基于感官评价及电子鼻结合GC-MS技术的木香精油香气成分分析.pdf

品种品质中药与临床Pharmacy and Clinics of Chinese Materia Medica 2023;14(6)基于感官评价及电子鼻结合GC-MS技术的木香精油香气成分分析赵淋仙，徐纯艺，周玮玲，李燕燕，胡慧玲摘要】目的：检测分析木香精油的香气物质基础，并测定木香精油的旋光度、折光指数等理化性质。方法：利用感官评价、电子鼻、GC-MS等方法检测木香精油的气味及具体挥发性成分，通过偏最小二乘法-判别分析（PLS-DA）、主成分分析（PCA）等方法分析木香精油-传感器响应值-挥发性成分之间的关系；同时根据相关标准，对木香精油的旋光度、折光指数、相对密度和混溶度进行测定。结果：木香精油的主要香气成分为去氢木香内酯、5,5-二甲基-1-乙烯基双环2.1.1 已烷、-紫罗兰酮、反式-佛手柑内酯、-谷留醇、木香醇和二氢去氢木香内酯。且木香精油中香气成分的总相对含量为37.7 2 土3.2 4%，其中去氢木香内酯相对含量（%）2 1.33%。木香精油理化性质的检测结果：旋光度为：+9.15+9.25；折光指数：1.50 8 2 1.50 8 6；相对密度：0.9196；混溶度：2 0。结论：去氢木香内酯既是木香精油的主要香气成分，也是其核心药效成分，是木香“香-效”合一的主要物质基础。关键词 木香精油、香气成分、GC-MS、电子鼻、去氢木香内酯中图分类号 R282文献标识码 A文章编号 16 7 4-92 6 X(2023)06-003-05Aroma composition analysis of essential oil of Muxiang based on sensory evaluation and electronic nose combined with GC-MS technology/ZHAO Lin-xian,XU Chun-yi,ZHOU Wei-ling,LI Yan-yan,HU Hui-ling/(School of Pharmacy,State Key Laboratory ofSouthwestern Chinese Medicine Resources,Chengdu University of Traditional Chinese Medicine,Chengdu 611137,Sichuan)Abstract Objective:The aroma material basis of essential oil of Muxiang was analyzed,and the physicochemical propertiesof the essential oil such as optical rotation and refractive index were detected.Method:Sensory evaluation,electronic nose,GC-MSand other methods were used to detect the odor and volatile components of the essential oil.The relationship between the essential oil,sensor response value and volatile components was analyzed by partial least squares discriminant analysis(PLS-DA)and principalcomponent analysis(PCA).At the same time,the optical rotation,refractive index,relative density and miscibility of the essential oilwere measured according to the relevant standards.Result:The main aroma components of essential oil of Muxiang were Dehydrocostuslactone,5,5-Dimethyl-1-vinylbicyclo2.1.1hexane,E-lonone,trans-Bergamotene,-Costol,2-(2R,4aR,8aS)-4a-Methyl-8-methylenedecahydronaphthalen-2-yl)prop-2-en-1-ol and Dihydrodehydrocostus lactone.The total relative content of aroma componentsin essential oil of Muxiang was 37.72 3.24%,and the relative content(%)of Dehydrocostus lactone was 21.33%.The results ofphysicochemical properties of the essential oil were as follows:Optical rotation+9.15 +9.25,Refractive index 1.5082-1.5086,Relative density 0.9196,Miscibility:20C.Conclusion:Dehydrocostus lactone is not only the main aroma component of the essential oilof Muxiang,but also the core effective component,which is the main material basis for the integration of Muxiang aroma-effect.Key words Essential oil of Muxiang;aroma component;GC-MS;electronic nose;Dehydrocostus lactone中药木香来源于菊科植物木香AucklandialappaDecne.的干燥根，具“香气如蜜”的特性，是唐宋时期主要的舶来熏香奢侈品之一1.2 1。在神农本基金项目 四川省科技厅项目（No.2021YFS0255)作者单位 成都中医药大学药学院西南特色中药资源国家重点实验室，四川成都6 11137作者简介 赵淋仙，女，在读硕士研究生，主要研究方向为中药新制剂和新剂型研究Email:通讯作者 胡慧玲，女，教授，硕士研究生导师，主要研究方向为中药新制剂和新剂型研究Email:收稿日期 2 0 2 3-0 7-11草经、新修本草及香谱等典籍中记载，木香人药用可“主邪气，避毒疫瘟鬼，强志，主淋露”，人香用可“疗毒肿，消恶气-。现代研究表明，烯和内酯组分是木香类药材的核心药效组分，其中又以木香烃内酯和去氢木香内酯为主，在精油中具有明显的富集效应5.6 。目前，与木香类药材相关的科学研究及应用也多以木香烃内酯和去氢木香内酯为主体进行新型制剂的开发及药理药效学研究，尚未有科学研究阐释其香用、药用的物质基础关系，也未能充分体现木香传统的香、药两用优势7-9 电子鼻是一种由电化学传感器阵列构成的人造13Pharmacy and ClinicsChinese Materia Medica2023;14(6)中药与临床嗅觉仪器，可利用各个传感器对复杂气体响应不同的特点快速区分、识别风味物质的种类、浓度等信息，广泛应用于药品、食品等领域10.！。气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）可用于快速定性多组分混合物的挥发性成分并分析其单组分的相对定量，具有灵敏度高、结果准确可靠的特点。目前，国内外多用电子鼻结合GC-MS的方法来对药材、食物的风味成分进行分析，从而把控其质量，如柴胡、茶类、酒类等12-15。基于课题组对木香精油质量评价的研究116 ,本实验以木香精油为研究对象，通过感官评价、电子鼻、GC-MS，偏最小二乘法-判别分析（PLS-DA）、主成分分析（PCA）等仪器方法检测分析木香精油中的主要香气物质基础，并根据相关标准，对木香精油的旋光度、折光指数、相对密度和混溶度进行测定。1实验材料与仪器1.1原料与试剂木香饮片购自四川冀方中药饮片有限公司、安徽惠丰国药有限公司和河北楚风中药饮片有限公司（产地均为云南，产品批号分别为2 112 0 10 2、201201、B2 2 0 8 0 8 0 1-0 1）；无水硫酸钠购自成都市科隆化学品有限公司（产地四川，产品批号2021040101）；甲醇为色谱纯，乙醇、乙醚为分析纯试剂，购自成都科龙化学试剂厂；蒸馏水（2 0 时的折光指数为1.3330）1.2仪器与设备AIT-N1200型电子鼻，北京艾森泰科科技有限责任公司；Agilent7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪、AgilentGC-MSD工作站，美国安捷伦公司；ZDHW型调温电热套，北京中兴伟业仪器有限公司；万分之一电子天平（BSA124S，赛多利斯科学仪器有限公司）；BXG-2型圆盘旋光仪，贝尔分析仪器（大连）有限公司；WYA-2WAJ型阿贝折光仪，力辰科技。2实验方法2.1木香精油的制备将木香饮片粉碎处理过2 号筛，参考中国药典2 0 2 0 年版IV部通则中挥发油测定法，置于挥发油提取装置中，加人8 倍量水，振摇混合，加热提取8h，吸取油层，50 0 0 rpm离心5min，加入适量无水硫酸钠，于冰箱静置过夜后，吸取上层精油，并以4保存，各批次均平行制备3份精油。2.2木香精油的香气成分分析2.2.1木香精油的处理将木香饮片参照2.1方法提取精油后，按照以下方法进行下一步处理：香气正常的木香精油样品Ti：取30 0 l木香精油，30 C水浴10 min；香气损失的木香精油样品T2：取30 0 l木香精油，7 0 恒温密闭水浴加热7 2 h，取出冷却至室温后，30 水浴10 min。2.2.2感官评价吸取T、T,样品各2 0 l滴在试香纸上，评价人员嗅闻不同批次的T、T,样品，并参考标准GB/T12312-2012感官分析味觉敏感度的测定方法，采用成对比较检验法，判断样品气味的强弱，每对样品共计评价3次，并对评价结果进行单边检验，判断样品差异是否具有显著性。2.2.3电子鼻检测分别取2 0 lTi、T,样品于4ml顶空进样瓶中，30 C水浴2 5min后，采用AIT-N1200型电子鼻对样品进行检测。检测条件为：气体进样流量6 0 0 ml/min，传感器清洗时间12 0 s，采样时间间隔1s，测试时间6 0 s，样品平行测定3次。电子鼻传感器对应的敏感成分见表1。以采样时间为横坐标，响应信号值（G/G。）为纵坐标，得到8根传感器在6 0 s内的响应值变化，取56-59s处稳定曲线数据进行分析。表1电子鼻传感器对应的敏感成分序号传器敏感成分RIW1C芳香成分，苯类R2W5S氮氧化合物R3W3C氨水、芳香成分R4W6S氢气R5W5C烷烃芳香成分R6W1S短链烷烃类R7WIW无机硫化物R8W2S醇类2.2.4GC-MS香气成分定性分析（1）样品制备吸取2 0 l木香精油于2 ml容量瓶中，用正已烷定容至刻度线，涡旋混匀，过0.45m微孔滤膜，4下保存待检。(2)GC-MS检测条件色谱柱型HP-5ms毛细管柱(30m250m0.25m）；载气为He（纯度 99.999%），体积流量1mlmin；采取程序升温，初始温度6 0，以2 0Cmin升至12 5C，以0.5Cmin升至142 C，以(m,=0.8858g、m z=0.9 30 4g）。吸取2 0 0 l蒸馏水和分别称量其重量取2 个相同规格的离心管度：度的测定，按照以下方法测定木香精油的相对密2.3.4相对密度参照标准GB/T11540）香料相对密14中药与临床Pharmacy and Clinics of Chinese Materia Medica2023;14(6)30Cmin升至2 6 0 C，以5Cmin降至2 50 C进样量为1l；分流进样，分流比6 0:1；总运行时间为45.18 3min。质谱仪在7 0 eV模式下运行，扫描范围为电子冲击（EI），扫描范围为35-550 mz。离子源温度设置为2 8 0 C，四极子温度设置为150C。溶剂延迟时间为4min。定量定性方法：各色谱峰对应的质谱图经联用仪的计算机谱库检索进行定性，质谱数据为NIST14.0谱库。各组分的相对含量是根据总离子流图由计算机采用峰面积归一法计算获得。2.3木香精油的理化性质测定2.3.1外观将试样置于比色管内，用目测法观察2.3.2旋光度参照标准GB/T14454.5香料旋光度的测定，按照以下方法测定木香精油的旋光度：接通光源，将光源对准旋光仪的中心轴，使由目镜观察时有清晰的视场，用蒸馏水或溶剂校正刻度盘上的零点。将试样注人10 0 mm旋光管，将旋光管置于中心轴中的起偏振镜与检偏振镜间。调整目镜，使有清晰的视场。转动检偏振镜的螺旋，直至视场中明暗两部分的亮度相同，若此时微向左或微向右转时即发生明暗度的差别。读取刻度盘上的读数，再慢慢地转动检偏振镜的螺旋，用同法再读取刻度盘上的度数两次，取三次读数的平均值，即得试样的旋光度。2.3.3折光指数参照标准GB/T14454.4香料折光指数的测定，按照以下方法测定木香精油的折光指数：测定前清洗棱镜表面，可用脱脂棉花先后蘸取易挥发溶剂乙醇和乙醚轻擦，待溶剂挥发，棱镜完全干燥。将恒温水浴与棱镜连接，调节水浴温度，使棱镜温度保持在所要的操作温度上。校正折光仪读数。重复上述的操作。用滴管向下面棱镜加几滴试样，迅速合上棱镜并旋紧。试样应均匀充满视野场而无气泡。静置数分钟，待棱镜温度恢复到所要的操作温度上。对准光源，由目镜观察，转动补偿器螺旋使明暗两部分界限明晰，所呈彩色完全消失。再转动标尺指针螺旋，使分界线恰通过接物镜上“”线的焦点上。准确读出标尺上折光指数至小数点后四位200l木香精油分别装人m,与m中，之后分别称取装有蒸馏水和精油的离心管的重量（m,+水=1.0 8 6 0 g、m,+油=1.1145g）。用温度计测得室温为2 0。20m2-mod(1)20m,-mo根据韦氏比重秤法式（1）计算相对密度：mo-测得的空密度瓶的质量，单位为克（g）；m-测得的装有水的密度瓶的质量，单位为克（g）；m2-测得的装有香科的密度瓶的质量，单位为克（g）。2.3.5混溶度参照标准GB/T14455.3香料乙醇中溶解（混）度的评估，按照以下方法测定木香精油的混溶度。用移液管将1ml试样置于量筒中，把盛有试样的量筒放在恒温水浴中，使温度保持在2 0 士0.2（精油）。用滴定管将先调整到2 0 士0.2 的已知浓度的乙醇水溶液加人精油中，每次加人量为0.1ml，并剧烈摇动，直至完全溶混。当混合液澄清时，记下所加人的乙醇水溶液的体积。继续加人乙醇水溶液，每次加入量为0.1ml，并充分摇动，直至加入的乙醇水溶液的总体积为2 0 ml。如在2 0 ml加完前出现浑浊或乳色，记下开始出现浑浊或乳色时所加人的乙醇水溶液的体积；如可能，记下浑浊或乳色现象消失时所加入的乙醇水溶液的体积。如加至2 0 ml，还不能得到澄清透明的溶液，则用更浓一级的乙醇水溶液重新测定。乳色：如不能获得澄清透明的溶液而得到乳色液时，则将此乳色液和标准溶液比较。（因最后得到的是澄清透明溶液，故未配置乳色标准液。）3实验结果3.1木香精油香气成分分析3.1.1感官评价结果感官评价共计纳人19位身体健康、不吸烟、不酗酒、嗅觉感受器正常的评价人员。评价人员在无异常气味的洁净实验环境中，对T、T,样品香气成分的强弱进行两两比较。19位评价人员均认为T、T,样品香气强弱存在差异，其中14位评价人员三次评价后均认为T，气味强于T2，参考标准GBT12312-2012进行单边检验，P0.05，表明经处理后精油的香气成分存在损失，即木香精油的香气损失实验成功。3.1.2电子鼻检测结果采用WiMuster软件进行雷达图的绘制与PCA分析。雷达图表明木香精油气味来源为：氮氧化合物、醇类、短链烷烃类等，见图1Pharmacy and Clinics f Chinese Materia Medica2023;14(6)中药与临床A。PCA 分析表明不同批次木香精油具有一定程度的相似性，经处理后TI、T,样品存在差异，但不显著，见图1B。为进一步探究木香精油特殊香气成分的可能化合物来源，将原始数据导入SIMCA14.1软件，对不同批次Ti、T,样品进行PLS-DA分析，并结合感官评价分析，将VIP1传感器所代表的敏感成分视作评价人员所感知的精油特殊香气差异成分来源，见图2，可知木香精油的香气成分的主要来源为：醇、芳香成分（类、烯类、酯类等）、短链烷烃类，并采用GC-MS进行进一步的定性分析。AB8+H3H295图1WiMuster软件处理结果：A：木香精油传感器响应值雷达图；B：3批木香精油Ti、T,样品数据PCA分析图1图2 PLS-DA分析结果3.1.3GC-MS分析结果通过与NIST14.L数据库进行质谱匹配，并在相同色谱条件下与Adams和NIST数据库中记录的保留指数值进行比较，筛选T、T,样品差异成分，确定了木香精油香气成分。关键差异香气成分见表2，总相对含量为37.7 2 3.24%，去氢木香内酯相对含量（%）2 1.33%。表2 木香精油主要香气成分相对总相对序保留时间化合物化合物英文名含量含量号(min)中文名(%）(%）5,5-二甲基-15,5-Dimethyl-1-vinylbicy-乙烯15.569clo2.1.1Jhexane基双环2.1.1 已烷-紫罗28.275E-lonone兰酮反式-316.362trans-Bergamotene-佛手柑内酯37.72谷留3.24419.156y-Costol醇2-(2R,4aR,8aS)-4a-Meth-yl-8-methylenedecahy-533.642木香醇dronaphthalen-2-yl)prop-2-en-1-ol二氢去Dihydrodehydrocostus642.156氢木香lactone内酯去氢木742.682Dehydrocostus Lactone21.33香内酯3.2木香精油的理化性质测定结果木香精油的外观呈现为淡黄至棕黄色澄清液体；旋光度为+9.15+9.2 5；折光指数为1.50821.5086；相对密度为0.9 19 6；溶混度（2 0 C）：1体积的精油溶在1.1体积8 5%（V/V）浓度的乙醇水溶液中，而在2.0 至9.3体积同浓度的乙醇水溶液中出现浑浊。4讨论本实验通过加热处理的方式建立了木香精油的香气损失模型，并通过感官评价及电子鼻检测验证该模型的成功。随后采用GC-MS仪器将木香精油的香气损失模型样品与同批正常的木香精油样品进行了具体成分对比分析，从而得到木香精油的主要香气物质。在该实验中，与正常的木香精油相比，香气损失模型的香气有明显减弱，但未完全丧失，且在加热过程中还涉及到挥发性成分的物理、化学变化，影响香气成分的精准判定。我们采用感官分析与仪器分析相结合的方式，客观且较全面地检测分析得到去氢木香内酯是木香精油的主要香气成分之一。且在课题组的前期研究中发现，去氢木香内酯可以促进小鼠胃溃疡的修复和愈合及肠蠕动作用，是木香类药材的核心药效成分8.17 。该结果提示，去氢木香内酯可能是木香“香-效”合一的主要物质基础之一。（责任编辑：何瑶）16中药与临床Pharmacy and Clinics of Chinese Materia Medica 2023;14(6)参考文献1国家药典委员会.中华人民共和国药典：一部S.北京：中国医药科技出版社，2 0 2 0.2张南平，余坤子，康帅，等神农本草经等古代本草中木香基原考证J.中国药事,2 0 19,33(0 2)：17 2-6.3李林玉，刘大会，杨斌，等.木香的本草考证J.中药材，2020,43(02):492-5.4张琳颖.宋代香谱香方的初步探讨D.北京中医药大学,2 0 12.5王阳，范潇晓，杨军，等.木香的类成分与药理作用研究进展J.中国中药杂志，2 0 2 0,45(2 4)：5917-2 8.6郑加梅，尚明越，王嘉乐，等.木香的化学成分、药理作用、临床应用研究进展及质量标志物预测J.中草药，2 0 2 2,53(13):4198-213.7黄泽铖，徐纯艺，杨苛，等.木香内酯胃漂浮片的处方优化及体外释放研究J.中药与临床,2 0 2 2,13(0 1):6-10.8王战国，郭欣悦，徐纯艺，等.川木香主要药效成分的快速分离纯化及对小鼠小肠抑制作用的研究J.时珍国医国药，2021,32(06):1341-4.9谢余，李奇娟，王文俊，等.木香类药物“制剂过程-药效 综合分析与展望J.中药材，2 0 19,42(0 5)：1198-2 0 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