三种丁香花精油的挥发性成分比较分析

杨飞芸 杨森 王少华 黎光 李涛 王瑞刚

引用本文: 杨飞芸, 杨森, 王少华, 黎光, 李涛, 王瑞刚. 三种丁香花精油的挥发性成分比较分析[J]. 化学通报, 2019, 82(11): 1038-1042. shu
Citation:  Yang Feiyun, Yang Sen, Wang Shaohua, Li Guang, Li Tao, Wang Ruigang. Comparative Analysis of Volatile Components of Three Cloves Essential Oil[J]. Chemistry, 2019, 82(11): 1038-1042. shu

三种丁香花精油的挥发性成分比较分析

    通讯作者: 王瑞刚, E-mail:ruigangwang@126.com
  • 基金项目:

    内蒙古自治区科技计划项目(201802083)和呼和浩特市科技计划项目重大专项(2017-社-重-4)资助

摘要: 为了解紫丁香、白丁香和红丁香花蕾精油样品挥发性成分的差异,采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析了三种丁香花精油样品的挥发性成分,并对三者的挥发性成分进行了主成分分析和聚类分析。结果从紫丁香、白丁香和红丁香精油中分别解析出46、64和56种挥发性物质,包括烷烃类、酯类、醇类、酮类、烯烃类、酚类、有机酸等,其中共有的挥发性成分为9种。三种丁香花精油样品的挥发性成分比较分析显示,酯类是含量最高的挥发性成分,其次是烷烃类,并且这两类物质在不同品种的丁香花精油中含量不同。统计分析结果表明三种样品的挥发性成分之间没有明显差别。本研究为增加丁香花精油的应用范围提供了理论依据。

English

  • 丁香是丁香属(Syringa)小乔木或落叶灌木[1],其花形优美、花色淡雅、花香浓郁。中国作为栽培的起源地之一,丁香种类多,种植面积广,目前,丁香已成为多地大量栽培的重要园林绿化、景观设计树种[2]。作为呼和浩特市市花,丁香种植面积正逐年扩大,种类日渐增多,紫丁香、白丁香和红丁香等均有大量种植[3]。除供人们观赏之外,丁香花精油还具有消炎、抗病毒、抗氧化等作用[2]。丁香花泛指丁香属所有植物的花卉,作为无污染、无公害的植物香料,目前已受到食品、化妆品、医药等领域的广泛关注[4, 5]

    丁香花的主要活性成分存在于丁香花蕾挥发油中,即丁香花精油。丁香花精油可采用有机溶剂提取、萃取、蒸馏、微波等多种不同手段制取[6~8]。大量研究表明丁香花精油具有较强的抗菌[9, 10]、消炎[11, 12]、清除自由基[13, 14]及抗肿瘤[15]等功效,可用于治疗心脑血管、呼吸系统、消化系统等疾病[16]。丁香花精油对食品中常见的腐败菌和产毒素菌的生长有不同程度的抑制作用[17],抗菌谱广。因此,丁香花精油可作为天然来源的防腐剂用在多种食品的防腐保鲜中[18, 19]

    对丁香花精油挥发性成分的研究表明,不同品种的丁香花精油其挥发性成分的组成和含量不同,因此,其生物活性、功能可能不同[20]。基于此,比较分析不同品种丁香花精油的成分,明确其生物活性,对于丁香花精油的进一步开发应用具有重要意义。本研究采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)对紫丁香、白丁香和红丁香花蕾精油样品的挥发性成分进行了检测、分析、比较,并结合主成分分析(Principal component analysis,PCA)和聚类分析(Hierarchical cluster analysis,HCA)进行了统计分析,为确定丁香花精油的成分、明确其功能特性及其精油产业应用提供依据。

    紫丁香、白丁香、红丁香花蕾采自内蒙古农业大学校园。丁香花蕾摘下,置于干燥阴凉处晾干,密封于封口袋中,4℃保存备用。所用试剂均为市售分析纯级。

    超声波破碎仪(美国SONICS公司);常温离心机(德国Eppendorf公司);Trace DSQ Ⅱ气相色谱-质谱联用仪(美国Thermo公司)。

    1.2.1   样品前处理

    将晾干的丁香花蕾使用粉碎机粉碎后,过60目筛。准确称取5.000g丁香花蕾粉末于锥形瓶中,按料液比1:20加入石油醚浸泡32h。浸泡完成后采用超声波辅助提取:超声频率60kHz,超声时间45min(2次)。后以5000r/min离心5min,取上清液进行抽滤。将滤液置于旋转蒸发仪中浓缩,用锡纸将茄形瓶包裹,敞口置于干燥通风处至溶剂完全挥发,瓶中的油状物即为丁香花精油[21]

    1.2.2   色谱条件

    色谱柱:TR-5MS石英毛细管柱(30m×0.25mm,0.25μm);载气(He)流速1mL/min;进样方式:分流进样;进样体积1.0μL;分流比40:1;进样口温度300℃。(1)紫丁香精油的升温程序:初始温度60℃,保持0min,以8℃/min升到230℃,保持0min,以5℃/min升到240℃,保持0min,以4℃/min升到280℃,保持5min,以4℃/min升到290℃,保持5min,以4℃/min升到300℃,保持5min。(2)白丁香精油的升温程序:初始温度60℃,保持0min,以4℃/min升到180℃,保持0min,以10℃/min升到210℃,保持0min,以4℃/min升到240℃,保持0min,以2℃/min升到270℃,保持0min,以4℃/min升到280℃,保持5min,以4℃/min升到290℃,保持5min,以3℃/min升到300℃,保持5min。(3)红丁香精油的升温程序:初始温度60℃,保持0min,以6℃/min升到180℃,保持0min,以5℃/min升到250℃,保持0min,以2℃/min升到270℃,保持5min,以3℃/min升到280℃,保持5min,以3℃/min升到290℃,保持5min,以4℃/min升到300℃,保持5min。

    1.2.3   质谱条件

    EI离子源;电子能量70eV;单四级杆质量分析器;传输线温度250℃;离子源温度250℃;全扫描方式,扫描范围m/z1~500。

    根据NIST 2.0标准谱图库对三种丁香花蕾精油中各挥发性成分进行检索并比对,选择匹配度大于800(最大值为1000)的鉴定结果予以确认,结合人工解析对各挥发性成分进行定性;采用面积归一法计算丁香花蕾精油中各挥发性成分的相对含量(挥发性化合物的峰面积占总的挥发性风味物质的峰面积的百分比表示)[22]。显著性分析采用Excel软件处理,主成分分析采用R语言处理,聚类分析采用Heml软件处理。

    紫丁香精油中解析出46种挥发性物质,其中烷烃类18种,酯类10种,醇类7种,酮类3种,烯烃类3种,其他5种。白丁香精油中解析出64种挥发性物质,其中烷烃类27种,酯类15种,醇类5种,酮类4种,烯烃类5种,酚类2种,其他6种。红丁香精油中解析出56种挥发性物质,其中烷烃类14种,酯类22种,醇类5种,酮类2种,烯烃类6种,有机酸4种,其他3种。紫丁香、白丁香和红丁香的挥发性物质含量呈现出较大差异。

    分析图 1可知,酯类和烷烃类化合物所占比例较高,其次为醇类,三者分别占所测样品挥发性成分的80.51%、72.39%和52.56%。酯类化合物在白丁香精油中所占比例最大为42.92%,在红丁香精油中所占比例最低为27.18%;酯类化合物中以十八烯酸甲酯和亚油酸甲酯所占比例较大。三个样品中烷烃类化合物所占比例分别为30.18%、25.72%和21.11%。有报道称丁香花精油的香味与高级烷烃的存在有关[23],并且其含量较高。醇类化合物在紫丁香精油中所占比例最大,为11.59%;在白丁香中所占比例最低,为3.75%。醇类化合物中以谷甾醇所占比例最大。酮类、烯烃类、酚类、有机酸类以及其他类化合物虽占挥发性成分总量比例相对较小,但对丁香花精油香气形成同样起着重要作用[24]

    图 1

    图 1.  三种丁香花精油挥发性成分种类比较
    Figure 1.  Comparison of volatile components in cloves essential oil

    采用GC-MS对紫丁香、白丁香和红丁香花精油样品的挥发性成分进行了测定,得到三种丁香花精油样品的GC-MS总离子流图,见图 2。将得到的色谱峰在NIST 2.0标准谱图库检索,对三种丁香花精油样品中相对含量大于0.1%的挥发性物质进行解析。紫丁香精油中解析出46种挥发性物质,白丁香精油中解析出64种,红丁香精油中解析出56种。

    图 2

    图 2.  丁香花精油挥发性成分总离子流图

    (A)紫丁香精油;(B)白丁香精油;(C)红丁香精油

    Figure 2.  Total ion current chromatograms of volatile components in cloves essential oil

    三种丁香花精油样品中共有的挥发性物质为9种,包括烷烃4种,酯类2种,酚类1种,烯烃1种,醇类1种。共有成分中含量较高的为二十一烷、二十四烷、四十四烷、硬脂酸甲酯和谷甾醇5种(见表 1)。研究结果显示,这三种丁香花精油的9种共有挥发性物质相对含量不尽相同:紫丁香、白丁香和红丁香精油中含量最高的物质分别为二十四烷、二十一烷和四十四烷。紫丁香精油中十四烷、二十四烷和谷甾醇含量高于另外两种;白丁香精油中二十一烷、硬脂酸甲酯和乙酸酯类化合物含量最高;红丁香精油中四十四烷和天然维生素E含量最高。

    表 1

    表 1  三种丁香花精油的共有挥发性成分及相对含量
    Table 1.  Contents of common volatile compounds in three cloves essential oil
    下载: 导出CSV
    挥发性成分 分子式 相对含量/%
    十四烷 C14H30 0.41 0.35 0.34
    二十一烷 C21H44 2.67 5 4.58
    二十四烷 C24H50 6.2 1.27 0.1
    四十四烷 C44H90 3.53 1.1 8.75
    硬脂酸甲酯 C19H38O2 1 1.83 0.94
    乙酸酯类化合物1 C30H44O11 0.22 1.79 0.36
    天然维生素E C29H50O2 0.76 0.22 1.39
    三十五碳-17-烯 C35H70 0.25 0.25 0.2
    β-谷甾醇 C29H50O 3.49 2.3 2.37
    三甲基环己烷 C9H18 0.28 1.42 -
    癸烷 C10H22 0.19 0.31 -
    十六烷基环硅氧烷 C16H50O7Si8 3.38 0.31 -
    己基十七烷 C23H48 0.21 0.21 -
    亚油酸甲酯 C19H33O2 8.56 10.89 -
    乙酸羽扇醇酯 C32H52O2 0.88 0.58 -
    烯酮类化合物2 C26H34O11 0.31 0.34 -
    桦木醇 C30H50O2 1.75 0.79 -
    十二烷 C12H26 0.41 - 0.14
    棕榈油酸甲酯 C17H32O2 0.20 - 0.46
    邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯 C16H22O4 0.23 - 0.14
    顺式-6-十八烯酸甲酯 C19H36O2 26.63 - 27.47
    L-抗坏血酸二棕榈酸酯 C38H68O8 - 1.01 0.36
    邻苯二甲酸二正丁酯 C16H22O4 - 2.03 1.71
    十八烷酸3-十八烷氧基丙酯 C39H78O3 - 0.37 0.34
    油酸二十烷醇酯 C38H74O2 - 0.2 8.1
    注:“-”表示未鉴定出;化合物1:1a, 2, 3, 4, 4a, 5, 6, 7, 7a, 10, 11, 11a-Dodecahydro-1, 1, 3, 6, 9-pentamethyl-1H-cyclopenta[a]cyclopropa[f]cycloundecene-2, 4, 7, 7a, 10, 11-hexol 2, 4, 7, 10, 11-pentaacetate,CAS号:51906-08-2;化合物2:8, 8a-Bis(acetyloxy)-2a-[(acetyloxy)methyl]-1, 1a, 1b, 1c, 2a, 3, 3a, 6a, 6b, 7, 8, 8a-dodecahydro3, 3a, 6b-trihydroxy-1, 1, 5, 7-tetramethyl-4H-cyclopropa[5′, 6′]benz[1′, 2′:7, 8]azuleno[5, 6-b]oxiren-4-one,CAS号:77646-26-5。

    分析表 1的结果可见,除上述9种共有物质外,紫丁香和白丁香精油还有8种共有成分,包括4种烷烃、2种酯类、1种酮类和1种醇类。其中酯类的含量高,两种酯类共占挥发性物质总含量的9.44%(紫丁香)和11.47%(白丁香)。此结果与刘云华等[25]的研究结果一致:白丁香为紫丁香的变种,其共有挥发性成分含量较高。紫丁香和红丁香精油有4种共有成分,其中十八烯酸甲酯的含量占挥发性物质总含量的26.63%(紫丁香)和27.47%(红丁香)。白丁香和红丁香精油有4种共有成分,均为酯类。

    对三种丁香花精油中挥发性成分组成及含量进行PCA分析,结果显示,三种丁香花精油中挥发性成分没有明显差异,挥发性成分组成及含量不具有品种特异性。从PCA图(图 3)可以看出,三种丁香花精油样品所有挥发性成分分布在同一区域,没有明显差异。挥发性成分的方差分析(ANOVA,P=0.718)验证了这一结果。

    图 3

    图 3.  三种丁香花精油挥发性成分PCA分析
    Figure 3.  PCA score plot of volatile components in cloves essential oil

    由PCA分析可以得出,紫丁香、白丁香和红丁香花蕾精油样品的挥发性成分没有明显差异,因此这三种丁香花风味没有明显差别,与感官分析结果一致。

    为了进一步分析样品中挥发性成分的积累模式,对所有样品中已解析的挥发性成分进行了分析和相对定量,发现三种丁香花精油样品中挥发性成分呈现不同的积累模式。在此基础上对三种丁香花精油样品中的共有挥发性成分进行了聚类分析,结果以热图的形式显示(图 4)。通过聚类分析发现,挥发性成分在三种丁香花精油样品中的积累呈现出不同的趋势。

    图 4

    图 4.  三种丁香花精油共有挥发性成分聚类分析
    Figure 4.  HCA analysis of common volatile components in cloves essential oil

    分析图 4得出,烷烃类和酯类化合物种类最多。酯类是种类最多、也是含量最高的挥发性成分,此结果与孙洁雯等[26]的研究结果相似。本研究共检测到11种共有的酯类化合物,其中红丁香精油中含量最高为39.88%,白丁香精油仅为18.7%。其中,顺式-6-十八烯酸甲酯的含量最高,并且只在紫丁香和红丁香精油中检出,在白丁香精油中未检出,因此可作为区别白丁香的特征性成分。

    采用GC-MS对紫丁香、白丁香和红丁香花蕾精油样品的挥发性成分进行解析,对三种样品的所有挥发性成分和9种共有组分的比较分析表明,三种丁香花精油样品的挥发性成分没有明显差异。酯类是含量最高的挥发性成分、烷烃类次之。十八烯酸甲酯可用以进行白丁香精油的鉴别。


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  • 图 1  三种丁香花精油挥发性成分种类比较

    Figure 1  Comparison of volatile components in cloves essential oil

    图 2  丁香花精油挥发性成分总离子流图

    Figure 2  Total ion current chromatograms of volatile components in cloves essential oil

    (A)紫丁香精油;(B)白丁香精油;(C)红丁香精油

    图 3  三种丁香花精油挥发性成分PCA分析

    Figure 3  PCA score plot of volatile components in cloves essential oil

    图 4  三种丁香花精油共有挥发性成分聚类分析

    Figure 4  HCA analysis of common volatile components in cloves essential oil

    表 1  三种丁香花精油的共有挥发性成分及相对含量

    Table 1.  Contents of common volatile compounds in three cloves essential oil

    挥发性成分 分子式 相对含量/%
    十四烷 C14H30 0.41 0.35 0.34
    二十一烷 C21H44 2.67 5 4.58
    二十四烷 C24H50 6.2 1.27 0.1
    四十四烷 C44H90 3.53 1.1 8.75
    硬脂酸甲酯 C19H38O2 1 1.83 0.94
    乙酸酯类化合物1 C30H44O11 0.22 1.79 0.36
    天然维生素E C29H50O2 0.76 0.22 1.39
    三十五碳-17-烯 C35H70 0.25 0.25 0.2
    β-谷甾醇 C29H50O 3.49 2.3 2.37
    三甲基环己烷 C9H18 0.28 1.42 -
    癸烷 C10H22 0.19 0.31 -
    十六烷基环硅氧烷 C16H50O7Si8 3.38 0.31 -
    己基十七烷 C23H48 0.21 0.21 -
    亚油酸甲酯 C19H33O2 8.56 10.89 -
    乙酸羽扇醇酯 C32H52O2 0.88 0.58 -
    烯酮类化合物2 C26H34O11 0.31 0.34 -
    桦木醇 C30H50O2 1.75 0.79 -
    十二烷 C12H26 0.41 - 0.14
    棕榈油酸甲酯 C17H32O2 0.20 - 0.46
    邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯 C16H22O4 0.23 - 0.14
    顺式-6-十八烯酸甲酯 C19H36O2 26.63 - 27.47
    L-抗坏血酸二棕榈酸酯 C38H68O8 - 1.01 0.36
    邻苯二甲酸二正丁酯 C16H22O4 - 2.03 1.71
    十八烷酸3-十八烷氧基丙酯 C39H78O3 - 0.37 0.34
    油酸二十烷醇酯 C38H74O2 - 0.2 8.1
    注:“-”表示未鉴定出;化合物1:1a, 2, 3, 4, 4a, 5, 6, 7, 7a, 10, 11, 11a-Dodecahydro-1, 1, 3, 6, 9-pentamethyl-1H-cyclopenta[a]cyclopropa[f]cycloundecene-2, 4, 7, 7a, 10, 11-hexol 2, 4, 7, 10, 11-pentaacetate,CAS号:51906-08-2;化合物2:8, 8a-Bis(acetyloxy)-2a-[(acetyloxy)methyl]-1, 1a, 1b, 1c, 2a, 3, 3a, 6a, 6b, 7, 8, 8a-dodecahydro3, 3a, 6b-trihydroxy-1, 1, 5, 7-tetramethyl-4H-cyclopropa[5′, 6′]benz[1′, 2′:7, 8]azuleno[5, 6-b]oxiren-4-one,CAS号:77646-26-5。
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  • 发布日期:  2019-11-01
  • 收稿日期:  2019-08-22
  • 接受日期:  2019-09-20
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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