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固相微萃取-气相色谱-质谱法测定牡丹花挥发油中各成分



全 文 :工作简报
固相微萃取- 气相色谱-质谱法
测定牡丹花挥发油中各成分
李莹莹1,2,郑成淑1*
(1.山东农业大学 园艺科学与工程学院,泰安271018; 2.菏泽学院 园林工程系,菏泽274015)
摘 要:采用固相微萃取-气相色谱-质谱法分离和测定牡丹花中挥发油成分,用归一化法测定
其相对含量。为使固相微萃取达到更高的效率,选用50/30μm PDMS/DVB/CAR的固相萃取头,
萃取温度及时间为45℃和40min。共检出38种化合物,总质量分数为2 481.34ng·g-1。其中
乙酸己酯、香茅醇、香叶醇和丙酸香叶酯等物质为构成牡丹花的特征香气的重要成分。
关键词:顶空固相微萃取;气相色谱-质谱联用法;牡丹花;挥发油
中图分类号:O657.63   文献标志码:A   文章编号:1001-4020(2012)11-1274-03
GC-MS Determination of Components of Volatile Oil of Peony
with Solid Phase Micro-extraction
LI Ying-ying1,2,ZHENG Cheng-shu1*
(1.College of Horticulture Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Tai′an 271018,China;
2.Department of Garden Engineering,Heze University,Heze 274015,China)
Abstract:Components of volatile oil in petals of fresh peony were extracted by solid phase micro-extraction
and analyzed by GC-MS,and their relative contents(in%)were found by the method of normalization.To attain a
higher efficiency in SPME,the 50/30μm PDMS/DVB/CAR fiber as coating was selected for the micro-extractor,
the extraction was carried out at 45℃for 40min.Thirty-eight compounds were identified,and total mass fraction
was amounting to 2 481.34ng·g-1.The main compounds were found as folowing:hexyl acetate,citronelol,
trans-geraniol and geranyl propionate,which were the important ingredients forming the fragrant characteristic of
peony.
Keywords:SPME;GC-MS;Peony;Volatile oil
  牡丹为芍药科芍药属落叶灌木,是我国的传统
名花和候选国花。在我国牡丹不仅种质资源丰富,
而且栽培面积也位居世界之首[1]。在众多花卉中,
牡丹“独占天下第一香”。然而,目前牡丹的研究多
集中在种质资源的收集与整理、组织培养、远缘杂交
及药用成分分析等方面[2-3],而关于牡丹鲜花花香挥
收稿日期:2012-12-08
基金项目:“十一五”国家科技支撑计划(2011BAD11B01;
 2011BAD11B02);泰安市大学生科技创新行动计划(2010D2005)
作者简介:李莹莹(1980-),女,山东临邑人,博士研究生,研究
 方向为观赏植物遗传育种。
* 联系人。E-mail:zcs@sdau.edu.cn
发物的研究报道较少。刘建华等[4]最早采用水气蒸
馏提取法在牡丹花瓣挥发油中分析得到了香茅醇、
香叶醇、芳樟醇等天然香味物质,并提出可作为天然
添加剂进一步开发利用;周海梅等[5]对固相微萃取
(SPME)与水气蒸馏提取效果进行了比较,并分析
了10个不同品种牡丹花香挥发物的成分及含量,共
检测出34种成分,指出SPME法检出的成分较多,
不同品种牡丹的挥发性成分组成不同,可根据化学
成分判断不同品种牡丹的用途。
SPME方法省时省力、萃取效率高、无需溶剂和
高温、准确性强,已成为鲜花花香挥发物提取与富集
最常用的方法[6-7],但在牡丹鲜花花香挥发物的研究
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李莹莹等:固相微萃取-气相色谱-质谱法测定牡丹花挥发油中各成分
中尚缺少SPME方法试验参数的系统研究。本工
作利用正交设计法对牡丹鲜花花香挥发物的提取条
件进行优化,确定出最佳萃取参数,所得牡丹鲜花花
香挥发物用于气相色谱-质谱法(GC-MS)系统分析
和鉴定,以建立快速、稳定、高效的检测手段和技术,
为今后建立牡丹香气的色谱图库提供参考,为牡丹
鲜花的开发利用提供科学依据。
1 试验部分
1.1 仪器与试剂
QP 2010型气相色谱-质谱联用仪;50/30μm
PDMS/DVB/CAR萃取头(2cm);手动SPME进
样器。
癸酸乙酯为色谱纯,乙酸乙酯为分析纯。
1.2 仪器工作条件
色谱条件:Rtx-5MS色谱柱(30m×0.32mm,
0.25μm);进样口温度250℃;载气为氦气(纯度为
99.99%),柱流量2.41mL·min-1;分流进样,分流
比为10比1。柱程序升温:起始温度40℃,保持
2min,以10 ℃·min-1速率升至250 ℃,保持
5min。
质谱条件:电子轰击电离源,电子能量70eV,
离子源温度200℃,接口温度230℃,扫描质量范围
45~450amu。
1.3 试验方法
称取牡丹鲜花花瓣2.00g放入100mL密封的
自制萃取瓶中,将老化好的萃取头插入样品瓶上空,
用手动SPME手柄使纤维头退回到针头内,并立刻
插入GC-MS仪的进样口,推出纤维头,于250℃下
解析,在仪器工作条件下检测。
将质谱图与 NIST08谱库提供的数据进行比
对,选择拟和指数大于80%的峰,并参考有关文献
数据,确定花香挥发物的各个化学成分;根据各化合
物峰面积与内标峰面积之比定量,以69.32mg·
L-1癸酸乙酯的乙酸乙酯溶液为内标,内标加入量
为10μL。
使用EXCEL 2007和SPSS 17.0统计软件分
别对正交试验结果进行直观分析和方差分析。
2 结果与讨论
2.1 正交试验
试验对SPME萃取温度、萃取时间、解析时间
等条件进行3因素3水平的L9(33)正交试验。萃
取温度设置为25℃,45℃,65℃,萃取时间设置为
20,40,60min,解析时间设置为1,2,3min。结果表
明:萃取温度为45℃、萃取时间为40min、解析时
间为1min时的峰面积平均值分别高于同因素的其
他两个水平。所以,牡丹花香挥发物固相微萃取的
最佳萃取参数为45℃下萃取40min、解析1min。
另外,比较各因素各水平峰面积平均值的极差可知,
影响牡丹花香挥发物固相微萃取的因素由大到小依
次为萃取温度、萃取时间、解析时间。
2.2 正交试验结果的方差分析
正交试验设计的极差分析能够比较直观地看出
各因素对牡丹花香挥发物萃取影响的大小,但缺乏
定量标准。由表1的方差分析结果可知:萃取温度
和萃取时间的P值分别为0.017和0.024,均小于
0.05,这说明萃取温度和萃取时间对牡丹花香挥发
物的提取影响显著;而解析时间的P值为0.065,大
于0.05而小于0.10,由此可知,解析时间对牡丹花
香挥发物的提取有影响但影响不显著。
表1 正交试验结果方差分析表
Tab.1 Variance analysis of results of orthogonal test
方差来源 离差平方和 自由度 均方 F值 P值
萃取温度 3.903×1014  2  1.952×1014  59.221  0.017
萃取时间 2.726×1014  2  1.363×1014  41.364  0.024
解析时间 9.493×1013  2  4.746×1013  14.403  0.065
误差 6.591×1012  2  3.295×1012
2.3 色谱行为
在优化的试验条件下,对牡丹鲜花的花香挥发
物进行提取和富集,并在仪器工作条件下进行分析,
总离子流图见图1。
试验在牡丹花的挥发油中共鉴定出了38种化
合物(表2),总质量分数为2 481.34ng·g-1。它们
由芳香烃、烷烃、酯、醇、醛、醚、酮及杂环化合物构
成。其中烷烃有14种,质量分数为801.33ng·
g-1;醚有2种,其中1,3,5-三甲氧基苯的质量分数
达716.54ng·g-1,是38种化合物中质量分数最高
者。另外,酯有7种,质量分数为398.35ng·g-1;
醇有8种,质量分数为389.41ng·g-1;其他类物质
均在3种以下且含量也较低。38种化合物中,香茅
醇、乙酸叶醇酯、丙酸橙花酯、丙酸香叶酯、Z-7-十四
碳烯醇和植烷的含量也较高,其质量分数均高于
100ng·g-1。根据Guadagni的香气值理论并参考
已知化合物的香气阈值[8],牡丹鲜花的花香挥发物
中香气值大于1的物质成分对其香味的影响较大,
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李莹莹等:固相微萃取-气相色谱-质谱法测定牡丹花挥发油中各成分
峰号1~38所对应的化合物名称同表1
图1 牡丹花香挥发物总离子流图
Fig.1 TIC chromatogram of volatile compounds characterizing the fragrance of peony
表2 SPME-GC-MS分析牡丹花挥发油中各成分
Tab.2 Components of volatile oil of peony found by SPME-GC-MS analysis
峰号 化合物名称
保留时间
/min
质量分数
w/(ng·g-1)
相似度
/%
峰号 化合物名称
保留时间
/min
质量分数
w/(ng·g-1)
相似度
/%
1 乙苯 3.03  23.72  83  20  1-十三烷醇 14.13  26.23  87
2 对二甲苯 3.24  61.75  98  21 α-法尼烯 14.53  3.42  93
3 正己醇 3.41  7.71  95  22 二苯并呋喃 14.75  26.64  93
4 间二甲苯 3.84  22.00  97  23 姥鲛烷 15.18  10.62  91
5 乙酸叶醇酯 6.58  49.17  97  24  2-甲基十六烷 15.27  9.39  91
6 乙酸己酯 6.72  42.82  97  25  3-十六碳炔 15.31  39.87  90
7 正十二烷 8.32  28.10  94  26 Z-3-十六碳烯 15.38  71.58  94
8 对苯二甲醚 9.52  20.59  96  27 正十七烷 16.39  96.34  96
9 香茅醇 10.56  128.02  94  28  Z-7-十四碳烯醇 16.51  151.97  91
10  Z-柠檬醛 10.77  9.44  94  29  8-十七碳烯 16.58  76.94  94
11 香叶醇 10.98  42.38  96  30 植烷 16.83  349.37  95
12  E-柠檬醛 11.23  4.19  92  31  6,9-十七碳二烯 17.13  7.51  88
13 正十四烷 11.58  33.06  96  32 3-甲基-Z,Z-4,6-十六碳二烯 17.17  3.60  84
14 香叶酸甲酯 11.99  5.15  93  33  Z,Z-10,12-十六碳二烯酮 17.52  7.38  86
15 丙酸香茅酯 12.40  36.94  94  34  3-甲基十七烷 17.65  23.01  95
16 丙酸橙花酯 12.57  136.58  97  35  1-十五烷醇 17.72  4.30  91
17 丙酸香叶酯 12.84  118.96  96  36  Z-9-十四碳烯-1-醇-乙酸酯 18.74  8.71  90
18 月桂醇 12.92  12.74  95  37 鲸蜡醇 18.80  16.08  95
19  1,3,5-三甲氧基苯 13.29  716.54  96  38 正十八烷 19.05  48.52  96
它们分别是乙酸己酯(香气阈值为2ng·g-1)、香
茅醇(香气阈值为40ng·g-1)、香叶醇(香气阈值
为40ng·g-1)和丙酸香叶酯(香气阈值为10ng·
g-1)等,而且这些成分在牡丹花中的含量也稍高,因
此,推断它们很可能是牡丹花的特征香气物质。此
外,昆虫信息素Z-9-十四碳烯-1-醇-乙酸酯[9]在牡丹
花中的质量分数为8.71ng·g-1,这对于牡丹花期
吸引昆虫授粉的重要生物学意义尚需进一步
研究。  
2.4 讨论
试验使用50/30μm PDMS/DVB/CAR萃取头
对牡丹花的花香挥发物进行富集,共鉴定出38种物
质,这表明PDMS/DVB/CAR三相复合萃取头比单
一极性的PDMS萃取头[5]具有更宽的极性范围和
更好的萃取效果。
在SPME最佳萃取条件下,采用 GC-MS技术
分析牡丹花香挥发物的成分及含量,结果显示:1,3,
5-三甲氧基苯的浓度含量最高,这与文献[4-5]的报
道有差异,这可能是因为供试品种不同或分析条件
的差异引起的。试验在牡丹花中检测出的烷烃类化
合物种类较多、总含量也较高,与文献[5]报道相一
(下转第1279页)
·6721·
潘青山等:原子荧光光谱法测定中药材中砷
扰测定:2 000倍的K+、Na+、Ca2+、Mg2+,1 000倍
的Fe3+、Zn2+、Cu2+、Co2+、Ni 2+,200倍的 Pb2+,
100倍的Bi 3+,20倍的Sb3+、Hg2+。
2.7 标准曲线及检出限
按试验方法对砷标准溶液系列进行测定,砷的
质量浓度在80μg·L
-1以内与荧光强度呈线性关
系,线性回归方程为If=108.92ρ+1.09,相关系数
为0.999 7。连续测定11份标准空白溶液,得到方
法的检出限(3s/k)为31ng·L-1。
2.8 回收试验
按试验方法对云南产地的三七、黄莲、茯苓和木
香等4种中药材中总砷和无机砷含量进行了测定,
同时进行加标回收试验,结果见表1。
表1 样品的测定结果及回收试验(n=10)
Tab.1 Results of sample analysis and test for recovery
样品
测定值
w/(ng·g-1)
标准加入量
w/(ng·g-1)
测定总量
w/(ng·g-1)
回收率
/%
RSD
/%
总砷 无机砷 总砷 无机砷 总砷 无机砷 总砷 无机砷 总砷 无机砷
三七 372  103  300  100  652  191  93.3  88.0  4.5  4.9
黄莲 185  65  200  100  366  157  90.5  92.0  3.6  4.7
茯苓 139  41  100  50  228  84  89.0  86.0  3.8  3.8
木香 253  53  200  50  436  98  91.5  90.0  4.3  4.2
  本方法测定的4种中药材总砷含量均符合我国
外经贸行业《药用植物及制剂进出口绿色标准》,无
机砷含量参考我国国家标准GB 2762-2005《食品
中污染物限量》[4]中粮食类无机砷限量标准,也均未
超标。
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(上接第1276页)
致。研究还发现牡丹花香挥发物中含有26.64ng·
g-1二苯并呋喃,它常用于医药生产。因此,牡丹鲜
花的药用价值有待于深入开发。
牡丹花香挥发物中含有香茅醇、香叶醇等天然
香味物质,这些天然化合物在食品、香精香料等化工
产品中具有良好的添加作用,所以,牡丹鲜花的深加
工产品具有广阔的开发利用前景。关于烷烃对牡丹
花香挥发物的影响及其利用尚需确定。
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