柠檬和莱檬果皮精油挥发性成分分析

朱春华，高俊燕，李进学，范 刚，周东果，龚 琪，岳建强*

1云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，云南 瑞丽678600;2 华中农业大学食品科技学院，湖北 武汉430070

柠檬［Citrus limon (L.)Burm. f.］和莱檬［Citrus aurantifolia (Christm)Swing (family Rutaceae)］在世界上很多国家都有种植，中国柠檬主要产自四川安岳、云南德宏。尽管果汁是柠檬和莱檬的主要商业产品，但是柠檬油具有独特的香味和功效，因而被广泛应用于食品、化妆品、医药、化工等行业。影响柠檬油品质的因素较多，气候条件是一个重要的因素［1］，香气是评价柠檬油品质的主要指标。近年来，国内学者围绕香气形成机理及遗传多样性开展了广泛而深入的研究［2，3］，而对柠檬和莱檬精油成分分析研究较少，仅见杨荣华分析了白柠檬果皮精油成分及特征香气［4］。国外在柠檬和莱檬挥发性物质方面研究较多，研究的品种主要有Meyer Lemon、Zambetakis、Femminello、Verdello、Lime 等，分析了精油、叶片的挥发性成分［5-9］。对于果汁的研究，着重于分析比较不同榨汁方式对挥发性成分的影响［10］、砧木及中间砧嫁接后果汁黄酮含量的变化［11］。Manuel G 在前人研究的基础上分析了柠檬和莱檬的挥发性物质，指出在柠檬和莱檬中分别检测出15 种、16 种新物质［12］。Staroscic 等研究了美国加州、亚利桑那州2 个地区，不同生长阶段冷磨柠檬油的化学组成［13］，也有学者采用GC、GC-MS 方法分析了意大利、希腊、日本等国的柠檬皮精油的化学成分［8，14，15］，研究手段主要依靠液相色谱、顶空固相微萃取和气质联用、气相色谱-硫化学发光检测器(GC-SCD)、GC-Olfactometry/RI［7，16］等技术。

尽管国外学者在柠檬油挥发性组分分析研究报道较多，但是云南柠檬和莱檬品种的果皮精油成分分析未见报道。研究云南德宏地区栽培的莱檬和柠檬品种果皮精油成分，了解柠檬和莱檬的化学成分差异，有助于进一步的分类，同时也为柠檬和莱檬的加工与今后的优良品种选育等研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在华中农业大学食品科技学院进行，供试品种为艾伦尤力克、尤力克、费米耐劳、小莱檬和塔西提。样品采自云南省德宏州瑞丽市，云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所基地，5 个品种生长管理水平一致，3 年生树，枳壳［P. trifoliata(L.)Raf.］为砧木，栽植密度为3 m ×4 m，柠檬园为缓坡地，土壤类型为黄红壤，土壤理化状况为:pH 5.43、有机质2.18%、碱解氮98 mg/kg、速效磷111.59 mg/kg、速效钾171. 07 mg/kg、有效钙1310. 38 mg/kg、有效镁128.6 mg/kg、有效铜1.73 mg/kg、有效锌2.98 mg/kg、有效铁97.43 mg/kg、有效锰12.1 mg/kg。样品采集时间为2009 年9 月，即春花果柠檬上市时间，5 个品种均于当年2 月20 日左右现蕾，3 月中旬开花，每个样品采自9 棵树，从每棵树的不同内外膛随机选取10 个果实，用于果皮精油挥发性成分的提取和分析，重复三次试验。

1.2 果皮精油挥发性物质的提取方法

将莱檬和柠檬洗净，剥下果皮，称取果皮20 g，用50 mL 正己烷提取，0.45 μm 有机项滤膜过滤，然后取1 μL 进样。

1.3 GC 及GC-MS 分析

Agilent 6890N 型气相色谱仪，气相色谱条件:毛细管柱为HP-5 (30 m × 320 μm × 0.25 μm)，程序升温，起始温度40 ℃，保持3 min，以3 ℃/min升至160 ℃，保持2 min，再以8 ℃/min 升至220℃，保持3 min，进样口温度250 ℃。

Agilent 5975B 质谱仪，质谱条件:离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，离子化方式EI，电子能量70 eV，质量范围为50～550 AMU。

1.4 定性定量方法

定性分析:应用气相色谱-质谱联用仪进行分析鉴定，并利用C6～C20 正构烷烃的保留时间计算各个色谱峰的保留指数。运用计算机谱库(NIST05/WILEY7.0)进行初步检索及资料分析，再结合文献的保留指数进行比对并进行人工谱图解析，确认挥发性物质的各个化学组成。

定量分析:定量采用总离子流图峰面积归一化法求取各成分相对质量百分含量。

2 结果与分析

2.1 莱檬和柠檬品种果皮精油主要挥发性成分

在小莱檬、塔西提、费米耐劳、尤力克、艾伦尤力克的果皮精油中分离出27、38、29、33、26 个主要色谱峰，采用Nist05 谱库分别对各色谱峰进行检索并比较，选择匹配度高的检索结果，用面积归一法计算它们的相对含量，其挥发性成分及含量见表1。

从表1 可知，柠檬和莱檬果皮精油化学成分及含量存在差异，小莱檬和塔西提中检测出17、24 种成分，分别占总峰面积的77.95%、88.37%，其中，烯烃类物质含量最高，分别占总含量的75. 08%、68.47%。β-蒎烯、D-柠檬烯、γ-萜品烯、顺-香叶醇、丙酸橙花酯等14 种物质含量大于1%;烯烃物质中D-柠檬烯含量最高(56.57%、45.06%)，其次为γ-萜品 烯(10. 92%、16. 29%)、β-蒎 烯(13. 33%、6.26%)。小莱檬中没有检测到醇类和酯类物质，特有成分为δ-2-蒈烯、2，5，5-三甲基-1，3，6-庚三烯、香桧烯3 种;塔西提莱檬中检测到5 种醇类和3 种酯类，醇类以具有温和、甜玫瑰花气息的顺-香叶醇含量最高(1.67%)，具有甜紫丁香味的α-松油醇次之(1.26%);酯类以具有橙花和玫瑰样香气的丙酸橙花酯(3.93%)最高，佛手柑内酯(1.06%)次之。顺-香叶醇、β-香叶烯、α-松油醇、丙酸橙花酯、佛手柑内酯5 种为塔西提莱檬特有成分。具有芳香味的香豆素类在小莱檬中检测出1 种、塔西提中检测出2 种，5，7 二甲氧基香豆素在塔西提中含量最高，达6.32%。

在费米耐劳、艾伦尤力克、尤力克柠檬果皮中分别检测出23 种、27 种、20 种挥发性成分，分别占总峰面积的99.36%、91.38%、99.51%，其中烯烃含量占总成分的80%以上。费米耐劳柠檬果皮精油挥发性含量依次是烯烃(92.70%)、醛(3.56%)、醇(2.70%)、酯(0.58%)、酮(0.43%);尤力克柠檬依次是烯烃(82.45%)、醇(12.48%)、醛(5.04%)、酮(1.23%)、酯(0. 84%);艾伦尤力克依次是烯烃(91. 33%)、醇(2. 83%)、醛(2. 73%)、酯(0.77%)、酮(0.43%)。3 个品种中，有12 种物质含量超过1%，这些物质是α-蒎烯、β-蒎烯、β-水芹烯、β-香叶烯、D-柠檬烯、γ-萜品烯、顺-香叶醇、α-松 油醇、β-柠檬醛、α-柠檬醛、白柠檬素、反-金合欢醇。

表1 柠檬和莱檬品种果皮精油挥发性成分及含量Table 1 The volatile compounds detected in the peel of lime and lemon cultivars and their relative content

注:表中“-”表示未检出或不存在Note:“-”means not detect or not exsit

2.2 莱檬品种果皮精油特征成分分析比较

小莱檬果皮精油挥发性成分包括15 种烃类、1种醛类、1 种酮类;塔西提莱檬中除了13 种烃类、1种醛类、2 种酮类外还有5 种醇类和3 种酯类。据报道，D-柠檬烯、β-蒎烯、α-萜品烯、γ-萜品烯、香桧烯、柠檬醛、顺-香叶醇、香叶烯、β-罗勒烯、香叶醇、芳樟醇等是莱檬精油特征香气成分［5，7，9，10，12］。D-柠檬烯、β-蒎烯、β-甜没药烯、γ-萜品烯4 种烯烃类特征成分均在2 个莱檬品种中检出，小莱檬果皮精油中D-柠檬烯、β-蒎烯、β-甜没药烯含量，分别高塔西提莱檬10. 7%、87. 9%、49. 7%，γ-萜品烯含量反之，塔西提莱檬高出69.1%。具有特异香味，且有良好的抑菌、镇咳、祛痰的功效的D-柠檬烯，在小莱檬和塔西提莱檬果皮中含量最高(44. 1%、39.82%)，分别占烯烃类物质的58.74%、58.16%，具有特殊松脂香气的β-蒎烯和柠檬香气的γ-萜品烯含量次之。

特征成分柠檬醛具有浓郁的柠檬香味，在小莱檬中含有2.02%，塔西提中含有3.84%。香桧烯(1.25%)和β-罗勒烯(0.27%)是小莱檬果皮精油的独有特征香气成分。β-香叶烯(0.63%)、顺-香叶醇(1.67%)、α-松 油 醇(1.26%)、丙 酸 橙 花 酯(3.93%)4 种特征香气成分物质是塔西提莱檬果皮精油独有香气成分。塔西提莱檬果皮精油中检测出的具有荧光和特殊香味的5，7 二甲氧基香豆素含量达6.32%，是小莱檬果皮精油的7.5 倍。从特征香气成分的含量看出，小莱檬是以烯烃类物质为主要香气，塔西提莱檬则以烯烃、醇类、酯类为主，2 个莱檬品种的不同香味感官也正是由于其特征香气种类及含量差异所致。

2.3 柠檬品种果皮精油特征成分分析比较

D-柠檬烯、β-蒎烯、α-萜品烯、γ-萜品烯、香桧烯、柠檬醛、顺-香叶醇、香叶烯、β-罗勒烯、香叶醇、芳樟醇等是柠檬精油特征香气成分［6-9］。费米耐劳柠檬中有13 种烃类、4 种醇类、3 种酯类、2 种醛类和1 种酮类;尤力克柠檬中包括10 种烃类、4 种醇类、2 种酯类、2 种醛类和2 种酮类;艾伦尤力克中有烃类15 种、5 种醇类、3 种酯类、2 种醛类和2 种酮类。3 个柠檬品种中D-柠檬烯含量最高，特征香气成分D-柠檬烯(70.29%)、β-蒎烯(9.43%)、柠檬醛(4.61%)在艾伦尤力克柠檬中含量最高，费米耐劳(69.48%、7.87%、3.54%)次之、尤力克柠檬(57.73%、5.7%、2.72%)最低;γ-萜品烯含量依次为费米耐劳(9.91%)＞尤力克(8.69%)＞艾伦尤力克(8.03%);顺-香 叶 醇(4.86%)、α-松 油 醇(1.66%)在尤力克柠檬中含量最高，分别比费米耐劳(1.87%、0.66%)和艾伦尤力克柠檬(1.86%、0.67%)含量高出1.6 倍、1.5 倍。具有温和木香、松木树脂似气息的特征香气成分异松油烯在3 个柠檬品种中含量较低，费米耐劳0.38%、艾伦尤力克0.3%、尤力克0.17%，但其对柠檬精油香气成分贡献也比较大［12］。具有清甜的柠檬果香及甜润的玫瑰、薰衣草样香气，比香叶醇清而强的乙酸香叶酯特征香气成分是费米耐劳柠檬独有成分。丙酸橙花酯(0.46%)、乙酸橙花酯(0.15%)2 种物质在艾伦尤力克柠檬中均有检出，费米耐劳柠檬中仅检出乙酸橙花酯(0.17%)、尤力克中检出丙酸橙花酯(0.5%)。

α-萜品烯(0.1%)、水合桧烯(0.04%)、邻-伞花 烃(0.01%)、3，7-二 甲 基-1，3，7-辛 三 烯(0.08%)、α，4-二 甲 基 苯 甲 醇(0.01%)、莰 酮(0.01%)6 种物质是艾伦尤力克柠檬独有香气成分，丁酸香叶酯(0.27%)和具有特有的青香韵的铃兰花香气，并有青香和木香香韵的反-金合欢醇(4.8%)2 种物质是尤力克柠檬独有香气成分。乙酸香叶酯(0.35%)、α-罗勒烯(0.11%)是费米耐劳柠檬独有香气成分。

3 讨论

3.1 定性定量方法优缺点

文章采用的定性方法具有方便、快速的优点，计算机谱库中标准物质图谱可快速鉴定化合物，同时采用文献方法可以查到很多纯物质的保留指数，十分方便。结合文献的保留指数进行比对定性，避免了寻找已知标准物质的困难，而且以保留指数定性具有重现性好、标准物统一及温度系数小等优点。缺点:准确性不太高，有时还需要进一步确认，利用已知纯物质直接对照进行定性时是利用保留指数直接比较，这是要求载气的流速，载气的温度和柱温度一定要恒定。

3.2 莱檬和柠檬精油成分

莱檬和柠檬果皮精油中共检测出200 多种挥发性物质，莱檬油比柠檬油成分复杂，柠檬烯是主要组分［12］，精油成分的种类和含量会因品种、气候、栽培条件、成熟度不同而有所差异，每种物质对香气的贡献大小，不是依据相应含量高低而定，而主要依靠香气闽值［17］。柠檬果皮精油特征香气成分有26 种之多［8，9］，莱檬有32 种之多［4，9］。柠檬烯含量高低是评判柠檬油纯度的重要指标，除此之外，主要考虑柠檬醛、α-蒎烯、丁酸香茅酯、芳樟醇等香气物质含量［7］。

本试验中，在小莱檬和塔西提果皮精油中共检测出32 种成分，烯烃类含量最高，但未检出橙花醛、香叶醛、芳樟醇，该结果与Mary G 等［8，9，18］报道类似，但其报道在莱檬冷榨精油、蒸馏精油中分别检测出65 种、110 种成分，本参试莱檬品种果皮精油挥发性成分在种类上较少，这可能与柠檬油提取方法有关，但特征香气成分柠檬烯、β-蒎烯较高，特征香气成分含量和种类不同是2 个莱檬品种香味各异的原因。

D-柠檬烯、α-蒎烯、β-蒎烯、γ-萜品烯、异松油烯、柠檬醛、白柠檬素7 种物质是莱檬和柠檬品种果皮精油共有的特征成分。D-柠檬烯含量最高，占56.57%～70.64%，其次为γ-萜品烯(8.07%～16.28%)、β-蒎烯(6.24%～13.33%)和α-蒎烯(0.99%～1.14%)，该试验结果与国外文献相似［7-9］。3 个柠檬品种果皮精油中检测出20 种特征香气成分，α-蒎烯、γ-萜品烯、β-香叶烯在费米耐劳柠檬中含量最高，该结果与Di Vaio. C 研究结果相反［19］，这可能是德宏当地栽培气候条件、土壤中某种矿物质含量差异而使香气前体物质合成、释放不同而导致。就3 个柠檬品种果皮精油的香气类型来看，费米耐劳柠檬和艾伦尤力克柠檬香气主要以烯烃类为主，但艾伦尤力克特征香气含量明显高于费米耐劳柠檬。尤力克柠檬醇类物质是费米耐劳柠檬和艾伦尤力克柠檬的4 倍，可以看出尤力克柠檬果皮精油的香气是烯烃和醇类为主。Stavroula A 等［8］报道指出，特征香气成β-罗勒烯在柠檬和莱檬叶片精油中含量较高，但很少在果皮精油中检测到，本试验却在尤力克和小莱檬中测出该物质，推测可能与德宏当地气候、栽培技术有关。由于柠檬精油挥发性组分受果实成熟度、土壤营养状况，气候条件等因素影响，因此很难得出一套系统、全面的精油成分评价系统，目前正在开展相关研究工作，关于柠檬和莱檬精油的呈味与呈香物质相关性及香气形成机制等有待进一步的深入研究。

4 结论

烯烃类物质是柠檬和莱檬果皮精油挥发性成分的主要组分，特征香气物质D-柠檬烯在莱檬和柠檬果皮精油中含量均最高。小莱檬中烃类含量和种类高于塔西提，而醇类和酯类是塔西提莱檬独有成分。3 个柠檬品种中，烃类、醇类、醛类、酯类和酮类物质的种类和含量在艾伦尤力克柠檬中最高。

致谢:华中农业大学食品学院院长、国家柑橘产业技术体系采后处理与加工研究室岗位科学家潘思轶教授帮助完成试材分析。在此致以衷心的感谢!

1 Malik MN，Scora W，Soost RK. Studies on the origin of the lemon.Hilgardia，1974，42:361-382.

2 Qiao Y(乔宇)，Xie BJ(谢笔钧)，Zhang Y(张妍)，et al.Study on aroma components in fruit from three different satsuma mandarins varieties. Sci Agric Sin(中国农业科学)，2008，41:1452-145.

3 Sun JZ(孙家正)，Zhang DH(张大海)，Zhang YM(张艳敏)，et al. Genetic diversity and constituents of flavor in southern Xinjiang apricot cultivars. Acta Hortic Sin(园艺学报)，2010，37:17-22.

4 Yang RH(杨荣华).Characteristic flavor compounds in peel oil of lime.Food Ferment Ind(食品与发酵工业)，2000，26(3):31-34.

5 Franceschi E，Marcelo BG，Frizzo CD，et al. Phase behavior of lemon and bergamot peel oils in supercritical CO2. Fluid Phase Equi，2004，226:1-8.

6 Lota ML，de Rocca Serra D，Tomi F，et al. Volatile components of peel and leaf oils of lemon and lime Species.J Agric Food Chem，2002，50:796-805.

7 Veriotti T，Sacks R. High-speed GC and GC/time-of-flight MS of lemon and lime oil samples. Anal Chem，2001，73:4395-4402.

8 Vekiari SA，Protopapadakis EE，Papadopoulou P，et al.Composition and seasonal variation of the essential oil from leaves and peel of a Cretan lemon variety. J Agric Food Chem，2002，50:147-153.

9 Eric DL，Philip ES，Kirkland C.Components of Meyer lemon leaf oil.J Agric Food Chem，1982，30:95-97.

10 Allegrone G，Belliardo F，Cabella P. Comparison of volatile concentrations in hand-squeezed juices of four different lemon varieties.J Agric Food Chem，2006，54:1844-1848.

11 Gil-Izquierdo A，Riquelme MT，Porras I，et al. Effect of the rootstock and interstock grafted in lemon tree(Citrus limon(L.)Burm.)on the flavonoid content of lemon juice.J Agric Food Chem，2004，52:324-331.

12 Manuel GM，Philip ES. Analysis of flavor constituents from lemon and lime essence.J Agric Food Chem，1972，20:1029-1030.

13 Staroscic JA，Wilson AA. Seasonal and regional varition in the quantitative composition of cold-press lemon oil from California and Arizona.J Agric Food Chem，1982，30:835-837.

14 Ayedoun AM，Sossou PV，Mardarowicz M，et al.Volatile constituents of the peel and leaf oils of Citrus limon L.Burm.f.from Benin.J Essent Oil Res，1996，8:441-444.

15 Sawamura M，Poiana M，Kawamura A，et al.Volatile components of peel oils of Italian and Japanese lemon and bergamot.Ital J Food Sci，1999，11:121-130.

16 Jorgensen U，Hansen M，Christensen LP，et al.Olfactory and quantitative analysis of aroma compounds in elder flower(Sambucus nigra L.)drink processed from five cultivars. J Agric Food Chem，2000，48:2376-2383.

17 Qiao Y(乔宇)，Fan G(范刚)，Cheng W(程薇)，et al.Changes of flavor composition in Jinchen sweet orange fruit during fruit development.J Fruit Sci(果树学报)，2011，28:138-142.

18 Mary GC，Matthew AW，Gina MG. Characterization of aroma volatiles in key lime essential oils (Citrus aurantifolia Swingle).Flavour Fragr J，2003，18:106-115.

19 Di Vaio C，Graziani G，Gaspari A，et al.Essential oils content and antioxidant properties of peel ethanol extract in 18 lemon cultivars.Sci Horticul，2010，126:50-55.