萃取溫度對蒙早苦荬菜各部位揮發性成分的影響

郝俊峰， 閆雨婷， 王志軍， 賈玉山， 袁 寧， 格根圖

(內蒙古農業大學草原與資源環境學院， 農業農村部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室， 內蒙古 呼和浩特 010019)

植物揮發性成分是指植物在自然條件下所產生的各種揮發性有機物質，它們成分復雜，一般含量低、揮發性強而活性高[1]。前蘇聯植物生理學家Toknh博士于1930年首次提出“揮發性成分”，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性有機物[2-3]，它的沸點低，分子量小，易揮發，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；現代提取技術主要有：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是以固相萃取為基礎，充分利用固相萃取的優勢，只需一臺類似于進樣機的固相微萃取設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℃是苜蓿揮發性成分的最佳萃取溫度，這說明不同植物材料其揮發性成分的最適萃取溫度存在一定的區別，然而蒙早苦荬菜中揮發性成分在70℃和90℃萃取條件下存在的差異尚且未知。

蒙早苦荬菜(LactucaindicaL.)是由原內蒙古農牧學院張秀芬教授等人以河北省唐山地區引入苦荬菜品種作原始材料，經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，且營養豐富[15]，具有產量較高、適口性好等優點[16]，可作為優質的牧草飼料，并在內蒙古大部分地區、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種揮發性成分，酸類較多，酯類其次，醇類較少。然而，關于苦荬菜尤其是蒙早苦荬菜揮發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)結合氣相色譜質譜聯用(Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)技術對不同萃取溫度(70℃和90℃)下蒙早苦荬菜不同部位，即種子、根、莖、葉和花中的揮發性成分進行鑒定和分析，采用峰面積歸一化法計算揮發性成分相對含量，以期為苦荬菜在化工、食品、藥品及保健領域的應用提供理論和參考依據。

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日在內蒙古農業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，種子來自結實期時植株所得。所有樣品均經—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，部分實驗進行了優化。GC(Gas Chromatography，8890+型號，美國Agilent公司生產)條件設計為：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)質譜的離子源為EI源，離子傳輸線280，離子源溫度為230，電子能量70 Ev，質量掃描范圍40～550 m·z-1。

1.3 數據統計分析

采用NIST11和NIS11s數據庫檢索，核對標準質譜圖，查閱相關文獻資料，并利用匹配度對揮發性組分進行定性分析，初步得出其分子式及分子結構，并應用峰面積歸一化法計算揮發性組分的相對含量。使用Microsoft Office 2016軟件對數據進行整理。

2 結果與分析

2.1 蒙早苦荬菜不同部位揮發性成分的主要類別分析

采用HS-SPME結合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性物質種類均為最多，分別為57種和68種。70℃萃取溫度下，根中的揮發性物質種類最少，為33種；90℃萃取溫度下，種子中的揮發性物質種類最少，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揮發性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位醇類物質組分及相對含量見表3。在70℃萃取溫度下，花中的醇類物質數目最多，為11種，但相對含量較低，為醇類物質總量的7.7%；種子中的醇類數目相對較少，而相對含量最高為46.0%。由表3可知，醇類物質中己醇、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為最多，達9種，其中種子中的相對含量最高，占醇類物質總量的42.5%；花中醇類物質的相對含量較高為11.8%。由表3可知，醇類物質中戊醇、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℃

續表3

2.3 蒙早苦荬菜不同部位下醛類物質揮發性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位醛類物質組分及相對含量見表4。在70℃萃取溫度下，葉中的醛類物質數目最多，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-環檸檬醛等。

在90℃萃取溫度下，根、莖、葉中的醛類物質數目最多，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揮發性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位酮類物質組分及相對含量見表5。在70℃萃取溫度下，葉中的酮類物質數目最多，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[3.3.1]壬-2-酮等。

在90℃萃取溫度下，花中的酮類物質數目最多為8種，其相對含量為25.0%；葉中的酮類物質相對含量最高，為28.0%。由表5可知，酮類物質中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)；其次為環癸酮、3,5-辛二烯-2-酮和4-二乙基螺環[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揮發性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位酸類物質組分及相對含量見表6。在70℃萃取溫度下，花中的酸類物質數目最多，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，葉中的酸類物質數目最多，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℃

續表6

2.6 蒙早苦荬菜不同部位下酯類物質揮發性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位酯類物質組分及相對含量見表7。在70℃萃取溫度下，花中的酯類物質數目最多，為7種，其相對含量為3.9%；葉中酯類物質的相對含量最高，為6.9%。由表7可知，酯類物質中二氫獼猴桃內酯、1-乙炔基環己醇-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，花中的酯類物質數目最多，達9種，其相對含量為4.3%；葉中酯類物質的相對含量最高，為12.6%。由表7可知，二氫獼猴桃內酯、己酸戊酯在酯類物質中的相對含量較高，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℃

續表7

2.7 蒙早苦荬菜不同部位下烴類物質揮發性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位烴類物質組分及相對含量見表8。在70℃萃取溫度下，花中的烴類物質數目最多，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-2-十八烷基環己烷等。

在90℃萃取溫度下，花和根中的烴類物質數目最多，均為7種；花中的烴類物質相對含量最高，為13.4%。花中烴類物質的相對含量最高，為13.36%。由表8可知，烴類物質中正二十一烷、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℃

續表8

2.8 蒙早苦荬菜不同部位下芳香族類物質揮發性成分分析

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數目最多，為8種，其相對含量較低，為7.5%；根中的芳香族類物質相對含量最高，為12.4%。由表9可知，芳香族類物質中甲苯、3,4-二乙基聯苯的相對含量較高，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數目最多，為13種，其相對含量較高，為15.1%。莖中的芳香族類物質相對含量最高，為16.8%。由表9可知，芳香族類物質中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℃

續表9

2.9 蒙早苦荬菜不同部位下雜環類物質揮發性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取溫度下不同部位雜環類物質組分及相對含量見表10。在70℃萃取溫度下，花中的雜環類物質數目最多，為7種，其相對含量較高，為9.4%；種子中的雜環類物質相對含量最高，為10.6%。由表10可知，雜環類物質中2-戊基呋喃和4-甲基-4-羥基環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[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，花中的雜環類物質數目最多，為8種，其相對含量較低，為6.9%；種子中的雜環類物質相對含量最高，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類物質及相對含量Table 10 Heterocycle components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

續表10

2.10 蒙早苦荬菜不同部位下醚類物質揮發性成分分析

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，其相對含量為1.8%。由表11可知，醚類物質中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，其相對含量為0.9%。由表11可知，二甲基硫醚是醚類物質中僅有的一種物質。

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

3 討論

揮發性成分是植物風味特性呈現的物質基礎，但不同植物在不同部位及不同溫度下所呈現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，促進揮發性成分的吸附。本研究采用HS-SPME結合GC-MS分析，研究發現70℃萃取條件分離出116種揮發性成分，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性成分多出21種，進一步發現其揮發性成分主要以醛、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，苦荬菜中揮發性成分的擴散速度也隨之加快，更加刺激萃取頭對揮發性成分的快速吸附，因而蒙早苦荬菜揮發性成分種類較為豐富。而在70℃溫度下蒙早苦荬菜揮發性成分揮發不完全，萃取效果較差，揮發性成分種類較少[22]。

蒙早苦荬菜不同部位揮發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、葉和花中的揮發性成分數目均呈增加趨勢。其中醛類物質種類分別增加6，6，1和3種。而在每個萃取溫度下，相對于其他部位，葉中醛類物質相對含量最高。醛類物質閾值較低，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，揮發性的酮類化合物可能為脂質或氨基酸降解的產物[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%)。酮類物質的閾值較醛類物質高，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生凋亡[28-29]。

本研究中，醇類物質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，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 結論

本實驗通過固相微萃取結合氣質聯用的方法，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，結果表明兩種萃取溫度下蒙早苦荬菜各部位揮發性成分差異較大，萃取溫度升高，釋放的揮發成分種類增加。蒙早苦荬菜揮發性成分主要以醇類、醛類和酮類為主，葉部揮發性成分種類多及含量較高，氣味濃郁。該研究結果為蒙早苦荬菜的精深加工和開發利用提供一定的理論指導。