郝俊峰， 閆雨婷， 王志軍， 賈玉山， 袁 寧， 格根圖

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院， 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

植物揮發(fā)性成分是指植物在自然條件下所產(chǎn)生的各種揮發(fā)性有機物質(zhì)，它們成分復雜，一般含量低、揮發(fā)性強而活性高[1]。前蘇聯(lián)植物生理學家Toknh博士于1930年首次提出“揮發(fā)性成分”，它被稱作芬多，也被稱作植物殺菌素、植物精氣或者植物揮發(fā)性有機物[2-3]，它的沸點低，分子量小，易揮發(fā)，由醇類、醛類、烴類、脂肪酸、芳香族和含氮類化合物組成，其生物活性一般很高[1,4-5]。有研究顯示，揮發(fā)性和芳香成分不但能給人帶來愉悅的感覺，而且通過吸收進入人體血液中能起到保健作用[6-7]。近年來，揮發(fā)性化合物的提取方法越來越多，主要有壓榨、溶劑萃取、蒸汽蒸餾等；現(xiàn)代提取技術(shù)主要有：微波輔助提取、超聲波輔助提取、頂空固相提取等[8]。頂空固相微萃取技術(shù)是以固相萃取為基礎(chǔ)，充分利用固相萃取的優(yōu)勢，只需一臺類似于進樣機的固相微萃取設(shè)備就可以完成整個預處理，利用層析進樣口供給能源進行解吸和進樣，操作簡便，無需溶劑，用樣量少，選擇性強，易于實現(xiàn)自動化[9]。影響固相微萃取過程的因素有很多，萃取溫度就是其一[9]。Gwillam[10]指出，萃取溫度對吸附樣品具有兩面性，一定范圍內(nèi)的溫度有助于頂空萃取，但隨溫度的升高，萃取頭分析組分的能力開始降低，進而影響總離子流圖的總峰面積。李宇宇等[11]研究表明70℃是天然牧草揮發(fā)性成分的最佳萃取溫度，而袁寧等[12]研究表明，90℃是苜蓿揮發(fā)性成分的最佳萃取溫度，這說明不同植物材料其揮發(fā)性成分的最適萃取溫度存在一定的區(qū)別，然而蒙早苦荬菜中揮發(fā)性成分在70℃和90℃萃取條件下存在的差異尚且未知。

蒙早苦荬菜(LactucaindicaL.)是由原內(nèi)蒙古農(nóng)牧學院張秀芬教授等人以河北省唐山地區(qū)引入苦荬菜品種作原始材料，經(jīng)多次混合選育而成的菊科萵苣屬一年生草本植物[13-14]。植株富含白色乳汁，微帶苦味，且營養(yǎng)豐富[15]，具有產(chǎn)量較高、適口性好等優(yōu)點[16]，可作為優(yōu)質(zhì)的牧草飼料，并在內(nèi)蒙古大部分地區(qū)、山西、河北以及甘肅、寧夏和山東等地種植。此外，蒙早苦荬菜還具有較高的藥用價值，其富含黃酮、三萜和甾醇等生物活性成分，具有抗氧化、抑菌和抗病毒等作用[17-18]。就揮發(fā)性成分分析來看，周向軍等[19]利用水蒸氣蒸餾法從苦苣菜葉中共提取出18種揮發(fā)性成分，主要有奎癸烷、十六酸甲酯、植醇和癸醛。喬春燕等[20]利用乙醚從苣荬菜中提取到27種揮發(fā)性成分，酸類較多，酯類其次，醇類較少。然而，關(guān)于苦荬菜尤其是蒙早苦荬菜揮發(fā)性成分以及對各部位的貢獻尚少見報道。綜上，本研究采用頂空固相微萃取(Head space-solid phase microextraction，HS-SPME)結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)技術(shù)對不同萃取溫度(70℃和90℃)下蒙早苦荬菜不同部位，即種子、根、莖、葉和花中的揮發(fā)性成分進行鑒定和分析，采用峰面積歸一化法計算揮發(fā)性成分相對含量，以期為苦荬菜在化工、食品、藥品及保健領(lǐng)域的應用提供理論和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料為蒙早苦荬菜。2021年5月8日在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學牧草種植基地進行播種，適時澆水鋤草，于初花期選擇大小一致、無病蟲害的蒙早苦荬菜植株，將其分成根、莖、葉和花4個部位，種子來自結(jié)實期時植株所得。所有樣品均經(jīng)—80℃凍干機凍干處理，粉碎，裝入自封袋保存。

1.2 試驗方法

稱取蒙早苦荬菜初花期的根、莖、葉和花以及結(jié)實期的種子各1.5 g，置于20 mL頂空瓶中，密封。將固相微萃取針插入頂空瓶中，揮發(fā)性成分測定方法參照Laopongsit[21]、李宇宇[22]的方法進行，部分實驗進行了優(yōu)化。GC(Gas Chromatography，8890+型號，美國Agilent公司生產(chǎn))條件設(shè)計為：色譜柱為HP-5MS UI石英毛細管柱，起始溫度為35℃，停留4 min，以5℃·min-1升溫至200℃，停留5 min，繼續(xù)以5℃·min-1升溫至250℃，停留4 min。進樣口溫度250℃，載氣為高純氦氣，流速為1 mL·min-1，1∶20分流進樣。萃取頭為DVB/CAR/PDMS，將樣品分別在70℃和90℃吸附50 min，進樣口250℃解析4 min。MS(Mass Spectroetry，7000D型號，美國Agilent公司生產(chǎn))質(zhì)譜的離子源為EI源，離子傳輸線280，離子源溫度為230，電子能量70 Ev，質(zhì)量掃描范圍40～550 m·z-1。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用NIST11和NIS11s數(shù)據(jù)庫檢索，核對標準質(zhì)譜圖，查閱相關(guān)文獻資料，并利用匹配度對揮發(fā)性組分進行定性分析，初步得出其分子式及分子結(jié)構(gòu)，并應用峰面積歸一化法計算揮發(fā)性組分的相對含量。使用Microsoft Office 2016軟件對數(shù)據(jù)進行整理。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒙早苦荬菜不同部位揮發(fā)性成分的主要類別分析

采用HS-SPME結(jié)合GC-MS法對蒙早苦荬菜在70℃，90℃萃取條件下不同部位的揮發(fā)性成分進行測定，總離子流圖見圖1和圖2，所得化學組分及含量見表3～表11。在70℃和90℃萃取溫度下，蒙早苦荬菜花中的揮發(fā)性物質(zhì)種類均為最多，分別為57種和68種。70℃萃取溫度下，根中的揮發(fā)性物質(zhì)種類最少，為33種；90℃萃取溫度下，種子中的揮發(fā)性物質(zhì)種類最少，為32種。

對不同萃取溫度下蒙早苦荬菜各部位的揮發(fā)性成分進行分析，可知主要化合物類別有醇類、醛類、酮類、酸類、酯類、烴類、芳香族類、雜環(huán)類以及醚類等(表1和表2)。其中，以醇類、醛類、酮類、烴類和芳香族類化合物種類及含量較多。

圖1 蒙早苦荬菜在70℃萃取下不同部位揮發(fā)性成分的GC-MS TIC圖譜Fig.1 GC-MS TIC of different parts of Lactuca indica L. Mengzao under extraction at 70℃

圖2 蒙早苦荬菜在90℃萃取下不同部位揮發(fā)性成分的GC-MS TIC圖譜Fig.2 GC-MS TIC of different parts of Lactuca indica L. Mengzao under extraction at 90℃

表1 蒙早苦荬菜在70℃萃取下各類揮發(fā)性成分的相對含量對比Table 1 Comparison of relative contents of volatile components in Lactuca indica L. Mengzao at 70℃

表2 蒙早苦荬菜在90℃萃取下各類揮發(fā)性成分的相對含量對比Table 2 Comparison of relative contents of volatile components in Lactuca indica L. Mengzao at 90℃

2.2 蒙早苦荬菜不同部位下醇類物質(zhì)揮發(fā)性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位醇類物質(zhì)組分及相對含量見表3。在70℃萃取溫度下，花中的醇類物質(zhì)數(shù)目最多，為11種，但相對含量較低，為醇類物質(zhì)總量的7.7%；種子中的醇類數(shù)目相對較少，而相對含量最高為46.0%。由表3可知，醇類物質(zhì)中己醇、戊醇的相對含量較高，分別為31.1%和6.6%；其次為1-辛烯-3-醇、異植物醇和苯乙醇等。

在90℃萃取溫度下，種子和花中的醇類物質(zhì)為最多，達9種，其中種子中的相對含量最高，占醇類物質(zhì)總量的42.5%；花中醇類物質(zhì)的相對含量較高為11.8%。由表3可知，醇類物質(zhì)中戊醇、苯乙醇的相對含量較高，分別為20.3%和5.3%；其次為壬醇、反-2-庚烯-1-醇和3-癸炔-2-醇等。

表3 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位醇類物質(zhì)組分及相對含量Table 3 Alcohol components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at the extraction temperatures of 70℃ and 90℃

續(xù)表3

2.3 蒙早苦荬菜不同部位下醛類物質(zhì)揮發(fā)性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位醛類物質(zhì)組分及相對含量見表4。在70℃萃取溫度下，葉中的醛類物質(zhì)數(shù)目最多，達14種，其相對含量最高，為38.5%。由表4可知，醛類物質(zhì)中壬醛和己醛的相對含量較高，分別為16.7%(葉)和10.2%(莖)；其次為反式-2,4-庚二烯醛、癸醛和β-環(huán)檸檬醛等。

在90℃萃取溫度下，根、莖、葉中的醛類物質(zhì)數(shù)目最多，達15種，其中葉中的相對含量最高為23.8%。根與莖中的相對含量也較高，分別為22.4%和20.0%。由表4可知，在醛類物質(zhì)中，壬醛和椰子醛的相對含量較高，分別為8.8%(葉)和6.0%(種子)；其次為己醛、苯甲醛和β-環(huán)檸檬醛等。

表4 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位醛類物質(zhì)組分及相對含量Table 4 Aldehyde components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

2.4 蒙早苦荬菜不同部位下酮類物質(zhì)揮發(fā)性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位酮類物質(zhì)組分及相對含量見表5。在70℃萃取溫度下，葉中的酮類物質(zhì)數(shù)目最多，達8種，其相對含量最高，為22.8%。由表5可知，酮類物質(zhì)中β-紫羅蘭酮、3,5-辛二烯-2-酮的相對含量較高，分別為9.1%(葉)和5.1%(葉)；其次為6-甲基-5-庚烯-2-酮、香葉基丙酮和6-羥基-9-惡唑環(huán)[3.3.1]壬-2-酮等。

在90℃萃取溫度下，花中的酮類物質(zhì)數(shù)目最多為8種，其相對含量為25.0%；葉中的酮類物質(zhì)相對含量最高，為28.0%。由表5可知，酮類物質(zhì)中β-紫羅蘭酮、香葉基丙酮的相對含量較高，分別17.9%(葉)和10.6%(花)；其次為環(huán)癸酮、3,5-辛二烯-2-酮和4-二乙基螺環(huán)[2.3]己烷-5-酮等。

表5 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度不同部位酮類物質(zhì)組分及相對含量Table 5 Keton components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

2.5 蒙早苦荬菜不同部位下酸類物質(zhì)揮發(fā)性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位酸類物質(zhì)組分及相對含量見表6。在70℃萃取溫度下，花中的酸類物質(zhì)數(shù)目最多，達5種，其相對含量較高為3.0%。由表6可知，酸類物質(zhì)中乙酸、正己酸的相對含量較高，分別為2.1%(葉)和1.9%(種子)；其次為丙二酸等。

在90℃萃取溫度下，葉中的酸類物質(zhì)數(shù)目最多，達3種，其相對含量最高為1.0%。由表6可知，酸類物質(zhì)中亞油酸的相對含量較高，分別為0.7%(種子)；其次為芥酸和順式-3-辛基氧基十一烷酸等。

表6 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度不同部位酸類物質(zhì)組分及相對含量Table 6 Acid components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

續(xù)表6

2.6 蒙早苦荬菜不同部位下酯類物質(zhì)揮發(fā)性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位酯類物質(zhì)組分及相對含量見表7。在70℃萃取溫度下，花中的酯類物質(zhì)數(shù)目最多，為7種，其相對含量為3.9%；葉中酯類物質(zhì)的相對含量最高，為6.9%。由表7可知，酯類物質(zhì)中二氫獼猴桃內(nèi)酯、1-乙炔基環(huán)己醇-1-氨基甲酸酯的相對含量較高，分別為5.6%(葉)和1.4%(種子)；其次為丙位己內(nèi)酯和[反式-3-甲基-6-氧代-2-烯]乙酸酯等。

在90℃萃取溫度下，花中的酯類物質(zhì)數(shù)目最多，達9種，其相對含量為4.3%；葉中酯類物質(zhì)的相對含量最高，為12.6%。由表7可知，二氫獼猴桃內(nèi)酯、己酸戊酯在酯類物質(zhì)中的相對含量較高，分別為11.9%(葉)和1.8%(種子)；其次為反式-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醇3-甲基丁酸酯、十七烷酸植酸酯和13-甲基十五烷酸甲酯等。

表7 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度不同部位酯類物質(zhì)組分及相對含量Table 7 Ester components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

續(xù)表7

2.7 蒙早苦荬菜不同部位下烴類物質(zhì)揮發(fā)性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位烴類物質(zhì)組分及相對含量見表8。在70℃萃取溫度下，花中的烴類物質(zhì)數(shù)目最多，為7種，其相對含量也最高，為11.8%。由表8可知，烴類物質(zhì)中1-石竹烯、順式3-乙基-5- (2-乙基丁基)十八烷的相對含量較高，分別為3.0%(莖)和2.3%(花)；其次為辛烷、3-乙基-5-(2-乙基丁基)十八烷和1,4-二甲基-2-十八烷基環(huán)己烷等。

在90℃萃取溫度下，花和根中的烴類物質(zhì)數(shù)目最多，均為7種；花中的烴類物質(zhì)相對含量最高，為13.4%。花中烴類物質(zhì)的相對含量最高，為13.36%。由表8可知，烴類物質(zhì)中正二十一烷、1-石竹烯的相對含量較高，分別為6.7%(花)和3.56%(花)；其次為(+)-β-己烯、十四烷和2,6,10-三甲基十四烷等。

表8 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位烴類物質(zhì)組分及相對含量Table 8 Hydrocarbon components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

續(xù)表8

2.8 蒙早苦荬菜不同部位下芳香族類物質(zhì)揮發(fā)性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位芳香族類物質(zhì)組分及相對含量見表9。在70℃萃取溫度下，葉中的芳香族類物質(zhì)數(shù)目最多，為8種，其相對含量較低，為7.5%；根中的芳香族類物質(zhì)相對含量最高，為12.4%。由表9可知，芳香族類物質(zhì)中甲苯、3,4-二乙基聯(lián)苯的相對含量較高，分別為4.65%(種子)和3.0%(根)；其次為(+)-β-己烯、苯乙烯和1-甲基萘等。

在90℃萃取溫度下，葉中的芳香族類物質(zhì)數(shù)目最多，為13種，其相對含量較高，為15.1%。莖中的芳香族類物質(zhì)相對含量最高，為16.8%。由表9可知，芳香族類物質(zhì)中3,5-二羥基戊苯、芴的相對含量較高，分別為6.9%(莖)和2.4%(莖)；其次為2,7-二甲基萘、2-異丙苯基萘和2,2′,5,5′-四甲基聯(lián)苯等。

表9 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位芳香族類物質(zhì)及相對含量Table 9 Aromatic components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

續(xù)表9

2.9 蒙早苦荬菜不同部位下雜環(huán)類物質(zhì)揮發(fā)性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位雜環(huán)類物質(zhì)組分及相對含量見表10。在70℃萃取溫度下，花中的雜環(huán)類物質(zhì)數(shù)目最多，為7種，其相對含量較高，為9.4%；種子中的雜環(huán)類物質(zhì)相對含量最高，為10.6%。由表10可知，雜環(huán)類物質(zhì)中2-戊基呋喃和4-甲基-4-羥基環(huán)己酮的相對含量較高，分別為6.8%(莖)和2.9%(花)；其次為6-羥基-9-惡雜環(huán)[3.3.1]壬-2-酮、2-異丙基-3-甲氧基吡嗪和二苯并呋喃等。

在90℃萃取溫度下，花中的雜環(huán)類物質(zhì)數(shù)目最多，為8種，其相對含量較低，為6.9%；種子中的雜環(huán)類物質(zhì)相對含量最高，為17.8%。由表10可知，2-戊基呋喃和2,6-二氟-3-甲基苯甲酸壬酯的相對含量較高，分別是6.0%(根)和3.2%(根)；其次為二苯并呋喃、3-乙基-4-甲基吡咯-2,5-二酮和2-吡啶甲醇等。

表10 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位雜環(huán)類物質(zhì)及相對含量Table 10 Heterocycle components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

續(xù)表10

2.10 蒙早苦荬菜不同部位下醚類物質(zhì)揮發(fā)性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位醚類組分及相對含量見表11。在70℃萃取溫度下，僅在種子中含有2種醚類物質(zhì)，其相對含量為1.8%。由表11可知，醚類物質(zhì)中1,1二氧六十六烷相對含量較高，為1.1%(種子)。

在90℃萃取溫度下，僅在花中含有1種醚類物質(zhì)，其相對含量為0.9%。由表11可知，二甲基硫醚是醚類物質(zhì)中僅有的一種物質(zhì)。

表11 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位醚類物質(zhì)組分及相對含量Table 11 Ether components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

3 討論

揮發(fā)性成分是植物風味特性呈現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，但不同植物在不同部位及不同溫度下所呈現(xiàn)的風味特征有顯著差異。其中萃取條件對HS-SPME的萃取能力有很大影響[12]。白俊英等[23]、袁寧等[12]研究表明升高溫度有助于待測組分的運動，促進揮發(fā)性成分的吸附。本研究采用HS-SPME結(jié)合GC-MS分析，研究發(fā)現(xiàn)70℃萃取條件分離出116種揮發(fā)性成分，主要以醛類、醇類、酮類為主，主要成分有己醇、己醛、β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、1-石竹烯、甲苯以及2-戊基呋喃等；而在90℃萃取條件得到的蒙早苦荬菜揮發(fā)性成分多出21種，進一步發(fā)現(xiàn)其揮發(fā)性成分主要以醛、醇、酮、芳香族類化合物為主，主要成分有戊醇、β-紫羅蘭酮、2-戊基呋喃、二氫獼猴桃內(nèi)酯以及香葉基丙酮等。也就是說隨萃取溫度逐漸升高，苦荬菜中揮發(fā)性成分的擴散速度也隨之加快，更加刺激萃取頭對揮發(fā)性成分的快速吸附，因而蒙早苦荬菜揮發(fā)性成分種類較為豐富。而在70℃溫度下蒙早苦荬菜揮發(fā)性成分揮發(fā)不完全，萃取效果較差，揮發(fā)性成分種類較少[22]。

蒙早苦荬菜不同部位揮發(fā)性成分及風味不盡相同。萃取溫度從70℃升高至90℃時，蒙早苦荬菜根、莖、葉和花中的揮發(fā)性成分數(shù)目均呈增加趨勢。其中醛類物質(zhì)種類分別增加6，6，1和3種。而在每個萃取溫度下，相對于其他部位，葉中醛類物質(zhì)相對含量最高。醛類物質(zhì)閾值較低，對風味影響較大[23]，故蒙早苦荬菜葉中氣味較濃郁，其中，壬醛、己醛和癸醛在根、莖、葉和花中均有檢出。壬醛在兩種萃取溫度下均以葉中的相對含量最高(16.7%和8.8%)；己醛在70℃萃取溫度下以莖中相對含量最高(10.2%)，而在90℃萃取溫度下以種子中相對含量最高(5.2%)；兩種萃取溫度下根中癸醛相對含量最高(3.3%和2.2%)。壬醛賦予蒙早苦荬菜葉油脂味道和甜橙氣息[24]，己醛在濃度較低時具有青草味道和水果香氣[25]，癸醛則賦予蒙早苦荬菜根水果香[26]，三者對蒙早苦荬菜整體風味影響較大。

酮是羰基化合物的主要基團之一，揮發(fā)性的酮類化合物可能為脂質(zhì)或氨基酸降解的產(chǎn)物[27]。兩種萃取溫度下，β-紫羅蘭酮和香葉基丙酮均在蒙早苦荬菜根、莖、葉和花中檢測出，且隨溫度增加二者呈現(xiàn)增加趨勢，其中β-紫羅蘭酮以葉中相對含量最高(17.9%)，香葉基丙酮以花中相對含量最高(10.6%)。酮類物質(zhì)的閾值較醛類物質(zhì)高，不易被感知，對風味特征影響不大[26]。研究表明，β-紫羅蘭酮明顯對多種腫瘤細胞具有抑制作用，不僅阻滯腫瘤細胞周期，還能誘導腫瘤細胞產(chǎn)生凋亡[28-29]。

本研究中，醇類物質(zhì)在蒙早苦荬菜種子中積累的最多，70℃和90℃萃取溫度下醇類物質(zhì)的相對含量占比分別為46%和42.5%，己醇和戊醇分別為其主要物質(zhì)，因此有必要下一步對種子進行深度加工，探究其主要成分的利用價值。

4 結(jié)論

本實驗通過固相微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用的方法，對兩種萃取溫度下(70℃和90℃)蒙早苦荬菜不同部位(種子、根、莖、葉和花)釋放的揮發(fā)性成分進行了鑒定，并對各萃取溫度相同部位進行分析比對，結(jié)果表明兩種萃取溫度下蒙早苦荬菜各部位揮發(fā)性成分差異較大，萃取溫度升高，釋放的揮發(fā)成分種類增加。蒙早苦荬菜揮發(fā)性成分主要以醇類、醛類和酮類為主，葉部揮發(fā)性成分種類多及含量較高，氣味濃郁。該研究結(jié)果為蒙早苦荬菜的精深加工和開發(fā)利用提供一定的理論指導。