萃取温度对蒙早苦荬菜各部位挥发性成分的影响

郝俊峰， 闫雨婷， 王志军， 贾玉山， 袁 宁， 格根图

(内蒙古农业大学草原与资源环境学院， 农业农村部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室， 内蒙古 呼和浩特 010019)

植物挥发性成分是指植物在自然条件下所产生的各种挥发性有机物质，它们成分复杂，一般含量低、挥发性强而活性高[1]。前苏联植物生理学家Toknh博士于1930年首次提出“挥发性成分”，它被称作芬多，也被称作植物杀菌素、植物精气或者植物挥发性有机物[2-3]，它的沸点低，分子量小，易挥发，由醇类、醛类、烃类、脂肪酸、芳香族和含氮类化合物组成，其生物活性一般很高[1,4-5]。有研究显示，挥发性和芳香成分不但能给人带来愉悦的感觉，而且通过吸收进入人体血液中能起到保健作用[6-7]。近年来，挥发性化合物的提取方法越来越多，主要有压榨、溶剂萃取、蒸汽蒸馏等；现代提取技术主要有：微波辅助提取、超声波辅助提取、顶空固相提取等[8]。顶空固相微萃取技术是以固相萃取为基础，充分利用固相萃取的优势，只需一台类似于进样机的固相微萃取设备就可以完成整个预处理，利用层析进样口供给能源进行解吸和进样，操作简便，无需溶剂，用样量少，选择性强，易于实现自动化[9]。影响固相微萃取过程的因素有很多，萃取温度就是其一[9]。Gwillam[10]指出，萃取温度对吸附样品具有两面性，一定范围内的温度有助于顶空萃取，但随温度的升高，萃取头分析组分的能力开始降低，进而影响总离子流图的总峰面积。李宇宇等[11]研究表明70℃是天然牧草挥发性成分的最佳萃取温度，而袁宁等[12]研究表明，90℃是苜蓿挥发性成分的最佳萃取温度，这说明不同植物材料其挥发性成分的最适萃取温度存在一定的区别，然而蒙早苦荬菜中挥发性成分在70℃和90℃萃取条件下存在的差异尚且未知。

蒙早苦荬菜(LactucaindicaL.)是由原内蒙古农牧学院张秀芬教授等人以河北省唐山地区引入苦荬菜品种作原始材料，经多次混合选育而成的菊科莴苣属一年生草本植物[13-14]。植株富含白色乳汁，微带苦味，且营养丰富[15]，具有产量较高、适口性好等优点[16]，可作为优质的牧草饲料，并在内蒙古大部分地区、山西、河北以及甘肃、宁夏和山东等地种植。此外，蒙早苦荬菜还具有较高的药用价值，其富含黄酮、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]。就挥发性成分分析来看，周向军等[19]利用水蒸气蒸馏法从苦苣菜叶中共提取出18种挥发性成分，主要有奎癸烷、十六酸甲酯、植醇和癸醛。乔春燕等[20]利用乙醚从苣荬菜中提取到27种挥发性成分，酸类较多，酯类其次，醇类较少。然而，关于苦荬菜尤其是蒙早苦荬菜挥发性成分以及对各部位的贡献尚少见报道。综上，本研究采用顶空固相微萃取(Head space-solid phase microextraction，HS-SPME)结合气相色谱质谱联用(Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)技术对不同萃取温度(70℃和90℃)下蒙早苦荬菜不同部位，即种子、根、茎、叶和花中的挥发性成分进行鉴定和分析，采用峰面积归一化法计算挥发性成分相对含量，以期为苦荬菜在化工、食品、药品及保健领域的应用提供理论和参考依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验材料为蒙早苦荬菜。2021年5月8日在内蒙古农业大学牧草种植基地进行播种，适时浇水锄草，于初花期选择大小一致、无病虫害的蒙早苦荬菜植株，将其分成根、茎、叶和花4个部位，种子来自结实期时植株所得。所有样品均经—80℃冻干机冻干处理，粉碎，装入自封袋保存。

1.2 试验方法

称取蒙早苦荬菜初花期的根、茎、叶和花以及结实期的种子各1.5 g，置于20 mL顶空瓶中，密封。将固相微萃取针插入顶空瓶中，挥发性成分测定方法参照Laopongsit[21]、李宇宇[22]的方法进行，部分实验进行了优化。GC(Gas Chromatography，8890+型号，美国Agilent公司生产)条件设计为：色谱柱为HP-5MS UI石英毛细管柱，起始温度为35℃，停留4 min，以5℃·min-1升温至200℃，停留5 min，继续以5℃·min-1升温至250℃，停留4 min。进样口温度250℃，载气为高纯氦气，流速为1 mL·min-1，1∶20分流进样。萃取头为DVB/CAR/PDMS，将样品分别在70℃和90℃吸附50 min，进样口250℃解析4 min。MS(Mass Spectroetry，7000D型号，美国Agilent公司生产)质谱的离子源为EI源，离子传输线280，离子源温度为230，电子能量70 Ev，质量扫描范围40～550 m·z-1。

1.3 数据统计分析

采用NIST11和NIS11s数据库检索，核对标准质谱图，查阅相关文献资料，并利用匹配度对挥发性组分进行定性分析，初步得出其分子式及分子结构，并应用峰面积归一化法计算挥发性组分的相对含量。使用Microsoft Office 2016软件对数据进行整理。

2 结果与分析

2.1 蒙早苦荬菜不同部位挥发性成分的主要类别分析

采用HS-SPME结合GC-MS法对蒙早苦荬菜在70℃，90℃萃取条件下不同部位的挥发性成分进行测定，总离子流图见图1和图2，所得化学组分及含量见表3～表11。在70℃和90℃萃取温度下，蒙早苦荬菜花中的挥发性物质种类均为最多，分别为57种和68种。70℃萃取温度下，根中的挥发性物质种类最少，为33种；90℃萃取温度下，种子中的挥发性物质种类最少，为32种。

对不同萃取温度下蒙早苦荬菜各部位的挥发性成分进行分析，可知主要化合物类别有醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、烃类、芳香族类、杂环类以及醚类等(表1和表2)。其中，以醇类、醛类、酮类、烃类和芳香族类化合物种类及含量较多。

图1 蒙早苦荬菜在70℃萃取下不同部位挥发性成分的GC-MS TIC图谱Fig.1 GC-MS TIC of different parts of Lactuca indica L. Mengzao under extraction at 70℃

图2 蒙早苦荬菜在90℃萃取下不同部位挥发性成分的GC-MS TIC图谱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℃萃取下各类挥发性成分的相对含量对比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℃萃取下各类挥发性成分的相对含量对比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类物质挥发性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位醇类物质组分及相对含量见表3。在70℃萃取温度下，花中的醇类物质数目最多，为11种，但相对含量较低，为醇类物质总量的7.7%；种子中的醇类数目相对较少，而相对含量最高为46.0%。由表3可知，醇类物质中己醇、戊醇的相对含量较高，分别为31.1%和6.6%；其次为1-辛烯-3-醇、异植物醇和苯乙醇等。

在90℃萃取温度下，种子和花中的醇类物质为最多，达9种，其中种子中的相对含量最高，占醇类物质总量的42.5%；花中醇类物质的相对含量较高为11.8%。由表3可知，醇类物质中戊醇、苯乙醇的相对含量较高，分别为20.3%和5.3%；其次为壬醇、反-2-庚烯-1-醇和3-癸炔-2-醇等。

表3 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位醇类物质组分及相对含量Table 3 Alcohol components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at the extraction temperatures of 70℃ and 90℃

续表3

2.3 蒙早苦荬菜不同部位下醛类物质挥发性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位醛类物质组分及相对含量见表4。在70℃萃取温度下，叶中的醛类物质数目最多，达14种，其相对含量最高，为38.5%。由表4可知，醛类物质中壬醛和己醛的相对含量较高，分别为16.7%(叶)和10.2%(茎)；其次为反式-2,4-庚二烯醛、癸醛和β-环柠檬醛等。

在90℃萃取温度下，根、茎、叶中的醛类物质数目最多，达15种，其中叶中的相对含量最高为23.8%。根与茎中的相对含量也较高，分别为22.4%和20.0%。由表4可知，在醛类物质中，壬醛和椰子醛的相对含量较高，分别为8.8%(叶)和6.0%(种子)；其次为己醛、苯甲醛和β-环柠檬醛等。

表4 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位醛类物质组分及相对含量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类物质挥发性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位酮类物质组分及相对含量见表5。在70℃萃取温度下，叶中的酮类物质数目最多，达8种，其相对含量最高，为22.8%。由表5可知，酮类物质中β-紫罗兰酮、3,5-辛二烯-2-酮的相对含量较高，分别为9.1%(叶)和5.1%(叶)；其次为6-甲基-5-庚烯-2-酮、香叶基丙酮和6-羟基-9-恶唑环[3.3.1]壬-2-酮等。

在90℃萃取温度下，花中的酮类物质数目最多为8种，其相对含量为25.0%；叶中的酮类物质相对含量最高，为28.0%。由表5可知，酮类物质中β-紫罗兰酮、香叶基丙酮的相对含量较高，分别17.9%(叶)和10.6%(花)；其次为环癸酮、3,5-辛二烯-2-酮和4-二乙基螺环[2.3]己烷-5-酮等。

表5 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度不同部位酮类物质组分及相对含量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类物质挥发性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位酸类物质组分及相对含量见表6。在70℃萃取温度下，花中的酸类物质数目最多，达5种，其相对含量较高为3.0%。由表6可知，酸类物质中乙酸、正己酸的相对含量较高，分别为2.1%(叶)和1.9%(种子)；其次为丙二酸等。

在90℃萃取温度下，叶中的酸类物质数目最多，达3种，其相对含量最高为1.0%。由表6可知，酸类物质中亚油酸的相对含量较高，分别为0.7%(种子)；其次为芥酸和顺式-3-辛基氧基十一烷酸等。

表6 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度不同部位酸类物质组分及相对含量Table 6 Acid components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

续表6

2.6 蒙早苦荬菜不同部位下酯类物质挥发性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位酯类物质组分及相对含量见表7。在70℃萃取温度下，花中的酯类物质数目最多，为7种，其相对含量为3.9%；叶中酯类物质的相对含量最高，为6.9%。由表7可知，酯类物质中二氢猕猴桃内酯、1-乙炔基环己醇-1-氨基甲酸酯的相对含量较高，分别为5.6%(叶)和1.4%(种子)；其次为丙位己内酯和[反式-3-甲基-6-氧代-2-烯]乙酸酯等。

在90℃萃取温度下，花中的酯类物质数目最多，达9种，其相对含量为4.3%；叶中酯类物质的相对含量最高，为12.6%。由表7可知，二氢猕猴桃内酯、己酸戊酯在酯类物质中的相对含量较高，分别为11.9%(叶)和1.8%(种子)；其次为反式-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℃萃取温度不同部位酯类物质组分及相对含量Table 7 Ester components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

续表7

2.7 蒙早苦荬菜不同部位下烃类物质挥发性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位烃类物质组分及相对含量见表8。在70℃萃取温度下，花中的烃类物质数目最多，为7种，其相对含量也最高，为11.8%。由表8可知，烃类物质中1-石竹烯、顺式3-乙基-5- (2-乙基丁基)十八烷的相对含量较高，分别为3.0%(茎)和2.3%(花)；其次为辛烷、3-乙基-5-(2-乙基丁基)十八烷和1,4-二甲基-2-十八烷基环己烷等。

在90℃萃取温度下，花和根中的烃类物质数目最多，均为7种；花中的烃类物质相对含量最高，为13.4%。花中烃类物质的相对含量最高，为13.36%。由表8可知，烃类物质中正二十一烷、1-石竹烯的相对含量较高，分别为6.7%(花)和3.56%(花)；其次为(+)-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℃萃取温度下不同部位烃类物质组分及相对含量Table 8 Hydrocarbon components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

续表8

2.8 蒙早苦荬菜不同部位下芳香族类物质挥发性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位芳香族类物质组分及相对含量见表9。在70℃萃取温度下，叶中的芳香族类物质数目最多，为8种，其相对含量较低，为7.5%；根中的芳香族类物质相对含量最高，为12.4%。由表9可知，芳香族类物质中甲苯、3,4-二乙基联苯的相对含量较高，分别为4.65%(种子)和3.0%(根)；其次为(+)-β-己烯、苯乙烯和1-甲基萘等。

在90℃萃取温度下，叶中的芳香族类物质数目最多，为13种，其相对含量较高，为15.1%。茎中的芳香族类物质相对含量最高，为16.8%。由表9可知，芳香族类物质中3,5-二羟基戊苯、芴的相对含量较高，分别为6.9%(茎)和2.4%(茎)；其次为2,7-二甲基萘、2-异丙苯基萘和2,2′,5,5′-四甲基联苯等。

表9 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位芳香族类物质及相对含量Table 9 Aromatic components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

续表9

2.9 蒙早苦荬菜不同部位下杂环类物质挥发性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位杂环类物质组分及相对含量见表10。在70℃萃取温度下，花中的杂环类物质数目最多，为7种，其相对含量较高，为9.4%；种子中的杂环类物质相对含量最高，为10.6%。由表10可知，杂环类物质中2-戊基呋喃和4-甲基-4-羟基环己酮的相对含量较高，分别为6.8%(茎)和2.9%(花)；其次为6-羟基-9-恶杂环[3.3.1]壬-2-酮、2-异丙基-3-甲氧基吡嗪和二苯并呋喃等。

在90℃萃取温度下，花中的杂环类物质数目最多，为8种，其相对含量较低，为6.9%；种子中的杂环类物质相对含量最高，为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对含量较高，分别是6.0%(根)和3.2%(根)；其次为二苯并呋喃、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℃萃取温度下不同部位杂环类物质及相对含量Table 10 Heterocycle components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

续表10

2.10 蒙早苦荬菜不同部位下醚类物质挥发性成分分析

蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位醚类组分及相对含量见表11。在70℃萃取温度下，仅在种子中含有2种醚类物质，其相对含量为1.8%。由表11可知，醚类物质中1,1二氧六十六烷相对含量较高，为1.1%(种子)。

在90℃萃取温度下，仅在花中含有1种醚类物质，其相对含量为0.9%。由表11可知，二甲基硫醚是醚类物质中仅有的一种物质。

表11 蒙早苦荬菜在70℃和90℃萃取温度下不同部位醚类物质组分及相对含量Table 11 Ether components and relative contents in different parts of Lactuca indica L. Mengzao at 70℃ and 90℃

3 讨论

挥发性成分是植物风味特性呈现的物质基础，但不同植物在不同部位及不同温度下所呈现的风味特征有显著差异。其中萃取条件对HS-SPME的萃取能力有很大影响[12]。白俊英等[23]、袁宁等[12]研究表明升高温度有助于待测组分的运动，促进挥发性成分的吸附。本研究采用HS-SPME结合GC-MS分析，研究发现70℃萃取条件分离出116种挥发性成分，主要以醛类、醇类、酮类为主，主要成分有己醇、己醛、β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯、1-石竹烯、甲苯以及2-戊基呋喃等；而在90℃萃取条件得到的蒙早苦荬菜挥发性成分多出21种，进一步发现其挥发性成分主要以醛、醇、酮、芳香族类化合物为主，主要成分有戊醇、β-紫罗兰酮、2-戊基呋喃、二氢猕猴桃内酯以及香叶基丙酮等。也就是说随萃取温度逐渐升高，苦荬菜中挥发性成分的扩散速度也随之加快，更加刺激萃取头对挥发性成分的快速吸附，因而蒙早苦荬菜挥发性成分种类较为丰富。而在70℃温度下蒙早苦荬菜挥发性成分挥发不完全，萃取效果较差，挥发性成分种类较少[22]。

蒙早苦荬菜不同部位挥发性成分及风味不尽相同。萃取温度从70℃升高至90℃时，蒙早苦荬菜根、茎、叶和花中的挥发性成分数目均呈增加趋势。其中醛类物质种类分别增加6，6，1和3种。而在每个萃取温度下，相对于其他部位，叶中醛类物质相对含量最高。醛类物质阈值较低，对风味影响较大[23]，故蒙早苦荬菜叶中气味较浓郁，其中，壬醛、己醛和癸醛在根、茎、叶和花中均有检出。壬醛在两种萃取温度下均以叶中的相对含量最高(16.7%和8.8%)；己醛在70℃萃取温度下以茎中相对含量最高(10.2%)，而在90℃萃取温度下以种子中相对含量最高(5.2%)；两种萃取温度下根中癸醛相对含量最高(3.3%和2.2%)。壬醛赋予蒙早苦荬菜叶油脂味道和甜橙气息[24]，己醛在浓度较低时具有青草味道和水果香气[25]，癸醛则赋予蒙早苦荬菜根水果香[26]，三者对蒙早苦荬菜整体风味影响较大。

酮是羰基化合物的主要基团之一，挥发性的酮类化合物可能为脂质或氨基酸降解的产物[27]。两种萃取温度下，β-紫罗兰酮和香叶基丙酮均在蒙早苦荬菜根、茎、叶和花中检测出，且随温度增加二者呈现增加趋势，其中β-紫罗兰酮以叶中相对含量最高(17.9%)，香叶基丙酮以花中相对含量最高(10.6%)。酮类物质的阈值较醛类物质高，不易被感知，对风味特征影响不大[26]。研究表明，β-紫罗兰酮明显对多种肿瘤细胞具有抑制作用，不仅阻滞肿瘤细胞周期，还能诱导肿瘤细胞产生凋亡[28-29]。

本研究中，醇类物质在蒙早苦荬菜种子中积累的最多，70℃和90℃萃取温度下醇类物质的相对含量占比分别为46%和42.5%，己醇和戊醇分别为其主要物质，因此有必要下一步对种子进行深度加工，探究其主要成分的利用价值。

4 结论

本实验通过固相微萃取结合气质联用的方法，对两种萃取温度下(70℃和90℃)蒙早苦荬菜不同部位(种子、根、茎、叶和花)释放的挥发性成分进行了鉴定，并对各萃取温度相同部位进行分析比对，结果表明两种萃取温度下蒙早苦荬菜各部位挥发性成分差异较大，萃取温度升高，释放的挥发成分种类增加。蒙早苦荬菜挥发性成分主要以醇类、醛类和酮类为主，叶部挥发性成分种类多及含量较高，气味浓郁。该研究结果为蒙早苦荬菜的精深加工和开发利用提供一定的理论指导。