基于HeraclesⅡ超快速氣相電子鼻技術對炮天雄氣味定性分析

范潤勇，盧一，羅霄，黃勤挽*

炮天雄為毛茛科烏頭（Aconitum carmichaelii Debx.）的子根的加工品。具有增強補陽助火，降低心血管系統、消化系統、神經系統等毒性的作用[1]。解放后一般認為，烏頭對側生長兩個子根者為附子，僅生一個者為天雄，現凡個大的附子均可加工成炮天雄，其作為傳統的附子商品規格之一。廣東等地區炮天雄多用于燉湯食療保健，但港澳及東南亞地區仍習慣沿用炮天雄入方治療元陽素虛、腎虧陽虛證患者[2]。因此，炮天雄逐漸被關注，并收錄在2015年版《四川省中藥飲片炮制規范》，其中炮天雄氣味描述為“氣微”，但從好醫生集團、江油中壩附子公司和荷花池購買的炮天雄樣品明顯含有一種特殊氣味并非《四川省中藥飲片炮制規范》（2015年版）所描述的“氣微”。

Heracles Ⅱ超快速氣相電子鼻技術是近幾年發展起來的新技術，基于氣相原理的快速氣味分析技術，比普通的氣相檢測更加靈敏，分析時間更短，內附Kovats保留指數定性庫，可以對氣味成分定性分析[3]。Heracles超快速氣相電子鼻技術主要應用于食品行業，張鑫等[4]利用此技術對白酒氣味成分進行分析，陳修紅等[5]利用此技術對花椒油氣味指紋進行分析，盧一等[3]利用此技術對硫熏麥冬進行快速鑒別。本文采用Heracles Ⅱ超快速氣相電子鼻技術，對炮天雄氣味色譜信息進行PCA和雷達特征圖譜分析，結合Kovats保留指數及Arochembase數據庫內容，對炮天雄氣味成分進行定性分析，以解釋炮天雄具有一種特殊氣味，而并非是“氣微”。

1 實驗儀器設備及材料

1.1 實驗儀器設備

Q-400B高速多功能粉碎機（上海冰都電器有限公司）；Heracles Ⅱ超快速氣相電子鼻，HS-100型自動進樣器(法國Alpha Mos公司)；Arochembase數據庫(Kovats保留指數定性庫)；數據處理軟件(AlphaSoftVersion2012.46)等。

1.2 實驗材料

13批炮天雄樣品中4批來自好醫生集團、3批來自江油中壩附子有限責任公司、6批購買于成都市荷花池中藥材專業市場。

2 方法

2.1 樣品處理

將13批炮天雄樣品粉碎，過四號篩，備用。

2.2 方法學考察

由于炮天雄無揮發油成分，HeraclesⅡ 超快速氣相電子鼻為頂空進樣實驗，為得到良好的色譜信息，使樣品具有較好的分析效果，需要在固定稱樣量為1.0 g條件下，分別對進樣量、震搖溫度以及震搖時間進行單因素考察，以確定最佳的實驗條件。

2.2.1 進樣量考察 稱取炮天雄樣品1.0 g，震蕩溫度50 ℃，震搖時間10 min。進樣量分別考察1 000、2 000、3 000、4 000、5 000 μL進行分析，隨著進樣量增加，樣品峰面積逐漸增大，但在進樣量為3 000 μL時基本達到飽和，最終確定3 000 μL為最佳進樣量。

2.2.2 震搖溫度考察 稱取炮天雄樣品1.0 g，震搖時間10 min，進樣體積3 000 μL。振蕩溫度分別考察40、50、60 ℃進行分析，50 ℃色譜信息良好，溫度過高不利于樣品真實氣味分析，最終確定50 ℃為最佳震搖溫度。

2.2.3 震搖時間考察 稱取炮天雄樣品1.0 g，震蕩溫度50 ℃，進樣體積3 000 μL。振蕩時間分別考察了5、10、15、20、30 min進行分析。隨著震搖時間的延長，在10 min后色譜峰無明顯變化，表明炮天雄氣味在10 min后趨于飽和穩定。實驗最終確定10 min為最佳的震搖時間。

2.3 實驗最優條件

HeraclesⅡ 超快速氣相色譜電子鼻系統采用兩根不同極性的色譜柱MXT-5和MXT-1701，分別長10 m,，柱徑18 μm。MXT-5為非極性色譜柱，MXT-1701為弱極性色譜柱，升溫速度達10 ℃·s-1，檢測器為雙FID檢測器，一次注射進樣，雙柱同時分析，譜圖同時呈現兩根色譜柱的分離結果。

通過單因素方法學考察，建立炮天雄的實驗方法（表1），對樣品進行分析，每個樣品平行3次。采用正構烷烴標準溶液(nC6-nC16)進行校準，將保留時間轉化為保留指數。然后通過Kovats保留指數定性，在Arochembase數據庫中對化合物進行定性分析。

表1 超快速氣相電子鼻分析炮天雄實驗參數

3 結果

3.1 主成分分析（PCA）

主成分分析是對樣品的原始數據向量進行線性轉換，在一定的視角下尋找樣品差異的一種算法，該算法不丟失樣品信息，且僅通過改變坐標軸來達到區分樣品的目的。HeraclesⅡ超快速氣相電子鼻是電子鼻與快速氣相的結合，它可根據Kovats保留指數定性，在Arochembase數據庫中對氣味化合物進行定性分析，還能通過化學計量學方法實現氣味差異分析，達到快速鑒別。

根據超快速氣相電子鼻獲取的色譜峰面積及峰數量，進行PCA分析，根據圖1可知，13批炮天雄可以明顯的分為三個區域，其中A區域代表好醫生生產的炮天雄，B區域代表中壩生產的炮天雄，C區域代表荷花池市場買的炮天雄，好醫生炮天雄和中壩炮天雄可以明顯區分開，而荷花池的炮天雄分布較為混亂，且荷花池炮天雄個體差異較大。PCA識別指數不高，但是PCA1和PCA2貢獻率之和達到89.62%，由圖1可知其不同廠家生產的炮天雄有明顯差異，說明超快速氣相電子鼻能快速鑒別不同廠家生產的炮天雄。

圖1 13批炮天雄樣品氣相電子鼻PCA分析

3.2 雷達特征圖譜分析

氣相電子鼻雷達圖能客觀反映氣味響應值的大小和個數，根據氣相色譜峰面積和峰數量制作炮天雄氣相電子鼻雷達圖，由圖2～圖5可以看出不同商家的炮天雄雷達圖譜差異較大，同一商家的炮天雄雷達圖差別不大，荷花池購買的炮天雄差異最大，說明不同商家、不同炮制工藝對炮天雄的氣味影響較大，其氣味差異較為明顯。

圖2 不同商家炮天雄氣相電子鼻雷達圖

圖3 好醫生炮天雄氣相電子鼻雷達圖

圖4 中壩炮天雄氣相電子鼻雷達圖

圖5 荷花池商家炮天雄氣相電子鼻雷達圖

圖6 中壩炮天雄樣品HeraclesⅡ超快速氣相色譜圖

3.3 氣相色譜圖分析

HeraclesⅡ超快速氣相電子鼻是電子鼻與快速氣相的結合，它不僅可以通過化學計量學方法實現氣味差異分析，達到快速的鑒別，還能根據Kovats保留指數定性，在Arochembase數據庫中對化合物進行定性分析。通過HeraclesⅡ超快速氣相色譜電子鼻對炮天雄樣品進行氣味分析，將不同廠家的色譜圖進行對比，其色譜圖峰差異較大，表明氣味成分和含量差異大，不同廠家的炮天雄氣味信息存在差異，如圖6。可能是由于炮天雄炮制工藝不同、輔料用法用量不同等原因造成的。

3.4 炮天雄氣味成分定性分析

從圖6可以很直觀的發現炮天雄樣品之間差異，但是對比每個樣品色譜圖均在某些相同保留時間出現色譜峰（圖6圈出部分），只是峰面積存在差別，通過Kovats保留指數定性，采用Arochembase數據庫進行化合物定性分析，給出可能是炮天雄所含有的氣味信息，其結果見表2。

表2 Arochembase數據庫分析炮天雄可能氣味信息

根據表2可知，炮天雄氣味信息分析中，可能含有二溴乙烷、己醇、己醛、乙酸丁酯、氯二溴甲烷、甲基戊炔醇等成分，其中二溴乙烷的相關指數為92.59，炮天雄氣味成分中最可能含有二溴乙烷。其中二溴乙烷的化學式為C2H4Br2，經檢索其化學結構式有兩種，分別為1,2-二溴乙烷、1,1-二溴乙烷，其結構式如圖7所示。C2H4Br2有特殊氣味，與《四川省中藥飲片炮制規范》（2015年版）所述“氣微”不符。

圖7 1,2-二溴乙烷結構式 和1,1-二溴乙烷結構式

4 討論

采用HeraclesⅡ超快速氣相色譜電子鼻技術，獲取炮天雄氣相色譜信息，對其進行PCA和雷達特征分析，可以快速的區分不同廠家的炮天雄，說明不同廠家炮天雄其炮制加工的方法、所用輔料等不同，導致炮天雄的氣味成分有很大差異。雖其氣味成分差異較大，但對氣相色譜信息進行分析，發現13批炮天雄樣品氣味氣相色譜圖中有某些色譜峰保留時間相同，通過Kovats保留指數定性，采用Arochembase數據庫進行化合物定性分析，可能含有二溴乙烷、己醇、己醛、乙酸丁酯、氯二溴甲烷、甲基戊炔醇等成分，其中二溴乙烷的相關指數為92.59，炮天雄氣味成分中最可能含有二溴乙烷。二溴乙烷有特殊的氣味，因此炮天雄應該具有“特殊氣味”而并非《四川省中藥飲片炮制規范》（2015年版）所描述的“氣微”。為炮天雄具有“特殊氣味”提供理論依據。

[1]四川省食品藥品監督管理局.四川省中藥飲片炮制規范(2015年版) [M].成都:四川科學技術出版社,2016:127-131.

[2]李德斌,黃志芳,劉云華,等.炮天雄質量標準研究[J].中國實驗方劑學雜志,2013,(23): 146-150.

[3]盧一,解達帥,吳純潔.基于HeraclesⅡ超快速氣相電子鼻的硫熏麥冬快速鑒別研究[J].中藥材,2017,(05):1071-1074.

[4]張鑫,相里加雄,路星.Heracles Ⅱ超快速氣相色譜電子鼻對白酒氣味成分分析技術探討[J].釀酒科技,2014,(10):116-119.

[5]陳修紅,歐克勤,汪厚銀,等.Heracles快速氣相電子鼻對花椒油氣味指紋分析研究[J].食品科技,2016,41(12):256-261.