桂林地区不同桂花品种花香成分比较分析

夏科 蒋柏生 赵志国 范进顺 文桂喜 李菲 高丽梅 蒋巧媛 仇硕

摘 要：為了解桂林地区不同桂花的花香成分差异，该研究采用顶空固相微萃取（HS-SPME）与气相色谱/质谱联用（GC-MS）技术，对桂林地区12种桂花的花瓣挥发性成分进行了检测分析。结果表明：共检测到49种挥发性成分，包括萜稀类31种、脂肪酸及其衍生物10种、苯基类4种和含氮化合物4种。其中，萜稀类化合物在4个品种群甚至12个品种中均属于比例最高的，总相对含量为82.28%～94.83%。所检测的桂花均含有反-β-罗勒烯等6种花香成分，但不同品种所含成分不同或相对含量不同，如‘龙怀金桂含有β-紫罗酮且含量最高（为34.89%），而‘橡叶朱砂却缺少β-紫罗酮。各品种主要的香气成分及其含量也不完全相同，如‘龙怀金桂的主要香气成分是β-紫罗酮等5种，‘月塘金桂是β-紫罗酮等8种，‘橡叶朱砂为顺-氧化芳樟醇等6种。共鉴定出11种香气活性物质，其中10种属于萜稀类。‘龙怀金桂香气活性物质总含量最高（为82.99%），且紫罗酮类和罗勒烯类活性物质的含量也最高;‘橡叶朱砂和‘天香台阁含有芳樟醇类活性物质最高（在60%左右）。综上认为，萜稀类化合物为桂林地区桂花的主要香气成分，不同桂花品种既含有共同的香气成分也含有不同的成分;‘龙怀金桂适合开发罗勒烯类和紫罗酮类物质产品，‘橡叶朱砂和‘天香台阁适合开发芳樟醇类物质产品。

关键词：桂花， 气相色谱/质谱联用法， 香气成分， 香气活性物质

中图分类号：Q946

文献标识码：A

文章编号：1000-3142（2018）11-1493-12

Abstract：In this paper， in order to investigate the difference of aromatic components in different cultivars of Osmanthus fragrans in Guilin， the volatile components and relative contents in owers of twelve cultivars were determined by solid phase microextraction （SPME） and gas chromatography coupled with mass spectrometry （GC-MS）. The results showed that 49 volatile compounds were identified in twelve cultivars， including 31 terpenoids， ten fatty acid-derived and other lipophylic flavor compounds， four benzenoids compounds and four nitrogen-containing compounds. And the terpenoids numbers in four groups and twelve cultivars all were the most， and their total relative content of all terpenoids was also the highest（82.28%-94.83%）. Further analysis， there were the same six aromas constituents for all cultivars， but there were some different aromas constituents or different relative content for the same constituent in the different cultivars， such as it was the most abundant in ‘Longhuai Jingui（34.89%）， while the β-ionone was not exist in  ‘Xiangye Zhusha. In addition， the major aromas constituents and there relative content were also not the same completely in different cultivars， such as the major constituents of ‘Longhuai Jingui were β-ionone， trans-β-ocimene， linalool， cis-linalool oxide （pyranoid） and cis-linaloloxide; and the major constituents of ‘Yuetang Jingui were β-ionone， linalool， dihydro-β-ionone， trans-β-ocimene， aminocyanoacetic acid， cis-linaloloxide， trans-β-ocimene and 2-aminobenzoate linalool. But the major constituents of  ‘Xiangye Zhusha were cis-linaloloxide， linalool， trans-β-ocimene， γ-decalactone， trans-β-ocimene and octane. There were eleven aromatic-active components determined in twelve cultivars altogether， and ten of them belonged to terpenoids. ‘Xiangye Zhusha and ‘Tianxiang Taigewere the most abundant  （about 60%） in the active components of linalools. Therefore， the terpenoids were the major aromas constituents for all cultivars of O. fragrans in Guilin， and there were some common and some different aromas constituents existed in different cultivars; ‘Longhuai Jingui was more suitable to develop products about ocimenes and ionones; ‘Xiangye Zhusha and ‘Tianxiang Taige were more suitable to develop products about linalools.

Key words：Osmanthus fragrans， GC-MS， aromas components， aromatic-active components

桂花（Osmaanthus fragrans）属于木犀科（Oleaceae）木犀属（Osmanthus）植物，根据品种的形态性状、演化规律及开花习性，桂花被分为四个品种群：金桂品种群（O. fragrans Lutes group）、银桂品种群（O. fragrans Albus group）、丹桂品种群（O. fragrans Aurantiacus group）和四季桂品种群（O. fragrans Asiaticus group） （臧德奎和向其柏，2004）。桂花四季常绿，花香怡人，是中国传统十大花卉之一，集绿化、美化和香化于一体。桂花花瓣中富含丰富的营养成分，具有较高的食用和药用价值（赵东等，2017;陈尚钘等，2013）。研究报道，桂花中富含罗勒烯、芳樟醇及其氧化物和紫罗酮类化合物等挥发性的花香成分，这些物质常用于日用品、医药及化工等领域（Aprotosoaie et al，2014;Arens et al，2015），具有非常重要的经济价值（Lapczynski et al，2008;Lalko et al，2007）。鉴于此，很多研究围绕桂花花香成分，如花香成分的检测与应用（Wang et al，2009;Wang et al，2016）和花香基因的克隆及功能验证等（Baldermann et al，2010;Zeng et al，2015;Chen et al，2016）。研究认为，桂花挥发性成分较为复杂，地理位置不同、品种不同或者检测方法不同，鉴定结果会存在一定差异。曹慧等（2009）、孙宝军等（2012）和杨秀莲等（2015）均采用HS-SPME与GC-MS联用法检测，分别从不同桂花品种鉴定出25、57和52种香气成分;也有采用索氏提取、水蒸气蒸馏、超临界CO2萃取等技术提取桂花挥发油，然后结合GC-MS分析精油成分（何武强，2010;夏雪娟等，2015，2017），这些研究报道了桂花中含有芳香醇类、紫罗酮类、罗勒烯类及蒎烯类等花香成分，也含有其他不同的香气成分，这种成分的差异可能与地区不同或品种不同、甚至与检测方法不同有关系。

广西桂林是中国 “五大桂花产区”之一（臧德奎等，2003），也是中国桂花中心发源地之一（黄霞和黄莹，2017）。然而，有关桂林地区桂花花香成分的报道少见，为了解该地区桂花的花香成分情况，本文选择桂林地区广泛栽培的4个桂花品种群的12个品种为材料，采用HS-SPME与GC-MS联用法检测花瓣挥发性成分，进一步分析各品种的花香主要成分及相对含量差异，最后鉴定香气活性物质及其在不同品种间的差异，旨在为筛选优良桂花品种奠定基础，也为桂林桂花产业的发展提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

供试桂花采集于桂林地区，品种信息如表1所示。树龄均为9～12 a，树径为11～13 cm，长势良好，无病虫害。

1.2 仪器

手动固相微萃取进样器（美国SUPELCO公司），50/30 μm PDMS /DVB萃取头（美国SUPELCO公司），6890N-5975B气相色谱-质谱仪GC-MS （美国Agilent 公司），40 mL顶空取样瓶、水浴锅（上海精学科学仪器有限公司）。

1.3 花香成分的GC-MS分析

于10月中旬桂花盛开期，待早露退去（早上9：00—10：00），采集每个品种的20朵鲜花朵置于25 mL顶空取样瓶中，插入50/30 μm PDMS /DVB纤维头，于40 ℃下顶空萃取 30 min。萃取完成后，取出纤维头，插入GC-MS进样口，解析5 min 后，进样分析。

色谱条件：HP-5MS石英毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）;流速为0.8 mL·min-1;载气为高纯度氦气（99.999%），不分流模式。程序升温：起始柱温为40 ℃，保持3 min;以3 ℃·min-1的速率升温到73 ℃，维持3 min;以5 ℃·min-1升温至220 ℃，保持2 min。

质谱条件：进样口温度维持在230 ℃，离子源溫度为150 ℃，电离方式为EI，电子能量为70 eV，GC-MS传输线温度为250 ℃，扫描范围为40～450 amu（Cai et al，2014）。

1.4 挥发性花香成分鉴定分析

根据桂花GC-MS总离子流色谱图，解析各个峰所对应的质谱图，将所得到的质谱数据，采用Xcalibur1.2版本软件，与NIST98所提供的标准物质谱图库进行比对，同时根据在相同升温程序下用正构烷烃标准样品（C8-C40）计算得到科瓦茨保留指数（Kovats Retention Indices，RI）和NIST网站上对应物质所列举的相关参考文献进行进一步定性确认，根据离子流峰面积归一化法计算各组分在总挥发物中的相对含量。

2 结果与分析

2.1 不同桂花品种挥发性成分的分类

桂林地区12个不同品种桂花共检测出49种挥发性成分，各挥发性成分的组成见表2，包括萜烯类化合物31种、脂肪酸及其衍生物10种、苯基类化合物4种和含氮化合物4种。金桂品种群检测到的成分最多，有36种，其中萜烯类化合物21种、脂肪酸及其衍生物8种、苯基类化合物3种和含氮化合物4种;银桂品种群共检测到31种成分，包括萜烯类24种、脂肪酸及其衍生物3种、苯基类化合物2种和含氮化合物2种;丹桂品种群检测到29种成分，包括萜烯类23种、脂肪酸及其衍生物5种、苯基类化合物1种，未检测到含氮化合物;四季桂品种群同样检测到28种成分，包括萜烯类19种、脂肪酸及其衍生物7种、苯基类化合物2种，未检测到含氮化合物。从表2还可以看出，不同类别的化合物之间总相对含量同样存在较大差异，萜烯类化合物在不同品种的总相对含量最高为82.28%～94.83%，其它化合物的相对含量普遍较低，脂肪酸及其衍生物在每个品种的总相对含量为1.20%～12.69%，苯基类化合物为0%～8.89%，而含氮化合物仅在少数品种中检测到，含量占1.0%左右。

2.2 不同桂花花香中的主要成分分析

根据不同化合物的相对含量，发现12个桂花品种共同含有反-β-罗勒烯、顺-氧化芳樟醇、反-氧化芳樟醇、芳樟醇、α-紫罗酮和二氢-β-紫罗酮等6种主要的香气成分（表3和表4）。但不同品种群之间以及不同品种之間的主要花香成分类别及其相对含量依然有差异。反-β-罗勒烯在金桂品种群的相对含量均相对较高为6.45%～15.64%，其中‘龙怀金桂最高为15.64%;在银桂品种群中只有‘柳叶银桂含量较高（为8.81%），其它两个品种在2%左右; 3个丹桂品种的含量为7.60%～14.81%，其中‘贵妃红最高;四季桂品种‘变色桂（10.15%）高于‘天香台阁（3.83%）。顺-氧化芳樟醇在所有品种的含量普遍较高，其中金桂品种群低于其它品种群，含量为5.22%～10.67%，‘龙怀金桂含量最低，‘金球桂含量最高;在银桂品种群是15.43%～18.76%;在丹桂品种群为10.71%～23.18%，其中‘橡叶朱砂含量最高;四季桂品种‘天香台阁和‘变色桂分别是 15.54%和12.81%。反-氧化芳樟醇在金桂品种群的相对含量是3.75%～10.17%;在银桂品种群是8.51%～10.72%;在丹桂品种群的3个品种之间差别较大，其中‘贵妃红和‘橡叶朱砂分别是16.57%和17.12%，而‘桃叶丹桂（2.79%）是所有品种含量最低的;‘天香台阁 和‘变色桂2个四季桂的含量较高，分别为15.71%和14.61%。芳樟醇在所有桂花品种的含量均较高，除‘桃叶银桂和‘柳叶银桂不足10%外，其它均高于13.22%，其中‘天香台阁最高为22.54%。α-紫罗酮在各品种的相对含量均相对较低，除丹桂品种‘贵妃红较高外（6.78%），其它11个品种均不足5%。

二氢-β-紫罗酮在同一品种群的不同品种之间差别较大，如金桂品种群的相对含量是3.31%～13.84%，‘雁山金桂最高，也是所有品种含量最高的;在银桂品种的含量为3.33%～10.88%;在丹桂品种为 3.25%～9.14%; 2个四季桂品种则不足5.0%。

表3和表4还显示，除上述共同的6种成分外，各品种还含有其他的一些主要的花香成分，如几个金桂品种还共同含有顺-β-罗勒烯、β-蒎烯、顺-芳樟醇氧化物（吡喃型）和β-紫罗酮等4种花香成分，特别是均含较高的β-紫罗酮（22.05%～34.89%），‘龙怀金桂含量最高，也是所有品种中含β-紫罗酮最高的;‘龙怀金桂和‘月塘金桂含有较高的顺式芳樟醇氧化物（吡喃型），分别为6.58%和6.66%;‘雁山金桂和‘月塘金桂还含有较高的2-氨基苯甲酸芳樟醇，分别达到8.89%和8.38%。银桂品种也共有其他的4种花香成分，其中γ-癸内酯和β-紫罗酮相对含量分别为3.63%～9.37%和20.38%～24.65%。3个丹桂品种还共有正辛烷和顺-β-罗勒烯，但仅有‘橡叶朱砂含有较高的正辛烷（8.60%），其他品种含量均较低。四季桂品种群共同的花香成分有12种，多于其他品种群，除所有品种共有成分外，还共有2-丁烯酸乙醇酯等6种成分，‘天香台阁含有较高的2-丁烯酸乙醇酯（6.69%）。从表3和表4中还看到，有十几种成分相对含量不到1%，而且仅在一两个品种检测到，如丁酸己酯、γ-萜品烯、新别罗勒烯等，相对含量在1.00%左右，但也可能对桂花花香的释放做一定贡献。

2.3 不同桂花品种香气活性物质的比较

通过鉴定分析，本研究12个桂花品种花香的主要成分，共有11种属于香气活性物质，其中反-β-罗勒烯、顺-氧化芳樟醇、反-氧化芳樟醇、芳樟醇和α-紫罗酮等5种为所有品种共有的，其余6种仅在部分品种中检测出，如β-紫罗酮在‘橡叶朱砂未被检测到，但其余品种均含有，而且相对含量较高;顺-β-罗勒烯在‘柳叶银桂和‘四季桂不含有，其他10个桂花品种均含有;顺-芳樟醇氧化物（吡喃型）除‘桃叶银桂和3个丹桂品种没有，其他8个品种均含有;丁酸己酯仅在‘雁山金桂和‘月塘金桂中检测到;γ-萜品烯仅在‘雁山金桂和‘贵妃红检测到;新别罗勒烯在‘月塘金桂、‘渡头银桂、‘桃叶银桂和‘桃叶丹桂4个品种检测到。

进一步分析发现，各桂花品种香气活性物质的总相对含量普遍较高（图1）。4个金桂品种香气活性物质总含量占所有挥发性成分的69.10%～82.99%，其中‘龙怀金桂最高，也是所有品种中香气活性物质含量最高的。3个银桂品种香气活性物质总含量为67.31%～75.23%，‘柳叶银桂含量最低，也是所有品种中最低的。3个丹桂品种之间香气活性物质总含量差别相对较小为69.36%～73.81%。2个四季桂品种香气活性物质总含量分别为77.57%和79.59%。

罗勒烯类、芳樟醇及其氧化物类和紫罗酮类化合物为桂花花香成分中比较重要的三大类活性物质，把本研究11种活性物质根据这三大类划分，并分别统计总相对含量（图1）。把不属于这三类的丁酸己酯和γ-萜品烯，划为其它活性物质。其中芳樟醇类及其氧化物在各品种的总相对含量普遍较高，但品种间的差别也较大，如‘天香台阁和‘橡叶朱砂的含量高达60.53%和59.85%，而‘龙怀金桂含量仅有29.79%。紫罗酮类活性物质在不同品种之间的差别较大，其中‘龙怀金桂最高可达35.84%，‘橡叶朱砂最低为1.19%，而其他10个品种的含量为11.32%～22.96%。罗勒烯类在各品种的含量差别也较大，其中‘龙怀金桂最高达17.36%，‘渡头银桂最低为5.41%。‘雁山金桂‘月塘金桂和‘贵妃红含有少量的丁酸己酯或γ-萜品烯。

3 讨论与结论

3.1 萜稀类化合物为桂林地区桂花的主要挥发性物质成分

通过分析鉴定桂林地区12个桂花品种花瓣的挥发性成分，得到49种化合物，其中萜稀类化合物含31种，而且萜烯类化合物在4个品种群甚至12个品种均属于比例最高的，总的相对含量占所有挥发性成分的82.28%～94.83%，尤其是单萜及其氧化物，如罗勒烯、氧化芳樟醇、芳樟醇和紫罗酮等在挥发性成分中占有很大比例，因此，萜稀类化合物为桂林地区12个桂花品种的主要挥发性物质成分。这与前人研究报道一致（Gang，2005;邹晶晶等，2017a）。对照Cai et al（2014）鉴定出的17种香气活性物质，本研究共检测到反-β-罗勒烯、顺-β-罗勒烯、新别罗勒烯、顺-芳樟醇氧化物（吡喃型）、顺-氧化芳樟醇、反-氧化芳樟醇、芳樟醇、α-紫罗酮、β-紫罗酮、γ-萜品烯及丁酸己酯等11种香气活性物质，其中前10种均属于萜稀类化合物。因此，萜烯类化合物对桂林桂花释放香气起着重要作用。

3.2 桂林地区不同桂花品种既含共同的香气成分也含不同的成分

桂花的花香成分主要由萜稀类、脂肪酸及其衍生物、苯基類和含氮化合物等4大类物质代谢提供，不同的代谢途径生成不同类别花香成分及比例，使得每个品种有其独特的香味（Gang，2005）。本研究的4个桂花品种群均含有反-β-罗勒烯、顺-氧化芳樟醇、反-氧化芳樟醇、芳樟醇、α-紫罗酮和二氢-β-紫罗酮等6种萜烯类的花香成分，但不同品种之间也含有不同的成分，因而4个品种群的花香均具有较为典型的青草香/清新气息。本文12个桂花品种，对香味起贡献作用的主要的香气成分及其相对含量存在差异，如‘龙怀金桂的主要香气成分包括β-紫罗酮（34.89%）等5种;‘月塘金桂的主要香气成分包括β-紫罗酮（22.74%）等8种;‘橡叶朱砂的主要香气成分包括顺-氧化芳樟醇（23.18%）等6种，但不含其他品种普遍含量较高的β-紫罗酮。因此，花香的主要组成成分以及相对含量不同，从而导致了每种桂花具有不同的香味特点。

桂花花瓣中的主要色素为类黄酮和类胡萝卜素两大类（蔡璇等，2010;Han et al，2014;邹晶晶等，2017b）。某些物质在花香花色物质的合成中有一定的关联，说明花色也可能影响花香（Ben-Zvi et al，2008），如β-胡萝卜素在类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCDs）的作用下生成β-紫罗酮等重要的花香物质（Schwartz et al，2001;Simkin et al，2004;Zhang et al，2016），而类胡萝卜素是与红色形成相关的色素。本研究发现，2个丹桂品种（‘贵妃红和‘橡叶朱砂）β-紫罗酮含量远低于其它品种，且它们花瓣颜色比其他品种深，原因可能是类胡萝卜素裂解双加氧酶含量较低，而使β-胡萝卜素在花瓣中的积累较多，导致紫罗酮类的含量很低，进而引起香味较淡。

3.3 桂林地区适宜产业开发的优良桂花品种筛选

桂花既是名贵香料植物，也是传统中药材，具有重要的研究和开发利用价值。桂花香味主要来源于桂花中相对含量较高的挥发性成分，但并不是所有的成分都为桂花的香味做出贡献，而是具有香气活性的成分起决定作用（Van et al，2001）。因此，香气活性物质含量的高低对桂花的香味影响很大。本研究共鉴定出反-β-罗勒烯等11种香气活性物质，这些活性物质在不同品种中的相对含量有差异，这与前人（孙宝军等，2012;Cai et al，2014）报道不同桂花品种之间香气活性物质相对含量存在差异的结论一致。本研究在所选择的12个品种中，‘龙怀金桂香气活性物质总含量最高，达到82.99%，而且紫罗酮类和罗勒烯活性物质的相对含量在所有品种中均最高，因此该品种是比较好的品种，适合作为罗勒烯类和紫罗酮类物质产业的开发。‘月塘金桂‘金球桂‘变色桂‘天香台阁和‘渡头银桂等几个品种的总活性物质含量均超过75%，也是比较好的品种。‘橡叶朱砂和‘天香台阁两个品种含有芳樟醇类活性物质高达60%，适合作为芳樟醇类物质产业开发的品种。