采用顶空-气相色谱-离子迁移谱分析加工前后浙麦冬中的挥发性有机物

何 佳 叶丽华 李静慧 鲁梦霞 张文婷

(1.浙江中医药大学药学院，杭州 310053；2. 正大青春宝药业有限公司，杭州 310023；3. 浙江省食品药品检验研究院，杭州 310052；4. 国家药品监督管理局中成药质量评价重点实验室，杭州 310052)

麦冬为百合科植物麦冬(Ophiopogon japonicas(L.f)Ker-Gawl)的干燥根茎，具有养阴生津，润肺清心的功效，用于肺燥干咳，阴虚痨咳，喉痹咽痛，津伤口渴，内热消渴，心烦失眠，肠燥便秘[1]。现代药理学研究表明，麦冬具有抗炎、降血糖、心肌保护、抗肿瘤、增强免疫等药理作用[2]。根据不同产地，麦冬主要分为浙麦冬与川麦冬两大类。其中产自浙江、栽培期为3年的麦冬被称为浙麦冬，其为浙江传统的道地药材，在临床中广泛使用。中国药典2015版记载，麦冬饮片的炮制方法为除去杂质，洗净，润透，轧扁，干燥。麦冬炮制的目的是去除杂质, 有利于有效成分的煎出；且由于麦冬含有大量粘液质，质地柔润，味甜发粘，在贮藏中易受潮发热，极易生霉、泛油，严重地影响了临床疗效，因此需对其进行干燥[3，4]。麦冬的主要化学成分为多糖类、高异黄酮类、甾体皂苷类和挥发油类[2]，有研究发现，麦冬炮制后其甾体皂苷、高异黄酮、总多糖、氨基酸、核苷类成分及含量均会产生变化[5]，但对于其炮制前后挥发性成分及含量是否会发生变化，目前尚未见有关报道。目前对于麦冬中挥发油的研究主要采用水蒸气蒸馏法、超临界CO2萃取法等对麦冬中的挥发油进行提取，再利用GC-MS对提取到的成分进行鉴定[6，7]。但这些技术存在着提取时间长、提取效率低、仪器使用成本高等弊端。气相色谱-离子迁移(GC-IMS)法是一种检测混合物中挥发性有机物的新技术，IMS基于漂移管中气相离子迁移率的不同而对其进行分离，当其作为气相色谱检测器时，气相色谱的保留时间与IMS漂移时间相结合，从而实现挥发性有机物质在给定样品中的二维分离[8]。该方法具有无需复杂的样品前处理，样品粉碎后即可直接进样、灵敏度高、分析时间短等优点[9]。本实验采用GC-IMS法对加工前后的麦冬样品中的挥发性有机物进行的鉴定，并采用主成分分析法(PCA)基于鉴定得到的挥发性有机物对加工前后的浙麦冬进行分类，对加工前后浙麦冬进行快速鉴别。

1 仪器与材料

1.1 实验材料

3批浙麦冬药材样品均来自浙江省宁波市慈溪市(其批号分别为：20170720、20170820、20170825)；浙麦冬饮片由华东医药有限公司按中国药典2015版规定的方法从该3批浙麦冬药材炮制得到。

1.2 实验仪器

FlavourSpec®风味分析仪(德国G.A.S公司)；XPE205电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)。

2 方法与结果

2.1 系统条件

2.2.1气相离子迁移谱单元

采用FS-SE-54-CB-1型色谱柱(0.53 mm × 15 m × 1 μm)，柱温为60 ℃；载气/漂移气为氮气；IMS温度为45 ℃。

2.2.2自动进样单元

进样体积为500 μL，进样针温度为85 ℃。

2.2.3气相色谱条件

载气流量：0～2 min，2 mL·min-1；2～20 min，2～100 mL·min-1；20～40 min，100 mL·min-1。漂移气流量为150 mL·min-1，整个分析时间为40 min。

2.2 样品的处理

取浙麦冬样品1 g，置于20 mL顶空瓶中，80 ℃孵育20 min后进样，孵化转速为500 rpm，每个样品平行进样3次。

2.3 数据分析

仪器配套的分析软件包括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软件与Reporter插件用于生成二维或三维的分析图谱；GC×IMS软件内置有NIST 2014 与 IMS两个数据库，其中NIST数据库提供物质在气相色谱中的保留指数。IMS数据库由德国G.A.S公司通过标准品建立，提供物质在漂移管中的迁移时间数据，GC×IMS软件通过匹配内置的两个数据库对物质进行二维定性分析；Gallery Plot插件可生成样品定性后的指纹图谱；Dynamic PCA插件则用于将样品聚类分析，以及快速确定未知样品的种类。

3 结果

3.1 挥发性有机物的定性分析

采用2.1分析条件，分析得到了GC-IMS谱(图1)。GC-IMS谱纵坐标代表气相色谱的保留时间，横坐标代表离子迁移时间，横坐标1.0处竖线为反应离子峰(RIP峰～8.05ms)RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度，白色表示浓度较低，黑色表示浓度较高。。由于烷烃在离子迁移谱上不产生响应，根据挥发性成分的气相色谱保留时间，使用C4～C9正酮作为外标参考计算每种化合物的保留指数，并基于挥发性化合物的保留指数与其在漂移管中的迁移时间对所选物质进行二维定性，当一个物质的保留指数与迁移时间均与仪器配套的GC×IMS软件内置的NIST数据库与IMS数据库提供的标准物质信息匹配时，该化合物才能被定性[10，11]。最终选择了53个分离度好、信号值较强的挥发性有机物，并通过数据库匹配对其中的41个物质进行了定性，具体结果见表1。由于1,8-桉叶素、β-蒎烯、α-蒎烯正己醇、糠醛这几个物质同时存在单体及二聚体，因此同时存在两个峰。一个物质的单体及二聚体是在IMS电离时产生的，两者迁移速率不同，二聚体为两个分子结合一个质子的化合物，其质量大于单体，因此迁移速率较单体慢，迁移时间较单体长。尚有12个挥发性有机物不能通过GC×IMS软件进行定性，其内置的两个数据库还有待完善。

图1 浙麦冬样品GC-IMS谱图

表1 浙麦冬样品定性分析结果

续表1

3.2 GC-IMS指纹图谱

为了更加直观表征浙麦冬炮制前后挥发性有机物质含量的变化，基于3.1的定性分析结果绘制了GC-IMS指纹图谱(图2)。图中每一行代表一个样品中选取的全部信号峰，图中每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰(同一物质名称后的M对应单体、D对应二聚体)，尚未得到鉴定的成分以数字1～12表示。图2中，纵坐标上半部分部分9个样品为炮制前的样品，下半部分9个样品为炮制后的样品。通过对比炮制前后浙麦冬样品每一个物质点颜色的深浅，可以直观的发现，浙麦冬炮制前，乙酸苯乙酯、水杨酸甲酯、α-松油醇、(E,E)-2,4-辛二烯醛、芳樟醇、萜品烯醇、γ-松油醇、β-罗勒烯、1,8-桉叶素、柠檬烯、3-蒈烯、月桂烯、β-蒎烯、α-蒎烯、侧柏烯、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、壬醛等物质含量较炮制后的样品高，这些物质于图中左上方以边框标出。炮制后三环烯、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-辛烯醛等物质的含量较炮制前的样品相比明显增加，这些物质于图中右下方以边框标出。

图2 浙麦冬炮制前后GC-IMS指纹图谱

3.3 主成分分析(PCA)

PCA是一种从众多原始指标之间相互关系入手，寻找少数综合指标以概括原始指标信息的多元统计方法[12]。选取53种挥发性有机物的色谱峰高为变量，进行PCA分析，结果见图3，可见浙麦冬药材与饮片可以得到很好的区分。两个组成分(PCA1及PCA2)分别占总方差的67%和9%。

图3 浙麦冬炮制前后样品PCA分析

4 结论

中药的安全性、功效和质量与中药成分加工过程中可能发生的化学成分变化密切相关，因此探索中药加工过程中的物质变化具有重要的意义。本文采用GC-IMS法分析了浙麦冬加工前后挥发性有机物，分离得到53个挥发性有机物，对其中41个成分进行了鉴定，并建立了挥发性有机物指纹图谱。利用PCA分析可清楚区分浙麦冬药材与饮片。GC-IMS法用于快速鉴别炮制前后的中药具有一定的科学性和实用性。该方法操作简单、分析时间短、灵敏度高。