基于GC-IMS比较不同炮制工艺黄芪中挥发性有机物

刘晓霞1,高伟城2*,王小平2,林聪颖2

(1.福建生物工程职业技术学院 中药系,福建 福州 350007;2.漳州卫生职业学院 药学院,福建 漳州 363000)

摘要为比较3种不同炮制工艺黄芪中挥发性有机物(VOCs)的差异,采用气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)检测生黄芪及其炮制品蜜炙黄芪和盐炙黄芪的挥发性有机物,构建GC-IMS指纹图谱,运用VOCal 0.4.10软件对特征挥发性有机物进行定性分析,结合主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)进行差异分析。结果表明,不同炮制工艺黄芪中共鉴定出挥发性有机物49种。生黄芪、蜜炙黄芪、盐炙黄芪样品中分别共检出挥发性有机物42种、45种、49种,生黄芪中反式-2-辛烯醛、壬醛、1-辛醛和乙酸甲酯含量较高;蜜炙黄芪中2-丙酮、3-羟基-2-丁酮、1-羟基-2-丙酮、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪和2-甲基吡嗪含量较高;盐炙黄芪中丙醛、丁醛、异戊醛、正戊醛、己醛及庚醛含量较高,通过PCA和OPLS-DA可以有效区分不同炮制工艺黄芪样品。以变量重要性投影(VIP)值>1为筛选标准,共筛选出差异挥发性有机物27种,其中乙酸甲酯、2-丙酮、乙酸甲酯、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、1-羟基-2-丙酮、3-羟基-2-丁酮等是区分不同炮制工艺黄芪的风味差异的重要化合物。

关键词黄芪;炮制工艺;气相离子迁移谱技术;挥发性有机物;差异分析

黄芪为豆科植物蒙古黄芪Astragalus membranaceus(Fisch.)Bge.var.mongholicus(Bge.)Hsiao或膜荚黄芪Astragalus membranaceus(Fisch.)Bge.的干燥根,具“豆腥味”[1]。黄芪始载于《神农本草经》[2],迄今已经有2 000多年药用历史。2023年,黄芪被正式纳入按照传统既是食品又是中药材的物质目录,在保健品、食品和化妆品等方面也有应用,开发前景广阔。

气味是中药的重要感官指标,与中药品质及药效直接相关。从化学物质基础角度看,挥发性成分的种类和含量差异,导致了不同中药气味的异同[3]。目前,有关黄芪挥发性成分分析的相关报道主要集中在气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)法,如徐怀德等[4]采用GC-MS对鲜黄芪和干黄芪挥发性成分进行分析,结果表明两者挥发性成分组成和相对含量存在着较大差异;李燕敏等[5]基于固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)-GC-MS分析,发现3种不同产地的干黄芪香气成分、种类和含量上有差异;杨娜等[6]利用SPME-GC-MS技术共鉴定出黄芪中62种挥发性成分,主要包括萜烯类和多环芳烃化合物;陈贤双等[7]运用SPME-GC-MS法证明不同产地黄芪样本中挥发性成分存在较明显差异;隋利强等[8]研究表明,黄芪蜜炙前后挥发性成分出现变化,推测蜜炙后一定程度上可降低药物刺激性或不良反应;徐牧岑等[9]建立了黄芪挥发性成分的SPME-GC-MS法,对5个主产地的15个黄芪样品进行了测定,共检出346种挥发性成分,主要包括胺、芳香烃、醇、酚、腈、醛、酸、烃、酮、酯等10类化合物;刘梦瑶等[10]基于GC-MS技术鉴定出黄芪中的56种挥发性成分,包括烷烃、酚类、烯类、醇、酯、酮、杂环等化合物。但GC-MS法分析样品前处理要求高,耗时长且需要质谱仪完成,检测费用昂贵、图谱解析复杂。

气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)技术是一门同时结合GC高分离能力和IMS高灵敏度优势的先进技术[11],具有样品前处理简便、分析时间短、灵敏度高、检测的成本相对低、数据库延伸性强且数据可视化等优势[12],在中药质量评价领域的应用广泛,主要涉及中药挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)表征、中药鉴别、不同采收期中药气味变化、不同加工方法中药气味变化和不同贮存期中药气味变化等[13-14]。GC-IMS技术对气味变化的高灵敏度使其能区分不同炮制加工技术对中药质量的影响[15],目前有基于GC-IMS对甘草[16]、柴胡[17]、地黄[18]、何首乌[19]等中药不同炮制品挥发性有机物比较的研究,而关于黄芪的相关应用研究尚少。

当前,黄芪的临床应用虽以生用和蜜炙为主,但在中医古籍中还有炒制、盐炒法、酒浸、酒煮等炮制方法[20]。本研究基于传统工艺炮制黄芪,拟应用GC-IMS技术对生黄芪、蜜炙黄芪及盐炙黄芪中挥发性有机物进行检测,旨在探讨相应的差异风味成分对黄芪炮制品功效以及气味产生的影响,为进一步研究传统炮制工艺操作和作用机制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

黄芪饮片(产地甘肃渭源):江西江中中药饮片有限公司;食盐:湖南省湘澧盐化有限责任公司;蜂蜜:桂林周氏顺发食品有限公司。

1.1.2 化学试剂

正构酮(2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮和2-壬酮)(均为分析纯):上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

Flavour Spec 气相离子迁移谱联用仪(配有VOCal 0.4.10数据处理软件):德国G.A.S.公司;CTC-PAL3静态顶空自动进样装置:瑞士CTC Analytics AG公司;MXT-WAX毛细管色谱柱(15 m×0.53 mm,1.0 μm):美国Restek公司。

1.3 方法

1.3.1 黄芪不同炮制品的制备

生黄芪(SHQ):选取直径规格1.0~1.2 cm的黄芪饮片。

蜜炙黄芪(MHQ):参照中国药典(2020年版)0213炮制通则蜜炙方法制备。具体方法如下:取炼蜜加0.5倍量的凉开水制成蜜水。取生黄芪饮片,加入蜜水拌匀,闷润至蜜被吸尽后,置温度适宜炒制容器内,用文火炒至老黄色,不粘手时,取出,放凉。每100 kg黄芪,用炼蜜25 kg。

盐炙黄芪(YHQ):参照中国药典(2020年版)0213炮制通则盐炙方法制备。具体方法如下:取食盐加5倍量的纯化水制成盐水。取生黄芪饮片,加盐水拌匀,闷透,置温度适宜炒制容器内,以文火加热,炒干,取出,放凉。每100 kg黄芪,用食盐2 kg。

1.3.2 黄芪不同炮制品中挥发性有机物的测定

黄芪不同炮制品中挥发性有机物的测定采用GC-IMS法,参照葛永辉等[21]的方法并稍作修改。

黄芪不同炮制品的前处理:分别准确称取生黄芪、蜜炙黄芪及盐炙黄芪0.1 g置于20 mL顶空瓶,80 ℃孵育15 min后顶空进样,气相离子迁移谱联用仪进行测定,每个炮制品分别测定3组平行样。

GC-IMS检测条件:MXT-WAX毛细管色谱柱(15 m×0.53 mm,1.0 μm),色谱柱温度60 ℃;载气为高纯氮气(N2)(纯度>99.999%);载气流量为初始流量2.0 mL/min保持2 min,在8 min内线性增至10.0 mL/min,在10 min内线性增至100.0 mL/min,再保持30min结束。色谱运行时间50 min;进样口温度80 ℃。电离源为氚源(3H);迁移管长度53 mm;电场强度500 V/cm;迁移管温度45 ℃;漂移气为高纯氮气(纯度>99.999%),流速150.0 mL/min;正离子模式。

1.3.3 数据处理

使用仪器配置VOCal 0.4.10软件,通过比对美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)和信息管理系统(Information Management System,IMS)数据库,对目标物进行定性分析。运用VOCal 0.4.10软件中的Reporter插件分别生成挥发性有机物的三维谱图、二维谱图和差异谱图,直接对比样品之间的谱图差异;Gallery Plot插件生成指纹图谱,查看每种样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物的差异;Dynamic PCA插件进行主成分分析,查看样品间的差异情况;采用SIMCA 14.1多元数据分析软件进行正交偏最小二乘判别分析,进一步分析3种不同炮制工艺黄芪样品中挥发性有机物的差异。

2 结果与分析

2.1 不同炮制工艺黄芪挥发性有机物比较分析

运用VOCal 0.4.10软件对比黄芪不同炮制品之间挥发性有机物分析的GC-IMS谱图,结果见图1。整个图背景为蓝色,横坐标代表相对迁移时间,横坐标1.0处红色竖线为反应离子峰(reactive ion peak,RIP),纵坐标代表气相色谱的保留时间(s)。RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物,其颜色代表物质的峰强度,从蓝色到红色,颜色越深表示峰强度越大。由图1a可知,GC-IMS技术可以很好地分类不同炮制工艺黄芪中挥发性有机物,且不同炮制工艺黄芪中挥发性有机物存在差异。由图1b可知,不同炮制工艺黄芪中挥发性有机物的信号峰大都出现在保留时间150~1 200 s和迁移时间0.9~1.7 ms之间;盐炙黄芪的信号峰更加丰富,表明其含有的挥发性有机物更多。

图1 不同炮制工艺黄芪样品挥发性有机物GC-IMS分析三维(a)及二维(b)谱图
Fig.1 Three-dimensional (a) and two-dimensional (b) spectra of volatile organic compounds in Astragali Radix samples with different processing technologies analysis by GC-IMS

为进一步直观对比不同炮制工艺黄芪挥发性有机物含量的差异,选取生黄芪的GC-IMS谱图作为参比,蜜炙黄芪和盐炙黄芪的谱图扣减参比,得到不同炮制工艺黄芪样品的差异对比结果见图2。若和参比中的挥发性有机物含量一样,则扣减后的背景为白色,若该物质的浓度高于参比则为红色,该物质的浓度低于参比为蓝色。由图2可知,不同炮制工艺黄芪中挥发性有机物的含量存在差异,尤其是盐炙黄芪中挥发性有机物的含量有显著差异。

图2 不同炮制工艺黄芪样品挥发性有机物GC-IMS谱图差异分析
Fig.2 Difference analysis of GC-IMS spectra of volatile organic compounds in Astragali Radix samples with different processing technologies

2.2 不同炮制工艺黄芪挥发性有机物GC-IMS分析指纹图谱比较分析

不同炮制工艺黄芪挥发性有机物GC-IMS分析指纹图谱见图3。图中每一行代表一个黄芪炮制品中选取的全部信号峰,每一列代表同一挥发性有机物在不同黄芪炮制品中的信号峰。由图3可知,A区域表示生黄芪中反式-2-辛烯醛、壬醛、正辛醛和乙酸甲酯含量较高;B区域显示蜜炙黄芪中2-丙酮、3-羟基-2-丁酮、1-羟基-2-丙酮、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪和2-甲基吡嗪含量较高;C区域可观察到盐炙黄芪中丙醛、正丁醛、异戊醛、正戊醛、正己醛、庚醛、异戊烯醛、反式-2-戊烯醛、反式-2-己烯醛、正丙醇、2-丙醇、叔丁醇、仲丁醇、异戊醇、1-戊醇、2-戊醇、正己醇、1-戊烯-3-醇、芳樟醇、柠檬烯、γ-丁内酯、2-正戊基呋喃、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸、己酸甲酯、丁酸戊酯、苯乙酮、1-戊烯-3-酮、2-丁酮、2-庚酮、3-壬酮和环己酮含量较高。

图3 不同炮制工艺黄芪样品挥发性有机物GC-IMS分析指纹图谱
Fig.3 Fingerprints of volatile organic compounds of Astragali Radix samples with different processing technologies analysis by GC-IMS

2.3 不同炮制工艺黄芪挥发性有机物定性分析

利用GC-IMS技术对不同炮制工艺黄芪中的挥发性有机物进行测定,共检测出71种挥发性有机物,GC-IMS谱图见图4。进一步与NIST数据库和IMS数据库比对后,鉴定出49种挥发性有机物,定性结果见表1。由表1可知,不同炮制工艺黄芪中共鉴定出挥发性有机物49种,其中有机酸类4种、醛类13种、醇类13种、酮类9种、酯类6种、吡嗪衍生物2种、呋喃衍生物1种、单萜烯类1种。生黄芪共检出42种挥发性有机物,其中有机酸类4种、醛类13种、醇类11种、酮类5种、酯类6种、吡嗪衍生物1种、呋喃衍生物1种、单萜烯类1种;蜜炙黄芪共检出45种挥发性有机物,其中有机酸类4种、醛类12种、醇类11种、酮类8种、酯类6种、吡嗪衍生物2种、呋喃衍生物1种、单萜烯类1种;盐炙黄芪共检出挥发性有机物49种,其中有机酸类4种、醛类13种、醇类13种、酮类9种、酯类6种、吡嗪衍生物2种、呋喃衍生物1种、单萜烯类1种。

表1 不同炮制工艺黄芪样品中挥发性有机物GC-IMS定性结果
Table 1 Qualitative results of volatile organic compounds in Astragali Radix samples with different processing technologies by GC-IMS

序号及类别 化合物英文名称 分子式 分子质量/Da 保留指数 保留时间/s 迁移时间/ms 化合物中文名称有机酸类1 2 3 4 5 4 Acetic acid Propanoic acid-M Propanoic acid-D 3-methyl butanoic acid Butanoic acid C2H4O2 C3H6O2 C3H6O2 C5H10O2 C4H8O2 60.1 74.1 74.1 102.1 88.1 1 465.7 1 544.2 1 543.7 1 691.0 1 635.6 873.301 1 056.535 1 055.031 1 508.021 1 318.401 1.162 64 1.109 53 1.265 04 1.220 51 1.164 36乙酸丙酸-M丙酸-D异戊酸丁酸醛类6 7 1 0 15 16 19 20 21 22 26 28 29 30 31 nonanal(E)-2-octenal(E)-2-Heptenal(E)-2-hexenal-M(E)-2-hexenal-D heptanal-M heptanal-D hexanal-D hexanal-M 1-octanal n-Pentanal-D n-Pentanal-M 3-Methyl butanal-D 3-Methyl butanal-M C9H18O C8H14O C7H12O C6H10O C6H10O C7H14O C7H14O C6H12O C6H12O C8H16O C5H10O C5H10O C5H10O C5H10O 142.2 126.2 112.2 98.1 98.1 114.2 114.2 100.2 100.2 128.2 86.1 86.1 86.1 86.1 1 400.9 1 424.8 1 340.3 1 228.9 1 228.1 1 194.6 1 195.5 1 099.9 1 100.6 1 299.3 999.5 1 000.3 933.0 934.6 746.308 790.903 644.362 461.451 460.101 410.745 411.944 294.331 295.034 583.280 215.284 215.777 180.312 181.080 1.479 91 1.331 78 1.252 72 1.179 80 1.510 28 1.336 18 1.682 63 1.556 61 1.270 49 1.411 82 1.416 71 1.192 42 1.400 36 1.172 18壬醛反式-2-辛烯醛反式-2-庚烯醛反式-2-己烯醛反式-2-己烯醛庚醛-M庚醛-D正己醛-D正己醛-M正辛醛正戊醛-D正戊醛-M异戊醛-D异戊醛-M

续表

序号及类别 化合物英文名称 分子式 分子质量/Da 保留指数 保留时间/s 迁移时间/ms 化合物中文名称33 34 38 39 64 65 66醇类5 13 14 17 18 23 24 27 46 53 67 68 70 72 74 75 84酮类12 37 47 49 55 57 62 69 73 81 82 85 86酯类35 43 44 48 50 51 Butanal-D Butanal-M Propanal-D Propanal-M 3-Methyl-2-butenal(E)-2-Pentenal-M(E)-2-Pentenal-D C4H8O C4H8O C3H6O C3H6O C5H8O C5H8O C5H8O 72.1 72.1 58.1 58.1 84.1 84.1 84.1 893.5 893.8 821.3 824.2 1 211.4 1 144.4 1 143.2 162.441 162.555 134.278 135.291 434.818 344.212 342.860 1.279 04 1.118 97 1.141 62 1.062 11 1.092 78 1.103 58 1.356 07正丁醛-D正丁醛-M丙醛-D丙醛-M异戊烯醛反式-2-戊烯醛反式-2-戊烯醛1-hexanol-M 1-Pentanol-M 1-Pentanol-D 3-Methylbutan-1-ol-M 3-Methylbutan-1-ol-D 1-Penten-3-ol 2-Pentanol Ethanol 1-Propanol(R/S)-linalool Butanol-D Butanol-M 1-hexanol-D 2-Methyl-1-propanol 2-butanol-D 2-butanol-M 2-Propanol C6H14O C5H12O C5H12O C5H12O C5H12O C5H10O C5H12O C2H6O C3H8O C10H18O C4H10O C4H10O C6H14O C4H10O C4H10O C4H10O C3H8O 102.2 88.1 88.1 88.1 88.1 86.1 88.1 46.1 60.1 154.3 74.1 74.1 102.2 74.1 74.1 74.1 60.1 1 373.7 1 261.2 1 262.4 1 215.7 1 215.1 1 169.1 1 141.5 941.7 1 027.1 1 543.5 1 153.9 1 154.1 1 373.6 1 103.4 1 047.7 1 048.1 932.2 698.696 514.792 516.812 441.197 440.359 375.499 340.724 184.499 234.474 1 054.640 356.045 356.214 698.425 297.945 250.001 250.259 179.945 1.328 32 1.251 47 1.513 56 1.240 64 1.478 96 0.940 50 1.215 71 1.123 89 1.108 19 1.212 49 1.381 72 1.183 97 1.639 29 1.171 41 1.339 34 1.152 38 1.220 36正己醇1-戊醇-M 1-戊醇-D异戊醇-M异戊醇-D 1-戊烯-3-醇2-戊醇乙醇正丙醇芳樟醇叔丁醇-D叔丁醇-M正己醇异丁醇仲丁醇-D仲丁醇-M 2-丙醇1-Hydroxy-2-propanone-D 2-propanone 1-Penten-3-one-M 4-Methyl-2-pentanone 1-phenylethanone 3-nonanone 2-Heptanone Cyclohexanone 1-Penten-3-one-D 3-Hydroxy-2-butanone 1-Hydroxy-2-propanone-M 2-Butanone-D 2-Butanone-M C3H6O2 C3H6O C5H8O C6H12O C8H8O C9H18O C7H14O C6H10O C5H8O C4H8O2 C3H6O2 C4H8O C4H8O 74.1 58.1 84.1 100.2 120.2 142.2 114.2 98.1 84.1 88.1 74.1 72.1 72.1 1 317.3 841.9 1 039.5 1 026.8 1 658.0 1 340.2 1 190.8 1 296.4 1 039.5 1 296.0 1 318.8 916.0 917.5 609.287 141.750 243.686 234.252 1 392.293 644.098 405.405 579.174 243.661 578.706 611.577 172.366 173.082 1.226 95 1.112 35 1.080 50 1.178 93 1.188 31 1.377 83 1.261 55 1.159 41 1.308 22 1.066 58 1.065 16 1.243 75 1.070 64 1-羟基-2-丙酮-D 2-丙酮1-戊烯-3-酮4-甲基-2-戊酮苯乙酮3-壬酮2-庚酮环己酮1-戊烯-3-酮3-羟基-2-丁酮1-羟基-2-丙酮-M 2-丁酮-D 2-丁酮-M Methyl acetate-M Acetic acid ethyl ester-D Acetic acid ethyl ester-M ethyl 2-methylbutanoate γ-Butyrolactone-D γ-Butyrolactone-M C3H6O2 C4H8O2 C4H8O2 C7H14O2 C4H6O2 C4H6O2 74.1 88.1 88.1 130.2 86.1 86.1 850.8 900.4 900.4 1 048.5 1 583.9 1 582.2 145.151 165.452 165.452 250.583 1 163.239 1 158.458 1.030 44 1.334 75 1.095 96 1.228 49 1.305 76 1.084 40乙酸甲酯-M乙酸乙酯-D乙酸乙酯-M 2-甲基丁酸乙酯γ-丁内酯-D γ-丁内酯-M

续表

注:1.物质后缀M、D分别为同一个物质的单体、二聚体;2.缺失序号为未识别的化学成分。

序号及类别 化合物英文名称 分子式 分子质量/Da 保留指数 保留时间/s 迁移时间/ms 化合物中文名称52 58 61吡嗪衍生物56 71呋喃衍生物59单萜烯类60 2-Methyl propanoic acid Pentyl butanoate Methyl caproate C4H8O2 C9H18O2 C7H14O2 88.1 158.2 130.2 1 572.6 1 315.5 1 196.4 1 131.820 606.644 413.181 1.157 77 1.411 54 1.287 21异丁酸丁酸戊酯乙酸甲酯2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine 2-Methylpyrazine C8H12N2 C5H6N2 136.2 94.1 1 462.5 1 276.8 866.434 542.724 1.221 71 1.070 42 2-乙基-3,5-二甲基吡嗪2-甲基吡嗪2-Pentylfuran C9H14O 138.2 1 239.2 477.829 1.250 90 2-正戊基呋喃Limonene C10H16 136.2 1 206.6 427.718 1.225 10柠檬烯

图4 不同炮制工艺黄芪样品挥发性有机物GC-IMS的定性谱图
Fig.4 Qualitative spectrum of volatile organic compounds in Astragali Radix samples with different processing technologies analysis by GC-IMS

2.4 不同炮制工艺黄芪挥发性有机物主成分分析

主成分分析(principal component analysis,PCA)是一种对多变量进行降维的方法,通过PCA图可以大致了解各组样本间整体的统计差异和组内样本间平行性的水平。为了更直观地比较不同炮制工艺黄芪中挥发性有机物差异,对所检出的所有VOCs信号的峰高进行PCA降维,主成分(principal component,PC)分析三维、二维得分图见图5。

图5 不同炮制工艺黄芪样品挥发性有机物主成分分析三维(a)及二维(b)得分图
Fig.5 Three-dimensional (a) and two-dimensional (b) score plots of principal component analysis of volatile organic compounds in Astragali Radix samples with different processing technologies

由图5可知,第1主成分(PC1)、第2主成分(PC2)、第3主成分(PC3)方差贡献率分别为49.8%、33.8%、9.5%,前两个主成分累计方差贡献率为83.6%,前三个主成分(PC)累计方差贡献率为93.1%,变量间相关性较好,对原始变量的解释程度高,保留了较完整的原始信息。结果表明,实验平行性良好,三个样品间挥发性有机物组成存在明显差异,通过PCA可以有效区分不同炮制工艺黄芪样品。

2.5 不同炮制工艺黄芪挥发性有机物的正交偏最小二乘判别分析

正交偏最小二乘判别分析(orthogonalpartialleast-squares discriminant analysis,OPLS-DA)是一种有监督分类的多元判别统计分析方法,主要用于不同类别样品之间的差异性识别[22]。为进一步探究不同炮制工艺黄芪的风味差异,对其挥发性有机物进行OPLS-DA、模型置换检验及基于OPLSDA模型得出变量投影重要性值(variable importance in projection,VIP),结果见图6。OPLS-DA模型的自变量拟合指数R2X=0.981,因变量拟合指数R2Y=0.996,模型预测指数Q2=0.964,均>0.5,表示建立的模型稳定可靠[23];由图6a可知,3种不同炮制工艺黄芪样品各自聚集,盐炙黄芪(YHQ)在第一象限与第三象限交界处,蜜炙黄芪(MHQ)在第二象限,生黄芪(SHQ)在第四象限,结果表明,通过OPLS-DA可以有效区分不同炮制工艺黄芪样品。对模型各指标进行200次置换检验,由图6b可知,Q2回归线与纵轴相交且截距为负,表明模型可靠且不存在过拟合现象[24]

图6 不同炮制工艺黄芪挥发性有机物正交偏最小二乘判别分析(a)、置换检验结果(b)及变量投影重要性值(c)
Fig.6 Orthogonal partial least squares-discriminant analysis (a),the permutation test results (b), and variable important in the projection values (c) of volatile organic compounds in Astragali Radix samples with different processing technologies

为获得OPLS-DA模型中不同炮制工艺黄芪差异挥发性有机物,通过计算变量投影重要性来评估筛选出每个变量对样本的影响和解释能力。VIP值可以反映主要成分对模型分类的贡献程度,VIP值越大,表明该成分对模型判别的贡献越大[25]。以VIP值>1为筛选标准,筛选炮制工艺黄芪差异挥发性有机物。由图6c可知,OPLS-DA模型中变量重要性投影(VIP)值>1的峰有33个,差异挥发性有机物27种,分别为乙酸甲酯、2-丙酮、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、1-羟基-2-丙酮、3-羟基-2-丁酮、2-甲基吡嗪、2-丁酮、正己醛、壬醛、正辛醛、丙醛、正丁醛、庚醛、正戊醛、柠檬烯、异戊酸、反式-2-辛烯醛、异丁酸、异戊醇、2-甲基丁酸乙酯、乙酸、仲丁醇、2-丙醇、1-戊烯-3-酮、正丙醇、反式-2-己烯醛、丙酸。

3 讨论

蜜炙黄芪样品中的主要挥发性差异成分为酮类、吡嗪类,因此蜜炙黄芪主要呈现清新、奶油味、可可、坚果香、烘烤香、焦糖香、烧焦味、烤木质的味道。盐炙黄芪与蜜炙黄芪和生黄芪的主要挥发性差异成分为醛类、醇类,其中芳樟醇和柠檬烯作为天然的萜烯香料,有铃兰类鲜爽型花香的味道[26];2-戊基呋喃可能与盐炙黄芪的豆腥味有关[27]。黄芪经过不同炮制方式处理后,化学成分含量会产生变化。而这些存在差异的成分,可能就是导致黄芪与炮制品药效发生改变的关键活性物质[28]。其中2-甲基吡嗪含量的增加,可推测对蜜炙黄芪抗氧化功效具有增强作用[29-30]。芳樟醇具有抗菌抗炎、镇静催眠、止痛、抗肿瘤的药理作用[31],柠檬烯具有抗氧化、抗菌消炎的作用[32],由此可推测芳香醇与柠檬烯可能与黄芪的药理作用协同使得盐炙黄芪可引药下行,增强其利水消肿的功效[33]。本研究结果表明,不同的炮制方法使得黄芪的挥发性有机物产生较大差异,且相应的差异性成分对不同的炮制样品功效以及气味产生影响。未来可结合GC-MS与代谢组学技术,构建黄芪炮制过程中挥发性有机物的动态变化图谱,阐明炮制对其药效物质基础的调控机制。

4 结论

通过GC-IMS技术对比分析3种不同炮制工艺黄芪(生黄芪、蜜炙黄芪和盐炙黄芪)挥发性有机物组成,共鉴定出49种挥发性有机物。结合主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)结果表明,不同的炮制方法对黄芪的挥发性有机物造成了显著变化。生黄芪样品中反式-2-辛烯醛、壬醛、1-辛醛和乙酸甲酯含量较高;蜜炙黄芪样品中2-丙酮、3-羟基-2-丁酮、1-羟基-2-丙酮、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪和2-甲基吡嗪含量较高;盐炙黄芪样品中丙醛、丁醛、异戊醛、正戊醛、己醛、庚醛等成分含量较高。通过PCA和OPLS-DA可以有效区分生黄芪、蜜炙黄芪和盐炙黄芪,以VIP值>1为筛选标准,共筛选出差异挥发性有机物27种,主要为乙酸甲酯、2-丙酮、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、1-羟基-2-丙酮、3-羟基-2-丁酮等。本研究可为中药炮制现代化及品质评价体系的完善提供参考。

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Comparison of volatile organic compounds in Astragali Radix with different processing technologies based on GC-IMS

LIU Xiaoxia1,GAO Weicheng2*,WANG Xiaoping2,LIN Congying2
(1.Department of Traditional Chinese Medicine,Fujian Vocational College of Bio-engineering,Fuzhou 350007,China;2.School of Pharmacy,Zhangzhou Health Vocational College,Zhangzhou 363000,China)

Abstract:To compare the differences in volatile organic compounds(VOCs)among Astragali Radix processed using three different technologies,the VOCs in raw A.Radix, honey-processed and salt-processed A.Radix were analyzed by gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS).GC-IMS fingerprints were established, and characteristic VOCs were identified using the VOCal 0.4.10 software.Differences among the samples were evaluated by principal component analysis(PCA)and orthogonal partial least squares discriminant analysis(OPLS-DA).The results revealed that a total of 49 VOCs were identified in A.Radix processed by different techniques.Specifically,42,45,and 49 VOCs were detected in the raw,honeyprocessed,and salt-processed A.Radix samples, respectively.The contents of trans-2-octenal, nonanal, 1-octanal and methyl acetate were relatively high in the raw A.Radix samples.The honey-processed A.Radix samples contained higher contents of 2-propanone, 3-hydroxy-2-butanone, 1-hydroxy-2-propanone, 2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine, and 2-methylpyrazine.The salt-processed A.Radix samples exhibited relatively high contents of propanal,butanal,isovaleraldehyde,n-valeraldehyde,hexanal,and heptanal.PCA and OPLS-DA could effectively distinguish A.Radix processed by different technologies.With variable importance in projection(VIP)value >1 as the screening criterion,27 differential VOCs were identified.Among them, methyl acetate, 2-propanone, 2-ethyl-3,5-dimethylpyrazine, 1-hydroxy-2-propanone, 3-hydroxy-2-butanone and others were identified as key compounds responsible for the flavor differences among the A.Radix with different processing technologies.

Key words:Astragali Radix;processing technology;gas chromatography-ion mobility spectrometry technology;volatile organic compound;differential analysis

中图分类号R283.3

文章编号:0254-5071(2025)10-0305-08

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2025.10.043

引文格式刘晓霞,高伟城,王小平,等.基于GC-IMS比较不同炮制工艺黄芪中挥发性有机物[J].中国酿造,2025,44(10):305-312.

收稿日期2025-04-22

修回日期:2025-07-27

基金项目第三批国家级职业教育教师创新团队项目(教师函[2023]9号);福州市科技特派员项目(榕财教指[2021]33号);漳州市科技特派员项目(漳财教指[2024]22号);漳州市技能大师工作室(漳人社[2024]78号)

作者简介刘晓霞(1984),女,讲师,硕士,研究方向为中药鉴定及质量分析。

*通讯作者高伟城(1984),男,副教授,硕士,研究方向为中药提取及质量分析。