基于氣相色譜離子遷移譜技術的川貝母差異性探索

郭鳳柳，熊蕊，劉曉慧，劉會雙，張毅，趙同欣，王娜

石家莊海關技術中心 保定業務部，河北 保定 071051

貝母早在《神農本草經》中就有記載，《中華人民共和國藥典》2020 年版收錄了川貝母、伊貝母、平貝母等6 種貝母[1]。川貝母按性狀不同，分別稱為松貝、青貝和爐貝，具有悠久的藥用歷史，是止咳化痰的常用中藥。但川貝母生長周期長、產量低，由于多年采挖，資源破壞嚴重，因此價格逐年攀升，導致市場上經常出現平貝母、伊貝母等多種貝母充當川貝母或混入川貝母出售的現象[2-3]。松貝、青貝和爐貝價格也差異明顯，療效不一，為了市場擇優利用，急需找到能快速準確鑒定川貝母的方法。目前，對川貝母的鑒別研究采用了聚合酶鏈式反應（PCR）[4-5]和高效液相色譜法（HPLC）指紋圖譜[6]等，HPLC可以研究貝母中功效成分西貝母堿含量。

氣相色譜-離子遷移譜法（GC-IMS）是一種近年來興起的用于分析樣品中揮發性化合物的技術，具有速度快、操作方便的特點。應用IMS 進行測量時，待測樣品經離子源氣化后變成氣體分子，進而發生化學電離并帶上一定數量的電荷，在電場的作用下使之移動形成隨時間變化的離子圖譜[7]。IMS與GC的結合克服了IMS分離效率差的局限性，充分發揮了不同儀器的優點[8]。一方面，IMS通過漂移時間信息使色譜分離后得到的化學信息更加豐富；另一方面，IMS信號響應經過GC預分離后得到質和量上的顯著改善。GC-IMS 獲得的三維矩陣（遷移時間、保留時間和離子強度）提供了更加豐富的化學信息，適用于更高級的數據處理。梁天一等[9]通過GC-IMS鑒別不同年份新會陳皮中的揮發性風味物質。本研究選擇GC-IMS 研究川貝母樣品中揮發性物質，為川貝母的快速真偽鑒別提供新的思路與數據支持。

1 材料

1.1 樣品

川貝母（Fritillaria Cirrhosae Bulbus）包括松貝Fritillaria unibracteataHsiao et K.C.Hsia、青貝F.przewalskiiMaxim.、爐貝F.delavayiFranch，平貝母F.ussuriensisMaxim.、伊貝母F.pallidifloraSchrenk藥材經石家莊海關技術中心保定業務部劉曉慧高級獸醫師鑒定其基原準確，樣品信息見表1。

表1 貝母樣品信息

1.2 儀器

FlavourSpec?型風味分析儀，配有CTC 自動頂空進樣器、Laboratory Analytical Viewer 分析軟件及Library Search 定性軟件的GC-IMS 系統（山東海能科學儀器有限公司）。

2 方法

2.1 樣品制備

每個樣品做2 個平行，分別標記為1、2，各取0.50 g，置于20 mL頂空進樣瓶中，75 ℃孵育20 min后進樣。

2.2 分析條件

2.2.1 頂空進樣條件 頂空孵化溫度：75 ℃；孵化時間：20 min；進樣體積：500 μL，不分流模式；進樣針溫度：85 ℃；載氣：N2（純度≥99.999%）；孵化轉速：500 r·min-1。

2.2.2 GC 條件 FS-SE-54-CB-1 型色譜柱（15 m×0.53 mm，1 μm）；色譜柱溫：75 ℃；運行時間：30 min；載氣：N2（純度≥99.999%）；載氣流速：起始流速2 mL·min-1，2～10 min線性上升至10 mL·min-1，10～20 min 線性上升至100 mL·min-1，20～30 min 線性上升至130 mL·min-1。

2.3 數據分析

采用Laboratory Analytical Viewer（LAV）和3款插 件（Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA）及GC×IMS Library Search，分別從不同角度進行樣品分析。

3 結果與分析

3.1 不同貝母樣品中揮發性物質譜圖對比

采用Reporter 插件直接對比不同品質貝母樣品中揮發性物質差異，見圖1。選取其中1個樣品的譜圖（青貝-2）作為參比，其他樣品的譜圖扣減參比，見圖2。圖2 可以看出，以青貝-2 樣品作參比，貝母樣品的揮發性物質存在明顯的差異。

圖1 貝母樣品中揮發性物質差異變化

圖2 背景扣除后貝母樣品揮發性物質差異

3.2 指紋圖譜

為了更好地比較樣品之間揮發性物質的變化，采用Gallery Plot 插件，框選這些揮發性物質的峰，形成樣品指紋圖譜進行對比（圖3）。從圖3 中可以看出每個樣品的完整揮發物信息及樣品之間揮發性物質的差異。選取幾個樣品中存在明顯差異的揮發性有機物進行進一步分析。紅色框中的物質分別是松貝、爐貝、伊貝母和平貝母中相對于其他幾個樣品中含量較高的物質。松貝中反式-2-庚醛（E-2-heptenal）、戊醛二聚體（pentanal dimer）、反式-2-辛烯醛（E-2-octenal）、正戊醇二聚體（1-pentanol dimer）、苯乙醛（phenylacetaldehyde）等物質的含量較高；伊貝母中γ-丁內酯二聚體（gammabutyrolactone dimer）等物質的含量較高；平貝母中庚醛二聚體（heptanal dimer）、2，3-二乙基-5-甲基吡嗪（2，3-diethyl-5-methylpyrazine）和1，8-桉樹腦（1，8-cineole）等物質的含量較高；青貝中則沒有較為明顯的特征性揮發性有機物，且相對其他幾個川貝樣品揮發性物質含量較少。

圖3 貝母樣品揮發性物質指紋圖譜對比

黃色框中的物質，如反式-2-己醇（trans-2-hexenol）、1-己醇（1-hexanol）、乙醇（ethanol）、乙偶姻（acetoin）、己醛二聚體（hexanal dimer）、2-戊基呋喃（2-pentyl furan）、壬醛（nonanal）等在松貝、爐貝和青貝中含量很高，而在伊貝母和平貝母中含量很低或不含有；綠色框中的物質，如γ-丁內酯（gamma-butyrolactone monomer）在這5種不同貝母樣品中均含有；紫色框中的物質在伊貝母和平貝母中含量較高；橙色框中的物質，如辛醛（octanal）、戊醇（1-pentanol）、庚醛（heptanal）等在伊貝母中含量很低；粉色框中的物質，如2-己酮（hexan-2-one）、2-庚酮（2-heptanone）等在松貝和平貝母中含量較高，在其他3個樣品中含量較低。

3.3 不同貝母樣品的聚類分析

選取所有樣品峰進行主成分分析（PCA），從圖4中可以看出，這5 個樣品的區分非常明顯，其中松貝、爐貝和青貝樣品聚類較為集中，這是因為3 個樣品中的揮發性物質部分存在相似性；而平貝母和伊貝母的聚類較為分散，與指紋譜圖中的樣品信號峰信息基本一致。

圖4 貝母樣品聚類分析

3.4 不同川貝母樣品的聚類分析

選取3個川貝母樣品峰進行PCA，從圖5中可以看出，通過聚類分析能夠很清晰的看出這3 個不同川貝樣品之間的區別。

圖5 川貝母樣品聚類分析

4 討論與結論

GC-IMS 將GC 的高分離能力與IMS 的高分辨、高靈敏度等優勢有機融合在一起，且配有靜態頂空進樣裝置，檢測液態或固態樣品揮發出的痕量有機組分，具有操作簡單、快速無損、無需樣品前處理及重現性好的優點。應用GC-IMS 檢測摻假的研究越來越多，陳通等[10]應用此技術建立了1種山茶油純度檢測新方法。陳鑫郁等[11]應用此技術研究了食用油品質變化及摻假問題。可以看出，GC-IMS 技術為食品的品質評價和監控提供了新的研究思路和解決方案。

有研究認為，各川貝母間含有的功效成分效果一致[12]，但松貝、青貝和爐貝市場價格差異明顯。也有研究證明，太白貝母、梭砂貝母、暗紫貝母中暗紫貝母的化痰效果最優，太白貝母與梭砂貝母的作用效果相近[13]。本研究采用GC-IMS研究貝母樣品中揮發性物質，并對所得的指紋譜圖進行了比較。結果表明，松貝、爐貝、伊貝母和平貝母中分別相對于其他幾個樣品存在含量較高的揮發性物質或特異性的物質，而青貝中則沒有較為明顯的特征性的揮發性有機物；同時松貝、爐貝和青貝樣品都具有較多相似的揮發性成分，這些揮發性成分在平貝母和伊貝母樣品中含量很低或者不含有。通過主成分動態分析，選取所有的信號峰，發現這5 個樣品區分非常明顯，其中松貝、爐貝和青貝樣品的聚類較為集中，這是因為3 個樣品中的揮發性物質部分存在相似性；而平貝母和伊貝母的聚類較為分散，這與指紋譜圖中的樣品信號峰信息基本一致。本研究結果可為川貝母的快速真偽鑒別提供思路。

揮發性物質都是小分子物質，本研究對貝母的揮發性物質進行分析，相當于只是從氣味方面鑒別貝母的真偽。而川貝母的功效成分西貝母堿為不易氣化的生物堿類物質。因此，想通過功效成分的含量來區分貝母、川貝母和不同品種川貝母還要進一步研究孵化溫度與氣相色譜條件，實現川貝母品質的區分。