頂空固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用法檢測山藥揮發油成分

李雅萌，郭文英，王亞茹，楊娜，劉金平，李平亞，曲淵立※

（1.吉林大學藥學院，長春 130021；2.吉林金寶藥業股份有限公司，吉林 通化 135000）

山藥為薯蕷科（DioscoreaL）植物薯蕷（Dioscorea oppositaThunb.）的干燥根莖[1]，又名淮山藥、薯藥、白山藥等。我國自夏朝、商朝起就開始種植山藥，明朝、清朝以來逐漸形成道地藥材。河南省焦作市一帶所產山藥具有很高的藥用和食用價值，習稱懷山藥，被譽為“懷參”。山藥是人所共知的滋補佳品，許多古典醫籍都對山藥作了很高的評價，據《神農本草經》記載，山藥具有“主治傷中、補虛贏、除寒熱邪氣、補中益氣、長肌肉、久服耳聰目明、經身不饑延年”等功效。山藥性溫、味甘，溫補而不驟，微香而不燥，具有補脾養胃、生津益肺、補腎澀精的作用[2]。山藥不僅是一味健脾補氣的良藥，也是傳統的保健食品，是衛生部公布的藥、食兼用植物之一。山藥的營養價值和藥用價值已逐步被人們發現和認可。近年來，國內、外學者對山藥中多種化學成分進行研究發現，多糖是山藥的主要有效成分，也是山藥化學和藥理研究的重點和熱點[3，4]。藥理學研究表明，山藥不僅能健脾胃、益肺腎，還具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老、抗突變、調節免疫、改善消化功能、抗腫瘤等藥理活性[5～10]。分離提取中藥材中揮發油成分的方法有液液萃取法、吹掃補集法、靜態頂空法、固相萃取法、蒸餾萃取及超臨界流體萃取法[11，12]、固相微萃取法、同位素稀釋和攪拌棒萃取法等多種方法。壓榨法、溶劑萃取法、水蒸氣蒸餾法為傳統的提取方法，水蒸氣蒸餾法最為常用。這些傳統方法都不同程度地存在著某些缺點，或提取時間長、溫度高、系統不密閉，或容易造成揮發油中某些熱敏物質成分發生氧化、聚合和分解反應而導致變性，或使用的是對人體有害的有機溶劑，對操作者造成潛在的危害。固相微萃取技術（Solid Phase Microextraction，SPME）是20世紀90年代以來出現的樣品處理方法，它幾乎克服了傳統方法的所有缺點，無需有機溶劑，樣品用量少，具有簡單方便、操作時間短、重現性好、精度高、檢測限低等優點。SPME能夠集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體，直接與氣相色譜-質譜儀（Gaschromatography-massspectrometry，GC-MS）、高效液相色譜儀（High performance liquid chromatography，HPLC）、毛細管電泳儀（Capillary electrophoresis，CE）等聯用，快速、有效地分析樣品中的痕量有機物[13]。SPME是根據有機物與溶劑之間的“相似相溶”的原理，對樣品的前處理過程利用萃取頭表面的萃取涂層的吸附作用，將組分從樣品基質中分離、富集。SPME的操作方式有2種：一種是將SPME萃取頭直接插入較潔凈的液體樣品中，稱為直接SPME法；另一種是將SPME萃取纖維置于液體或固體樣品的頂空進行萃取，即頂空-固相微萃取（Headspace solid phase microextraction，HS-SPME）法[14，15]。

目前，采用HS-SPME提取山藥中的揮發油成分還未見報道。本實驗首次采用HS-SPME方法提取山藥的揮發性成分，應用GC-MS對山藥的揮發油成分進行分析和鑒定，旨在為山藥的開發利用提供科學依據。

1 材料與儀器

山藥藥材由吉林金寶藥業股份有限公司提供，由吉林大學李平亞教授鑒定為植物薯蕷（D.opposita Thunb.）的干燥根莖。

固相微萃取裝置、PDMS/DVB萃取纖維頭（涂層厚度65cm）（美國Supelco公司）；5975-6890N氣相色譜/質譜聯用儀（美國Agilent公司）；FA1104N型電子分析天平（上海菁華科技儀器有限公司）。

2 方法

2.1 HS-SPME前處理

取樣品1g，放入20mL頂空瓶中，密封。利用PDMS-100固相微萃取針萃取60min，萃取溫度60℃，解析溫度260℃，解析時間2min。

2.2 GC-MS條件

GC條件 色譜柱：HP-35氣相毛細管柱（30m×0.25mm，0.25m）；程序升溫：起始溫度60℃，保持3min，以10℃/min升溫到280℃；進樣口溫度：260℃；載氣：氦氣（純度99.99%）；柱流量：1.0mL/min，不分流進樣。

MS條件 離子源：電子電離源（Electronionization，EI）；電子轟擊能量：70eV；離子源溫度：230℃；采集模式：全掃描；質量掃描范圍（m/z）：20～600；掃描速度：150u/s。

3 結果與分析

應用HS-SPME技術收集山藥中的揮發油成分，熱脫附后經GC-MS分析，共檢出76個色譜峰（圖1）。

圖1 山藥中揮發油成分的總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile oil in chinese yam

通過HPMSD化學工作站，檢索NIST02.L標準質譜圖庫，結合人工圖譜解析，共鑒定出73種化學成分。已鑒定的化合物主要包括烷烴、烯烴、芳香類、有機酸、醇、醛、酮、酯、雜環等化合物，占總流出峰面積的100%，采用面積歸一化法確定各組分的相對含量（表1）。揮發油中主要為不飽和烴類化合物（22種），含量高達68.05%，其中，含量較高的成分有-姜黃烯（28.46%）、-法呢烯（9.08%）、-倍半水芹烯（5.66%）、-沒藥烯（5.70%）、白菖烯（1.45%）-柏木萜烯（2.70）等。

表1 山藥揮發油成分的GC-MS分析Table 1 Analysis of Volatile Oil from Chinese Yam by GC-MS

續表1

續表1

4 討論

本實驗采用HS-SPME結合GC-MS聯用技術分析山藥中的揮發油成分。HS-SPME技術是一種綠色的樣品制備前處理方法，具有傳統提取方法所不具有的優勢[16]，廣泛應用于氣體、液體、固體以及生物等樣品中化學成分檢測和分離鑒定[17]，尤其是對有強揮發性的物質，通過優化各種條件，可以達到較好的檢測效果。HS-SPME在中藥揮發性成分定性、定量研究及中藥質量控制等方面已有較多的運用[18]，已積累了比較成熟的經驗。隨著 HS-SPME技術在中藥領域的應用研究不斷深入、完善，HS-SPME技術將有利于促進中藥揮發性成分研究、中藥新藥開發、中藥質量控制及中藥材規范化種植的發展[19]。根據化合物鑒定結果發現，山藥揮發油中的主要成分以具有多種藥理和生物活性的萜烯類化合物和多環芳烴為主，其中-姜黃烯（28.46%）、-法呢烯（9.08%）、-倍半水芹烯（5.66%）、-沒藥烯（5.70%）等均為萜烯類化合物。萜烯類化合物是植物次生代謝物質，在生物學上具有抗腫瘤、殺蟲、抑菌、抗病毒、抗氧化、抗炎癥等多種生物活性[20～30]。含有大量單萜烯類化合物的植物被研制成各種藥劑，用于消炎鎮痛、美容護膚、祛風利尿等。通過對山藥揮發油的化學成分分析，為進一步開展其藥理、藥效的研究奠定基礎。