基于气相色谱离子迁移谱技术的川贝母差异性探索

郭凤柳，熊蕊，刘晓慧，刘会双，张毅，赵同欣，王娜

石家庄海关技术中心 保定业务部，河北 保定 071051

贝母早在《神农本草经》中就有记载，《中华人民共和国药典》2020 年版收录了川贝母、伊贝母、平贝母等6 种贝母[1]。川贝母按性状不同，分别称为松贝、青贝和炉贝，具有悠久的药用历史，是止咳化痰的常用中药。但川贝母生长周期长、产量低，由于多年采挖，资源破坏严重，因此价格逐年攀升，导致市场上经常出现平贝母、伊贝母等多种贝母充当川贝母或混入川贝母出售的现象[2-3]。松贝、青贝和炉贝价格也差异明显，疗效不一，为了市场择优利用，急需找到能快速准确鉴定川贝母的方法。目前，对川贝母的鉴别研究采用了聚合酶链式反应（PCR）[4-5]和高效液相色谱法（HPLC）指纹图谱[6]等，HPLC可以研究贝母中功效成分西贝母碱含量。

气相色谱-离子迁移谱法（GC-IMS）是一种近年来兴起的用于分析样品中挥发性化合物的技术，具有速度快、操作方便的特点。应用IMS 进行测量时，待测样品经离子源气化后变成气体分子，进而发生化学电离并带上一定数量的电荷，在电场的作用下使之移动形成随时间变化的离子图谱[7]。IMS与GC的结合克服了IMS分离效率差的局限性，充分发挥了不同仪器的优点[8]。一方面，IMS通过漂移时间信息使色谱分离后得到的化学信息更加丰富；另一方面，IMS信号响应经过GC预分离后得到质和量上的显著改善。GC-IMS 获得的三维矩阵（迁移时间、保留时间和离子强度）提供了更加丰富的化学信息，适用于更高级的数据处理。梁天一等[9]通过GC-IMS鉴别不同年份新会陈皮中的挥发性风味物质。本研究选择GC-IMS 研究川贝母样品中挥发性物质，为川贝母的快速真伪鉴别提供新的思路与数据支持。

1 材料

1.1 样品

川贝母（Fritillaria Cirrhosae Bulbus）包括松贝Fritillaria unibracteataHsiao et K.C.Hsia、青贝F.przewalskiiMaxim.、炉贝F.delavayiFranch，平贝母F.ussuriensisMaxim.、伊贝母F.pallidifloraSchrenk药材经石家庄海关技术中心保定业务部刘晓慧高级兽医师鉴定其基原准确，样品信息见表1。

表1 贝母样品信息

1.2 仪器

FlavourSpec®型风味分析仪，配有CTC 自动顶空进样器、Laboratory Analytical Viewer 分析软件及Library Search 定性软件的GC-IMS 系统（山东海能科学仪器有限公司）。

2 方法

2.1 样品制备

每个样品做2 个平行，分别标记为1、2，各取0.50 g，置于20 mL顶空进样瓶中，75 ℃孵育20 min后进样。

2.2 分析条件

2.2.1 顶空进样条件 顶空孵化温度：75 ℃；孵化时间：20 min；进样体积：500 μL，不分流模式；进样针温度：85 ℃；载气：N2（纯度≥99.999%）；孵化转速：500 r·min-1。

2.2.2 GC 条件 FS-SE-54-CB-1 型色谱柱（15 m×0.53 mm，1 μm）；色谱柱温：75 ℃；运行时间：30 min；载气：N2（纯度≥99.999%）；载气流速：起始流速2 mL·min-1，2～10 min线性上升至10 mL·min-1，10～20 min 线性上升至100 mL·min-1，20～30 min 线性上升至130 mL·min-1。

2.3 数据分析

采用Laboratory Analytical Viewer（LAV）和3款插 件（Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA）及GC×IMS Library Search，分别从不同角度进行样品分析。

3 结果与分析

3.1 不同贝母样品中挥发性物质谱图对比

采用Reporter 插件直接对比不同品质贝母样品中挥发性物质差异，见图1。选取其中1个样品的谱图（青贝-2）作为参比，其他样品的谱图扣减参比，见图2。图2 可以看出，以青贝-2 样品作参比，贝母样品的挥发性物质存在明显的差异。

图1 贝母样品中挥发性物质差异变化

图2 背景扣除后贝母样品挥发性物质差异

3.2 指纹图谱

为了更好地比较样品之间挥发性物质的变化，采用Gallery Plot 插件，框选这些挥发性物质的峰，形成样品指纹图谱进行对比（图3）。从图3 中可以看出每个样品的完整挥发物信息及样品之间挥发性物质的差异。选取几个样品中存在明显差异的挥发性有机物进行进一步分析。红色框中的物质分别是松贝、炉贝、伊贝母和平贝母中相对于其他几个样品中含量较高的物质。松贝中反式-2-庚醛（E-2-heptenal）、戊醛二聚体（pentanal dimer）、反式-2-辛烯醛（E-2-octenal）、正戊醇二聚体（1-pentanol dimer）、苯乙醛（phenylacetaldehyde）等物质的含量较高；伊贝母中γ-丁内酯二聚体（gammabutyrolactone dimer）等物质的含量较高；平贝母中庚醛二聚体（heptanal dimer）、2，3-二乙基-5-甲基吡嗪（2，3-diethyl-5-methylpyrazine）和1，8-桉树脑（1，8-cineole）等物质的含量较高；青贝中则没有较为明显的特征性挥发性有机物，且相对其他几个川贝样品挥发性物质含量较少。

图3 贝母样品挥发性物质指纹图谱对比

黄色框中的物质，如反式-2-己醇（trans-2-hexenol）、1-己醇（1-hexanol）、乙醇（ethanol）、乙偶姻（acetoin）、己醛二聚体（hexanal dimer）、2-戊基呋喃（2-pentyl furan）、壬醛（nonanal）等在松贝、炉贝和青贝中含量很高，而在伊贝母和平贝母中含量很低或不含有；绿色框中的物质，如γ-丁内酯（gamma-butyrolactone monomer）在这5种不同贝母样品中均含有；紫色框中的物质在伊贝母和平贝母中含量较高；橙色框中的物质，如辛醛（octanal）、戊醇（1-pentanol）、庚醛（heptanal）等在伊贝母中含量很低；粉色框中的物质，如2-己酮（hexan-2-one）、2-庚酮（2-heptanone）等在松贝和平贝母中含量较高，在其他3个样品中含量较低。

3.3 不同贝母样品的聚类分析

选取所有样品峰进行主成分分析（PCA），从图4中可以看出，这5 个样品的区分非常明显，其中松贝、炉贝和青贝样品聚类较为集中，这是因为3 个样品中的挥发性物质部分存在相似性；而平贝母和伊贝母的聚类较为分散，与指纹谱图中的样品信号峰信息基本一致。

图4 贝母样品聚类分析

3.4 不同川贝母样品的聚类分析

选取3个川贝母样品峰进行PCA，从图5中可以看出，通过聚类分析能够很清晰的看出这3 个不同川贝样品之间的区别。

图5 川贝母样品聚类分析

4 讨论与结论

GC-IMS 将GC 的高分离能力与IMS 的高分辨、高灵敏度等优势有机融合在一起，且配有静态顶空进样装置，检测液态或固态样品挥发出的痕量有机组分，具有操作简单、快速无损、无需样品前处理及重现性好的优点。应用GC-IMS 检测掺假的研究越来越多，陈通等[10]应用此技术建立了1种山茶油纯度检测新方法。陈鑫郁等[11]应用此技术研究了食用油品质变化及掺假问题。可以看出，GC-IMS 技术为食品的品质评价和监控提供了新的研究思路和解决方案。

有研究认为，各川贝母间含有的功效成分效果一致[12]，但松贝、青贝和炉贝市场价格差异明显。也有研究证明，太白贝母、梭砂贝母、暗紫贝母中暗紫贝母的化痰效果最优，太白贝母与梭砂贝母的作用效果相近[13]。本研究采用GC-IMS研究贝母样品中挥发性物质，并对所得的指纹谱图进行了比较。结果表明，松贝、炉贝、伊贝母和平贝母中分别相对于其他几个样品存在含量较高的挥发性物质或特异性的物质，而青贝中则没有较为明显的特征性的挥发性有机物；同时松贝、炉贝和青贝样品都具有较多相似的挥发性成分，这些挥发性成分在平贝母和伊贝母样品中含量很低或者不含有。通过主成分动态分析，选取所有的信号峰，发现这5 个样品区分非常明显，其中松贝、炉贝和青贝样品的聚类较为集中，这是因为3 个样品中的挥发性物质部分存在相似性；而平贝母和伊贝母的聚类较为分散，这与指纹谱图中的样品信号峰信息基本一致。本研究结果可为川贝母的快速真伪鉴别提供思路。

挥发性物质都是小分子物质，本研究对贝母的挥发性物质进行分析，相当于只是从气味方面鉴别贝母的真伪。而川贝母的功效成分西贝母碱为不易气化的生物碱类物质。因此，想通过功效成分的含量来区分贝母、川贝母和不同品种川贝母还要进一步研究孵化温度与气相色谱条件，实现川贝母品质的区分。