不同干燥方式對丹參揮發(fā)性成分的影響

王雨晨,張敏敏,趙恒強(qiáng),劉 偉,李 強(qiáng),崔 莉*,王 曉

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)山東省分析測試中心,山東濟(jì)南250014;2.山東中醫(yī)藥大學(xué),山東濟(jì)南 250355)

丹參為唇形科植物丹參(SalviamiltiorrhizaBunge.)的干燥根和根莖[1],為我國傳統(tǒng)中藥,具有活血祛瘀、通經(jīng)止痛等功效,用藥歷史悠久且地域分布廣泛。采后干燥是丹參生產(chǎn)中的必要環(huán)節(jié),其傳統(tǒng)的干燥方式主要是陰干與曬干,受地域、氣候、天氣影響較大[2],且效率較低,隨著現(xiàn)代干燥技術(shù)的發(fā)展,已逐漸發(fā)展出熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥等干燥方式,目前由于產(chǎn)地采收加工與炮制方法參差不齊,導(dǎo)致丹參藥材、飲片等質(zhì)量差異很大[3-4],因此采用現(xiàn)代分析技術(shù)更好地評價和調(diào)控丹參的品質(zhì),對于提升丹參的質(zhì)量穩(wěn)定性至關(guān)重要。

丹參中有多種化學(xué)成分,目前對脂溶性的二萜醌類化合物和水溶性的酚酸類成分的相關(guān)研究較深入,但對其揮發(fā)性成分的研究報道相對較少[5-6],主要集中在丹參花、莖、葉、根等不同部位的揮發(fā)性成分組成,不同產(chǎn)地丹參的差異性比較,揮發(fā)性成分的活性評價等方面[7],對丹參干燥加工中揮發(fā)性成分變化的研究鮮見報道。研究顯示丹參中揮發(fā)油具有抗氧化、抗阿爾茨海默病等功效[6],在藥材的傳統(tǒng)質(zhì)量評價中,氣味也是十分重要的評價指標(biāo)[8],因而揮發(fā)性成分也是藥材真?zhèn)魏唾|(zhì)量優(yōu)劣的重要影響因素。

目前丹參揮發(fā)性成分研究主要采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS),如周曉希[9]以萜類化合物為丹參揮發(fā)性成分的指標(biāo),采用GC-MS法對24個產(chǎn)地的丹參進(jìn)行了分類評價;冀海偉等[10]從丹參根中鑒定出17種化合物,證實(shí)根中揮發(fā)性成分與莖、葉、花中差異較大。陳康健等[11]采用GC-MS技術(shù)在丹參根中分析鑒定出9種化合物,相對含量之和占總含量的5.67%。氣相色譜-離子遷移譜技術(shù)(GC-IMS)是近年來新興的一種氣味分析技術(shù)[12],較GC-MS等相關(guān)技術(shù)具有快速高效、靈敏度高、前處理簡單等優(yōu)點(diǎn)[13],非常適合揮發(fā)性有機(jī)氣體成分的快速鑒別與檢測[14]。近年來越來越多地應(yīng)用于中藥材的鑒別、加工、質(zhì)量控制等方面[15-17],但在丹參中相關(guān)應(yīng)用研究鮮見報道。因此,該研究擬應(yīng)用GC-IMS技術(shù)分析不同干燥方式對丹參揮發(fā)性成分的影響,以期為丹參的加工及質(zhì)量控制提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料丹參采自山東省濟(jì)南市萊蕪紫光生態(tài)園種植基地,經(jīng)山東中醫(yī)藥大學(xué)李佳教授鑒定為唇形科植物丹參(SalviamiltiorrhizaBunge.)。選擇大小粗細(xì)均勻、無損傷的一年生樣品,樣品在采摘后剪去地上部位,用流動水沖洗表面泥土,瀝干水分后備用。

1.2 儀器設(shè)備FlavourSpec?型氣相離子遷移譜聯(lián)用儀(德國 G.A.S.公司);FW100 型高速萬能粉碎機(jī)(天津市泰斯特儀器有限公司);GZX-9140 MBE 型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱(上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠);MS205DU 型電子分析天平[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司];Epsilon 2-4真空冷凍干燥機(jī)(德國Marin Christ公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1丹參的干燥處理。將丹參隨機(jī)分成6組,單層平鋪于托盤中,分別進(jìn)行不同的干燥處理:晾干,即置于室內(nèi)陰涼處,在室溫下自然晾干;曬干,即置于室內(nèi)向陽的窗戶處,在室溫條件下自然曬干;熱風(fēng)干燥,于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行,分別采用溫度為40、60、80 ℃;真空冷凍干燥,冷阱溫度為-70.4 ℃,絕對壓力為0.204 hPa。干燥過程中進(jìn)行稱重,當(dāng)前后2次測得的質(zhì)量差小于0.1 g時,停止干燥。

1.3.2GC-IMS分析。將干燥后的丹參去除須根,置于粉碎機(jī)內(nèi)粉碎,過5號篩,精密稱定丹參粉末約1 g,放入20 mL色譜頂空瓶內(nèi)。色譜柱為Multicapillary SE-54 毛細(xì)管色譜柱(0.32 mm×30 m,0.25 μm),柱溫60 ℃,分析時間35 min。頂空進(jìn)樣時,孵化溫度80 ℃,在轉(zhuǎn)速500 r/min的條件下孵育15 min,進(jìn)樣體積為100 μL,載氣程序為在20 min內(nèi)從2 mL線性上升至150 mL,IMS溫度為60 ℃。

1.3.3軟件分析。采用儀器配套的GC×IMS Library Search軟件進(jìn)行揮發(fā)性成分的定性分析,比較不同揮發(fā)性風(fēng)味成分的保留時間和離子遷移時間,并通過內(nèi)置氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫(NIST)和離子遷移譜數(shù)據(jù)庫(IMS)進(jìn)行匹配。采用LAV(laboratory analytical viewer)軟件查看分析圖譜,從而對丹參的揮發(fā)性成分進(jìn)行定量分析。利用LAV軟件的Gallery Plot和Reporter插件,獲得指紋圖譜及差異圖譜,采用origin軟件進(jìn)行主成分分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 丹參樣品的GC-IMS譜圖分析比較不同揮發(fā)性風(fēng)味成分的保留時間和離子遷移時間,并利用 GC-IMS中 Library Search 內(nèi)置數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配[16],從而對丹參揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析,如圖1所示,水平方向表征離子遷移時間,豎直方向表征氣相色譜保留時間,最左側(cè)為歸一化處理后的反應(yīng)離子峰(RIP),RIP均為8.22 ms,RIP峰右側(cè)的點(diǎn)代表丹參干燥后所含有的揮發(fā)性成分,點(diǎn)的顏色深淺反映成分含量的多少,點(diǎn)的顏色越紅,則該組分的含量越多。真空冷凍干燥的丹參深色點(diǎn)的數(shù)目很少,即揮發(fā)性成分的種類和含量明顯少于其他5種干燥方式,在姬松茸、冬筍等的相關(guān)研究中也得到相似的結(jié)論[18-19],推測可能長時間處在低壓的環(huán)境下,沸點(diǎn)較低的物質(zhì)(酯類、烴類等)會揮發(fā)損失[19],同時干燥溫度較低,丹參無法發(fā)生美拉德等化學(xué)反應(yīng),因而未產(chǎn)生新的揮發(fā)性成分。另外5種干燥方式處理的丹參樣品中揮發(fā)性成分的數(shù)量差異不大。A區(qū)域為曬干、晾干和熱風(fēng)干燥共有的化學(xué)成分,真空冷凍干燥的丹參樣品中沒有此成分。B區(qū)域為真空冷凍干燥樣品中顏色較深的點(diǎn),可以作為真空冷凍干燥丹參的特異性成分。C區(qū)域為80 ℃熱風(fēng)干燥的丹參區(qū)別于其他干燥方式含量較多的化學(xué)成分。

注:a.真空冷凍干燥;b.晾干;c.曬干;d.40 ℃熱風(fēng)干燥;e.60 ℃熱風(fēng)干燥;f.80 ℃熱風(fēng)干燥。Note:a.Vacuum freeze-drying;b.Air drying;c.Sundrying;d.40 ℃ hot air drying;e.60 ℃ hot air drying;f.Dry with hot air at 80 ℃.圖1 不同干燥方式丹參中揮發(fā)性成分的GC-IMS譜圖Fig.1 GC-IMS diagram of volatile components in S.miltiorrhiza with different drying methods

2.2 丹參中揮發(fā)性成分的定性分析從表1可以看出,采用GC-IMS分析,在真空冷凍干燥的樣品中鑒定出24種揮發(fā)性成分,在晾干、曬干和40 ℃熱風(fēng)干燥的丹參樣品中,鑒定出的揮發(fā)性成分一致,均為30種,在60 ℃熱風(fēng)干燥的樣品中鑒定出29種,在80 ℃熱風(fēng)干燥的樣品中鑒定出25種揮發(fā)性成分。

選擇40 ℃熱風(fēng)干燥的丹參進(jìn)行分析,根據(jù)圖2中的特征峰分布選取位置點(diǎn),在鑒定出的30種化合物中,其中有9種醇類化合物、7種醛類化合物和4種酮類化合物。除此之外,還有酯類化合物、呋喃、有機(jī)酸、吡嗪、噻唑和硫醚。其中一部分揮發(fā)性成分可在離子遷移譜圖上檢測出一個以上的信號,即譜圖上出現(xiàn)了2個被定性為同一揮發(fā)性成分的點(diǎn),為此成分的單體與二聚體,單體與二聚體的化學(xué)式和CAS號均相同,僅形態(tài)不同。

2.3 GC-IMS指紋圖譜分析采用LAV軟件的Gallery Plot插件進(jìn)行指紋圖譜分析,進(jìn)一步對比不同干燥方式對丹參揮發(fā)性成分的影響,結(jié)果如圖3所示,每一列為一種揮發(fā)性成分的信號峰,每一行為一種干燥方式下選取的全部信號峰,各化合物編號見表1。反式-2-戊烯醛、(E)-2-庚醛、3-甲基丁醛、1-辛烯-3-酮、2-苯乙醇、(E)-2-辛烯醛、2,3-二甲基6-乙基-吡嗪、二甲基三硫醚和(Z)-3-己烯-1-醇為6種干燥方式中丹參中共有且含量均較多的揮發(fā)性成分,在A區(qū)域中可以看出,2,3-二甲基6-乙基-吡嗪、二甲基三硫醚、2-乙基己醇和(Z)-3-己烯-1-醇在真空冷凍干燥的丹參中含量較多。B區(qū)域內(nèi),正壬醛、1-戊醇、2-甲基丙酸、二甲基酮、1-辛烯-3-醇、異硫氰酸烯丙酯、庚醛7種揮發(fā)性成分在曬干、晾干和40 ℃熱風(fēng)干燥的丹參中含量較多。C區(qū)域內(nèi),3-羥基丁酮、2-戊基呋喃和2-甲基丁酸為曬干、晾干、40 ℃熱風(fēng)干燥和60 ℃熱風(fēng)干燥的丹參中含量較多的化合物。

圖2 40 ℃熱風(fēng)干燥丹參的GC-IMS譜圖Fig.2 GC-IMS diagram of S.miltiorrhiza dried by 40 ℃ hot air drying

真空冷凍干燥樣品的指紋圖譜顏色較其他干燥方式淺,部分揮發(fā)性成分已完全消失,醇類化合物、醛類化合物和酮類化合物數(shù)目較少,60和80 ℃熱風(fēng)干燥的丹參指紋圖譜顏色大多較40 ℃熱風(fēng)干燥樣品淺,這與圖1所得的結(jié)論相同,80 ℃熱風(fēng)干燥的丹參中醇類化合物和酮類化合物的數(shù)目比40 ℃熱風(fēng)干燥丹參少,結(jié)果見表2。目前普遍認(rèn)為真空冷凍干燥較高溫加熱等方式可更好地保留藥材中的黃酮等活性成分[20],但該研究中發(fā)現(xiàn)在真空冷凍干燥的丹參中鑒定出的揮發(fā)性成分種類最少,且大多化合物的含量也較低,說明真空冷凍干燥技術(shù)對丹參中揮發(fā)性成分具有較大的影響,會造成風(fēng)味的損失,在無花果、太子參等研究中也有類似的結(jié)果[21-22],但真空冷凍干燥技術(shù)對揮發(fā)性成分的影響機(jī)理尚不明確,同時真空冷凍干燥技術(shù)的成本較高,也限制了此技術(shù)在中藥干燥中的應(yīng)用。

圖3 不同干燥方式丹參中揮發(fā)性成分的GC-IMS指紋譜Fig.3 GC-IMS fingerprint of volatile components in S.miltiorrhiza dried by different methods

表2 丹參中不同種類揮發(fā)性成分分析

2.4 PCA分析為更直觀地比較各組別之間的差異,采用origin 軟件對不同干燥處理的丹參樣品進(jìn)行PCA主成分分析(圖4),第一主成分(PC1)與第二主成分(PC2)之和占比為65.4%,真空冷凍干燥的丹參與其他方法干燥的丹參可以實(shí)現(xiàn)較好的分類,60 ℃熱風(fēng)干燥和80 ℃熱風(fēng)干燥的丹參樣品中主成分含量相近,2種方法與40 ℃熱風(fēng)干燥、曬干、晾干的丹參成分含量差異明顯,可以實(shí)現(xiàn)較好的分類。而40 ℃熱風(fēng)干燥、曬干、晾干的丹參樣品中主成分含量相近。

高溫?zé)犸L(fēng)干燥(60、80 ℃)過程中,丹參樣品中的化學(xué)成分受熱發(fā)生反應(yīng),其所含有的揮發(fā)性成分與低溫?zé)犸L(fēng)干燥(40 ℃)的丹參不同,推測丹參樣品在40 ℃以上的溫度加熱時,其揮發(fā)性成分即發(fā)生明顯改變,6種方法中僅有真空冷凍干燥的樣品在第三象限,直觀反映出丹參在真空與極低溫的環(huán)境下干燥過程與其他干燥方法都有明顯差異,最終得到不同的揮發(fā)性成分。

圖4 不同干燥方式下丹參中揮發(fā)性成分的PCA分析Fig.4 PCA analysis of volatile components in S.miltiorrhiza dried by different methods

3 結(jié)論

該研究首次將GC-IMS 技術(shù)應(yīng)用于丹參的揮發(fā)性成分研究,通過比較不同干燥方法的丹參揮發(fā)性成分差異,共鑒定出化合物有30種,其中有9種醇類化合物、7種醛類化合物、4種酮類化合物,化合物的種類為醇類>醛類>酮類。高溫?zé)犸L(fēng)干燥(60、80 ℃)的丹參中部分揮發(fā)性成分的含量較低,80 ℃熱風(fēng)干燥丹參中醇類化合物和酮類化合物的種類比40 ℃熱風(fēng)干燥時減少。采用主成分分析真空冷凍干燥的丹參與其他方法干燥的丹參可以實(shí)現(xiàn)較好的分類,40 ℃熱風(fēng)干燥、曬干、晾干的丹參樣品中成分相近。

目前關(guān)于丹參中活性成分研究主要集中于水溶性成分和脂溶性成分,對其揮發(fā)性成分的研究較少。已有學(xué)者證實(shí)丹參地上部分的揮發(fā)油成分具有抗炎、抗氧化能力[9]。丹參揮發(fā)性成分的抗氧化作用也讓其在化妝品領(lǐng)域有一定的研究應(yīng)用,因此對揮發(fā)性成分的研究為丹參產(chǎn)業(yè)化及丹參產(chǎn)品的開發(fā)提供了新的思路。GC-IMS法是目前食品藥品中揮發(fā)性成分的新興分析檢測技術(shù),其相較于以往廣泛應(yīng)用于中藥揮發(fā)性成分研究的GC-MS技術(shù)具有非常明顯的優(yōu)勢,具有廣闊的發(fā)展前景。