采用頂空-氣相色譜-離子遷移譜分析加工前后浙麥冬中的揮發性有機物

何 佳 葉麗華 李靜慧 魯夢霞 張文婷

(1.浙江中醫藥大學藥學院，杭州 310053；2. 正大青春寶藥業有限公司，杭州 310023；3. 浙江省食品藥品檢驗研究院，杭州 310052；4. 國家藥品監督管理局中成藥質量評價重點實驗室，杭州 310052)

麥冬為百合科植物麥冬(Ophiopogon japonicas(L.f)Ker-Gawl)的干燥根莖，具有養陰生津，潤肺清心的功效，用于肺燥干咳，陰虛癆咳，喉痹咽痛，津傷口渴，內熱消渴，心煩失眠，腸燥便秘[1]。現代藥理學研究表明，麥冬具有抗炎、降血糖、心肌保護、抗腫瘤、增強免疫等藥理作用[2]。根據不同產地，麥冬主要分為浙麥冬與川麥冬兩大類。其中產自浙江、栽培期為3年的麥冬被稱為浙麥冬，其為浙江傳統的道地藥材，在臨床中廣泛使用。中國藥典2015版記載，麥冬飲片的炮制方法為除去雜質，洗凈，潤透，軋扁，干燥。麥冬炮制的目的是去除雜質, 有利于有效成分的煎出；且由于麥冬含有大量粘液質，質地柔潤，味甜發粘，在貯藏中易受潮發熱，極易生霉、泛油，嚴重地影響了臨床療效，因此需對其進行干燥[3，4]。麥冬的主要化學成分為多糖類、高異黃酮類、甾體皂苷類和揮發油類[2]，有研究發現，麥冬炮制后其甾體皂苷、高異黃酮、總多糖、氨基酸、核苷類成分及含量均會產生變化[5]，但對于其炮制前后揮發性成分及含量是否會發生變化，目前尚未見有關報道。目前對于麥冬中揮發油的研究主要采用水蒸氣蒸餾法、超臨界CO2萃取法等對麥冬中的揮發油進行提取，再利用GC-MS對提取到的成分進行鑒定[6，7]。但這些技術存在著提取時間長、提取效率低、儀器使用成本高等弊端。氣相色譜-離子遷移(GC-IMS)法是一種檢測混合物中揮發性有機物的新技術，IMS基于漂移管中氣相離子遷移率的不同而對其進行分離，當其作為氣相色譜檢測器時，氣相色譜的保留時間與IMS漂移時間相結合，從而實現揮發性有機物質在給定樣品中的二維分離[8]。該方法具有無需復雜的樣品前處理，樣品粉碎后即可直接進樣、靈敏度高、分析時間短等優點[9]。本實驗采用GC-IMS法對加工前后的麥冬樣品中的揮發性有機物進行的鑒定，并采用主成分分析法(PCA)基于鑒定得到的揮發性有機物對加工前后的浙麥冬進行分類，對加工前后浙麥冬進行快速鑒別。

1 儀器與材料

1.1 實驗材料

3批浙麥冬藥材樣品均來自浙江省寧波市慈溪市(其批號分別為：20170720、20170820、20170825)；浙麥冬飲片由華東醫藥有限公司按中國藥典2015版規定的方法從該3批浙麥冬藥材炮制得到。

1.2 實驗儀器

FlavourSpec?風味分析儀(德國G.A.S公司)；XPE205電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)。

2 方法與結果

2.1 系統條件

2.2.1氣相離子遷移譜單元

采用FS-SE-54-CB-1型色譜柱(0.53 mm × 15 m × 1 μm)，柱溫為60 ℃；載氣/漂移氣為氮氣；IMS溫度為45 ℃。

2.2.2自動進樣單元

進樣體積為500 μL，進樣針溫度為85 ℃。

2.2.3氣相色譜條件

載氣流量：0～2 min，2 mL·min-1；2～20 min，2～100 mL·min-1；20～40 min，100 mL·min-1。漂移氣流量為150 mL·min-1，整個分析時間為40 min。

2.2 樣品的處理

取浙麥冬樣品1 g，置于20 mL頂空瓶中，80 ℃孵育20 min后進樣，孵化轉速為500 rpm，每個樣品平行進樣3次。

2.3 數據分析

儀器配套的分析軟件包括Laboratory Analytical Viewer(LAV)和3款插件Reporter插件、Gallery Plot插件、Dynamic PCA插件以及GC×IMS Library Search。LAV軟件與Reporter插件用于生成二維或三維的分析圖譜；GC×IMS軟件內置有NIST 2014 與 IMS兩個數據庫，其中NIST數據庫提供物質在氣相色譜中的保留指數。IMS數據庫由德國G.A.S公司通過標準品建立，提供物質在漂移管中的遷移時間數據，GC×IMS軟件通過匹配內置的兩個數據庫對物質進行二維定性分析；Gallery Plot插件可生成樣品定性后的指紋圖譜；Dynamic PCA插件則用于將樣品聚類分析，以及快速確定未知樣品的種類。

3 結果

3.1 揮發性有機物的定性分析

采用2.1分析條件，分析得到了GC-IMS譜(圖1)。GC-IMS譜縱坐標代表氣相色譜的保留時間，橫坐標代表離子遷移時間，橫坐標1.0處豎線為反應離子峰(RIP峰～8.05ms)RIP峰兩側的每一個點代表一種揮發性有機物。顏色代表物質的濃度，白色表示濃度較低，黑色表示濃度較高。。由于烷烴在離子遷移譜上不產生響應，根據揮發性成分的氣相色譜保留時間，使用C4～C9正酮作為外標參考計算每種化合物的保留指數，并基于揮發性化合物的保留指數與其在漂移管中的遷移時間對所選物質進行二維定性，當一個物質的保留指數與遷移時間均與儀器配套的GC×IMS軟件內置的NIST數據庫與IMS數據庫提供的標準物質信息匹配時，該化合物才能被定性[10，11]。最終選擇了53個分離度好、信號值較強的揮發性有機物，并通過數據庫匹配對其中的41個物質進行了定性，具體結果見表1。由于1,8-桉葉素、β-蒎烯、α-蒎烯正己醇、糠醛這幾個物質同時存在單體及二聚體，因此同時存在兩個峰。一個物質的單體及二聚體是在IMS電離時產生的，兩者遷移速率不同，二聚體為兩個分子結合一個質子的化合物，其質量大于單體，因此遷移速率較單體慢，遷移時間較單體長。尚有12個揮發性有機物不能通過GC×IMS軟件進行定性，其內置的兩個數據庫還有待完善。

圖1 浙麥冬樣品GC-IMS譜圖

表1 浙麥冬樣品定性分析結果

續表1

3.2 GC-IMS指紋圖譜

為了更加直觀表征浙麥冬炮制前后揮發性有機物質含量的變化，基于3.1的定性分析結果繪制了GC-IMS指紋圖譜(圖2)。圖中每一行代表一個樣品中選取的全部信號峰，圖中每一列代表同一揮發性有機物在不同樣品中的信號峰(同一物質名稱后的M對應單體、D對應二聚體)，尚未得到鑒定的成分以數字1～12表示。圖2中，縱坐標上半部分部分9個樣品為炮制前的樣品，下半部分9個樣品為炮制后的樣品。通過對比炮制前后浙麥冬樣品每一個物質點顏色的深淺，可以直觀的發現，浙麥冬炮制前，乙酸苯乙酯、水楊酸甲酯、α-松油醇、(E,E)-2,4-辛二烯醛、芳樟醇、萜品烯醇、γ-松油醇、β-羅勒烯、1,8-桉葉素、檸檬烯、3-蒈烯、月桂烯、β-蒎烯、α-蒎烯、側柏烯、2-甲基丁酸、1-己醇、2-戊酮、丙酸乙酯、戊醛、2-甲基丁醛、乙酸乙酯、2-甲基丙醇、丁醛、壬醛等物質含量較炮制后的樣品高，這些物質于圖中左上方以邊框標出。炮制后三環烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、苯甲醛、庚醛、2-庚酮、E-2-己烯醛、糠醛、己醛、1-戊醇乙偶姻、3-甲基丁醛、丙酮、E-2-辛烯醛等物質的含量較炮制前的樣品相比明顯增加，這些物質于圖中右下方以邊框標出。

圖2 浙麥冬炮制前后GC-IMS指紋圖譜

3.3 主成分分析(PCA)

PCA是一種從眾多原始指標之間相互關系入手，尋找少數綜合指標以概括原始指標信息的多元統計方法[12]。選取53種揮發性有機物的色譜峰高為變量，進行PCA分析，結果見圖3，可見浙麥冬藥材與飲片可以得到很好的區分。兩個組成分(PCA1及PCA2)分別占總方差的67%和9%。

圖3 浙麥冬炮制前后樣品PCA分析

4 結論

中藥的安全性、功效和質量與中藥成分加工過程中可能發生的化學成分變化密切相關，因此探索中藥加工過程中的物質變化具有重要的意義。本文采用GC-IMS法分析了浙麥冬加工前后揮發性有機物，分離得到53個揮發性有機物，對其中41個成分進行了鑒定，并建立了揮發性有機物指紋圖譜。利用PCA分析可清楚區分浙麥冬藥材與飲片。GC-IMS法用于快速鑒別炮制前后的中藥具有一定的科學性和實用性。該方法操作簡單、分析時間短、靈敏度高。