基于HS-SPME-GC-MS分析墨兰不同花器官香气成分.pdf
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1、热带作物学报 2023,44(9):18791888 Chinese Journal of Tropical Crops 收稿日期 2023-06-13;修回日期 2023-07-22 基金项目 广西科技计划重点研发项目(桂科 AB16380060);广西农业科学院基本科研业务费专项(桂农科 2021YT152)。作者简介 丁丽琼(1973),女,学士,高级农艺师,研究方向:花卉栽培育种;*同等贡献作者:罗 清(1986),女,硕士,高级农艺师,研究方向:园林花卉栽培育种。*通信作者(Corresponding author):池昭锦(CHI Zhaojin),E-mail:。基于 HS-SP
2、ME-GC-MS 分析墨兰不同花器官香气成分 丁丽琼,罗 清*,覃 茜,唐毓玮,吕丽兰,池昭锦*广西壮族自治区亚热带作物研究所,广西南宁 530001 摘 要:墨兰(Cymbidium sinense)为典型的香花国兰,具有很高的经济价值和观赏价值。采用 HS-SPME-GC-MS 技术对墨兰不同花器官的挥发性成分进行分析,共检测出 7 类、54 种挥发性成分,主要由 21 种醛类、12 种醇类、10 种酮类、5 种苯类、2 种呋喃类、2 种酸类及 2 种萜类化合物组成。花瓣、萼片、唇瓣、蕊柱等 4 种不同花器官均含有的化合物共 48 种,包括 19 种醛类、10 种醇类、9 种酮类、5 种苯
3、类、2 种萜类、2 种呋喃类和 1 种酸类。花瓣、萼片及蕊柱共有成分有 3 种,只在萼片中检测到的成分仅有 2 种,丙烯醛只在蕊柱中检测出。结果表明:花朵不同花器官所含的挥发物种类及含量差异明显,萼片共检测出 49 种挥发物,物质含量最高达 99 106.15 g/L,占总挥发性有机成分的35.88%,其中含量最高的挥发物为环戊基甲醛,具有薄荷的樟脑味。花瓣共检测出 51 种挥发物,物质含量为 56 571.48 g/L,占总挥发性有机成分的 20.48%,含量最高的挥发物为 1-戊烯-3-醇,具有水果香味。唇瓣共检测出 48 种挥发物,物质含量最低的为 41 645.32 g/L,占总挥发性
4、有机成分的 15.08%,其中含量最高的挥发物为环戊基甲醛。蕊柱共检测出具有香气成分的挥发物 51 种,物质含量为 78 868.68 g/L,占总挥发性有机成分的 28.56%,其中含量最高的挥发物为己醛,具有生的油脂、青草气及苹果香味。通过主成分分析发现 4 种花器官中唇瓣和花瓣差异性小,蕊柱和萼片与其他器官差异性大。戊醛、己醛、E-2-戊烯醛、E-2-己烯醛、环戊基甲醛、E-2-庚烯醛、1-戊烯-3-醇、E-2-戊烯-1-醇是 4个花器官香气释放的主要挥发性成分。盛花期墨兰花朵的萼片是挥发性成分释放的主要花器官,不同花器官花香成分的物质含量存在明显差异。关键词:墨兰;花器官;香气;HS-
5、SPME-GC-MS 中图分类号:S682.31 文献标识码:A Analysis on the Aroma Components of Different Floral Organs of Cymbidium sinense Based on HS-SPME-GC-MS DING Liqiong,LUO Qing*,QIN Qian,TANG Yuwei,LYU Lilan,CHI Zhaojin*Guangxi Subtropical Crops Research Institute,Nanning,Guangxi 530001,China Abstract:Cymbidium sinen
6、sis is a typical fragrant orchid variety with high economic and ornamental value.HS-SPME/GC-MS was used to analyze the volatile components of different flower organs in C.sinensis.Seven categories and 54 volatile components were detected,mainly composed of 21 aldehydes,12 alcohols,10 ketones,5 benze
7、nes,2 furans,2 acids and 2 terpenoids.There were 48 compounds presented in four different flower organs,including petals,sepals,la-bellums,and pistil columns,including 19 aldehydes,10 alcohols,9 ketones,5 benzenes,2 terpenoids,2 furans and caproic acid.There were three components in petals,sepals an
8、d pistil columns,only two components were detected in sepals,and Acrolein was only detected in pistil columns.The results showed that there were significant differences in the volatile matter and content in different floral organs of flowers.A total of 49 volatile substances were detected in sepals,
9、with the highest content reaching 99 106.15 g/L,accounting for 35.88%of the total volatile organic compounds.Among which the highest content was cyclopentyl formaldehyde,which had the camphor flavor of mint.51 volatile compounds were de-1880 热带作物学报 第 44 卷 tected in the petals,with a substance conten
10、t of 56 571.48 g/L,accounting for 20.48%of the total volatile organic compounds,with the highest content being 1-penten-3-ol,which had a fruity aroma.A total of 48 volatile substances were detected in the labellum flap,with the lowest substance content of 41 645.32 g/L,the proportion of total volati
11、le organic compounds was 15.08%,among which the highest content of volatile substance was cyclopentyl formaldehyde.A total of 51 volatile compounds were detected in the pistil column,with a content of 78 868.68 g/L,accounting for 28.56%of the total volatile organic compounds,with the highest content
12、 being hexanal,which presented a fresh oil,green grass,and apple aroma.Through principal component analysis,it was found that among the four flower organs,there was little difference between the lip and petal,while the pistil column had a greater difference from other organs,and the sepals also had
13、a greater difference from other organs.Glutaraldehyde,hexanal,E-2-pentenal,E-2-hexenal,cyclopentyl formaldehyde,E-2-heptaneal,1-penten-3-ol,E-2-penten-1-ol were the main volatile components released by floral organs.During the peak flowering period,the sepals of the flowers were the main floral orga
14、ns that released volatile components,and there were significant differences in the content of floral aroma components among different floral organs.Keywords:Cymbidium sinense;floral organ;fragrance;HS-SPME-GC-MS DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2023.09.016 墨 兰(Cymbidium sinense)为 兰 科(Orchidaceae)兰属(Cymb
15、idium Sw.)的地生植物,因其叶形优美、品种丰富、花期恰逢春节而深受消费者欢迎1。墨兰为国兰代表性种类之一,其花香馥郁、沁人心脾2,为优质香料物质,具有很高的经济价值和观赏价值3。香气是构成和影响花卉观赏价值的重要因素,但由于花香的成分、结构及其生物合成过程比较复杂,研究水平滞后于花形、花色等其他观赏性状的研究4。近年来由于分析技术的进步,对兰科植物香气研究逐渐增多。BAEK 等5采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(HS-SPME-GC-MS)对大花蕙兰新杂交种阳光之钟盛花期花器官挥发物进行了测定,鉴定出 23 种成分,其中柱中鉴定出 12种化合物,唇瓣中鉴定出 16 种化合物,
16、萼片中鉴定出 11 种化合物,花瓣中鉴定出 9 种化合物。王元成等6采用 HS-SPME 结合 GC-MS 技术,对 5种石斛花朵的挥发性成分进行分析,共鉴定出110个挥发性成分,主要成分为烷类、烯类、醇类、酮类等,且不同石斛花朵的芳香成分不尽相同。晋宇轩等7采用 SPMG 结合 GC-MS 技术对贵州春兰的花苞和花朵进行检测,结果检测出挥发性成分分别为 43 种和 47 种,花苞中烃类含量最高,花朵中萜烯类的含量最高,橙花叔醇为主要花香成分。杨慧君等8采用 SPME-GC-MS 联用技术分析小桃红花香成分,共鉴定出挥发性成分 35 种,酯类物质含量最多,主要花香成分为茉莉酸甲酯、茉莉酮酸甲酯
17、和金合欢醇。许红娟等9采用顶空固相萃取法结合气相色谱和质谱对蕙兰守良梅花朵各部位(蕊柱、唇瓣、棒瓣、主瓣和副瓣)进行香气成分检测,结果发现蕙兰守良梅花朵蕊柱的主要香气成分有 7 类 23 种,花朵 5 个部位的醇类 芳 香 物 质 相 对 含 量 较 高。魏 丹 等10采 用HS-SPME-GC-MS 联用分析 3 种兰花鲜花的香气成分,结果发现蕙兰鲜花的主要花香成分为桉油精、(E)-4-己基葵烯-6-炔等,墨兰鲜花的主要花香成分为甲基-异丁子香酚、6-氧代庚酸甲酯等,春兰鲜花的主要花香成分为-芹子烯、十二烷等。目前未见墨兰不同花器官的挥发性物质成分的相关研究报道。鉴于此,本研究以墨兰为材料,
18、基于 HS-SPME-GC-MS 技术探索墨兰不同花器官的花香成分的差异,以期为培育香型兰花新品种奠定科学基础。1 材料与方法 1.1 材料 本研究所用的材料为广西亚热带作物研究所兰花种质资源圃培育多年生的墨兰植株。在 1 月份晴天 10:0011:00 选取开放第 4 天盛花期的墨兰花朵(图 1),取萼片、花瓣、唇瓣、蕊柱 4个部分各 1 g(重复 3 次),用于香气成分测定,使用顶空固相微萃取方法萃取样品中的香气成分。图 1 盛花期的墨兰(A)和盛花期花朵分解图(B)Fig.1 Cymbidium sinens during blooming period(A)and flower bre
19、akdown during blooming period(B)第 9 期 丁丽琼等:基于 HS-SPME-GC-MS 分析墨兰不同花器官香气成分 1881 1.2 方法 1.2.1 样品前处理 将新鲜花朵的不同器官样品加一级水混匀至 50 mL 离心管中,分别取 5 mL待测样品、1.00 g 氯化钠和 10 L 内标(4-甲基-2-戊醇,1.0018 g/L)置于 20 mL 样品瓶中,迅速用带有聚四氟乙烯隔垫的盖子拧紧,移至加热和搅拌装置中,在 40 下加热搅拌 30 min,搅拌速度为 500 r/min。1.2.2 顶空固相微萃取(HS-SPME)使用 SPME萃取头(50/30 m
20、 DVB/Carboxen/PDMS,Supelco,Bellefonte,PA.,USA)与 CTC CombiPAL 自动进样器(CTC Analytics,Zwingen,Switzerland)相连进行自动化的顶空固相微萃取。经过前处理的萼片、花瓣、唇瓣、蕊柱分别取 1 g 放入萃取瓶中,萼片、花瓣及唇瓣分别置于 1 L 的萃取瓶中,蕊柱分别置于 60 mL 萃取瓶中,50 平衡 10 min后,将已活化 SPME 萃取头插入萃取瓶的顶空部分,萃取 30 min。之后取出 SPME 萃取头,立即插入 GC 进样口在 250 条件下解析 8 min。1.2.3 气相色谱质谱联用仪(GC-
21、MS)条件 采用Agilent 6890气相色谱仪与Agilent 5975质谱仪相连,色谱柱采用 HP-Innowax 毛细管柱(60 m 0.25 mm 0.25 m,J&W Scientific,Folsom,CA)分离鉴定芳香挥发物。气相色谱条件:载气(He)流速为 1 mL/min;采用不分流模式自动进样,升温程序为 50 保持1 min,然后以 3/min升温至 220,保持 5 min。质谱条件:质谱接口温度为 280,离子源温度为 230,电离方式为 EI,电离能为 70 ev,质谱扫描范围为 m/z 29-350。1.2.4 香气物质定性与定量分析方法 (1)定性分析。利用自
22、动化质谱图解卷积和鉴定软件(AMDIS)计算保留指数(retention index,RI)和质谱图信息。其中,有标准品的目标组分,与标准品的出峰时间和质谱谱图比较定性;没有标准品的目标组分,通过保留指数与 NIST11 标准谱库的 RI 和质谱谱图比对进行定性分析。化合物的保留指数是通过分析相同色谱条件下 C6-C24正烷烃保留指数计算得到。具体公式如下:R()R()R(1)R()100100XnnnttIntt 式中,I 为保留指数,tR(X),tR(n),tR(n+1)分别代表组分及碳数为 n,n+1 正构烷烃的保留时间。(2)定量分析。配置 1 L 含 7 g/L 酒石酸和200 g/
23、L 模拟水溶液,并用 NaOH 调 pH 至 3.4。将溶解在乙醇(色谱级)的所有标准品溶液混合,并将混合液用模拟水溶液稀释成连续的 15 个浓度水平。在与样品相同的条件下,提取并分析每个浓度水平的香气标准曲线。通过建立香气物质标准曲线(横坐标:香气化合物标准品与内标 4-甲基-2-戊醇的峰面积比,纵坐标:该香气化合物标样的浓度),对相关香气化合物进行定量分析。除此之外,其他没有标准曲线的化合物通过相似结构的化合物或者碳原子数相似的化合物的标准曲线进行定量分析11。相对含量为组分峰面积占总峰面积的百分比12。1.3 数据处理 各组分质谱经计算机谱库检索及资料分析并结合人工谱图解析,确认各个化学
24、成分。使用Origin 8.0 软件对数据进行主成分分析。2 结果与分析 2.1 墨兰不同花器官挥发化合物组成 经过 GC-MC 分析,从墨兰盛花期的花朵中检测出 7 类共 54 种挥发性成分,主要由 21 种醛类、12 种醇类、10 种酮类、5 种苯类、2 种呋喃类、2种酸类和 2 种萜类化合物组成,其中醛类含量最高(图 2)。在不同器官中各种主要成分的含量不同,在萼片中醇类较其他 3 个器官少,而酸类则较其他器官多 1 种,花瓣及唇瓣中醛类较其他器官少 1种,萼片及唇瓣中酮类较其他器官少。图 2 墨兰不同花器官香气主要组成成分的类型 Fig.2 Main component types f
25、rom different floral organs of C.sinense 在不同花器官中,墨兰花的萼片、花瓣、唇瓣、蕊柱检测出的香气成分分别有 49、51、48 和51 种。蕊柱及花瓣香气的组成成分最多,其次是萼片,唇瓣较少。不同花器官挥发成分见表 1。1882 热带作物学报 第 44 卷 表 1 墨兰不同花器官花香化合物含量 Tab.1 Content of aroma compounds from different flower organs of C.sinense 含量 Content/(gL1)类型 Type 编号 No.化合物 Compound CAS 保留时间Reten
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