基于 Heracles NEO 超快速气相电子鼻对枳壳麸炒前后气味差异标志物的快速识别研究

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【智能感官】基于 Heracles NEO 超快速气相电子鼻对枳壳麸炒前后气味差异标志物的快速识别研究

枳壳为芸香科柑橘属植物酸橙CitrusaurantiumL.及其栽培变种的干燥未成熟果实，生用辛燥作用较强，偏于行气宽中除胀；经麸炒后可缓和其峻烈之性，偏于理气健胃消食。本研究基于Heracles NEO超快速气相电子鼻技术结合Arochembase数据库比对分析，采用气味指纹图谱、多变量统计分析方法对枳壳麸炒前后气味差异标志物进行快速识别。
一、材料与方法仪器Heracles NEO型超快速气相电子鼻材料12批枳壳样品，具体样品批次信息见表1。

表1 枳壳样品来源信息

检测条件通过单因素实验的考察，确定生、麸炒枳壳的Heracles NEO检测条件为：样品瓶20mL；称样量1.0g；孵化温度75℃，孵化时间10min，孵化炉转速500r/min，捕集阱初始温度40℃，捕集阱最终温度250℃，捕集阱分流速率10mL/min，捕集持续时间26s，进样口温度200℃，检测器温度260℃；进样量4000μL，进样体积流量125μL/s，进样持续时间21s，柱温的初始温度50℃，柱温程序升温方式4.0℃/s至90℃、1.0℃/s至160℃、0.2℃/s至165℃，保持5s、2.0℃/s至225℃、4.0℃/s至250℃，保持30s；采集时间150s；FID增益12。二、结果分析按检测条件对生、麸炒枳壳饮片各批次样品进行分析，建立气味指纹图谱。将校正混合物正构烷烃nC6～nC16及对照品置顶空瓶中，以与样品相同的孵育和分析条件进行分析，将生、麸炒枳壳饮片色谱峰的保留时间转化为Kovats保留指数，参照AroChembase数据库对样品中的挥发性成分进行定性分析，比较生、麸炒枳壳饮片气味成分变化。以AlphaSoft17.0软件对各样品气味指纹图谱进行多元统计分析，比较各样品差异，寻找差异性气味标志化合物。气味指纹图谱的建立基于Heracles NEO超快速气相电子鼻检测分析结果，以MXT-5色谱柱采集的信号建立生、麸炒枳壳饮片样品气味指纹图谱，结果如图1、2所示。

图1 12批枳壳饮片的气味指纹图谱

图2 12批麸炒枳壳饮片的气味指纹图谱

将生枳壳饮片和麸炒枳壳饮片气味指纹图谱共有模式（由于色谱峰主要集中在前90s内，故选择前90s的色谱图）作镜像图，比较两者色谱峰的数目及峰面积变化规律，寻找专属性差异，可直观观察炮制前后的气味量比关系变化情况，结果见图3。由图谱可知，在前10～30s内，麸炒枳壳相比于生枳壳，色谱峰数目有增加，例如4、6号峰；在50～70s内，麸炒枳壳相比于生枳壳，色谱峰数目几乎无变化，但色谱峰的峰高下降明显，例如8～10号峰；经计算发现，12批麸炒枳壳饮片中8号峰（β-月桂烯）峰高平均下降54.5%、9号峰（D-柠檬烯）平均下降42.4%，10号峰（γ-松油烯）平均下降46.1%，表明枳壳经麸炒后挥发性成分含量下降明显。

图3 枳壳麸炒前后气味指纹图谱共有模式的镜像对比图(前90s)

主成分分析（principalcomponentanalysis，PCA）将超快速气相电子鼻所分离色谱峰作为影响因子，进行PCA，结果见图4。在PCA模型中，第1主成分（PC1）贡献率为99.504%，第2主成分（PC2）贡献率为0.196%，第3主成分（PC3）贡献率为0.1857%，主成分累积贡献率之和达99.8857%，能较好地对生、麸炒枳壳饮片进行区分。

图4 生、麸炒枳壳饮片样品PCA

判别因子分析（discriminantfactoranalysis，DFA）DFA是在主成分分析的基础上，根据某些准则建立判别函数，将不同组别样本的差异扩大，使同类样本间差异缩小的一种具有判别分类功能的数据模型，可以用来识别和分类未知样本。对生、麸炒枳壳样品的超快速气相电子鼻数据进行判别因子分析，结果如图5所示，横、纵坐标分别表示DFA转换得到的第1区分指数（DF1）和第2区分指数（DF2）。图中DF1的区分指数为100%，说明DFA分析法能够更好地从气味角度区分生、麸炒枳壳样品，且二者距离较远，气味明显改变，差异较大，这也符合实际感官描述。表明气相电子鼻可以快速鉴别生、麸炒枳壳饮片，进一步验证了PCA的分析结果。

图5 生、麸炒枳壳饮片样品DFA分析图

生、麸炒枳壳饮片气味差异标志物分析将生、麸炒枳壳饮片在超快速气相电子鼻色谱柱上采集到的色谱峰与Arochembase数据库进行匹配分析，结果共鉴定出11个主要气味化学成分，其中生枳壳饮片中有9个气味化学成分，与麸炒枳壳相比，缺少甲基叔丁基醚、异戊醇2个成分。生、麸炒枳壳中可能存在的化合物及感官描述信息见表3。进一步分析已鉴定出的可能化合物气味信息发现，β-月桂烯、D-柠檬烯、γ-松油烯、4-异丙烯基甲苯、2-壬基醇具有“桔子、橙、柠檬”的味道，而桔子、橙、柠檬均为芸香科柑橘属植物，果皮均含有丰富的挥发油，β-月桂烯、D-柠檬烯和γ-松油烯为单萜类化合物，是挥发油的组成成分，具有特殊香气。

表3 生、麸炒枳壳饮片中可能存在的化合物及感官描述信息

在得到生、麸炒枳壳饮片气味成分信息的基础上，为进一步分析得出气味差异标志物，以11个气味成分所对应的色谱峰峰面积为变量，采用SIMCA14.1软件建立生、麸炒枳壳OPLS-DA模型，分析得到11个成分的VIP值，结果见图6。VIP值越大，表明该成分对区分生、麸炒枳壳饮片的贡献越大。由图6可知，对区分生、麸炒枳壳饮片贡献较大的前3个成分是D-柠檬烯、β-月桂烯和γ-松油烯，且这3个成分也是多数学者研究有报道的枳壳挥发油组成成分，结合枳壳麸炒前后挥发性成分含量变化情况，初步推测这3个成分为区分生、麸炒枳壳饮片的气味差异标志物。

图6 生、麸炒枳壳OPLS-DA模型中11个气味成分色谱峰的VIP值

三、讨论中药饮片经炮制后，其色、气、味多会发生改变，真伪优劣的判断多依靠老药工的经验来判断，具有主观性强、传承难度大的缺点。随着科学技术的发展，目前电子眼、电子鼻、电子舌等新型仿生感官技术已逐步应用于中药饮片雷竞技百科 控制方面，将传统经验鉴别进行了客观化表达。 本研究基于Heracles NEO超快速气相电子鼻建立了生、麸炒枳壳饮片气味快速检测方法，测定了生、麸炒枳壳饮片气味指纹图谱，指认了11个气味化学成分，其中甲基叔丁基醚和异戊醇为麸炒枳壳饮片中新增加成分；结合OPLS-DA模型中的VIP值及成分变化情况，推测D-柠檬烯、β-月桂烯和γ-松油烯为生、麸炒枳壳气味差异标志物。
参考文献：梅茜,许金国,苏联麟等.基于Heracles NEO超快速气相电子鼻对枳壳麸炒前后气味差异标志物的快速识别研究[J].中草药,2023,54(16):5165-5171.
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