顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用法检测山药挥发油成分

李雅萌，郭文英，王亚茹，杨娜，刘金平，李平亚，曲渊立※

（1.吉林大学药学院，长春 130021；2.吉林金宝药业股份有限公司，吉林 通化 135000）

山药为薯蓣科（DioscoreaL）植物薯蓣（Dioscorea oppositaThunb.）的干燥根茎[1]，又名淮山药、薯药、白山药等。我国自夏朝、商朝起就开始种植山药，明朝、清朝以来逐渐形成道地药材。河南省焦作市一带所产山药具有很高的药用和食用价值，习称怀山药，被誉为“怀参”。山药是人所共知的滋补佳品，许多古典医籍都对山药作了很高的评价，据《神农本草经》记载，山药具有“主治伤中、补虚赢、除寒热邪气、补中益气、长肌肉、久服耳聪目明、经身不饥延年”等功效。山药性温、味甘，温补而不骤，微香而不燥，具有补脾养胃、生津益肺、补肾涩精的作用[2]。山药不仅是一味健脾补气的良药，也是传统的保健食品，是卫生部公布的药、食兼用植物之一。山药的营养价值和药用价值已逐步被人们发现和认可。近年来，国内、外学者对山药中多种化学成分进行研究发现，多糖是山药的主要有效成分，也是山药化学和药理研究的重点和热点[3，4]。药理学研究表明，山药不仅能健脾胃、益肺肾，还具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老、抗突变、调节免疫、改善消化功能、抗肿瘤等药理活性[5～10]。分离提取中药材中挥发油成分的方法有液液萃取法、吹扫补集法、静态顶空法、固相萃取法、蒸馏萃取及超临界流体萃取法[11，12]、固相微萃取法、同位素稀释和搅拌棒萃取法等多种方法。压榨法、溶剂萃取法、水蒸气蒸馏法为传统的提取方法，水蒸气蒸馏法最为常用。这些传统方法都不同程度地存在着某些缺点，或提取时间长、温度高、系统不密闭，或容易造成挥发油中某些热敏物质成分发生氧化、聚合和分解反应而导致变性，或使用的是对人体有害的有机溶剂，对操作者造成潜在的危害。固相微萃取技术（Solid Phase Microextraction，SPME）是20世纪90年代以来出现的样品处理方法，它几乎克服了传统方法的所有缺点，无需有机溶剂，样品用量少，具有简单方便、操作时间短、重现性好、精度高、检测限低等优点。SPME能够集采样、萃取、浓缩、进样于一体，直接与气相色谱-质谱仪（Gaschromatography-massspectrometry，GC-MS）、高效液相色谱仪（High performance liquid chromatography，HPLC）、毛细管电泳仪（Capillary electrophoresis，CE）等联用，快速、有效地分析样品中的痕量有机物[13]。SPME是根据有机物与溶剂之间的“相似相溶”的原理，对样品的前处理过程利用萃取头表面的萃取涂层的吸附作用，将组分从样品基质中分离、富集。SPME的操作方式有2种：一种是将SPME萃取头直接插入较洁净的液体样品中，称为直接SPME法；另一种是将SPME萃取纤维置于液体或固体样品的顶空进行萃取，即顶空-固相微萃取（Headspace solid phase microextraction，HS-SPME）法[14，15]。

目前，采用HS-SPME提取山药中的挥发油成分还未见报道。本实验首次采用HS-SPME方法提取山药的挥发性成分，应用GC-MS对山药的挥发油成分进行分析和鉴定，旨在为山药的开发利用提供科学依据。

1 材料与仪器

山药药材由吉林金宝药业股份有限公司提供，由吉林大学李平亚教授鉴定为植物薯蓣（D.opposita Thunb.）的干燥根茎。

固相微萃取装置、PDMS/DVB萃取纤维头（涂层厚度65cm）（美国Supelco公司）；5975-6890N气相色谱/质谱联用仪（美国Agilent公司）；FA1104N型电子分析天平（上海菁华科技仪器有限公司）。

2 方法

2.1 HS-SPME前处理

取样品1g，放入20mL顶空瓶中，密封。利用PDMS-100固相微萃取针萃取60min，萃取温度60℃，解析温度260℃，解析时间2min。

2.2 GC-MS条件

GC条件 色谱柱：HP-35气相毛细管柱（30m×0.25mm，0.25m）；程序升温：起始温度60℃，保持3min，以10℃/min升温到280℃；进样口温度：260℃；载气：氦气（纯度99.99%）；柱流量：1.0mL/min，不分流进样。

MS条件 离子源：电子电离源（Electronionization，EI）；电子轰击能量：70eV；离子源温度：230℃；采集模式：全扫描；质量扫描范围（m/z）：20～600；扫描速度：150u/s。

3 结果与分析

应用HS-SPME技术收集山药中的挥发油成分，热脱附后经GC-MS分析，共检出76个色谱峰（图1）。

图1 山药中挥发油成分的总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile oil in chinese yam

通过HPMSD化学工作站，检索NIST02.L标准质谱图库，结合人工图谱解析，共鉴定出73种化学成分。已鉴定的化合物主要包括烷烃、烯烃、芳香类、有机酸、醇、醛、酮、酯、杂环等化合物，占总流出峰面积的100%，采用面积归一化法确定各组分的相对含量（表1）。挥发油中主要为不饱和烃类化合物（22种），含量高达68.05%，其中，含量较高的成分有-姜黄烯（28.46%）、-法呢烯（9.08%）、-倍半水芹烯（5.66%）、-没药烯（5.70%）、白菖烯（1.45%）-柏木萜烯（2.70）等。

表1 山药挥发油成分的GC-MS分析Table 1 Analysis of Volatile Oil from Chinese Yam by GC-MS

续表1

续表1

4 讨论

本实验采用HS-SPME结合GC-MS联用技术分析山药中的挥发油成分。HS-SPME技术是一种绿色的样品制备前处理方法，具有传统提取方法所不具有的优势[16]，广泛应用于气体、液体、固体以及生物等样品中化学成分检测和分离鉴定[17]，尤其是对有强挥发性的物质，通过优化各种条件，可以达到较好的检测效果。HS-SPME在中药挥发性成分定性、定量研究及中药质量控制等方面已有较多的运用[18]，已积累了比较成熟的经验。随着 HS-SPME技术在中药领域的应用研究不断深入、完善，HS-SPME技术将有利于促进中药挥发性成分研究、中药新药开发、中药质量控制及中药材规范化种植的发展[19]。根据化合物鉴定结果发现，山药挥发油中的主要成分以具有多种药理和生物活性的萜烯类化合物和多环芳烃为主，其中-姜黄烯（28.46%）、-法呢烯（9.08%）、-倍半水芹烯（5.66%）、-没药烯（5.70%）等均为萜烯类化合物。萜烯类化合物是植物次生代谢物质，在生物学上具有抗肿瘤、杀虫、抑菌、抗病毒、抗氧化、抗炎症等多种生物活性[20～30]。含有大量单萜烯类化合物的植物被研制成各种药剂，用于消炎镇痛、美容护肤、祛风利尿等。通过对山药挥发油的化学成分分析，为进一步开展其药理、药效的研究奠定基础。