洋甘菊精油挥发性成分分析及在饮料中的应用

郭向阳

（深圳大学化学与环境工程学院，广东深圳518060）

0 引言

洋甘菊(Matricaria recutita)为菊科母菊属的一年生或多年生草本植物，是一种重要的香料植物和药用植物，因产地及功效的不同，分为罗马洋甘菊(Anthemisnobilis)和德国洋甘菊(Matricaria chamomilia)[1-2]。洋甘菊原产欧洲，中国新疆等地区也有种植。

洋甘菊精油是从洋甘菊花或植株全株中提炼出来的油脂状液体，多以蒸馏法获取。罗马洋甘菊精油和德国洋甘菊精油因其中是否含有重要的抗感染成分——洋甘菊油烃（母菊薁），而存在性状上的不同，且风味各异[3]。洋甘菊精油药用价值突出，可以缓解病人的发炎和疼痛症状，改善由神经性皮肤瘙痒引起的失眠，同时具有抗炎、抗过敏、抗氧化、抗癌、降脂、缓解抑郁的功效，对小儿热痱也有较好的疗效，广泛应用于药品、保健品、香精香料、化妆品、食品等领域[4-15]。

目前，对洋甘菊精油生理活性、药学性能的研究较多[16-17]，关于洋甘菊精油香气成分的报道相对较少，且多集中于罗马洋甘菊精油挥发性成分组成分析[18-22]，并对植株不同部位[18]、不同产地[19]、不同提取方法[20]及不同检测方法[21-22]的洋甘菊精油的挥发性成分进行细致研究，而对于罗马洋甘菊及德国洋甘菊精油挥发性成分的对比分析鲜少报道，也缺乏对洋甘菊精油香气性能的分析与评价，极大地限制了洋甘菊资源的利用和开发。洋甘菊精油在饮料中的应用研究鲜见报道。

笔者利用气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)解析经水蒸气蒸馏法提取的罗马洋甘菊、德国洋甘菊精油的挥发性成分，结合感官评价方法对精油的香气性能进行分析，同时对其在饮料中的应用性能进行初步探索研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

罗马洋甘菊及德国洋甘菊干制花蕾（水分＜5%）2018年购于新疆伊犁，无杂，无异味。食盐（氯化钠）、果葡糖浆、维生素C(Vc)、柠檬酸均为食用级。氯化钠、无水硫酸钠均为国产分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。

挥发性物质标准品（吡咯，甲苯，己醛，糠醛，叶醇，苯乙烯，苯甲醛，苯乙醛，反,反-2,4-己二烯醛，柠檬烯，苯甲醇，γ-萜品烯，芳樟醇氧化物(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ)，芳樟醇，苯乙醇，水杨酸甲酯，α-萜品烯，吲哚，α-紫罗兰酮，β-紫罗兰酮，法呢烯，金合欢烯，杜松烯，氧化石竹烯，D-苧烯）购自美国Sigma公司；

饮料配制用水为纯净水。

1.2 仪器与设备

ME104E分析天平（瑞士梅特勒仪器有限公司）；Clevenger apparatus挥发油提取器（北京欣维尔玻璃仪器有限公司）；DRT-SX智能恒温电热套（郑州长城科工贸有限公司）；Agilent 7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪，Agilent 7697A顶空进样器（美国Agilent公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 洋甘菊精油提取 以料液比1:15(g:mL)称取洋甘菊干花100 g，量取1500 mL纯水置于2000 mL圆底烧瓶中 ，加入 1.5%(w/w)的 NaCl，浸泡 10 min，连接Clevenger apparatus装置及球形冷凝管，以电热套作为加热源对样品缓慢加热蒸馏萃取1.5 h[23]。蒸馏完成、冷却后，用玻璃吸管将Clevenger apparatus装置中水相上端的油脂状液体取出，加入无水硫酸钠，静置过夜(12 h)干燥，至完全无水后，称重计算得率，装入10 mL棕色香精瓶，4℃冷藏备用。

1.3.2 挥发性香气成分GC-MS检测 采用HP-5 MS毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm)进行挥发性成分的分离，载气为高纯氦气，柱流速1.0 mL/min，恒流模式。程序升温条件为：起始温度40℃，保持5 min，以速度8℃/min升到220℃，保持1 min，再以20℃/min升到250℃。进样口温度250℃，分流进样（分流比10:1），进样量1 μL。

全扫描模式采集信号，EI电离源，电离能量70 eV；接口温度、离子源温度及四极杆温度分别为250、250、150℃，质量扫描范围30～500 amu[24]。

1.3.3 感官评价 洋甘菊精油感官评价由前期经过培训的感官审评人员（6位女性、4位男性，年龄24～45岁）作为评价主体。感官审评人员对洋甘菊精油的香气特性进行描述，选取香气描述词，并依描述词数量多少选出具样品特征性的香气描述词，再次审评并打分，取10人评分的平均值作为描述香气的最终得分，制作雷达指纹图谱，对其香气性能进行感官审评分析[25-26]。

以相关标准品及实际物品（洋甘菊花等）的香气特性定义香气属性，并以此对评价人员进行感官培训，己醛为青草样香气；苯乙醇为花香；麦芽酚为甜香；乙酸异戊酯为果香，具香蕉样香气；戊酸乙酯为果香，具菠萝样香气。感官评价采用10分制，分值越高，香气嗅闻强度越大，未嗅闻到0分、香气较弱3分、香气适中5分、香气较强7分、香气强烈10分。

1.3.4 洋甘菊精油在饮料中的应用 在对洋甘菊精油风味特性进行基础评价和判断的基础上，确定饮料的基础配方，经过挥发性成分及香气性能综合评价后，选取香气性能较优的洋甘菊精油作为供试原料，添加一定比例精油于饮料基础液中，分别从饮料澄清度、口感顺滑度、香气舒适度及风味稳定性等方面对洋甘菊精油饮料的适制性进行初步评价[27]。

1.3.5 数据分析 所有试验均重复了3次，并对试验数据进行单因素方差分析(ANOVA analysis)。试验结果的显著性基于统计分析中P＜0.05，极显著性基于统计分析中P＜0.01。

2 结果与分析

2.1 洋甘菊精油挥发性香气成分的GC-MS分析

罗马洋甘菊、德国洋甘菊精油的得率分别为1.68%、0.25%，2种精油均呈粘稠的油状，前者呈黄色或浅黄色，后者呈现较深的蓝色。罗马洋甘菊及德国洋甘菊精油挥发性成分的总离子流图如图1，经计算机质谱数据系统检索，采用NIST 2017数据库检索，峰面积归一法定量，部分化合物依据标准物质及自建数据库定性[24,28]，并参考有关文献对检出成分进行定性分析[29]，同时采用解卷积技术对共流峰进行数据解析，以更准确的匹配挥发性物质的化学成分。洋甘菊精油挥发性成分组成见表1。

图1 洋甘菊精油挥发性香气成分的总离子流图

表1 罗马洋甘菊精油和德国洋甘菊精油的挥发性香气组成及相对含量

续表1

2种精油中共鉴定49种挥发性成分。挥发性成分主要为萜烯类、醇类、酯类，还含有少量的酮类、酸类、杂环类、醛类及芳香族类化合物，洋甘菊精油挥发性成分分类及比例见图2。酯类、醇类及萜烯类是2种洋甘菊精油挥发性成分的主要组成部分，3类物质分别占2种精油挥发性成分总量的68.98%（罗马洋甘菊）和64.53%（德国洋甘菊），其中酯类成分在2种精油中含量均超过了30%，分别占比30.99%和33.56%。罗马洋甘菊精油中醇类成分较多，含量达到21.58%，德国洋甘菊清油中只有14.46%。萜烯类在2种精油中含量无显著性差别，分别占比16.41%和16.51%。酮类、醛类及芳香族类成分在2种精油中的含量均较少，不足总量的0.5%。德国洋甘菊精油中酸类成分含量为0.32%，高于罗马洋甘菊精油中的0.10%。直链烷烃类成分在德国洋甘菊中的含量为0.12%，罗马洋甘菊中未检出此类成分。

图2 洋甘菊精油挥发性香气成分类别及比例

2.1.1 罗马洋甘菊精油挥发性成分 罗马洋甘菊精油中共有43种挥发性成分得到有效鉴定，其中酯类成分数量最多，有18种，有11种萜烯类成分得到鉴定，而鉴定得到的醇类成分数量较少，只有4种，但含量占到挥发性成分总量的21.58%，酮类及酸类成分只有1个，醛类、杂环类及芳香族类化合物各有2种得到鉴定。

罗马洋甘菊精油中含量最高的成分是反式-松香芹醇，具有樟脑、松木的气息，伴有木香韵及清新的薄荷感的凉香[30]，其次为惕各酸烯丙酯、2-甲基环丙烷-1-甲酸乙酯及α-蒎烯，前两者具柔和的果香气，有生水果或生浆果的清香，而后者有树脂样及松节油的气味[31]。异丁酸异丁酯、异丁酸异戊酯及莰烯的含量也较高，超过总量的2.00%。莰烯有类似樟脑的香气；异丁酸异丁酯具菠萝样香气，伴有醚香韵；异丁酸异戊酯呈杏子、菠萝和桃子似的甜香，是水果类产品中常使用的食品添加剂[30]。具果香及清香的己醛，具生苹果般果香的异丁酸丁酯，呈香蕉气味的乙酸异戊酯，具松节油、木香及松脂气味的β-蒎烯，具花香、土味或玫瑰香气的芳樟醇，有松木、樟木样香气，伴清凉感的龙脑烯醛和乙酸龙脑酯，以及具花香、青香，或香脂样香气，或柠檬、柑橘样或刺激感香气的α-可巴烯、α-芹子烯、α-金合欢烯、氧化石竹烯及δ-杜松烯[31,32]，均在罗马洋甘菊精油中得到鉴定，但含量较少。罗马洋甘菊精油中未检测到洋甘菊油烃。

2.1.2 德国洋甘菊精油挥发性成分 德国洋甘菊精油中鉴定出46种挥发性成分，与罗马洋甘菊精油类似，酯类成分和萜烯类成分是数量最多的挥发性成分，分别有16和12种，同时有5种醇类成分、3种酸类成分得到鉴定，其余酮类、醛类、杂环类和芳香族类化合物数量均较少，不超过2个，有2种直链烷烃类成分得到鉴定。

与罗马洋甘菊一样，德国洋甘菊精油中含量最高的4种成分分别是反式-松香芹醇、α-蒎烯、惕各酸烯丙酯及2-甲基环丙烷-1-甲酸乙酯，但前两者含量均比罗马洋甘菊精油少，后两者正好相反。德国洋甘菊精油中也能检测到含量较高的异丁酸异丁酯、异丁酸异戊酯及莰烯，及含量较低的己醛、异丁酸丁酯、乙酸异戊酯、芳樟醇、龙脑烯醛、乙酸龙脑酯、α-可巴烯等挥发性成分。德国洋甘菊精油中鉴定到了具芹菜样香气的顺-香芹醇及重要的生物活性物质洋甘菊油烃，以及2种酸类（十六酸和亚油酸），但是未鉴定到在罗马洋甘菊中存在的具果甜香或芳香气味的2-甲基丁酸乙酯、异戊酸异丁酯及对-异丙基甲苯[30]。挥发性成分组成及比例的差异会反馈在香气特征上，呈现精油不一样的风味特性。

2.2 感官评价

10位感官审评人员对罗马洋甘菊、德国洋甘菊精油的香气进行描述，并审评打分，绘制雷达图，如图3。

图3 洋甘菊精油的香气指纹图谱

罗马洋甘菊、德国洋甘菊精油香气均具有药草香、花香、土味、辛香感、粉香、果甜香，同时有油感和水煮味，整体风味轮廓较相似，在个别香气属性上有所差异。罗马洋甘菊精油具有透发的药草香，花香显，伴有土味及辛辣的刺激感，中段具粉香，整体有淡淡的果香和甜香感，而德国洋甘菊精油在花香及粉香上稍弱，并具有强烈而刺激的土味和辛辣感，果香稍淡，但具有较强的甜香，两者油感强度相似，由于2种精油通过蒸馏制备的缘故，均具有水煮味。

2种精油中药草香的呈现，可能与挥发性成分中含量较高的反式-松香芹醇、莰烯、α-蒎烯、龙脑烯醛及乙酸龙脑酯的存在有关，均具有或清新的薄荷香气，或似樟脑、松节油的风味，而惕各酸烯丙酯、2-甲基环丙烷-1-甲酸乙酯及其他酯类成分的存在，对精油中果甜香的呈现有益。芳樟醇等萜烯类、醇类成分的存在有利于精油中花香的透、显和释放。

综合2种精油挥发性成分分析，以及香气性能评价的结果可知，罗马洋甘菊精油具有更为透发的药草香，优雅而显的花香，及丰富且灵动的果甜香，在土味、辛辣的刺激感上弱于德国洋甘菊精油，而且精油得率显著高于德国洋甘菊精油，成本更具优势，因此选择罗马洋甘菊精油进行相关饮料的探索制备研究。

2.3 洋甘菊精油饮料应用

近年来，洋甘菊因卓越的药学性能，被广泛用于茶饮，但干花直接泡茶饮用的方式难以较好地浸溶出有效成分，洋甘菊精油精萃了洋甘菊的精华，且富集了洋甘菊浓郁且特征的花草香，可以采用饮料复配的方式加以利用，因此可考虑以花草茶饮料的基础配方（28 g的果葡糖浆，0.22 g的柠檬酸，0.20 g的Vc，0.05 g的食盐，用纯净水溶解完全，定容至1 L）进行洋甘菊精油饮料的适配和调制。

分别添加0.1%、0.5%、1.0%的洋甘菊精油于花草茶饮料基础液中，充分摇匀，常温静置5 min后进行试味评价。同时将此试制饮料罐装后锁盖密封，常温静置2 h后，从澄清度和香气持久性方面评价其风味稳定性[33]。评价结果见表2。

表2 洋甘菊精油饮料的感官评价

经过8位饮料研发人员的感官评价，综合各评价指标及2 h风味稳定性的快速评价结果，0.1%的洋甘菊精油饮料通体澄清透明，无浮油及沉淀，但香气不够透显；1.0%的洋甘菊精油香气较好，药草香及花香显透，伴果韵和甜香，且具洋甘菊的特征风味，但2 h后液体上方有少许浮油，未能溶解完全；0.5%的洋甘菊精油添加到花草茶饮料基础液中，液体通体澄清透明，无沉淀及浮油出现，且具洋甘菊特征风味，有药草香及淡淡花香，伴果甜香。0.5%的添加比例能够制备出特征风味透发，液体性能相对稳定的洋甘菊精油饮料。

3 结论

笔者利用GC-MS技术对经水蒸气蒸馏提取的罗马洋甘菊精油及德国洋甘菊精油的挥发性成分进行对比分析，共鉴定出49种挥发性成分，酯类、醇类及萜烯类挥发性成分是洋甘菊精油的主要香气组分，同时结合感官评价分析2种精油的香气性能，罗马洋甘菊精油花香优，果甜香好，具透、显的药草香，香气性能较优，且精油的得率较高，原料成本较低，更适宜用于饮料的制作和研发。德国洋甘菊精油含有特异的高效抗过敏成分（洋甘菊油烃），可作为潜在的功能化妆品或药品的重要原料。

罗马洋甘菊、德国洋甘菊精油挥发性成分的比较分析及评价研究，为全面解析洋甘菊精油的风味特性提供了理论依据和数据参考，对接和整合香气性能的评价结果与理化成分分析数据，为洋甘菊的品种选育、活性研究以及应用产品开发提供理论基础，同时为洋甘菊精油的提取、制备，相关香精的生产、调配以及精油的工业化生产及在饮料、保健品方向上的应用提供数据支撑和参考。

4 讨论

挥发性成分是样品香气及风味呈现的物质基础，香气成分的组成及比例不同，会导致样品风味特征的迥异。罗马洋甘菊、德国洋甘菊精油挥发性成分组成类别相似，其中有共性挥发性成分40种，分属于萜烯类（11种）、醇类（4种）、酮类（1种）、醛类（2种）、酯类（16种）、杂环类（1种）、芳香族类（1种）、酸类（1种）等，共性挥发性成分分别占精油挥发性成分总量的71.73%和67.74%，能够代表2种精油的主要香气组分，可能是其具有相似香气轮廓的原因。一些特异挥发性成分（图4），如罗马洋甘菊精油中鉴定出2-甲基丁酸乙酯、异戊酸异丁酯，是其能够呈现较优果甜香的可能原因，而顺-香芹醇在德国洋甘菊精油中的检出，使其辛香透发[31]。洋甘菊花在高温蒸煮逸出精油的过程中，不可避免地产生了水煮味，并在精油香气的后段呈现，优化和改进洋甘菊精油的提取工艺，在最大化富集原材料特征风味的基础上，降低精油刺激感及水煮味，是一个亟待解决的问题。

图4 罗马洋甘菊精油及德国洋甘菊精油的特异挥发性成分

德国洋甘菊精油的花果香稍弱，辛香透显，土味较强，整体香气性能较罗马洋甘菊精油差，但只在德国洋甘菊精油中鉴定到洋甘菊油烃，可能是导致精油呈现深蓝色色泽的原因[20]。洋甘菊油烃是一种具有高效抗过敏功效[22]的关键因子，只在精油蒸馏过程中产生，后期可结合化学方法和生物技术手段探明洋甘菊油烃及其功效活性的产生原因、前体底物及在不同品种中基因表达的差异[34]，为洋甘菊油烃的富集、制备提供理论支撑。

洋甘菊精油中具重要抗炎作用的α-红没药醇在2种精油中均未能检测到，可能与精油提取方法、检测方法、洋甘菊品种及产地的不同有关[18,21,35-36]。

洋甘菊精油挥发性成分的分析结果与感官评价的结果相吻合，在此基础上对2种精油的香气性能进行综合评价，理化分析结合感官评价，多维角度对其香气特征进行解析和评判，选择出适宜添加的饮料制作原料。饮料研发中对原材料的筛选可尝试此种方法，感官评价结合理化数据分析，方便、快捷、准确。同时对洋甘菊精油在饮料中的应用基础进行更加深入的探索和研究，制备特征风味突显兼具健康功效的功能饮品。

加强对洋甘菊资源的利用，及洋甘菊精油药学活性的研究、功能整合及产品开发。在综合解析香气性能的基础上，充分发挥洋甘菊精油突出的药学性能与生理活性的优势，研发风味更清新的具抗衰老、清除自由基功效的保健饮料或护肤品，增加洋甘菊精油的活性利用度。建立洋甘菊植株或精油中功能活性成分的快速检测及制备方法，推进植物源天然抗炎药物的生产与工业化。