基于電子鼻技術對當歸整體氣味與其主要化學成分相關性的分析研究

劉阿靜 王娟 王新潮 王慧珺 王波

（蘭州海關技術中心 甘肅蘭州 730010）

1 前言

當歸為傘形科植物當歸Angelica sinensis（Oliv.）Diels的干燥根，主產(chǎn)于我國西北和西南地區(qū)，性甘、辛、溫，有補血活血、調(diào)經(jīng)止痛、潤腸通便等功效[1-2]。據(jù)文獻報道，當歸的主要化學成分有4大類，包括揮發(fā)油（藁本內(nèi)酯最具代表性）、有機酸（阿魏酸最具代表性）、多糖類（半乳糖、阿拉伯糖、李糖、葡萄糖、半乳糖、半乳糖酸以及糖醛酸）、黃酮類（木犀草素-7-O-蘆丁糖苷和木犀草素-7-O-β-D葡萄糖苷兩類）等[3-5]。

電子鼻技術能夠模擬人工嗅覺系統(tǒng)，利用傳感器快速識別被測氣味物質(zhì)的“氣味指紋”信息，準確、無損地定性或定量分析物質(zhì)的氣味整體信息，廣泛應用于中藥材領域的基源鑒別、質(zhì)量檢測及物質(zhì)基礎研究[6-10]。

為客觀、科學的量化甘肅當歸的質(zhì)量，本文結合電子鼻技術和高效液相色譜技術，初步分析研究電子鼻傳感器與當歸主要化學成分含量間的相關聯(lián)度，以期實現(xiàn)對當歸藥材整體氣味信息的數(shù)字化定量表征，從而建立一種快速鑒別中藥材品質(zhì)的新方法，為構建當歸藥材電子鼻氣味信息評價智能化模式奠定科學、有效的的評價基礎。

2 儀器與材料

2.1 儀器

便攜式電子鼻（PEN3，北京盈盛恒泰科技有限責任公司）；高效液相色譜儀（美國Waters公司）；超聲儀（SB25-12DTD，寧波新芝生物科技股份有限公司）；渦旋儀（德國IKA MS3公司）；電子天平（德國Sartorius公司，±0.1 mg）；螺紋口頂空進樣瓶（10 mL）。

2.2 材料

阿魏酸（色譜純，中國計量科學研究院）；藁本內(nèi)酯（色譜純，成都瑞芬思生物科技有限公司）；甲醇（色譜純，德國Merck公司），其余試劑均為分析純。試驗用當歸藥材30批，主要來源于甘肅產(chǎn)區(qū)，所有樣品經(jīng)蘭州大學封士蘭教授鑒定為傘形科植物Angelica sinensis（Oliv.）Diels的根。將樣品自然陰干，粉碎過80目篩，備用。

3 方法與結果

3.1 有效成分含量測定

3.1.1 色譜條件

色譜柱：SVER-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）。流動相：0.1%甲酸甲醇（A）和0.1%甲酸水（B）。梯度洗脫程序：0～3 min，10%A增加至15%；3～12 min，15%A增加至45%；12～30 min，45%A增加至65%；30～31 min，65%A下降至10%。檢測波長：280 nm；柱溫：35℃；流速1.0 mL/min；進樣量：10 μL?；旌蠘藴嗜芤杭爱敋w藥材樣品溶液色譜圖見圖1。

圖1 混合標準溶液（A）和當歸樣品溶液（B）的HPLC色譜圖

3.1.2 標準溶液配制

混合標準儲備液：分別精確稱取阿魏酸、藁本內(nèi)酯0.1 g；用甲醇準確定容至100 mL容量瓶中，配制成1 000 mg/L的混合標準儲備液；4℃冷藏待用。

標準工作液：分別準確移取混合標準溶液5、2、1、0.5、0.2 mL于10 mL容量瓶中；用甲醇稀釋并定容，配制成濃度為500、200、100、50、20 μg/mL的標準系列濃度工作液；4℃冷藏待用。

3.1.3 供試品溶液的制備

稱取當歸粉末試樣1 g于50 mL具塞離心管中；加入20 mL醇，稱重，超聲1 h，取出恢復至室溫；再稱重，用甲醇補足減失重量；渦旋均勻，離心；取上清液過0.22 μm微孔濾膜，進樣。

3.2 揮發(fā)油測定

參照2020版中國藥典揮發(fā)油測定法（通則2204乙法），對當歸中的揮發(fā)油進行測定[1]。

3.3 當歸粉末氣味信息測定

3.3.1 供試品制備

精密稱取樣品粉末1 g；置于10 mL頂空進樣品瓶中，旋緊瓶蓋密封；針式采集氣味數(shù)據(jù)信息，每份樣品重復測定6次。

3.3.2 測試條件

分別從稱樣量、進氣流速和放置時間這3個因素考察各傳感器對當歸樣品的響應情況，通過單因素試驗確定最優(yōu)的測定條件。建立最優(yōu)的測試方法為稱樣量1.0 g，進氣流速300 mL/min，樣品室溫放置時間為30 min，傳感器自清洗時間為150 s，分析采樣時間為100 s。經(jīng)精密度考察，電子鼻10根傳感器的響應值RSD在0.91%～4.61%之間，表明儀器的精密度良好，能夠滿足實驗測定的要求。

3.3.3 電子鼻響應分析

以采樣時間為橫坐標，傳感器響應值（G/G0）為縱坐標，繪制響應曲線。樣品的響應強度曲線見圖2。從圖2可以看出，在進樣初期（0～6 s），相對電阻率較低，但隨著揮發(fā)性氣體成分在各傳感器表面的持續(xù)聚集，相對電阻率逐漸增加，而后趨于平緩，80 s后達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，因此，試驗選擇80～90 s穩(wěn)態(tài)時刻的數(shù)據(jù)進行分析。且W2W、W5S和W1S傳感器對當歸整體氣味的響應值最為明顯，故試驗選擇這3根傳感器作為數(shù)據(jù)分析的基礎。

圖2 當歸藥材電子鼻傳感器響應強度曲線

3.4 結果

3.4.1 當歸藥材中有效成分及揮發(fā)油含量與電子鼻主要傳感器的響應情況

本文以HPLC法測定當歸的主要有效成分（阿魏酸、藁本內(nèi)酯）的含量，以揮發(fā)油測定專用法測定當歸中揮發(fā)油的含量，以電子鼻10根傳感器當歸氣味信息的表征值為指標，3項含量測定結果見表1和表2。

表1 當歸樣品中有效成分含量測定結果（%）

表2 當歸樣品中在電子鼻10根傳感器中穩(wěn)態(tài)時刻（80～90）響應值的平均值

3.4.2 當歸整體氣味與有效成分含量間的相關性分析

應用SPSS 19.0軟件，采用雙變量相關分析法（Person相關分析法），對電子鼻各傳感器穩(wěn)態(tài)時刻響應值的平均值與當歸有效成分（阿魏酸、藁本內(nèi)酯、揮發(fā)油）進行相關性分析，結果見表3。從表3可以看出，阿魏酸含量與傳感器W1S和W2W呈極顯著負相關，與W5S、W3S穩(wěn)態(tài)時刻響應值的平均值呈顯著負相關，與W1C、W3C、W5C穩(wěn)態(tài)時刻響應值的平均值呈顯著正相關；藁本內(nèi)酯含量與傳感器W1S和W2W穩(wěn)態(tài)時刻響應值的平均值呈極顯著負相關，與W5S、W3S穩(wěn)態(tài)時刻響應值的平均值呈顯著負相關，與W1C、W3C穩(wěn)態(tài)時刻響應值的平均值呈顯著正相關；揮發(fā)油含量與W1S、W2W穩(wěn)態(tài)時刻響應值的平均值呈顯著負相關。

表3 各傳感器穩(wěn)態(tài)時刻響應值的平均值與當歸有效成分含量的相關系數(shù)

4 討論

本文首先采用高效液相色譜法分別測定當歸樣品中主要有效成分阿魏酸、藁本內(nèi)酯的含量，采用揮發(fā)油專用法測得揮發(fā)油的含量；其次通過優(yōu)化當歸樣品的電子鼻測試條件，包括稱樣量（0.2、0.3、0.5、1.0、2.0 g）、進氣流速（100、200、300、400、500 mL/min）和室溫放置時間（10、20、30、50、60 min），以各傳感器的穩(wěn)態(tài)時刻的響應值為綜合評價指標，在單因素試驗的基礎上建立了最佳的檢測參數(shù)為稱樣量1.0 g，進氣流速300 mL/min，樣品室溫放置時間為30 min，傳感器自清洗時間為150 s，分析采樣時間為100 s，并經(jīng)精密度考察，傳感器響應值RSD在0.91%～4.61%之間，說明儀器的精密度良好，完全滿足實驗測定要求；最后基于建立的最佳電子鼻測試參數(shù)對當歸藥材的整體氣味進行數(shù)字化定量表征，得到氣味信息數(shù)據(jù)，進而采用Person相關分析法研究以上三者的相關聯(lián)度。結果表明，在一定程度上，可通過電子鼻傳感器W1S和W2W穩(wěn)態(tài)時刻響應值的平均值初判阿魏酸、藁本內(nèi)酯和揮發(fā)油的含量，便于實現(xiàn)當歸品質(zhì)優(yōu)劣的初步鑒別。

本文嘗試采用電子鼻技術與液相色譜評價相結合的方法，從另一角度量化當歸氣味的整體信息與當歸中阿魏酸、藁本內(nèi)酯和揮發(fā)油含量的關聯(lián)度，初步研究確定出傳感器與有效成分含量間的最佳匹配評價組合，通過建立不同甘肅產(chǎn)區(qū)當歸藥材的電子鼻識別模型，能夠初步回判當歸的品質(zhì)優(yōu)劣，從而進行質(zhì)量評價，為中藥材鑒別和中藥材的品質(zhì)監(jiān)控提供了一種新思路及科學的評價方法。