冰玉’ 共检测出27 种挥发性成分， 占总峰面积的61.32%。 主要成分为醇类、 酸类和杂环类。 各挥发性物质中苯甲醇、 乙酸相对含量较高，特有 (Z， E) -α-金合欢烯和 γ-桉叶醇等。 ‘淡冰玉’ 和 ‘睫毛’ 气味较相似， 多种特征成分含量相近， 如糠醇的相对含量分别为1.03%和1.05%，2-甲氧基-4-乙烯基苯酚的相对含量分别为4.98%和4.96%， 乙酸的相对含量分别为 5.93% 和6.76%等。 此外， ‘淡冰玉’ 和 ‘睫毛’ 共同含有其他品种不含的角鲨烯和马鞭草烯醇。

‘长被素心’ 香气浓郁， 共检测出33 种挥发性成分， 种类最多， 总相对含量也最高， 占总峰面积的82.41%。 主要成分为酸类、 醇类、 酮类和胺类。 各挥发性物质中乙酸及 à， à， 4， 8-四甲基-3， 7-环十二烯-1-甲醇相对含量较高， 特有芳樟醇、 水杨酸甲酯、 乙酸香叶酯和苯甲酸苄酯等。

‘金丝黄蕾’ 共检测出28 种挥发性成分， 占总峰面积的72.06%。 主要成分为醇类、 酸类、 酚类和酮类。 各挥发性物质中苯甲醇、 乙酸、 咖啡因相对含量较高， 特有烯丙基苄基醚、 α-金合欢烯等。

3 讨论

3.1 不同蜡梅品种的应用探讨

现代医学研究者们认为， 嗅神经是大脑延出的第一对脑神经， 有效成分可经由呼吸迅速进入血液； 还可以通过皮肤、 嘴等途径吸收作用于体内[17]。 如何根据不同蜡梅品种为人与环境带来的主观体验感受与客观功能效果， 将其合理应用于不同领域中， 进而发挥更大的价值， 值得深入研究。 因此本研究结合现有资料针对不同蜡梅品种的气味进行差异分析， 进而提出 “个性化” 的应用方式。

3.1.1 绿地应用

绿地应用中主要根据蜡梅的花期与形态进行植物配置， 其花香也常作为考量因素， 但由于不同挥发性成分对人体产生的影响不尽相同， 所以有必要针对不同品种进行区别应用， 以趋利避害。

‘黄龙潭’ 含有相对含量高达22.33%的松柏醛， 该化合物具有镇静、 消炎、 祛痰、 平喘等作用， 最新专利还指出其可用于预防和治疗神经退行性病变[18]， 且保健功效较强。 但由于该品种同时含有较高的3-呋喃甲醇、 5-羟甲基糠醛等刺激性气味成分， 易造成不适的嗅觉体验， 所以不宜大量应用于观赏园林当中， 更适用于药草园林、保健园、 康养区或医疗机构附属绿地等， 应以其医疗保健功能为重点导向开发。

‘长被素心’ 的挥发性成分多达33 种， 明显高于其他品种， 芳香十足。 其含有9.73%的乙酸，有很好的杀菌保健作用， 还含有可用于治疗小细胞肺癌和卵巢癌的N-甲苯胺盐酸， 以及可做利胆药的 4′-羟基-苯乙酮等成分。 ‘长被素心’ 可同时兼顾嗅觉、 视觉体验与保健功能， 属极佳的园林品种。 但由于其香气过于浓郁， 不宜密植， 可种植在宽阔的草坪、 场所入口、 庭院等， 或用作独赏树种； 还可用于保健园、 康养区、 医院附属绿地等场所， 发挥其保健功效。

‘金丝黄蕾’ 的挥发性成分种类与相对含量仅次于 ‘长被素心’， 含有11.1%的具芳香气味的苯甲醇与8.55%的具有保健功能的乙酸等。 其甜香怡人、 浓淡适中， 是较好的绿地景观应用品种。 可列植、 丛植、 群植或规模化片植形成蜡梅林， 让人们持续地沐浴于蜡梅的芳香之中愉悦身心。

‘淡冰玉’ 和 ‘睫毛’ 的挥发性成分中未发现相对含量较高的功能性物质或有害化合物， 且两者都含有不同程度的刺激气味， 无明显应用优势， 可用于种质资源研究， 或用作普通绿化树种。

3.1.2 鲜切花应用

鲜切花的品种选用主要根据其保鲜能力、 枝叶姿态、 花朵形态与气味。 如果以主观嗅觉体验感优先， 则应选用芳香怡人的品种， 如浓香的‘长被素心’ 和甜香的 ‘金丝黄蕾’。 这二者还可依据形态角度进一步区别， ‘长被素心’ 为素心品种， 色泽浅黄素雅， 晶莹剔亮； ‘金丝黄蕾’属晕心品种， 黄花瓣内嵌有紫色晕纹， 是另一番风趣与雅致。

3.1.3 香精香料产业

蜡梅香精在国际市场上有着不可估量的市场前景。 大量特征香味成分的鉴定， 为香料合成工业提供了模型化合物。 蜡梅属先花后叶树种， 病虫害少且无刺， 便于机器采摘， 与生产成本80%都来自人工采摘的玫瑰精油相比[3]， 蜡梅香精有很大的利润空间。

5 个品种的化学分析结果表明， 糠醇、 苯甲醇、 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、 乙酸和十六酸为蜡梅的基本香气特征成分， 可加入蜡梅香精的调配参考。 ‘长被素心’ 含有丰富的挥发成分， 既可直接用作提取香精的原料， 还可展开对该品种的研究， 通过鉴定出更多特征成分等方式， 进一步贡献于蜡梅香料合成工业。 此外， 由于该品种香气强烈， 利于制茶时茶叶对香气的吸附， 可在盛花期时作为蜡梅花茶的加工品种。

3.1.4 药物开发

蜡梅药理研究多集中于非挥发性物质。 但本研究在 ‘黄龙潭’ 当中测得相对含量高达22.33%的松柏醛， 为该品种特有的成分。 董雅琼等[18]研究表明， 松柏醛可用于预防和治疗神经退行性病变， 是制备预防和治疗神经退行性病变阿尔兹海默症的药物或保健食品的原材料之一。 据此， ‘黄龙潭’ 具有一定的医药开发潜力， 可作为人类保健植物进行重点开发与利用。

3.2 展望

本研究鉴定出蜡梅的基本香气特征成分为糠醇、 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、 苯甲醇、 乙酸和十六酸， 与前人研究结果有较大差异[5-15]。 这可能与蜡梅的品种差异、 发育阶段、 环境条件、 采摘时间、 实验材料的处理、 挥发物收集手段以及成分分析仪器的不同等因素有关。

PY-GC-MS 作为一种新型检测技术在许多领域得到了推广， 包括应用于沸点相对较低化合物的分离[19-22]。 与传统萃取法相比， 可直接进样而无需原料预处理， 更便捷并避免了与溶剂反应，热分离后挥发组分直接经检测鉴定， 重现性高。但由于是首次运用于蜡梅， 目前关于蜡梅裂解组分的研究还存在空缺， 对裂解过程中不同温度及其他参数的优化还有待进一步考究。

由于实验条件的限制， 本次实验仅测得各挥发物的相对含量， 无法确定各成分的浓度和香气值 (浓度/嗅觉阈值)[23]， 未来有待在更成熟的实验条件下进一步研究， 依据香气值大小更准确地判断不同成分对样品整体芳香的贡献。

4 结论

蜡梅花香馥郁， 含有丰富的芳香物质。 5 个蜡梅品种共检测出77 种挥发性成分， 主要以醇类和酮类种类最多， 醇类和酸类含量最高， 基本香气特征成分为糠醇、 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、 苯甲醇、 乙酸和十六酸。 不同品种所挥发成分在种类、 相对含量和相互比例上的不同均可能是导致品种间气味差异大的原因。 据此， 在城市绿化、鲜切花、 香精香料、 医药开发等方面针对5 个品种各自特点提出了 “个性化” 应用方式， 且筛选出 ‘黄龙潭’ 和 ‘长被素心’ 2 个极具开发潜力的品种。 在 ‘黄龙潭’ 中发现了松柏醛这一亮点成分， 可以将其高医疗保健价值作为主导开发方向； ‘长被素心’ 香气特征成分种类多、 含量高，是一极佳的绿地应用品种， 并具有鲜切花、 香精、花茶等方面的深度开发潜质。