基于HeraclesⅡ超快速气相电子鼻技术对炮天雄气味定性分析

范润勇，卢一，罗霄，黄勤挽*

炮天雄为毛茛科乌头（Aconitum carmichaelii Debx.）的子根的加工品。具有增强补阳助火，降低心血管系统、消化系统、神经系统等毒性的作用[1]。解放后一般认为，乌头对侧生长两个子根者为附子，仅生一个者为天雄，现凡个大的附子均可加工成炮天雄，其作为传统的附子商品规格之一。广东等地区炮天雄多用于炖汤食疗保健，但港澳及东南亚地区仍习惯沿用炮天雄入方治疗元阳素虚、肾亏阳虚证患者[2]。因此，炮天雄逐渐被关注，并收录在2015年版《四川省中药饮片炮制规范》，其中炮天雄气味描述为“气微”，但从好医生集团、江油中坝附子公司和荷花池购买的炮天雄样品明显含有一种特殊气味并非《四川省中药饮片炮制规范》（2015年版）所描述的“气微”。

Heracles Ⅱ超快速气相电子鼻技术是近几年发展起来的新技术，基于气相原理的快速气味分析技术，比普通的气相检测更加灵敏，分析时间更短，内附Kovats保留指数定性库，可以对气味成分定性分析[3]。Heracles超快速气相电子鼻技术主要应用于食品行业，张鑫等[4]利用此技术对白酒气味成分进行分析，陈修红等[5]利用此技术对花椒油气味指纹进行分析，卢一等[3]利用此技术对硫熏麦冬进行快速鉴别。本文采用Heracles Ⅱ超快速气相电子鼻技术，对炮天雄气味色谱信息进行PCA和雷达特征图谱分析，结合Kovats保留指数及Arochembase数据库内容，对炮天雄气味成分进行定性分析，以解释炮天雄具有一种特殊气味，而并非是“气微”。

1 实验仪器设备及材料

1.1 实验仪器设备

Q-400B高速多功能粉碎机（上海冰都电器有限公司）；Heracles Ⅱ超快速气相电子鼻，HS-100型自动进样器(法国Alpha Mos公司)；Arochembase数据库(Kovats保留指数定性库)；数据处理软件(AlphaSoftVersion2012.46)等。

1.2 实验材料

13批炮天雄样品中4批来自好医生集团、3批来自江油中坝附子有限责任公司、6批购买于成都市荷花池中药材专业市场。

2 方法

2.1 样品处理

将13批炮天雄样品粉碎，过四号筛，备用。

2.2 方法学考察

由于炮天雄无挥发油成分，HeraclesⅡ 超快速气相电子鼻为顶空进样实验，为得到良好的色谱信息，使样品具有较好的分析效果，需要在固定称样量为1.0 g条件下，分别对进样量、震摇温度以及震摇时间进行单因素考察，以确定最佳的实验条件。

2.2.1 进样量考察 称取炮天雄样品1.0 g，震荡温度50 ℃，震摇时间10 min。进样量分别考察1 000、2 000、3 000、4 000、5 000 μL进行分析，随着进样量增加，样品峰面积逐渐增大，但在进样量为3 000 μL时基本达到饱和，最终确定3 000 μL为最佳进样量。

2.2.2 震摇温度考察 称取炮天雄样品1.0 g，震摇时间10 min，进样体积3 000 μL。振荡温度分别考察40、50、60 ℃进行分析，50 ℃色谱信息良好，温度过高不利于样品真实气味分析，最终确定50 ℃为最佳震摇温度。

2.2.3 震摇时间考察 称取炮天雄样品1.0 g，震荡温度50 ℃，进样体积3 000 μL。振荡时间分别考察了5、10、15、20、30 min进行分析。随着震摇时间的延长，在10 min后色谱峰无明显变化，表明炮天雄气味在10 min后趋于饱和稳定。实验最终确定10 min为最佳的震摇时间。

2.3 实验最优条件

HeraclesⅡ 超快速气相色谱电子鼻系统采用两根不同极性的色谱柱MXT-5和MXT-1701，分别长10 m,，柱径18 μm。MXT-5为非极性色谱柱，MXT-1701为弱极性色谱柱，升温速度达10 ℃·s-1，检测器为双FID检测器，一次注射进样，双柱同时分析，谱图同时呈现两根色谱柱的分离结果。

通过单因素方法学考察，建立炮天雄的实验方法（表1），对样品进行分析，每个样品平行3次。采用正构烷烃标准溶液(nC6-nC16)进行校准，将保留时间转化为保留指数。然后通过Kovats保留指数定性，在Arochembase数据库中对化合物进行定性分析。

表1 超快速气相电子鼻分析炮天雄实验参数

3 结果

3.1 主成分分析（PCA）

主成分分析是对样品的原始数据向量进行线性转换，在一定的视角下寻找样品差异的一种算法，该算法不丢失样品信息，且仅通过改变坐标轴来达到区分样品的目的。HeraclesⅡ超快速气相电子鼻是电子鼻与快速气相的结合，它可根据Kovats保留指数定性，在Arochembase数据库中对气味化合物进行定性分析，还能通过化学计量学方法实现气味差异分析，达到快速鉴别。

根据超快速气相电子鼻获取的色谱峰面积及峰数量，进行PCA分析，根据图1可知，13批炮天雄可以明显的分为三个区域，其中A区域代表好医生生产的炮天雄，B区域代表中坝生产的炮天雄，C区域代表荷花池市场买的炮天雄，好医生炮天雄和中坝炮天雄可以明显区分开，而荷花池的炮天雄分布较为混乱，且荷花池炮天雄个体差异较大。PCA识别指数不高，但是PCA1和PCA2贡献率之和达到89.62%，由图1可知其不同厂家生产的炮天雄有明显差异，说明超快速气相电子鼻能快速鉴别不同厂家生产的炮天雄。

图1 13批炮天雄样品气相电子鼻PCA分析

3.2 雷达特征图谱分析

气相电子鼻雷达图能客观反映气味响应值的大小和个数，根据气相色谱峰面积和峰数量制作炮天雄气相电子鼻雷达图，由图2～图5可以看出不同商家的炮天雄雷达图谱差异较大，同一商家的炮天雄雷达图差别不大，荷花池购买的炮天雄差异最大，说明不同商家、不同炮制工艺对炮天雄的气味影响较大，其气味差异较为明显。

图2 不同商家炮天雄气相电子鼻雷达图

图3 好医生炮天雄气相电子鼻雷达图

图4 中坝炮天雄气相电子鼻雷达图

图5 荷花池商家炮天雄气相电子鼻雷达图

图6 中坝炮天雄样品HeraclesⅡ超快速气相色谱图

3.3 气相色谱图分析

HeraclesⅡ超快速气相电子鼻是电子鼻与快速气相的结合，它不仅可以通过化学计量学方法实现气味差异分析，达到快速的鉴别，还能根据Kovats保留指数定性，在Arochembase数据库中对化合物进行定性分析。通过HeraclesⅡ超快速气相色谱电子鼻对炮天雄样品进行气味分析，将不同厂家的色谱图进行对比，其色谱图峰差异较大，表明气味成分和含量差异大，不同厂家的炮天雄气味信息存在差异，如图6。可能是由于炮天雄炮制工艺不同、辅料用法用量不同等原因造成的。

3.4 炮天雄气味成分定性分析

从图6可以很直观的发现炮天雄样品之间差异，但是对比每个样品色谱图均在某些相同保留时间出现色谱峰（图6圈出部分），只是峰面积存在差别，通过Kovats保留指数定性，采用Arochembase数据库进行化合物定性分析，给出可能是炮天雄所含有的气味信息，其结果见表2。

表2 Arochembase数据库分析炮天雄可能气味信息

根据表2可知，炮天雄气味信息分析中，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，其中二溴乙烷的相关指数为92.59，炮天雄气味成分中最可能含有二溴乙烷。其中二溴乙烷的化学式为C2H4Br2，经检索其化学结构式有两种，分别为1,2-二溴乙烷、1,1-二溴乙烷，其结构式如图7所示。C2H4Br2有特殊气味，与《四川省中药饮片炮制规范》（2015年版）所述“气微”不符。

图7 1,2-二溴乙烷结构式 和1,1-二溴乙烷结构式

4 讨论

采用HeraclesⅡ超快速气相色谱电子鼻技术，获取炮天雄气相色谱信息，对其进行PCA和雷达特征分析，可以快速的区分不同厂家的炮天雄，说明不同厂家炮天雄其炮制加工的方法、所用辅料等不同，导致炮天雄的气味成分有很大差异。虽其气味成分差异较大，但对气相色谱信息进行分析，发现13批炮天雄样品气味气相色谱图中有某些色谱峰保留时间相同，通过Kovats保留指数定性，采用Arochembase数据库进行化合物定性分析，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，其中二溴乙烷的相关指数为92.59，炮天雄气味成分中最可能含有二溴乙烷。二溴乙烷有特殊的气味，因此炮天雄应该具有“特殊气味”而并非《四川省中药饮片炮制规范》（2015年版）所描述的“气微”。为炮天雄具有“特殊气味”提供理论依据。

[1]四川省食品药品监督管理局.四川省中药饮片炮制规范(2015年版) [M].成都:四川科学技术出版社,2016:127-131.

[2]李德斌,黄志芳,刘云华,等.炮天雄质量标准研究[J].中国实验方剂学杂志,2013,(23): 146-150.

[3]卢一,解达帅,吴纯洁.基于HeraclesⅡ超快速气相电子鼻的硫熏麦冬快速鉴别研究[J].中药材,2017,(05):1071-1074.

[4]张鑫,相里加雄,路星.Heracles Ⅱ超快速气相色谱电子鼻对白酒气味成分分析技术探讨[J].酿酒科技,2014,(10):116-119.

[5]陈修红,欧克勤,汪厚银,等.Heracles快速气相电子鼻对花椒油气味指纹分析研究[J].食品科技,2016,41(12):256-261.