3 種不同品種玫瑰精油揮發性成分基于GC-IMS 的指紋圖譜分析

鄭小嘎，吳愛東，李繼峰，韋緒倫，劉建軍，陳慶彩，王迎新，閻長勇

（1.山東省食品發酵工業研究設計院，山東 濟南 250013；2.頤中（青島） 實業有限公司，山東 青島 266021；3.濟南九州富得香料有限責任公司，山東 濟南 250102）

玫瑰原產于我國，在全世界范圍內種植較廣，因其花色、香、形俱美，有極高的經濟價值和社會價值[1]。用玫瑰花提取制備的玫瑰精油是一種重要的香料，因其香氣優雅飄逸、芬芳四溢[2-4]，而被廣泛應用于美容護膚、高檔化妝品及食品、煙草中[5]，其價格昂貴，有“液體黃金”之美譽[6]。

玫瑰精油香氣是決定玫瑰精油品質的重要因子之一，是由精油中所含有揮發性成分綜合作用而成的，是形成精油香氣特征、影響其內在品質的重要因子，是決定其價值的重要指標。迄今為止，玫瑰精油中已發現的揮發性成分達有300 多種，各種玫瑰精油所含揮發性成分的組成、含量與玫瑰品種、栽培區域環境及海拔高度、加工工藝、儲存時間等緊密相關。因此，每種精油都有其獨特的揮發性香成分指紋圖譜。風味物質指紋圖譜的構建方法主要包括色譜法、光譜法、電子鼻、電子舌和氣相色譜-嗅味計（Gas chromatography olfactometry，GC-O） 等技術[7-13]。目前，常見的構建的方法主要是氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS），該方法能對香氣組成物質進行比較準確和全面的分析，但樣品的前處理較為復雜且耗費時間較長[14]。

氣相離子遷移色譜（Gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS） 技術是近年來發展起來的一種對樣品揮發性成分進行定性定量分析的檢測技術，可通過其配套的功能軟件根據檢測樣品中各組成成分的有無及信號峰的強度進行歸類分析，并繪制直觀方便的指紋圖譜，據此可較直觀地對樣品的產地、存儲年限、質量等級、真偽鑒別等進行歸類對比分析。目前，該技術在食物摻假[15-17]、檢測空氣質量[18]和鑒定食品品質[19-21]、中草藥指紋圖譜構建[22]、風味物質鑒別[23-25]等領域已有研究報道。但是，將GC-IMS 用于玫瑰精油品質區分方面的研究還未見報道。

山東平陰作為我國玫瑰主要產地之一，主栽品種為重瓣玫瑰，近幾年隨著玫瑰新品種的引進，已對大馬士革玫瑰、格拉斯玫瑰等品種進行了引種，并獲得花農及客戶的認可。但如何鑒別3 種玫瑰精油除通過專家感官評價外，除王彥淳[26]通過超高效液相色譜建立苦水玫瑰花水的指紋圖譜外，未見有通過成分分析手段研究玫瑰精油特征指紋圖譜來進行鑒別的文獻報道。通過GC-IMS 分析技術對3 種玫瑰精油揮發性成分進行分析，識別各精油樣品的特征成分指紋圖譜，以期為不同玫瑰精油品質識別及開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

重瓣玫瑰花精油（CBⅡ）、大馬士革玫瑰花精油（DMSGⅠ）、格拉斯玫瑰花精油（GLSⅡ），濟南惠農玫瑰精油有限公司提供，采用濟南惠農玫瑰精油有限公司玫瑰基地2018 年產玫瑰花，經傳統水蒸氣蒸餾法制備；

2- 丁酮(2-butanone)、2- 戊酮(2-pentanone)、2-己 酮(2-hexanone)、2- 庚 酮(2-heptanone)、2- 辛 酮(2-octanone)、2- 壬酮(2-nonanone) 等為外標物，分析純，國藥集團化學試劑有限公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理

量取10 μL 樣品，置于20 mL 頂空瓶中，于60 ℃下孵育5 min 后進樣。

1.2.2 色譜條件

氣相離子遷移譜單元：色譜柱類型FS-SE-54-CB-1；15 m ID：0.53 mm，分析時間30 min，柱溫60 ℃，載氣/漂移氣為N2，IMS 溫度45 ℃；自動頂空進樣單元：采用自動頂空進樣，進樣體積100 μL，孵育時間5 min，孵育溫度60 ℃，進樣針溫度45 ℃，孵化轉速500 r/min。

1.3 數據處理

使用儀器配套的分析軟件包括LAV（Laboratory Analytical Viewer） 和三款插件，以及GC×IMS Library Search，分別從不同角度進行樣品分析。LAV軟件用于查看分析譜圖，圖中每一個點代表一種揮發性有機物；對其建立標準曲線后可進行定量分析；Reporter 插件可直接對比樣品之間的譜圖差異（二維俯視圖和三維譜圖）；Gallery Plot 插件可進行指紋譜圖對比，直觀且定量地比較不同樣品之間的揮發性有機物差異；Dynamic PCA 插件可進行動態主成分分析，用于將樣品聚類分析，以及快速確定未知樣品的種類；GC×IMS Library Search 應用軟件內置的NIST 數據庫和IMS 數據庫可對物質進行定性分析。

2 結果與分析

2.1 不同玫瑰精油揮發性香氣成分的GC-IMS 譜圖對比分析

由LAV 分析軟件中Reporter 插件程序制作的不同玫瑰精油揮發性成分的GC-IMS 三維對比譜圖，及二維平面俯視圖。

3 種不同玫瑰精油揮發性成分的三維GC-IMS 譜圖見圖1，3 種不同玫瑰精油揮發性成分的二維GC-IMS 譜圖見圖2。

圖1 和圖2 中顏色深淺代表物質的濃度，白色表示含量較低，紅色表示含量較高，顏色越深表示含量越高。可根據各種揮發性成分對應位點顏色的有無及深淺，更直觀地比較不同玫瑰精油揮發性香成分差異。

2.2 3 種不同玫瑰精油樣品揮發性成分的GC-IMS定性分析

根據揮發性成分的氣相色譜保留時間和IMS 遷移時間，使用C4～C9 正酮作為外標參考計算每種化合物的保留指數，通過GC-IMS Library Search 軟件，對照GC-IMS 庫進行匹配，從而對揮發性成分進行定性分析。

揮發性成分的定性結果見圖3。

對照NIST 氣相保留指數數據庫與IMS 遷移時間數據庫二維定性數據庫，可明確定性的揮發性成分單體及部分物質的二聚體共有54 種，橫坐標代表遷移時間，縱坐標代表保留時間，每一個用數字標記出的點代表定性出的一種物質，且圖3 中編號與表1中物質一一對應。

指紋圖譜中部分揮發性物質定性結果見表1。

由圖3 和表1 中的定性分析可以發現，3 種不同玫瑰精油樣品可識別出的共有揮發性物質中醇類14種，酯類5 種，酮類6 種，醛類7 種，烯烴類3 種，酸類1 種，醚類2 種。體現玫瑰精油特征香氣的芳樟醇、氧化芳樟醇、香茅醇、香葉醇、苯乙醇、玫瑰醚、橙花醇的揮發性香氣成分都有檢測到。結合圖2，可根據每種成分對應位點顏色的深淺確定成分的含量。

2.3 3 種不同玫瑰精油揮發性特征成分的GC-IMS指紋圖譜分析

為了更加全面地對比3 種不同玫瑰精油樣品揮發性成分的差異性，識別每種玫瑰精油的特征成分，應用LAV 軟件中的Gallery Plot 插件，選取3 種不同玫瑰精油樣品進行試驗，每個樣品重復2 次，以樣品編號為縱坐標，揮發性香氣成分定性結果為橫坐標，以顏色深淺將所有特征峰強度值進行分類表示各揮發性成分的差異性，所得GC-IMS 二維圖譜中所有的待分析峰自動生成指紋圖譜。

3 種不同玫瑰精油樣品揮發性成分的指紋譜圖見圖4。

由圖4 可見，不同樣品的揮發性物質的變化在Gallery Plot 指紋譜圖更加明顯，每一列是不同樣品中的一種揮發性物質，顏色深淺代表濃度高低，通過縱向的比較，不同物質濃度呈現一定的規律。圖4可見，左半部分揮發性物質在各樣品中都能檢測出，且具有一定濃度，只是在不同樣品中的濃度有差異，有的物質在DMSGI 中濃度較高，如1,8-桉葉素；有的在GLSII 中濃度高，如β -羅勒烯、芳樟醇等；有的在CBII 中濃度高，如乙酸乙酯。右半部分是各品種精油中特征性的組分，這可能是使不同精油具有不同揮發性成分，尤其是紅框中所示物質，只在特定玫瑰精油中存在，在其他精油中基本沒有或者濃度非常低。

最左側黃框區為玫瑰精油樣品DMSGⅠ的特征峰區域，主要包括2-甲基戊酸、丙酸、乙醛縮二乙醇等8 種特征成分；圖4 中中間黃框區為玫瑰精油樣品GLSⅡ的特征峰區域，主要包括苯甲醇、乙酸苯乙酯、橙花醇等5 種特征成分；圖4 中最右側黃框區為玫瑰精油樣品CBⅡ的特征峰區域，主要包括反-2-庚烯醛、香茅醇等11 種特征物質。

2.4 3 種不同玫瑰精油樣品的聚類分析（動態主成分PCA 分析）

表1 指紋圖譜中部分揮發性物質定性結果

為快速確定未知樣品的種類，更直觀地分析不 同玫瑰精油樣品的差異，應用Dynamic PCA 插件進行樣品聚類分析。

3 種不同玫瑰精油樣品揮發性主成分的PCA 分析見圖5。

由圖5 可以看出，對比的3 組樣品彼此之間距離很遠，說明不同品種的玫瑰精油之間揮發性成分差異較大，通過PCA 分析可以對不同玫瑰精油樣品進行清楚區分。

3 結論

利用氣相離子遷移譜( GC-IMS) 技術分析了不同品種玫瑰精油揮發性香成分間的差異，通過構建特征成分指紋圖譜，分別確定出其主要特征風味和特征峰。結果表明，玫瑰精油DMSGⅠ的特征峰主要包括2-甲基戊酸、丙酸、二乙醇縮乙醛等8 種特征成分；玫瑰精油GLSⅡ的特征峰主要包括苯甲醇、乙酸苯乙酯、橙花醇等5 種特征成分；玫瑰精油CBⅡ的特征峰主要包括反-2-庚烯醛、香茅醇等11 種特征物質。通過建立玫瑰精油的PCA 模型，可以快速鑒別玫瑰精油的類別及品質。通過研究3 種玫瑰精油特征揮發性成分進行GC-IMS 分析，旨在為不同玫瑰精油品質識別提供理論依據。