有机溶剂萃取与SPME提取的玫瑰水挥发性成分对比分析

有机溶剂萃取与SPME提取的玫瑰水挥发性成分对比分析
宋婉瑶;刘玉亮;姚雷
【摘要】玫瑰水(rose water)是玫瑰精油生产过程中的一种副产品,因其成分天然、香气怡人,以及补充皮肤水分和缓解皮肤衰老的功效,而被广泛地应用于食品、化妆
品和护肤品中.为了探索玫瑰水挥发性成分分析的科学方法,采用有机溶剂萃取和固
相微萃取(SPME)2种方法萃取2种国产玫瑰水中的挥发性成分.气相色谱质谱仪(GC/MS)分析表明,固相微萃取法萃取得到的2种玫瑰水中的香气成分种类(分别为31种和28种)明显多于有机溶剂萃取法萃取出的香气成分种类(分别为23种和21种),前者可以更全面地反应玫瑰水的香气成分构成,能有效地萃取玫瑰水香气成分中沸点较低、易挥发或是化学性质活泼的萜烯类、醚类和硫醚类化合物;且与有机溶
剂萃取法相比,操作简单,省时.
【期刊名称】《上海交通大学学报（农业科学版）》
【年(卷),期】2016(034)004
【总页数】8页(P57-64)
【关键词】玫瑰水;挥发性成分;有机溶剂萃取;固相微萃取
【作者】宋婉瑶;刘玉亮;姚雷
【作者单位】上海交通大学农业与生物学院,上海200240;伽蓝(集团)股份有限公司,上海200040;上海交通大学农业与生物学院,上海200240
【正文语种】中文
【中图分类】R284.2
玫瑰水(rose water)是玫瑰精油在蒸馏萃取过程中产生的一种副产品,成分天然纯净,含有微量玫瑰精油成分及其他水溶性成分,还含有玫瑰精油中没有的一些大分子物质,香味清淡宜人。

在伊朗,玫瑰水被称为Golab(rose water),应用于宗教仪式、食
品和药品[1]。

在印度传统医学体系中,玫瑰水与玫瑰干花均有药用[2]。

此外,玫瑰水还可以添加到化妆品和护肤品中,补充皮肤水分、缓解皮肤衰老,清洁紧致皮肤[3-6]。

玫瑰水中的挥发性成分基本来自于玫瑰精油,所以玫瑰水中所含挥发性成分在玫瑰
精油中也存在[1],但玫瑰水中挥发性成分的含量与玫瑰精油有较大差异,这与这些挥发性成分的水溶性、沸点与化学活性有很大关系,且玫瑰水的加工时间不同或者种
类与产地不同,检测出的挥发性成分及其相对含量也会不同[7-8]。

Agarwal等人分析的大马士革玫瑰水挥发性成分为苯乙醇(69.7%～81.6%),芳樟醇(1.5%～3.3%),
香茅醇(1.8%～7.2%),橙花醇(0.2%～4.2%)和香叶醇(0.9%～7.0%)[2]。

Ram和Lohani等人分析的不同地区生产的大多数玫瑰水中相对含量最高的挥发性成分均
为苯乙醇,其他主要挥发性成分包括香茅醇、香叶醇和芳樟醇[9-10]。

左安连等人
分析了我国河北地区生产的大马士革玫瑰水香气成分,发现相对含量最高的也为苯
乙醇,达到70.6%,其他相对含量较高的成分包括乙醇、香茅醇、4-松油醇、芳樟醇和香叶醇[11]。

现在国内外在进行玫瑰水的挥发性成分研究时大多使用有机溶剂萃取法萃取玫瑰水中的挥发性成分,再用GC/MS进行成分分析。

近年来,随着固相微萃取技术的发展,人们开始探索将固相微萃取用于挥发性与半挥发性成分的分析。

固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)技术是一种在固相萃取技术上发展起来的微萃取分离技术,与GC/MS联用被称为固相微萃取与气相色谱质谱联用技术(SPME-GC/MS)[12]。

在食品科学中,SPME-GC/MS法用于分析各种水果、果汁、酒和茶叶的挥发性成分[13-16]。

国内一些学者曾用SPME-GC/MS法分析了玫瑰花的挥
发性成分,研究结果认为用SPME-GC/MS法测定玫瑰挥发性成分具有很好的重现
性[17-19]。

HÉTHELYI等人的研究同样认为SPME-GC/MS适用于玫瑰油挥发性成分的分析[20]。

国内外现有的研究中,用SPME-GC/MS法来测定玫瑰水的挥发性成分的较少,其中Kurkcuoglu和Baser在研究土耳其地区生产的玫瑰水的挥发性成分时发现用有机溶剂萃取法和固相微萃取法测定玫瑰水的挥发性成分所测得的结果有很大差异[21]。

本研究通过有机溶剂萃取和固相微萃取(SPME)2种方法萃取2种国产玫瑰水中的挥发性成分,并用气相色谱质谱仪(GC/MS)进行分析,对比这2种玫瑰水挥发性成分分析方法的优缺点,探索玫瑰水挥发性成分分析的科学方法,为我国玫瑰水行业的发展及相关行业标准的制定提供理论依据与借鉴。

1.1 实验材料
玫瑰水A为大马士革玫瑰(Rosa damascene)花水,生产于陕西省渭南市诚信玫瑰开发有限公司,为6月底采摘已开放的大马士革玫瑰花朵通过水蒸气蒸馏法得到;玫瑰水B为苦水玫瑰(R.sertata × R.rugosa Yü et Ku)花水,来自于甘肃省兰州市永登县苦水玫瑰种植基地,亦为6月底采摘新鲜苦水玫瑰花通过水蒸气蒸馏法制得。

试验中所使用的主要试剂有:SP70大孔树脂,日本三菱化学有限公司;二氯甲烷、丙酮、无水硫酸钠均匀分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 实验仪器
试验中所使用的主要仪器有:玻璃层析柱(直径30 mm),三位一体自动进样(瑞士CTC分析仪器股份公司),气相色谱-质谱联用仪(7890A-5975C,美国安捷伦公司)。

1.3 实验方法
1.3.1 有机溶剂萃取法萃取玫瑰水挥发性成分与GC/MS分析
将50 g在无水乙醇中浸泡24 h以上的SP70大孔树脂装入玻璃层析柱中,用乙醇洗脱3次,再用蒸馏水洗脱3次,将花水沿层析柱内壁缓慢导入层析柱中,将层析柱流速调制最小进行洗脱,每个样大约需要处理1.5 L左右的花水;花水洗脱完毕后,关闭
层析柱,加入20 mL二氯甲烷静置30 min,收集溶液后重复操作1次;再关闭层析柱,加入20 mL丙酮静置30 min,收集洗脱液后并重复操作1次,然后合并二氯甲烷处理后的溶液和丙酮洗脱液;在合并溶液中加入无水硫酸钠,静置,直至出现硫酸钠结晶;除去结晶,用旋转蒸发仪对溶液进行浓缩,旋转蒸发仪的旋蒸条件为40 ℃,600 kPa;待旋蒸瓶中溶液在8～10 mL左右时,将溶液倒入分液漏斗中,分层后,取上半部浅黄色液体,即为待测样品。

GC/MS条件:色谱柱:DB-wax(30 m×0.25 mm×0.25 μm);进样量:1 μL;进样温度:260 ℃;分流比:5:1;载气:氦气(99.999%);流量:1 mL/min;柱温:50 ℃保持3 min,以4 ℃/min升至260 ℃,维持10 min;接口温度:260 ℃;离子源温度:230 ℃;四级杆温度:150 ℃;电离方式:EI+,70 eV;检测器电压:2 047 V;扫描方式:全扫描;溶剂延迟3 min;质量范围:33～500;NIST 2014谱库。

1.3.2 固相微萃取法萃取玫瑰水挥发性成分与GC/MS分析
SPME的条件:CTC三位一体自动进样器;萃取头:50/30 μm DVB/CAR on PDMS;温度:50 ℃,加热15 min,萃取30 min;震荡速度:加热250 r/min,萃取250 r/min;解吸时间:3 min;GC循环时间:57 min。

GC/MS条件:色谱柱:DB-wax(30 m×0.25 mm×0.25 μm);进样量:1 μL;进样温度:260 ℃;分流比:不分流;载气:氦气(99.999%);流量:1 mL/min;柱温:40 ℃保持5 min,以5 ℃ /min升至240 ℃,以20 ℃ /min升至260 ℃,维持5 min;接口温度:260 ℃;离子源温度:230 ℃;四级杆温度:150 ℃;电离方式:EI+,70 eV;检测器电压:2 047 V;扫描方式:全扫描;质量范围:20～400;NIST 2014谱库。

实验得到了2种方法分析的玫瑰水A和玫瑰水B的总离子流图(图1～4)。

对相对含量在0.1% 以上的挥发性成分使用NIST 14质谱图数据库进行检索,鉴定出玫瑰水A与玫瑰水B的挥发性成分及其相对含量分别列入表1和表2,2种方法分析玫瑰水挥发性成分种类及其相对含量统计见表3。

2.1 玫瑰水A的挥发性成分及其相对含量
表1中列出了2种检测方法得到的玫瑰水A的主要香气成分及其相对含量,从表中可以看出:通过有机溶剂萃取法分析玫瑰水A的香气成分,相对含量超过0.1%的成分共有23种,这些成分占到玫瑰水A的香气成分的90.82%。

其中醇类共检出13种,其相对含量占整体香气成分的81.17%。

其中苯乙醇含量最高,相对含量高达56.58%,其次为香茅醇、香叶醇、芳樟醇和苯甲醇,它们的相对含量分别为6.3%、5.37%、4.69%和4.12%。

酚类共检出2种,占整体香气成分的6.25%,分别为丁香酚5.07%和甲基丁香酚1.18%。

醛类共检出4种,其相对含量占整体香气成分的1.86%,其中相对含量最高的是苯乙醛0.93%,其次为糠醛0.43%、苯甲醛0.31%和柠檬醛0.19%。

酯类共检出2种,其相对含量占整体香气成分的1.06%,分别为乙酸苯乙酯0.65%和乙酸香叶酯0.41%。

另外还检出甲基庚烯酮和香叶酸,其相对含量分别为0.11% 和0.37%。

通过SPME-GC/MS技术对玫瑰水A的香气成分进行分析,得出玫瑰水A的香气成分中,相对含量超过0.1%的成分共有31种,占到整体香气成分的86.08%。

包括醇类化合物、酚类化合物、醛类化合物、萜烯类化合物、酯类化合物、醚类化合物和酮类化合物。

其中相对含量最高的是醇类化合物,共检出11种,其相对含量占整体香气成分的66.33%。

在醇类化合物中相对含量最高的是香茅醇,占25.91%,其次为香叶醇、苯乙醇和芳樟醇,各占14.29%、11.97%和7.8%。

酚类共检出3种,占整体香气成分的11.45%,分别为丁香酚7.84%、甲基丁香酚3.5%和异丁香酚0.11%。

醛类共检出8种,其相对含量占整体香气成分的4.39%,其中相对含量最高的是柠檬醛,占1.52%,其次为苯甲醛和缬草醛,分别占0.93%和0.58%。

萜烯类共检出4种,其相对含量占整体香气成分的1.48%,其中相对含量最高的是月桂烯,占0.68%。

酯类共检出2种,其相对含量占整体香气成分的1.47%,分别为乙酸苯乙酯1.34%和乙醇酸乙
酯0.13%。

另外还检出玫瑰醚、二甲基硫和甲基庚烯酮,其相对含量分别为0.55%、0.28%和0.13%。

2.2 玫瑰水B的挥发性成分及其相对含量
表2中列出了2种检测方法得到的玫瑰水B的主要香气成分及其相对含量,从表中可以看出:利用大孔树脂萃取法对玫瑰水B的香气成分中相对含量超过0.1%的成分共有23种,这些成分占到玫瑰水B香气成分的65.6%。

醇类检出10种,其相对含量占整体香气成分的48.65%,其中相对含量最高的是香茅醇,占19.04%,其次为香叶醇9.53%、苯乙醇6.28%和苯甲醇6.14%。

酚类共检出
3种,占整体香气成分的13.13%,分别为丁香酚9.39%、甲基丁香酚3.62%和愈创
木酚0.12%。

醛类检出3种,其相对含量占整体香气成分的0.91%,分别为糠醛
0.37%、苯甲醛0.31%和柠檬醛0.23%。

酸类检出3种,其相对含量占整体香气成
分的2.44%,相对含量最高的是香叶酸,占1.98%,其次为香茅酸0.32%和正戊酸
0.14%。

有乙酸香叶酯和榄香素,其相对含量分别为0.19%和0.28%。

通过SPME-GC/MS联用技术对玫瑰水B的成分进行分析,得出相对含量超过0.1%的成分共有28种,占到整体香气成分的93.39 %。

其中醇类所占的相对含量最高,其相对含量占整体香气成分的78.76%,共检出11种。

在醇类化合物中相对含量最高的是香茅醇,相对含量占45.32%,其次为香叶醇和芳
樟醇,各占16.81%和9.83%。

酚类共检出3种,占整体香气成分的8.81%,分别为丁香酚5.86%、甲基丁香酚2.71%和异丁香酚0.24%。

醚类共检出2种,其相对含量占整体香气成分的0.55%,分别为异丁香酚甲醚0.1%和玫瑰醚0.45%。

醛类共检
出3种,其相对含量占整体香气成分的1.51%,相对含量最高的为糠醛1.18%,其次
为柠檬醛0.23%和苯甲醛0.1%。

萜烯类共检出4种,其相对含量占整体香气成分
的1.12%,相对含量最高的为月桂烯,占0.54%。

另外还检出和二甲基硫、甲酸甲酯、榄香素、正己烷和2-乙酰基呋喃,其相对含量分别为1.89%、0.13%、0.18%、
0.31%和0.13%。

2.3 2种玫瑰水香气成分分析方法测定结果的对比
从表3中可以看出,有机溶剂萃取法萃取得到的玫瑰水中的香气成分有醇类、醛类、酚类、酮类、酯类和酸类化合物,没有萜烯类、醚类和硫醚类化合物。

SPME萃取
得到的玫瑰水中的香气成分有醇类、萜烯类、醛类、酚类、酮类、醚类和酯类化合物,但是没有检测出酸类化合物。

从萃取出的香气成分的数量来看,有机溶剂萃取法萃取得到的玫瑰水A中的香气成
分有23种,玫瑰水B中的香气成分有21;而利用SPME法萃取得到的玫瑰水A中
的香气成分有31种,玫瑰水B的香气成分有28种。

其中有机溶剂萃取法萃取的苯乙醇和苯甲醇的相对含量均明显高于SPME法萃取
的相对含量;而有机溶剂萃取法萃取的香茅醇、香叶醇、芳樟醇和α-松油醇的相对含量均明显低于SPME法萃取的相对含量。

SPME萃取的玫瑰水香气成分的检测结果中有萜烯类、醚类和硫醚类化合物,包括
月桂烯、β-罗勒烯、柠檬烯、反式-β-罗勒烯、异丁香酚甲醚、玫瑰醚和二甲基硫,而用有机溶剂萃取的玫瑰水香气成分的检测结果中这些化合物均未检测到。

2种萃取方法得到的玫瑰水的香气成分中均有丁香酚、甲基丁香酚、苯甲醛、苯乙醛、糠醛和柠檬醛,但这2种萃取方法得到这些成分的相对含量存在差异,且SPME 法萃取得到的玫瑰水中的醛类化合物种类多于有机溶剂萃取法萃取得到的醛类化合物种类,如缬草醛、叶醛等。

2种萃取方法得到的玫瑰水香气成分中的脂类化合物种类存在差异,其中共同检测
出的成分为乙酸苯乙酯。

2种萃取方法得到的玫瑰水香气成分中均有榄香素,但相
对含量不同。

SPME法萃取的玫瑰水B中还有正己烷和2-乙酰基呋喃,这2种化合物在有机溶剂萃取的玫瑰水B的香气成分中均未出现。

有机溶剂萃取法萃取得到的玫瑰水A中的香气成分有23种,玫瑰水B中的香气成
分有21种;利用SPME法萃取得到的玫瑰水A中的香气成分有31种,玫瑰水B的
香气成分有28种。

其中SPME萃取的玫瑰水香气成分的检测结果中有萜烯类、醚类和硫醚类化合物,而用有机溶剂萃取的玫瑰水香气成分的检测结果中这些化合物
均未检测到,且SPME法萃取得到的玫瑰水中的醛类化合物种类多于有机溶剂萃取
法萃取得到的醛类化合物种类,原因可能为这些化合物本身沸点较低、易挥发等特性,造成在有机溶剂萃取过程中产生损耗。

但是有机溶剂萃取得到的玫瑰水香气成
分中有酸类化合物,SPME法萃取的玫瑰水香气成分中没有酸类化合物。

SPME法萃取得到的玫瑰水中的香气成分明显多于有机溶剂萃取法萃取出的香气成分,可以更有效地萃取玫瑰水香气成分中沸点较低、易挥发或是化学性质活泼的萜
烯类、醚类和硫醚类化合物。

在这些化合物中,萜烯类化合物是玫瑰水头香的重要
成分,玫瑰醚是影响玫瑰水香气的重要成分,所以这些成分的测定非常有意义。

而SPME法不易萃取的酸类化合物,基本不作为评价玫瑰水品质的指标。

所以,认为SPME可以更为全面地反应玫瑰水的香气成分构成。

用有机溶剂萃取法萃取玫瑰水中的香气成分,再用GC/MS进行成分分析是现在国
内外研究玫瑰水以及其他芳香植物水的常用方法,但是操作较为复杂,耗时,而且影响结果的因素较多,例如过柱时间、洗脱时间、旋蒸温度、压力与时间、大孔树脂型号、有机溶剂种类等,且外部环境温度、气压和操作人员的不同,对测定结果也会有
影响。

利用固相微萃取法萃取玫瑰水的香气成分,再用GC/MS进行成分分析,操作
简单,省时,可以较为全面地反应玫瑰水的香气成分构成,且与有机溶剂萃取法相
比,SPME利用三位一体自动进样,可以有效地减少人为操作带来的实验误差,会使实验结果具有良好的重复性。

从测定挥发性成分的相对含量来看,2种方法萃取的挥发性成分含量存在很大差异。

但是从现阶段实验很难说明那种方法测定的结果更准确。

因为有机溶剂萃取香气成分的过程中,各种因素的变化均会导致结果不同,而SPME的萃取头具有选择性,并不
能完全有效地萃取玫瑰水中的所有香气成分。

若想准确测定玫瑰水或者其他芳香植物水的香气成分,从而用于制定行业标准时,可以先使用SPME-GC/MS联用技术来确定待测样品中所含的主要香气成分。

然后根据研究和标准制定的需要,对主要香气成分或目标挥发性成分用标样法进行标定,来准确得出主要香气成分或目标挥发性成分的相对含量。

本研究通过有机溶剂萃取和固相微萃取(SPME)2种方法萃取2种国产玫瑰水中的香气成分,并用气相色谱质谱仪(GC/MS)进行分析,对比这2种玫瑰水香气成分分析方法的优缺点,探索玫瑰水香气成分分析的科学方法。

结果表明,有机溶剂萃取法萃取得到的玫瑰水A中的香气成分有23种,玫瑰水B中的香气成分有21;而利用SPME法萃取得到的玫瑰水A中的香气成分有31种,玫瑰水B的香气成分有28种。

利用固相微萃取法萃取玫瑰水的香气成分,再用GC/MS进行成分分析,操作简单,省时,具有很好的重现性,可以较为全面地反应玫瑰水的香气成分构成,可以更有效地萃取玫瑰水香气成分中沸点较低、易挥发或是化学性质活泼的萜烯类、醚类和硫醚类化合物。

姚雷(1963-)为本文通讯作者，教授，博士，研究方向：芳香植物，E-mail：
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