木兰科植物花香成分提取与鉴定研究进展

袁婕俐， 金晓玲， 余秋岫， 胡筱璇

(中南林业科技大学 风景园林学院，湖南 长沙 410004)

花香被誉为花的灵魂[1]，是评价园林观赏植物品质的重要指标之一。花挥发物质是由植物花朵中释放出的一系列分子量低、挥发性强的芳香物质组成的复杂混合物[2]。花香物质常被用于萃取精油，应用于芳香疗法、香水、香味食品和调味剂等方面，并利用发香工艺制作花茶，在农业、生物学、医药、香水化妆品工业等方面有着重要的价值[3]。但与花的其他性状(如：花色、花型、花期等)相比，研究起步较晚[4]。

木兰科植物是最古老的被子植物，花香浓郁，为提取芳香油及庭园观赏的重要园林树种，常被用于亚洲和北美的传统医学[5-6]。目前木兰科植物中已鉴定出多种花香成分，包括萜类、烷类、酯类、醇类、酸类和苯环类等化合物，其中萜类化合物和苯环类化合物是木兰科植物花香的主要成分[7]。

截止到目前，对于其花香成分提取与鉴定的方法对比未有归纳和总结，选择合适的提取及鉴定方法是后续准确解析香气主要成分的关键。因此，本文主要针对木兰科植物花香成分提取与鉴定方法进行综述，并对其花香成分的研究结果(研究的树种、主要研究部位、主要花香成分)进行总结，为今后培育新型香型新品种提供新的育种方向，以期为木兰科植物花香成分的深入研究及其开发利用提供科学依据。

1 木兰科花香成分研究的树种

如表1所示，对目前木兰科植物花香成分的研究树种、研究部位、提取与鉴定方法及其主要香气成分进行了归纳。木兰科由18个属组成，约335种[8]，目前涉及研究花香成分的树种仅5属，分别是单性木兰属、木兰属、木莲属、含笑属和拟单性木兰属，共38种。其花香成分89.47%的研究集中于木兰属和含笑属，分别有21种和13种，其他属树种鲜少研究。

表1 木兰科花香成分研究概况Table 1 Profile of floral fragrance components of Magnoliaceae

续表

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2 木兰科植物花香成分的主要研究部位

同一植物不同花器官间香气成分种类及含量存在差异。整朵花是木兰科植物花香成分研究最多的部位，其次是花蕾和花被片，鲜少进行其他花器官部位的研究，如雌蕊、雄蕊等。如亮叶含笑雄蕊特有花香成分为α-蒎烯、长马鞭草烯酮和新丁香三环烯；雌蕊特有花香成分为大马酮、烟叶酮和喇叭烯氧化物；花被片特有花香成分为柠檬烯环氧化物[54]；云南含笑花托主要含萜类化合物，花被片和花丝主要含酯类化合物[60]。

3 木兰科植物花香成分提取方法

不同提取花香成分的方法鉴定出的化合物种类不同。花香成分提取的完整程度及真实性对后续化合物鉴定的准确性极为重要。目前常见的木兰科花香成分提取方法主要包括水蒸气蒸馏法、同时蒸馏法、超临界CO2萃取法、顶空法、热脱附法和固相微萃取法等。

3.1 水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法(Steam distillation，SD)是一种较为传统的方法，其设备容易获取、操作简单，可获得含花香物质的挥发油[65]。SD法与其他方法相比提取的精油率更高[66]。SD法提取白玉兰和紫玉兰花挥发油，鉴定出37种、41种化合物[18]；SD法提取含笑花挥发油，发现其花香成分以醇类和烯烃类化合物为主[67]。SD法对低沸点、低含量化合物有较好的提取效果，但其所需的高温可能会破坏花香成分的完整性，易失去新鲜香气的风味[68]。

3.2 同时蒸馏法

同时蒸馏法(Simultaneous distillation and extraction，SDE)是一种利用溶剂萃取与水蒸气蒸馏法结合的方法，提取挥发油效率高，能反复进行香气物质的富集，有效提取某些香气物质含量较少的样品[69]。SDE法提取荷花玉兰花挥发油，鉴定出66种花香成分[22]；SDE法提取黄兰花挥发油，鉴定出67种花香成分[47]。SDE法虽能高效获取花香提取物，但在高温下循环萃取浓缩，易导致某些低沸点香气物质受热分解，使鉴定出的花香成分与真实香气成分间存在差异[70]。

3.3 超临界CO2萃取法

超临界CO2萃取法(Supercritical CO2extraction，SC-CO2)能将特定香气成分从样品中萃取分离，广泛应用于食品工业、天然植物香料、生物活性物质提取等方面[71]。CO2具有无毒、成本低廉等优点，是最为常用的萃取溶剂。SC-CO2法提取白兰花挥发油，鉴定出59种花香成分[43]；SC-CO2法提取含笑花挥发油，鉴定出31种花香成分[50]。SC-CO2法虽环保、不易污染环境，但存在耗费成本高、设备昂贵等问题[72]。

3.4 顶空法

顶空法(Headspace，HS)与传统提取方法SD、SDE和SC-CO2等相比，具有无溶剂、节省样品量、样品处理简单方便、自动进样等优点[73]。HS法提取单性木兰雄花和雌花的花香成分，都鉴定出6种香气成分[9]；HS法提取白玉兰和紫玉兰的花香成分，发现萜类是玉兰花的主要香气来源[49]。HS法虽操作简单，但其灵敏度较低[74]。

3.5 热脱附法

热脱附法(Thermal desorption，TD)与传统提取方法SD、SDE和SC-CO2等相比，具有耗时短、样品易处理等优点[75]。TD法提取紫玉兰、二乔玉兰、飞黄玉兰和深山含笑的花香成分，各鉴定出43种、18种、31种和39种花香成分[24]；TD法提取含笑的花香成分，鉴定出53种花香成分[52]。但其方法易受到温度的影响，高温度易使高敏性香气成分分解或与其他成分发生化学反应，低温度易使样品中香气成分易有残留，吸附不彻底[76]。

3.6 固相微萃取法

固相微萃取法(Solid phase micro-extraction，SPME)主要通过石英纤维表面涂层材料吸附香气成分，从而进行香气成分的富集、提取和解析。SPME法具灵敏度高、所需样品量较少和无需溶剂等优点，其常与HS法结合提取香气成分，提取效率高，吸附香气效果好，适合复杂组分的提取[77]。HS-SPME法提取玉兰的花香成分，鉴定出65种花香成分[17]；HS-SPME法提取自然环境下白兰鲜花的花香成分，发现大量低浓度的萜烯类和酯类化合物是白兰花芳香宜人的主要来源，其方法能更为真实、方便、有效的反映其香气成分组成[41]。但HS-SPME法不易提取固体样品中难以挥发的组分[78]。

3.7 其他提取方法

除以上6种常用提取方法，还采用了溶剂浸提法(Solvent extraction，SE)、超声波萃取法(Ultrasonic extraction，UE)、吸附法(Adsorption method，AM)和吹扫捕集法(Purge and trap，PT)。如SE法浸提白兰花的香气成分，鉴定出15种花香成分[42]；UE法提取白兰花被片的香气成分，鉴定出47种花香成分[43]；AM法提取天目木兰花被片的香气成分，鉴定出27种花香成分[11]；PT法提取厚朴花的花香成分，鉴定出25种花香成分[25]。其中SE法和AM法都易有溶剂残留；UE法成本高、价格昂贵；PT法较适合提取鲜花的香气成分，但需携带提取设备在室外检测。

4 木兰科植物花香成分鉴定方法

目前常用的木兰科花香成分鉴定方法主要有：原位显微拉曼光谱法(SMRS)、气相色谱法(GC)、气相色谱火焰离子化检测法(GC/FID)和气相色谱质谱联用法(GC/MS)。

4.1 原位显微拉曼光谱法

原位显微拉曼光谱法(In situ micro raman spectroscopy，SMRS)主要通过测定香气物质散射的拉曼光谱形成的峰直接对样品香气成分进行分析鉴定[79]。目前木兰科植物中仅白兰、深山含笑、黄花含笑利用其进行了花香成分鉴定，但鉴定出的种类较少，均小于10种[46]。但SMRS法配备的电极易受到溶液和气体侵蚀，影响检测性能。

4.2 气相色谱法

气相色谱法(Gas chromatography，GC)能对样品中各香气成分的吸附力产生不同的检测信号，形成气相色谱进行化合物的定性定量分析。GC法常与提取方法结合鉴定植物的香气成分，其灵敏度高、分析速度快[80]。如用SD-GC/GC-MS法对黄兰花提取与鉴定出67种花香成分[47]；SD-GC/GC-MS法对大叶含笑花提取与鉴定出56种花香成分[61]。但GC法对样品中复杂组分的定性较为困难。

4.3 气相色谱-质谱联用法

气相色谱-质谱(Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)联用技术集中了GC和MS的优点，灵敏度高、重现性好和分析速度快等优势而在植物香气成分分析中广受亲睐[81]。目前国内外对木兰科植物花香成分的鉴定方法主要采取GC-MS法。如用HS-SPME-GC/MS法发现日本辛夷初花期和盛花期的主要花香成分基本相同，含量有显著差异[34]；HS-SPME-GC/MS法提取与鉴定出白兰花75种花香成分[40]。但GC-MS法存在检测限制值，较低含量的物质难以检测出[82]。

5 木兰科植物主要花香成分

木兰科植物释放的花香是其花中所有香气物质共同产生的结果,成分类型多为萜类、酯类和醇类化合物，少量为烷烃类、醚类、酚类和酮类化合物。

5.1 萜类化合物

萜类化合物是高等植物释放最为广泛的一类化合物，包括异戊二烯、单萜和倍半萜等[83]。研究发现，木兰科植物的花香成分中含有多种萜类成分，主要为1,8-桉树脑、β-蒎烯和芳樟醇等。如1,8-桉树脑是望春玉兰[12]、玉兰[17]、紫玉兰[26]、二乔玉兰[26]、伊丽莎白玉兰[33]、腋花玉兰[36]、日本玉兰[37]和黄兰[47]的主要花香成分，其香气特征呈薄荷味、香草型；β-蒎烯是黄山木兰[16]、淡紫玉兰[15]、罗田玉兰[29]、飞黄玉兰[32]、深山含笑[59]、乐东拟单性木兰[63]的主要花香成分，其香气特征呈树脂味和香草型。

5.2 酯类化合物

酯类化合物在木兰科植物中有较多分布。研究发现，深山含笑的主要花香成分为苯甲酸甲酯[24]，其香气特征呈冬青油香、香草型；玉兰的主要花香成分为2-甲基-丁酸甲酯[17]，其香气特征呈苹果味、果香型；单性木兰雌花的主要花香成分为乙酸松油酯[9]，其香气特征呈苹果味和果香型。

5.3 醇类化合物

醇类化合物是木兰科植物花香的重要组成部分。研究发现，芳樟醇是日本辛夷的主要花香成分[34]，其香气特征呈玫瑰香味、花香型；武当玉兰花蕾的主要花香成分为萜品烯-4-醇[15]，其香气特征呈胡椒味、辛香型；荷花玉兰花被片的主要花香成分为反式香叶醇[20]，其香气特征呈玫瑰味和花香型。

5.4 其它化合物

少量木兰科植物中主要花香成分为烷烃类、醚类、酚类和酮类化合物。如玉兰花被片的主要花香成分为十五烷[18]，其香气特征呈蜡质型；伊丽莎白玉兰花被片的主要花香成分为黄樟醚[15]，其香气特征呈茴香、辛香型；白兰花被片的主要香气成分为2,6-二叔丁基-4-甲基-苯酚[45]；亮叶含笑花被片和雌蕊的主要香气成分都为异长叶烯-5-酮，其香气特征呈琥珀香、木香型，雄蕊的主要香气成分为香附酮，其香气特征呈草药香和木香型[54]。

6 结论与展望

目前已报导的木兰科植物花香成分的提取与鉴定方法优缺点各不相同，常用的HS-SPME-GC-MS法因GC-MS的低分辨性能难以鉴定出低含量的化合物，且能鉴定的化合物种类有限，今后需考虑结合更高效率、高分辨性能的技术手段开展木兰科植物的花香成分研究。如高分辨质谱(High resolution mass spectrometry，HRMS)技术[84]、气相色谱-嗅闻技术(Gas chromatography-olfactometry，GC-O)[85]等。

木兰科植物花香主要成分萜类化合物，是天然抗氧化剂和抗菌剂的重要来源。如云南含笑花香主要成分β-榄香烯能直接杀伤肿瘤细胞[60]；飞黄玉兰花香成分中的反-罗勒烯具有抗病毒、活血和抗菌等功效[86]；紫玉兰花香成分中的月桂烯能抗氧化、治疗失眠和抗菌消炎等[87]。

随着康养园林与园艺疗法兴起，人们开始重视植物香气成分对人体健康的影响。研究发现，园林植物的香气成分对人体健康的影响直接表现在对人体心理、生理的响应[88]。如飞黄玉兰、紫玉兰和深山含笑等花香成分中月桂烯、β-蒎烯、柠檬烯、α-蒎烯和芳樟醇含量较高，而月桂烯、β-蒎烯具抗真菌的作用；柠檬烯能够驱虫；α-蒎烯、芳樟醇具有明显抑制细菌生长，改善空气质量的作用[89]，其树种在园林环境中抑制微生物、净化空气方面有很高价值。

总的来说，目前针对木兰科植物花香成分的研究尚少，其花香物质的提取与鉴定的方法性能较低。因此，利用更为先进的仪器和技术全面研究木兰科植物的花香成分，探究其主要香气成分、香气特征及园林应用将成为未来的研究方向。