CN110205201A - 一种牡丹精油的分类方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牡丹精油的分类方法，该方法通过将牡丹花制备成为精油后，通过统计分析类软件将牡丹花精油进行成分的聚类分析、主成分分析和对应分析，根据成分得到牡丹花精油的分组；该方法将统计分析和化学成分分析结合在一起，能够科学的将牡丹花精油进行分类，利于后期牡丹花精油的利用；该方法同时能够使用于其他花类。

Description

一种牡丹精油的分类方法
【技术领域】
本发明属于牡丹精油提取及分类领域，涉及一种牡丹精油的分类方法。
【背景技术】
植物精油(Essential oils，EOs)，也称挥发油，商业上被称为芳香油，植物学上叫精油。它是一种植物的次生代谢产物，主要是从芳香植物的叶片、花、茎、果皮、嫩枝、种子或根等部位，通过蒸馏、压榨、萃取和吸附等方式提取出来的一类具有芳香气味和挥发性的油状液体物质的总称。精油是芳香植物中含香成分浓缩提炼而成的香气精华，一般呈现无色或者是淡黄色的透明液体，但也有的带有特殊颜色(如墨绿色的艾草精油)，有些精油在较低温度下会凝固为膏状。
目前，全球香料精油的贸易市场持续扩大，植物精油产量正以每年10％-15％的速度递增。对以天然产物为基础的精油需求旺盛，但因其得率低、市场价格高，故被称为“液体黄金”。其中，北美、西欧和日本这几个市场上的香熏精油产品在全球市场上的份额高达80％，销售总额已高达136亿美元左右。在精油进出口方面，发达国家仍位居前列，但2011年印度的精油出口额超过美国，荣登全球榜首，紧接着我国于2013年精油出口额赶超法国和日本，跃升至全球第三。《香料香精化妆》2012年公布行业简报称，商务部发布的《二〇—二～二〇—五年中国精油行业前景研究报告》中表明，目前的中国精油市场，每年都以8％-1000％的速度在惊人增长。这表明中国植物精油市场还有巨大空间可供挖掘。
牡丹是我国的十大传统名花之一，为芍药科(Paeoniaeeae)芍药属(Paeonia)牡丹组(Sect.MoutanDC)的多年生落叶灌木，是我国珍贵的植物资源，世界各地广为种植的牡丹都起源于中国。牡丹花作为珍贵的药食两用植物，牡丹花瓣精油是从牡丹花中提取分离得到的具有挥发性的油状液体，其活性成分主要是由酯类、萜烯类、醛类、不饱和烃类、醇类、酚类和酸类等组成。由于牡丹精油天然安全、香气种类丰富多样、含有多种抗氧化成分，使其越来越受到人们的广泛关注。牡丹花瓣精油具有重要的利用价值和广阔的开发前景，所以其花瓣精油的详细分类很有必要。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种牡丹精油的分类方法，该方法分析得到各类牡丹精油的成分后，依次通过聚类分析、主成分分析和对应分析，将将牡丹精油依据香味进行分类。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种牡丹精油的分类方法，分类方法包括以下步骤：
步骤1，取14类牡丹精油，分析每一类精油的化学成分，共得到163种化学成分；
步骤2，将14类精油种类和163种化学成分输入至SPSS统计分析软件，进行聚类分析，得到精油分组；
步骤3，通过SPSS统计分析软件，对14类精油的163种化学成分进行主成分分析，得到精油分组；
步骤4，通过SPSS统计分析软件，对14类精油的163种化学成分进行对应分析，得到精油分组；
步骤5，结合聚类分析、主成分分析和对应分析的结果确定将牡丹精油分为四组，每一组对应一种香味。
本发明的进一步改进在于：
优选的，步骤1中，14类牡丹精油中的每一类牡丹精油的制备方法为：预处理各类牡丹花瓣后，冷冻干燥牡丹花瓣；干燥后粉碎并过筛，将过筛后的牡丹花瓣通过超零界二氧化碳萃取制得牡丹精油。
优选的，预处理牡丹花瓣为将牡丹花瓣在-80℃下进行预冷，至花瓣冻硬。
优选的，超零界二氧化碳萃取过程的压力为35MPa，CO2流量15L/h，萃取温度为45℃，萃取时间为90min。
优选的，14类牡丹精油包括11个栽培品种和3个野生品种；11个栽培品种为海黄、凤丹、景玉、白雪塔、银红巧对、硬把杨妃、二乔、豆绿、大棕紫、观音面和粉银辉；野生品种包括紫斑牡丹P.rockii、紫牡丹P.delavayi和黄牡丹P.lutea。
优选的，步骤1中通过GC-MS组分分析得到163种化学成分；通过保留指数以及NIST05数据库确定每个品种牡丹中的化学成分。
优选的，步骤2中，聚类分析过程中，在15单元的距离时，分成4组；组一包括白雪塔、紫斑牡丹P.rockii、银红巧对、二乔、豆绿和大棕紫；组二包括硬把杨妃、观音面和粉银辉；组三为包括凤丹和景玉；组四为包括海黄、紫牡丹P.delavayi和黄牡丹P.lutea。
优选的，步骤3中，主成分分析包括两个步骤：
对14个牡丹精油的163种进行第一次主成分分析，化学成分数据经过Z-score标准化处理后，通过SPSS软件进行主成分分析，得到第一主成分、第二主成分和第三主成分；其中，第一主成分包括癸酸、氧化芳樟醇、愈创醇、肉豆蔻酸、DL-α-生育酚、棕榈酸和植醇；第二主成分包括壬醛、硬脂醛、7E-2-二甲基-十六烯变异信息、3-十七烯和乙酸(Z)-5-十二烯醇酯；第三主成分包括橙花醇、肉豆蔻酸乙酯、亚油酸乙酯和亚麻酸乙酯；
对14种牡丹精油再次进行主成分分析，确定前三个主成分分析的贡献率满足要求；将前三个主成分成分通过SPSS19.0进行分析，将精油分为四组，组一包括白雪塔、银红巧对、二乔、豆绿和大棕紫；组二为包括紫斑牡丹P.rockii、硬把杨妃、观音面和粉银辉；组三包括凤丹和景玉；组四包括海黄、紫牡丹P.delavayi和黄牡丹P.lutea。
优选的，步骤4中，通过SPSS统计分析软件，对14类精油的163种化学成分进行对应分析，得到对应分析结果图，根据各类精油在对应分析结果图中位置的远近，将14类精油分为四组；组一包括白雪塔、银红巧对、二乔、豆绿和大棕紫；组二包括紫斑牡丹P.rockii、硬把杨妃、观音面、粉银辉；组三包括凤丹和景玉；组四包括海黄、紫牡丹P.delavayi、黄牡丹P.lutea。
优选的，步骤5中，确定牡丹精油分为四组，组一包括白雪塔、银红巧对、二乔、豆绿和大棕紫；组二包括紫斑牡丹P.rockii、硬把杨妃、观音面和粉银辉；组三包括凤丹和景玉；组四包括海黄、紫牡丹P.delavayi和黄牡丹P.lutea；所述组一的牡丹精油具有茉莉香气、组二的牡丹精油具有玫瑰香气、组三的牡丹精油具有柑橘香气、组四的牡丹精油具有药草香气。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种牡丹精油的分类方法，该方法通过将牡丹花制备成为精油后，通过统计分析类软件将牡丹花精油进行成分的聚类分析、主成分分析和对应分析，根据成分得到牡丹花精油的分组；该方法将统计分析和化学成分分析结合在一起，能够科学的将牡丹花精油进行分类，利于后期牡丹花精油的利用；该方法同时能够使用于其他花类。
【附图说明】
图1为本发明的聚类分析图；
图2为本发明的主成分分析图；
图3为本发明的对应分析图；
其中：1为海黄、2为凤丹、3为景玉、4为白雪塔、5为紫斑牡丹P.rockii、6为银红巧对、7为硬把杨妃、8为二乔、9为豆绿、10为大棕紫、11为观音面、12为粉银辉、13为紫牡丹P.delavayi、14为黄牡丹P.lutea；
【具体实施方式】
下面结合具体过程与附图对本发明做进一步详细描述，本发明公开了一种牡丹精油的分类方法；待分类的牡丹花品种包括11个栽培种和3个野生品种，11个栽培种包括海黄1、凤丹2、景玉3、白雪塔4、银红巧对6、硬把杨妃7、二乔8、豆绿9、大棕紫10、观音面11和粉银辉12；野生品种包括紫斑牡丹P.rockii5、紫牡丹P.delavayi13和黄牡丹P.lutea14；其中有11个栽培种，3个野生品种共14份牡丹花，通过牡丹花进行牡丹精油分类的过程具体包括以下步骤：
1)制备各类精油
1.1)预处理各类牡丹花瓣
采摘处于初开期到盛开期牡丹花，初开期的判断标准为：外层花瓣展开，内向多层花瓣松散，内层花瓣仍然合拢；盛开期的判断标准为：内层花瓣展开，雄蕊完全露出；及时清洗去除花瓣表面的灰尘和杂质；放入-80℃冰箱预冷，时间为2-5h，至花瓣冻硬。
1.2)制备牡丹精油
称取500g预冷后的花瓣放入低温冷冻干燥机干燥，干燥温度为25℃，干燥时间为24h，充分除去鲜牡丹花中的水分；干燥后粉碎，过80目筛；称取过筛后的花瓣粉末10g置于超临界CO2流体萃取仪的萃取釜中，在45℃下提取90min，萃取过程压力为35MPa，CO2流量15L/h，对牡丹花瓣进行提取，分别得到以上材料的牡丹精油。
2)分类精油
2.1)鉴定各类精油组分
取每类精油各30μL溶于1mL正己烷中，得到14类样品液，每类样品液取1μL进行GC-MS组分分析，生成总离子流色谱图(TIC)，色谱用来检测精油成分的，对成分进行分析，分类，得出163种化学成分；通过对在相同实验条件的注入的正构烷烃(C6-C30)的保留时间计算保留指数(RI)，将它们的RI与文献(Adams,2007)中报道的保留指数比较来鉴定化合物，并通过G1701DA化学工作站(Agilent，USA)，将其记录的质谱与存储在NIST05数据库中的匹配，鉴定14类牡丹精油的各个组分，各组分百分含量通过峰面积归一化法计算得出，针对14类牡丹花品种，共得到163种化学成分，每一种牡丹花对应组成如下表1所示，其中表1-1为1-7种的牡丹花瓣精油的成分，表1-2为8-14种牡丹精油的成分，其中相对含量下的数字代表不同类型的牡丹花品种，1为海黄、2为凤丹、3为景玉、4为白雪塔、5为紫斑牡丹P.rockii、6为银红巧对、7为硬把杨妃、8为二乔、9为豆绿、10为大棕紫、11为观音面、12为粉银辉、13为紫牡丹P.delavayi、14为黄牡丹P.lutea。
表1-1 3个野生种和11个观赏品种牡丹花瓣精油成分11(1-7种)
Table 3-1 Components of EOs from petals of 3 wild species and 11cultivars of tree peonies
表1-2 3个野生种和11个观赏品种牡丹花瓣精油成分11(8-14种)
Table 3-1 Components of EOs from petals of 3 wild species and 11cultivars of tree peonies
2.2)通过统计分析软件对精油成分做聚类分析
将步骤2.1得到的14种牡丹精油及其对应的163种化学成分输入至SPSS19.0统计分析软件中，进行聚类分析(HCA)，结果如图1所示，聚类分析树状图1在20单元的距离时，将14种牡丹花瓣精油分成3组，在15单元的距离时，分成4组；组一为：白雪塔4、紫斑牡丹P.rockii5、银红巧对6、二乔8、豆绿9和大棕紫10；组二为：硬把杨妃7、观音面11、粉银辉12；组三为：凤丹2和景玉3；组四为：海黄1、紫牡丹P.delavayi13和黄牡丹P.lutea14。
2.3)通过统计分析软件对精油成分做主成分分析
对牡丹花瓣精油的163个成分进行主成分分析(PCA)，数据经过Z-score标准化处理后，使用SPSS19.0软件进行分析，特征值、方差和累计贡献率见表2。由表2可看出，第一到第十三个主成分的累积贡献率达到100％，将163个精油成分降维至13，第一主成分(PC1)贡献率主要反映癸酸、氧化芳樟醇、愈创醇、肉豆蔻酸、DL-α-生育酚、棕榈酸和植醇变异信息；第二主成分(PC2)主要反映了壬醛、硬脂醛、7E-2-二甲基-十六烯变异信息、3-十七烯、乙酸(Z)-5-十二烯醇酯；第三主成分(PC3)主要反映橙花醇、肉豆蔻酸乙酯、亚油酸乙酯和亚麻酸乙酯的变异信息。
表2 163个成分主成分分析(PCA)特征值、方差和累计贡献率(表中只显示贡献率突出的成分)
对14种牡丹精油再次进行主成分分析，前三个主成分的组成和第一次主成分分析得到的组成相同，第4个主成分为贡献率主要反映十二醛、2,4-二乙基庚烷-1-醇、4-甲基-6-庚烯-3-醇、L-(-)-薄荷醇、丁香酚甲醚、匙叶桉油烯醇和乙二醇十二烷基醚，得到4个主成分累计贡献率达88.12％，因为前三个主成分贡献率已经达到79.22％，完全符合主成分分析的要求，所以取前三个主成分作为数据分析的有效成分，并利用SPSS19.0做出三维图2；进行进一步分析，根据图中位置关系，可以明显将精油分为四大类，组一为：白雪塔4、银红巧对6、二乔8、豆绿9、大棕紫10；组二为：紫斑牡丹P.rockii5、硬把杨妃7、观音面11、粉银辉12；组三为：凤丹2和景玉3；组四为：海黄1、紫牡丹P.delavayi13、黄牡丹P.lutea14。
2.4)通过统计分析软件对精油成分做对应分析
对应分析(CA)也称R-Q型因子分析、关联分析，是这几年新兴的一种多元相依变量统计分析技术，是一种视觉化的数据分析方法，通过分析由定性变量构成的交互汇总表，来揭示变量间的联系。不但能揭示同一变量的各个类别之间的差异，还可以揭示不同变量各个类别之间的对应关系。它能够将几组看不出任何联系的数据，通过视觉上可以接受的定位图展现出来。
将14中牡丹花瓣的163种成分，通过SPSS19.0将牡丹花瓣精油(14×163)进行对应分析，结果见图3，由图中可以明显看出，根据不同精油在图中的位置远近，将3个野生种和11个观赏品种牡丹精油分为四组，分别是组一：白雪塔4、银红巧对6、二乔8、豆绿9、大棕紫10；组二：紫斑牡丹P.rockii5、硬把杨妃7、观音面11、粉银辉12；组三：凤丹2和景玉3；组四：海黄、1、紫牡丹P.delavayi13、黄牡丹P.lutea14。
2.5)根据三种分析方法的结果，确定精油分类
对比三种分析方法所得的结果：其中主成分分析及对应分析结果相同，聚类分析结果仅有紫斑牡丹P.rockii5与其不同，综合考虑后，将牡丹花瓣精油分成4组，分别是组一：白雪塔4、银红巧对6、二乔8、豆绿9、大棕紫10；组二：紫斑牡丹P.rockii5、硬把杨妃7、观音面11、粉银辉12；组三：凤丹2、景玉3；组四：海黄1、紫牡丹P.delavayi13、黄牡丹P.lutea14。进一步地，参见表2，通过相关系数，可以得出组一主要反映了第三主成分(PC3)，普遍含有较多的肉豆蔻酸乙酯、亚油酸乙酯和亚麻酸乙酯，因为茉莉油中的含量较多的高级脂肪酸及其衍生物，与组一的组分相近，因此组一定义为茉莉香气；组二对应了第二主成分(PC2)，主要含有较多的壬醛、硬脂醛、7E-2-二甲基-十六烯，这些大多是没有香味的成分，因组二还含有少量具有玫瑰香味的香叶醇，所以将其划分为玫瑰淡香一组；组三含有较多浓度的硬脂醛和壬醛，因为壬醛散发柑橘香气，所以将组三归为具有香甜香气类；组四对应了第一主成分(PC1)和第八主成分(PC8)，含有较多氧化芳樟醇、异植醇、法尼醇、DL-α-生育酚、棕榈酸和植醇，因为植醇和氧化芳樟醇释放药草清香，所以将这组命名为具有清新药草香的精油。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，分类方法包括以下步骤：
步骤1，取14类牡丹精油，分析每一类精油的化学成分，共得到163种化学成分；
步骤2，将14类精油种类和163种化学成分输入至SPSS统计分析软件，进行聚类分析，得到精油分组；
步骤3，通过SPSS统计分析软件，对14类精油的163种化学成分进行主成分分析，得到精油分组；
步骤4，通过SPSS统计分析软件，对14类精油的163种化学成分进行对应分析，得到精油分组；
步骤5，结合聚类分析、主成分分析和对应分析的结果确定将牡丹精油分为四组，每一组对应一种香味。
2.根据权利要求1所述的一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，步骤1中，14类牡丹精油中的每一类牡丹精油的制备方法为：预处理各类牡丹花瓣后，冷冻干燥牡丹花瓣；干燥后粉碎并过筛，将过筛后的牡丹花瓣通过超零界二氧化碳萃取制得牡丹精油。
3.根据权利要求2所述的一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，预处理牡丹花瓣为将牡丹花瓣在-80℃下进行预冷，至花瓣冻硬。
4.根据权利要求2所述的一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，超零界二氧化碳萃取过程的压力为35MPa，CO2流量15L/h，萃取温度为45℃，萃取时间为90min。
5.根据权利要求1所述的一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，14类牡丹精油包括11个栽培品种和3个野生品种；11个栽培品种为海黄(1)、凤丹(2)、景玉(3)、白雪塔(4)、银红巧对(6)、硬把杨妃(7)、二乔(8)、豆绿(9)、大棕紫(10)、观音面(11)和粉银辉(12)；野生品种包括紫斑牡丹P.rockii(5)、紫牡丹P.delavayi(13)和黄牡丹P.lutea(14)。
6.根据权利要求5所述的一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，步骤1中通过GC-MS组分分析得到163种化学成分；通过保留指数以及NIST05数据库确定每个品种牡丹中的化学成分。
7.根据权利要求5所述的一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，步骤2中，聚类分析过程中，在15单元的距离时，分成4组；组一包括白雪塔(4)、紫斑牡丹P.rockii(5)、银红巧对(6)、二乔(8)、豆绿(9)和大棕紫(10)；组二包括硬把杨妃(7)、观音面(11)和粉银辉(12)；组三为包括凤丹(2)和景玉(3)；组四为包括海黄(1)、紫牡丹P.delavayi(13)和黄牡丹P.lutea(14)。
8.根据权利要求5所述的一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，步骤3中，主成分分析包括两个步骤：
(1)对14个牡丹精油的163种进行第一次主成分分析，化学成分数据经过Z-score标准化处理后，通过SPSS软件进行主成分分析，得到第一主成分、第二主成分和第三主成分；其中，第一主成分包括癸酸、氧化芳樟醇、愈创醇、肉豆蔻酸、DL-α-生育酚、棕榈酸和植醇；第二主成分包括壬醛、硬脂醛、7E-2-二甲基-十六烯变异信息、3-十七烯和乙酸(Z)-5-十二烯醇酯；第三主成分包括橙花醇、肉豆蔻酸乙酯、亚油酸乙酯和亚麻酸乙酯；
(2)对14种牡丹精油再次进行主成分分析，确定前三个主成分分析的贡献率满足要求；将前三个主成分成分通过SPSS19.0进行分析，将精油分为四组，组一包括白雪塔(4)、银红巧对(6)、二乔(8)、豆绿(9)和大棕紫(10)；组二为包括紫斑牡丹P.rockii(5)、硬把杨妃(7)、观音面(11)和粉银辉(12)；组三包括凤丹(2)和景玉(3)；组四包括海黄(1)、紫牡丹P.delavayi(13)和黄牡丹P.lutea(14)。
9.根据权利要求5所述的一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，步骤4中，通过SPSS统计分析软件，对14类精油的163种化学成分进行对应分析，得到对应分析结果图，根据各类精油在对应分析结果图中位置的远近，将14类精油分为四组；组一包括白雪塔(4)、银红巧对(6)、二乔(8)、豆绿(9)和大棕紫(10)；组二包括紫斑牡丹P.rockii(5)、硬把杨妃(7)、观音面(11)、粉银辉(12)；组三包括凤丹(2)和景玉(3)；组四包括海黄(1)、紫牡丹P.delavayi(13)、黄牡丹P.lutea(14)。
10.根据权利要求5所述的一种牡丹精油的分类方法，其特征在于，步骤5中，确定牡丹精油分为四组，组一包括白雪塔(4)、银红巧对(6)、二乔(8)、豆绿(9)和大棕紫(10)；组二包括紫斑牡丹P.rockii(5)、硬把杨妃(7)、观音面(11)和粉银辉(12)；组三包括凤丹(2)和景玉(3)；组四包括海黄(1)、紫牡丹P.delavayi(13)和黄牡丹P.lutea(14)；所述组一的牡丹精油具有茉莉香气、组二的牡丹精油具有玫瑰香气、组三的牡丹精油具有柑橘香气、组四的牡丹精油具有药草香气。
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