香花秋海棠揮發(fā)性成分的GC-MS 分析

梁曉莉，王 寧，周志雄，王龍遠，吳 偉，郭 微*，郭樂東，吳 玲

(1. 仲愷農業(yè)工程學院園藝園林學院，廣東 廣州 510225；2. 廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520；3. 廣東省林業(yè)政務服務中心，廣東 廣州 510173)

秋海棠屬(Begonia)植物葉色斑紋豐富，葉形多樣，花色艷麗，可花葉兼賞，在國內外得到廣泛栽培應用。此外，秋海棠屬不少種類是我國少數民族的常用藥材，一些種類還具有食用、飲用或飼用價值，是一類具有較高研究價值的草本觀賞花卉[1—2]。目前關于秋海棠屬植物的研究主要集中在植物資源概況、引種保育、栽培養(yǎng)護、組培快繁和新種培育等方面[2—4]。在秋海棠育種目標中，更多注重于株形、葉色、葉形、花色、花形等性狀，針對秋海棠花香成分和育種的研究還較少報道[5—7]。在自然界中，僅有少部分秋海棠植物帶有花香。因此，收集、利用和研究現有的芳香秋海棠品種，對其花香成分進行分析，對秋海棠育種及其在農業(yè)、醫(yī)藥、香水化妝品等領域的應用具有重要意義[8]。

香花秋海棠(Begonia handelii)為芳香秋海棠種類之一，是多年生草本植物，雌雄異株，根狀莖，花被片淺粉紅色，花朵具清香，分布于云南、廣西、海南等地區(qū)，生于海拔150～850 m 熱帶雨林下陰濕溝谷或路邊斜坡[9]。其具有藥用價值，可全草入藥，具有清熱散瘀和消食健胃等功效[3]，可治療疥瘡癢痛[10]等。本研究采用頂空固相微萃取(HS-SPME)與氣相色譜-質譜(GC-MS)聯用技術對香花秋海棠的鮮花、冰花、鮮葉進行萃取、檢測，鑒定其揮發(fā)性成分，以期為芳香類秋海棠的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試香花秋海棠為云南金平原生種，后引種至廣東省廣州市綠脈花卉園林有限公司進行栽培保育。于盛花期采集生長良好、無病蟲害的雌花作為試樣，其中，冰花于2022 年3 月10 日采集，采后裝入密封袋置于-20 ℃冰箱冷凍保存21 d；鮮花于花瓣完全打開的第2～4 天采集；鮮葉為健康無病蟲害的新鮮葉片。

1.2 方法

1.2.1 頂空固相微萃取

稱取以上材料約1.0 g，剪碎，置于15 mL 頂空瓶中，封口，將樣品置于50 ℃條件下平衡10 min，將萃取頭插入頂空瓶中萃取30 min 后，置于氣相色譜-質譜聯用儀7890A-5975C (美國Agilent 公司)進樣口中解吸3 min。每個樣品重復3 次。

1.2.2 GC-MS 分析

氣相色譜條件：色譜柱HP-5MS (30 m × 0.25 mm ID × 0.25 μm 膜厚)，載氣為高純氦氣(99.999%)，進樣口溫度250 ℃，不分流進樣。程序升溫：起始溫度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。

質譜條件：電離方式EI；電子能量70 eV；傳輸線溫度250 ℃；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；掃描質量范圍35～500 amu。

1.2.3 定性與定量分析

采用NIST08.L 標準譜庫對所測成分進行檢索，依據質譜數據、相對保留時間并結合相關文獻進行定性分析。確定揮發(fā)性成分后，再依據總離子流各色譜峰平均峰面積，通過面積歸一化法計算各成分的相對百分含量。

2 結果與分析

2.1 主要揮發(fā)性成分組成

香花秋海棠鮮花、冰花及其鮮葉的揮發(fā)性成分共鑒定出114 種化合物，其中包括32 種醇類、18種萜烯類、17 種醛類、11 種烯烴類、10 種酮類、9種雜環(huán)類、4 種酯類、4 種烷烴類、3 種苯類及6 種其他類化合物(表1)。

表1 香花秋海棠鮮花、冰花和鮮葉的主要揮發(fā)性成分及相對含量Table 1 Main volatile components and relative contents of fresh flowers, frozen flowers and fresh leaves of Begonia handelii

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表

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香花秋海棠鮮花的揮發(fā)性成分有66 種，鑒定出63 種，其含量占總揮發(fā)性成分的99.76%，主要揮發(fā)性物質為醇類(65.10%，相對含量，下同)、酮類(10.16%)、雜環(huán)類(9.18%)。其中，相對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%)、香葉醇(4.97%)。

香花秋海棠冰花的揮發(fā)性成分有66 種，鑒定出65 種，其含量占總揮發(fā)性成分的99.45%，主要揮發(fā)性物質為醇類(62.40%)、萜烯類(14.55%)、醛類(14.11%)。其中，相對含量排在前五的化合物是1-辛烯-3-醇(20.78%)、芳樟醇(16.92%)、香葉醇(10.84%)、己醛(6.69%)、β-蒎烯(4.16%)。

香花秋海棠鮮葉的揮發(fā)性成分有36 種，鑒定出35 種，其含量占總揮發(fā)性成分的99.98%，主要揮發(fā)性物質為醇類(75.28%)、雜環(huán)類(12.38%)。其中，相對含量排在前五的化合物是1-辛烯-3-醇(25.32%)、順-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 主要揮發(fā)性成分比較

對香花秋海棠鮮花、冰花、鮮葉的揮發(fā)性香氣成分按不同種類化合物進行比較，結果表明三者存在明顯差異(圖1)。

圖1 香花秋海棠香氣組分對比Fig. 1 Comparison of aroma constituents among Begonia handelii

經對比分析發(fā)現，香花秋海棠鮮花、冰花及其鮮葉共有的揮發(fā)性成分有2 類9 種，其中醇類有正己醇、1-辛烯-3-醇、3-辛醇、2-壬烯-1-醇、1-壬醇和芳樟醇6 種，雜環(huán)類有八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷、環(huán)己硅氧烷3 種。鮮花和冰花共有揮發(fā)性成分有29 種，鮮花和鮮葉共有揮發(fā)性成分有17 種，冰花和鮮葉共有揮發(fā)性成分有10 種。

香花秋海棠鮮花、冰花及鮮葉的揮發(fā)性成分均以醇類化合物為主，其相對含量分別為65.10%、62.40%和75.28%。在共有的醇類揮發(fā)物中，1-辛烯-3-醇相對含量最高，且具有森林清香的氣息，有蘑菇香氣混合著薰衣草似的香韻[11]。冰花的芳樟醇和香葉醇相對含量均在10.00%以上，其中芳樟醇具有鈴蘭花香、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頻率最高的香化物質[13]。香葉醇具有溫和、甜的玫瑰花氣息，廣泛應用于藥物、煙草、食品配料等領域[14]。鮮葉的順-3-己烯醇和3-己烯-1-醇相對含量也均在10.00%以上，其中順-3-己烯醇具有強烈新鮮的青葉香氣；3-己烯-1-醇具有類似異戊醇的香味，用于制作高級香料，在濃度低的狀態(tài)下有濃草香味，可用于特種香料生產[15]。

萜烯類和苯類化合物僅在香花秋海棠鮮花和冰花中檢測到，鮮葉中未檢測到。冰花的萜烯類化合物相對含量為14.55%，明顯高于鮮花的4.57%。冰花中萜烯類化合物以β-蒎烯、雙戊烯、(Z)-β-羅勒烯和β-月桂烯為主，這4 類成分的相對含量共占10.58%；鮮花中萜烯類化合物以β-蒎烯為主，相對含量為2.08%。β-蒎烯是重要的合成香料和香料中間體[16]；雙戊烯具有檸檬香味；β-月桂烯具有青香、木香和果香[17]。在苯類化合物中，苯甲酰胺類化合物為鮮花和冰花的共有揮發(fā)性成分。

香花秋海棠冰花的醛類化合物相對含量為14.11%，明顯高于鮮花和鮮葉的2.62%和 2.81%。己醛、苯甲醛、2-己烯醛和壬醛是冰花醛類化合物的主要成分。己醛具有生的油脂和青草氣及蘋果香味[18]；苯甲醛在室溫下具有特殊的杏仁氣味，廣泛應用于藥物、化妝品、香料等領域[19]；2-己烯醛具有明顯的青草味[20]；壬醛具有強烈的油脂氣息和甜橙香氣，可用于調制香紫羅蘭、玫瑰、橙花香味等香精[15]。鮮花和鮮葉中醛類化合物相對含量最高的成分分別是(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛和2-甲基-4-戊醛。

香花秋海棠鮮花、冰花和鮮葉的烯烴類化合物均為各自獨有。3-辛酮為鮮花和鮮葉酮類化合物的主要成分，具有酮香、青香、蠟香、蔬菜香，并有蘑菇、干酪、水果的味道[21]，可用于調配蘑菇、奶酪等食用香精[22]。冰花的酮類化合物主要成分為茉莉酮，具有典型的茉莉花香[23]。鮮花、冰花和鮮葉共有的雜環(huán)類化合物為八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷和環(huán)己硅氧烷。氯甲酸正己酯為鮮花酯類化合物的主要成分，2-乙基己酯特戊酸酯為冰花酯類化合物的主要成分，三氯乙酸2-乙基己酯為鮮葉酯類化合物的獨有成分。烷烴類化合物僅在鮮花和鮮葉中檢測出。其他類化合物中二氧化碳是鮮花和鮮葉的主要成分，十二甲基二氫六硅氧烷為冰花的主要成分。

3 討論與結論

不同的產地、生長環(huán)境和材料處理方式對植物揮發(fā)性物質有著重要影響[24]。黃華希等[25]指出，國內不同引種栽培生產區(qū)域的紫錐菊(Echinacea purpurea)揮發(fā)性成分也不相同，與國外的也相差甚遠。李軍集等[26]對白玉蘭(Magnolia denudata)鮮花、干花、鮮葉及干葉進行分析，發(fā)現其揮發(fā)油化學成分與含量存在組分有無或含量高低的差異，推測其原因可能是樣品處理過程中發(fā)生某種物質的揮發(fā)或轉化。本文所研究的香花秋海棠揮發(fā)性成分同樣與香花秋海棠揮發(fā)性成分差異甚大，與丁友芳等[27]測定的香花秋海棠雄花及其2 變種鋪地秋海棠(B.handeliivar.prostrata)雌花和紅毛香花秋海棠(B.handeliivar.rubropilosa)雄花揮發(fā)性香氣成分比較發(fā)現，它們共有的揮發(fā)物有3 類13 種。其中，醇類有1-辛烯-3-醇、順式芳樟醇氧化物(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 種，萜烯類有β-月桂烯、(E)- β-羅勒烯、(Z)- β-羅勒烯、γ-松油烯、異松油烯等5 種，醛類有苯甲醛、壬醛、2-(4-甲基-3-環(huán)己烯基)丙醛等3 種。文中香花秋海棠鮮花與丁友芳等[27]研究的香花秋海棠、鋪地秋海棠和紅毛香花秋海棠共有的揮發(fā)性物質分別為5 種、8 種和8 種；冰花與丁友芳等[27]研究的香花秋海棠、鋪地秋海棠和紅毛香花秋海棠共有的揮發(fā)性物質分別為5 種、10 種和9種。由此可見，冰花與鋪地秋海棠的香味更為接近。

在研究中發(fā)現鮮花和冰花的成分和相對含量有差異，如鮮花和冰花分別鑒定出63 和65 種揮發(fā)性成分，共有的僅29 種，并且鮮花的主要揮發(fā)性物質為醇類、酮類、雜環(huán)類和萜烯類，而冰花的主要揮發(fā)性物質為醇類、萜烯類、醛類和雜環(huán)類。李晨輝等[28]研究表明，冷藏后的‘京白梨’(Pyrusussriensis‘Jingbaili’)果實香氣物質種類減少，主要香氣成分也有一定的變化，即低溫貯藏改變了果實的主要香氣成分含量。徐志珍等[29]研究發(fā)現，臘梅花在冷凍保存中前60 d 的主要香氣成分變化不大，精油產率基本沒有變化，但60 d 后精油產率有較大幅度降低，香氣成分種類也有所減少。李程勛等[30]研究發(fā)現，不同冷藏時間的玫瑰花花水隨著冷藏時間延長，花水香氣成分數量先降低后增高。冷藏30 d的花水香氣最佳，冷藏90 d 后花水有部分重要成分檢測不到，香氣不足，冷藏360 d 后花水香氣成分發(fā)生較大變化。由此可推測，冷凍保存會改變花香成分及其含量，后續(xù)可進一步研究不同冷凍保存時間對香花秋海棠香氣成分的影響，以確定適宜不同需求的冷凍保存時間。

秋海棠植物的一些揮發(fā)性物質具有抑菌效果。管開云等[31]對云南產16 種秋海棠屬植物進行揮發(fā)物抗微生物活性實驗，結果表明，有8 種秋海棠具有抗葡萄球菌活性，有3 種秋海棠具有較強的抗大腸桿菌活性，2 種秋海棠對白假絲酵母菌有抗性。本研究檢測出香花秋海棠鮮花和鮮葉中具有抗炎、抑菌等作用的成分，如β-蒎烯具有抑菌、抗炎、抗氧化、鎮(zhèn)咳、祛痰等作用[32—33]；芳樟醇具有鎮(zhèn)痛、抗焦慮、抗菌、抗腫瘤等功效[34]；香葉醇具有抗菌[35]、消炎[36]等作用；橙花醛與香葉醛單獨存在時對黃曲霉均有抗性，當兩者混合后抗菌總活性與單體相比具有一定程度協(xié)同性[37]；冰片具有開竅醒神，清熱止痛的功效，并有很強的抗菌作用[38]；樟腦具有一定的驅蟲效果和較好的抑制霉菌生長的作用[39]。由此可見，在室內和室外栽種這一類秋海棠植物不僅能美化環(huán)境，還可以抑制空氣中的致病菌，起到改善空氣質量的效果[40]。

本研究表明，在香花秋海棠鮮花、冰花和鮮葉中共鑒定出114 種化合物。其中，鮮花鑒定出63 種化合物；冰花鑒定出 65 種化合物；鮮葉鑒定出35種化合物；其揮發(fā)性成分均以醇類為主。所測香花秋海棠揮發(fā)性成分與文獻報道有差異，其原因可能是產地、生長環(huán)境、材料處理方式和檢測條件等因素的不同引起的。比較鮮花和冰花的揮發(fā)性成分，表明冷凍保存會改變花香的成分及其含量；分析鮮花和鮮葉的揮發(fā)性成分，其中包含β-蒎烯、芳樟醇、香葉醇、橙花醛、香葉醛等成分具有抑菌的效果。本研究有助于了解自然狀態(tài)和冷凍狀態(tài)下香花秋海棠的揮發(fā)性成分，為其在花香育種、藥用價值或香氣物質等方面的開發(fā)應用提供參考。