六个杂交品种白胡椒精油香气成分GC-MS分析

范睿 周利萍 伍宝朵 陈冬梅 藤定位 覃永兰 郑俏然 郝朝运

摘  要：采用GC-MS法，研究了以‘班尼约尔1号和‘热引1号胡椒为杂交亲本的6个杂交种白胡椒（‘PC003、‘PC008、‘PC009、‘PC011、‘PC033、‘PC036）精油的化学成分，其化学组成成分用总离子流色谱峰的峰面积归一化法定量分析。结果表明：6个杂交品种白胡椒精油中共检测出烯类、醇类、酯类、酚类等8大类77种化合物，含量较高的化学成分有石竹烯[（30.93±0.00）%～（53.81±0.01）%]、可巴烯[（0.83±0.00）%～（10.09±0.00）%]、δ-毕澄茄烯[（0.08±0.00）%～（7.64±0.01）%]、石竹烯氧化物[（0.10±0.00）%～（5.86±0.00）%]、α-红没药醇[（0.18±0.00）%～（5.51±0.01）%]、蛇麻烯[（0.55±0.01）%～（6.64±0.00）%]、异丙二醇[（2.56±0.00）%～（4.12±0.00）%]。不同杂交品种白胡椒精油中检测出的挥发性成分和总的百分含量都不同，部分品种间差异显著。研究结果为今后胡椒新品种选育和优异种质资源开发利用提供参考依据。

关键词：杂交品种;GC-MS;香气成分;白胡椒精油

中图分类号：S573.9      文献标识码：A

Abstract： The aroma components of six hybrids， ‘PC003， ‘PC008， ‘PC009， ‘PC011， ‘PC033， ‘PC036， of Panniyu and Reyin-1 were assayed with GC/MS analysis in the study. The constituents of high content of white pepper essential oil were caryophyllene [（30.93±0.00）%（53.81±0.01）%]， cocaene [（0.83±0.00）%（10.09±0.00）%]， δ-citronene [（0.08±0.00）% （7.64±0.01）%]， caryophyllene oxide [（0.10±0.00）%（5.86±0.00）%]， α-erythro-alcohol [（0.18±0.00）%（5.51±0.01）%]， hopsene [（0.55±0.01）%（6.64±0.00）%] and isopropyl glycol [（2.56±0.00）%（4.12±0.00）%] and other compounds. A total of 77 kinds of compounds such as alkenes， alcohols， esters， phenols， etc. were detected. The volatile components and total percentage detected in different white pepper essential oils were different. The component and content of the white pepper essential oil for the six hybrids were relatively different. The results would provide references for breeding of new verities and exploiting of outstanding black pepper germplasm in the future.

Keywords： hybrid varieties; GC-MS; aroma components; white pepper essential oil

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.08.024

胡椒（Piper nigrum L.）是胡椒科胡椒属多年生常绿藤本植物，是世界上重要的热带香辛料之一，已有2000多年的栽培历史[1-2]。我国最早引种胡椒是在1947年，由华侨引入海南的琼海市，后陆续引入到云南、广东、广西、福建等地种植[3-4]。胡椒应用价值非常高，在食品领域常以调味料的形式出现，在医学领域又有抗肿瘤活性、降血脂、抗菌消炎等作用[5-6]。胡椒精油是从胡椒的果实、根、叶、茎、花等中提取出来的芳香油，又称胡椒挥发油。胡椒精油里含香气物质较多，具有净化肌肤，缓解肌肤疲劳等作用，生产上通常制成胡椒精油皂、胡椒精油等化妆品。中国热带农业科学院香料饮料研究所通过多年的收集、保存，现有胡椒品种和野生近缘种资源200余份，其中杂交育种材料近100份。其中，从印度引进的‘班尼约尔1号胡椒，叶片较大、浅绿色、蔓枝粗壮、生势旺，具有早产高产、适应性强、较抗胡椒瘟病等优点[2];而传统栽培品种的‘热引1号胡椒具有高产、稳产等优点，但其花穗短、抗病性弱[3]。因此，中国热带农业科学院香料饮料研究所以‘热引1号和‘班尼约尔1号为杂交亲本得到20余份杂交育种材料。

胡椒果实里含有多种化学成分，其中最具研究意义的有胡椒碱和胡椒精油，胡椒碱主要是研究其在医学上的价值[7-9]，而胡椒的气味主要是通过挥发性精油体现出来，研究胡椒精油的化学组成成分，明确主要物质是研究胡椒香气的主要途径。由于品种不同，胡椒精油的化学成分与特性存在差异。Gopalakrishran等[9]利用气质联用法分析了‘班尼约尔1号‘班尼约尔2号和‘班尼约尔3号的黑胡椒挥发油化学成分，研究结果表明不同品种黑胡椒精油的主要成分是柠檬烯、β-石竹烯、β-蒎烯和α-蒎烯。刘红等[4]以‘印尼大叶种和‘班尼约尔1号为杂交亲本的4个杂交种质（‘班×印2号‘班×印6号‘班×印7号‘班×印8号）为供试材料，研究其香气成分发现不同杂交种质白胡椒精油化学成分的种类与含量差异显著。本研究以‘班尼约尔1号和‘热引1号胡椒为杂交亲本的另外6个杂交品种白胡椒为材料，对其果实精油成分进行GC-MS分析，通過研究比较不同杂交品种白胡椒精油香气成分的差异，明确杂交品种香气和特殊物质组成，为我国胡椒高品质品种的选育提供重要的基础。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  材料  以‘班尼约尔1号和‘热引1号胡椒为杂交亲本的6个杂交品种：‘PC003、‘PC008、‘PC009、‘PC011、‘PC033、‘PC036。2018年5—7月于海南省万宁市兴隆热带植物园胡椒种质资源圃采集胡椒成熟鲜果，将采集好的不同杂交品种的胡椒鲜果采用流动水浸泡脱皮处理后，置于鼓风干燥箱中70 ℃干燥10 h制成白胡椒。

1.1.2  仪器与设备  HPG-9240A精密鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司），中草药粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司），AR2140电子天平（上海梅特勒-托利多仪器有限公司），DLSB-5/10低温冷却液循环泵（巩义市子华仪器有限责任公司），7890A/5975C GC-MS联用仪（美国安捷伦公司）。

1.2  方法

1.2.1  胡椒挥发性精油提取  按照GB/T 17527? 2009方法，将制备好的白胡椒于粉碎机中粉碎过40目筛后，准确称取40.00 g胡椒样品置于1000 mL圆底烧瓶中，再加入少量防爆玻璃珠和400 mL水，连接精油提取器，缓慢蒸馏（馏出液每分钟从冷凝管滴下约5滴）4 h后，关闭热源，冷却1 h后读出胡椒精油的体积，精确至0.05 mL。

1.2.2  GC-MS分析  气相色谱条件：色谱柱为HP-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）弹性石英毛细管柱;升温条件参考范睿等[10]对胡椒香气成分分析的升温条件进行;进样量为1 μL;高纯氦气为载气，载气流速为1.0 mL/min。

1.3  数据处理

将GC-MS分析得到的质谱图通过质谱数据库NIST 2014.L检索，同时根据保留指数和文献[11-14]进行定性，然后根据色谱图按峰面积归一化法计算不同品种白胡椒精油风味化合物各组分的相对含量。采用Excel 2010软件作图，以77种香气成分构成6×77的矩阵，采用SPSS 22.0软件进行主成分分析[15]。

2  结果与分析

2.1  6种杂交品种白胡椒精油挥发性成分比较

用GC-MS对6个胡椒杂交种‘PC003、‘PC008、‘PC009、‘PC011、‘PC033、‘PC036的果实精油进行分析，通过质谱数据库检索和人工解析各峰相应的质谱图（图1），共鉴定出77种化合物，定性结果及相对含量见表1。

6种杂交种质白胡椒精油挥发性成分见表1，精油中共检测出77种化合物，其中含量较高的化学成分有石竹烯[（30.93±0.00）%～（53.81± 0.01）%]、可巴烯[（0.83±0.00）%～（10.09±0.00）%]、δ-毕澄茄烯[（0.08±0.00）%～（7.64±0.01）%]、石竹烯氧化物[（0.10±0.00）%～（5.86±0.00）%]、α-红没药醇[（0.18±0.00）%～（5.51±0.01）%]、蛇麻烯[（0.55± 0.01）]%～（6.64±0.00）%]、异丙二醇[（2.56±0.00）%～ （4.12±0.00）%]。各个杂交品种挥发性成分具体分析如下：

‘PC003中共检测出挥发性化合物46种。其中检出最多的是烯类，有34种，其次是醇类，有8种，酯类检出2种，酸类和烯类氧化物都只检测出1种，没有检测出酮类、酚类和醛类。检出化合物中，相对含量较高的化合物有石竹烯[（41.55± 0.02）%]、可巴烯[（10.09±0.00）%]、δ-荜澄茄烯[（5.86±0.00）%]、石竹烯氧化物[（5.86±0.00）%]、蛇麻烯[（3.80±0.00）%]、1，4，7-cycloundecatriene， 1，5， 9，9-tetramethyl-Z，Z，Z-[（3.39±0.01）%]、α-古巴烯[（3.53±0.00）%]、β-榄香烯[（2.01±0.00）%]和D-柠檬烯[（1.18±0.00）%]。

‘PC008中共检测出挥发性物质38种。其中检出最多的是烯类，有26种，其次是醇类，有8种，酮类、酯类、酸类和烯类氧化物都只检测出1种，没有检测出酚类和醛类。检出化合物中，相对含量较高的化合物有石竹烯[（30.93± 0.00）%]、可巴烯[（9.61±0.00）%]、大根香叶烯[（5.86± 0.00）%]、蛇麻烯[（6.64±0.00）%]、1，4，7-cyclounde- catriene，1，5，9，9-tetramethyl-Z，Z，Z- [（6.64±0.00）%]、石竹烯氧化物[（3.22±0.00）%]和τ-杜松醇[（1.87± 0.00）%]。

‘PC009中共检测出挥发性物质55种。其中检出最多的是烯类，有40种，其次是醇类，有9种，烯类氧化物检测出2种，酮类、酯类、酸类和醛类都只检测出1种，没有检测出酚类。检出化合物中，相对含量较高的化合物有石竹烯[（48.48±0.01）%]、2-蒈烯[（11.00±0.00）%]、α-桂稀[（5.66±0.00）%]、1，4，7-cycloundecatriene，1，5，9，9- tetramethyl-Z，Z，Z-[（4.27±0.00）%]和α-依兰烯[（3.58± 0.00）%]。

‘PC011中共检测出挥发性物质46种。其中检出最多的是烯类，有29种，其次是醇类，有11种，酮类检测出2种，烯类氧化物、酯类、酸类和醛类都只检测出1种，没有检测出酚类。检出化合物中，相对含量较高的化合物有石竹烯[（53.81± 0.01）%]、cyclohexene， 4-ethenyl-4-methyl-3-（1- methylethenyl）-1-（1-methylethyl）-（3R-trans）- [（15.05±0.00）%]、可巴烯[（2.52±0.00）%]、蛇麻烯[（5.92±0.00）%]、1，4，7-cycloundecatriene， 1，5，9，9- tetramethyl-Z，Z，Z-[（5.88±0.00）%]、δ-蓽澄茄烯[（1.98±0.00）%]、异石竹烯[（2.41±0.01）%]和匙叶桉油烯醇[（3.11±0.00）%]。

‘PC033中共检测出挥发性物质33种。其中检出最多的是烯类，有22种，其次是醇类，有9种，酮类和酸类都只检测出1种，没有检测出酯类、醛类、烯类氧化物和酚类。检出化合物中，相对含量较高的化合物有石竹烯[（40.76±0.01）%]、可巴烯[（2.05±0.00）%]、黄樟素[（7.29±0.01）%]、蛇麻烯[（1.59±0.00）%]、1，4，7-cycloundecatriene-1，5， 9，9-tetramethyl-Z，Z，Z-[（5.49±0.03）%]、石竹烯氧化物[（2.01±0.00）%]、异丙二醇[（4.12±0.00）%]、光果甘草醇[（4.81±0.00）%]。

‘PC036中共检测出挥发性物质53种。其中检出最多的是烯类，有34种，其次是醇类，有12种，酮类检测出3种，烯类氧化物、酯类、酸类和酚类都只检测出1种，没有检测出醛类。检出化合物中，相对含量较高的化合物有石竹烯[（43.71±0.01）%]、cyclohexene，4-ethenyl-4-methyl- 3-（1-methylethenyl）-1-（1-methylethyl）-（3R-trans）-[（5.58±0.00）%]、δ-荜澄茄烯[（7.64±0.01）%]、α-红没药醇[（5.51±0.01）%]、异丙二醇[（3.32±0.00）%]、可巴烯[（9.16±0.00）%]、蛇麻烯[（3.35±0.01）%]、1，4，7，-cycloundecatriene，1，5，9，9-tetramethyl-Z，Z，Z- [（4.24±0.00）%]。

2.2  6种不同杂交品种的白胡椒精油挥发性化合物的分类

根据GC-MS检测分析结果可知，从6种不同杂交品种白胡椒精油中检出烯类、醇类、酮类、酯类、酸类、酚类、醛类、烯类氧化物共8大类77种香气成分。由图2可知，‘PC009中检出化合物7类55种，种类数目最多，占总香气成分种类的71.43%，而‘PC033中检出的化合物种类最少，仅有4类33种，占总香气成分种类的42.86%，其他品种‘PC003、‘PC008、‘PC011和‘PC036中檢出的化合物种类分别占总香气成分种类的59.74%、49.35%、60.00%和68.83%。

2.3  6种杂交品种白胡椒精油香气成分主成分分析

6种杂交种质白胡椒精油香气成分主成分分析结果见表2、表3。第一主成分方差贡献率为27.942%，其中α-水芹烯、芳樟醇、胡椒酮、2-蒈烯、α-依兰烯、α-桂烯、姜烯酮、β-瑟林烯、aR-雪松烯、紫苏烯、橙花叔醇、cis-Z-α-没药烯氧化物和荜澄茄油烯醇贡献率最大，对应的特征向量均大于0.80。第一主成分分析表明，烯类、醇类和酮类与不同杂交品种的香气相关性最高的成分，是杂交品种主体特征性挥发性成分（表3）。第二主成分方差贡献率为23.469%，长叶烯、β-古巴烯和绿叶烯贡献最大，对应的特征向量分别为0.949、0.878和0.824。长叶烯具有松木香气，β-古巴烯是蒿草里芳香油中的成分之一，存在于烟草、茶叶及一些芳草中，因此第二主成分主要反映胡椒的挥发性植物芳香味。第三主成分和第四主成分方差贡献率分别为21.441%和14.183%，其中异戊烯对第三主成分的贡献率最大，而顺式-1-甲基-4-（1-甲基乙基）-环己醇对第四主成分的贡献率最大，对应的特征向量为0.764和0.636。这4个主成分方差累计贡献率达87.035%，可反映不同胡椒品种香气成分的总体情况。

结合表3和图3可以看出，不同胡椒品种的挥发性化合物的主成分分析中α-水芹烯，芳樟醇，胡椒酮，2-蒈烯，α-依兰烯，α-桂烯，姜烯酮，β-瑟林烯，α-雪松烯，紫苏烯，橙花叔醇，cis-Z-α-没药烯氧化物和荜澄茄油烯醇与第一主成分高度正相关，因子载荷系数较大。由于醇类物质的感官阈值较高[16]，在感官上通常表现不明显，烯类物质通常感官阈值较低，对样品整体风味贡献大[17]。由于第一主成分的方差贡献率仅为27.942%，不能概括大部分的化合物信息，必须综合第二、第三和第四主成分的相关信息来分析呈味特性。

3  讨论

香辛料散发的香气是各种挥发性物质共同作用的结果[18-19]。世界上具有香气成分的化合物有2000多种，按化学结构可分为醇、烯、酯、酮、醛、酸以及含硫、含氮化合物等[18， 20]。分析胡椒精油的香气成分，了解不同杂交品种香气的主要组成成分，对于胡椒杂交品种的评价及综合利用具有重要作用[21]。本研究分析了以‘班尼约尔1号胡椒和‘热引1号胡椒为亲本的6个杂交品种的精油香气成分，发现白胡椒精油香气成分物质主要由烯类、醇类、酯类、醛类、酮类、酸类等化合物组成，这与刘红等[4]对白胡椒挥发性油的研究结果一致;同时对胡椒精油香气特征性成分进行分析，发现白胡椒精油的共有物质主要有石竹烯、柠檬烯、石竹烯氧化物、可巴烯等。而3-蒈烯、石竹烯、β-蒎烯、α-蒎烯、D-柠檬烯、石竹烯氧化物、可巴烯、β-红没药烯等化合物是黑白胡椒共有物质[21-26]。同时，本研究还发现蛇麻烯、黄樟素、1，4，7-cycloundecatriene，1，5，9，9- tetramethyl-Z，Z，Z-、异丙二醇、光果甘草醇、异石竹烯这些香气成分的含量与前人的研究结果[14， 23-24]有差异，可能是由胡椒品种、产地、果实成熟度、提取方法等原因引起的差异。

通过比较发现，6个杂交品种白胡椒精油的香气成分相对含量最高的物质都是石竹烯，这与前人对杂交种质白胡椒精油成分分析的结果[4]一致。不同基因型杂交品种的香气物质种类存在较小差异，都是以烯类为最主要物质，其次为醇类，这可能与6个杂交品种来自相同亲本有关。但是在不同品种中也发现了其特有化合物，如α-桂烯是‘PC003与‘PC009中的特有化学物质;β-罗勒烯、兰桉醇、n-棕榈酸是‘PC008的特有化学物质;β-瑟林烯、紫苏烯、cis-Z-α-没药烯氧化物是‘PC009中的特有化学物质;喇叭茶醇是‘PC011中的特有化学物质;2-蒈烯是‘PC033与‘PC009中特有化学物质;丁香酚是‘PC036中特有的化学物质。在本研究中，相同亲本产生的杂交个体风味物质也有差异，说明风味物质的产生不仅与基因型有关，还和生长环境等因素相关。这为后期特殊香气品种选育提供了一定的依据。

利用GC-MS测试技术结合主成分分析方法，在6个杂交种白胡椒精油中共鉴定出77 种挥发性化合物，对相关性组分进行统计分析，发现对组分丰度贡献最大的挥发性组分为烯类、醇类及醛类化合物;进一步通过主成分分析，推断α-水芹烯，芳樟醇，胡椒酮，2-蒈烯，α-依兰烯，α-桂烯，姜烯酮，β-瑟林烯，α-雪松烯，紫苏烯，橙花叔醇，cis-Z-α-没药烯氧化物和荜澄茄油烯醇与第一主成分高度正相关，是反映不同胡椒品种精油的特征性挥发性组分。

本研究鉴定出的物质具有广泛的经济作用，如石竹烯是一种具有辛香、柑橘、樟脑香、木香等复杂香气的物质，也是体现白胡椒辛辣刺激风味的主要物质;可巴烯是在6个杂交品种中检测出来含量第二大的香气物质，存在于芒果、荔枝等热带植物的果实和叶中[26-27];荜澄茄油烯的味道辛辣刺鼻，有些微苦味，被描述为一种让人愉快的香味，具有化食、黑发等作用;蛇麻烯在啤酒酿造过程中使啤酒产生特殊的香气，日本研究人员发现蛇麻烯可防止感冒、肺炎等呼吸道疾病侵入人体;α-红没药醇具有明显的抗菌消炎作用，与皮肤具有很好的适应性，适用于制作化妆品和婴儿护肤品。本研究对评价6个杂交品种白胡椒精油具有实际价值，为进一步研究白胡椒精油的化学特性及杂交品种的开发利用具有重要意义。

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