白术中气味与内酯类成分的相关性研究检测方案(感官智能分析)

智能文字提取功能测试中

皖西学院学报Journal of West Anhui University2020年10月第36卷第5期Oct. ，2020Vol.36 No.5 第36卷82皖西学院学报 基于电子鼻技术的白术气味与内酯类成分的相关性研究 梅桂林1·2，陈 娜1.2，姚 洁1.2，夏成凯1.2，方成武 (1.亳州职业技术学院，安徽亳州236800；2.安徽中医药科学院亳州中医药研究所，安徽亳州236800；3.安徽中医药大学，安徽合肥230012) 摘 要：为了对白术药材的气味信号值与内酯类成分含量进行相关性分析，为白术药材品质的快速评价提供依据。利用电子鼻技术对白术药材粉末进行气味检测，高效液相色谱法测定白术药材中白术内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含量，利用统计软件对电子鼻信号值与三种化学成分含量进行相关性分析。结果显示，电子鼻传感器 W3S与白术内酯Ⅰ的含量具有显著相关性，传感器W5S与白术内酯Ⅱ的含量显著相关。因此，通过电子鼻 W5S与 W3S传感器信号值可快速判定白术药材中白术内酯Ⅱ与白术内酯Ⅰ的含量，为白术性状鉴别的标准化与现代化提供依据，电子鼻技术可作为快速鉴别白术品质的新方法加以开发利用。 关键词：白术；电子鼻；高效液相色谱法；相关性分析 中图分类号：R284 文献标识码：A 文章编号：1009-9735(2020)05-0081-05 白术为菊科植物白术 Atractylodismacrocephala Koidz.的干燥根茎，为常用大宗中药，始载于《神农本草经》，被列为上品。白术性温、味甘，入脾、胃二经，具有健脾益气、燥湿利水、固表止汗、安胎之功效 (P103-104)。现代医学研究证明白术具有调节肠胃运动，增强免疫及抗肿瘤等作用2-31。白术主要有效成分为挥发油和多糖，挥发油中主要成分为苍术酮、苍术醇及内酯类成分等14-6]。近年来，基于质量标志物的概念，有学者通过白术化学成分生源途径及成分特异性分析、药效、药性和药动学研究综合推断其药效物质基础，推测其可能的质量标志物，确定白术内酯酯、Ⅱ、Ⅲ成分为白术质量标志物17-91。 气味是中药重要的性状特征，也是传统用于推断药物性质的基本依据，随着对中药质量研究的深入，化学成分被证实为中药防病治病的物质基础，中药气味特征与所含化学成分密切相关，能直接反映其内在质量10J。白术的传统经验鉴别中特别重视“气味”的差异。但传统经验鉴别不可避免地会受到主观差异的影响，且描述比较简单，客观性和准确性难以保证，很难对其进一步传承、发展和应用。 仿生电子鼻技术模拟人体嗅觉系统，能快速准确地检测分析混合气体，液体或固体样品，灵敏度高，重 现性好，现已广泛应用于中药质量控制的各个阶段11-14]。目前有关白术药材电子鼻检测与内酯类成分的相关性研究尚未见文献报道，本实验运用电子鼻技术实现白术药材气味的数字量化表达，并与白术内酯类成分的含量进行相关性分析，以实现对白术药材品质的快速鉴别，为白术气味性状标准化建立提供依据。 1实验器材1 仪器 安捷伦1260 高效液相色普仪(美国)；电子鼻系统(PEN3，德国 AIRSENSE)；101-E型电热鼓风干燥箱(上海科恒实业发展有限公司)；WB500UC 型数控超声波清洗器(上海望标仪器有限公司)；奥豪斯电子天平DV215CD(美国)；Direct-Q 5UV 超纯水机；高速粉碎机(浙江省永康市溪岸五金药具厂)；标准筛(新乡市金禾有限公司)。 ( * 收稿日期：2020- 0 3- 2 6 ) ( 基金项目：亳州职业技术学院重点科研项目(BYK1708)；安徽 省科技重大专项(16030801113)；安徽省自然科学研究项目 (KJ2019A1175)。 ) ( 作者简介：梅桂林(198 5一 )，女，安徽寿县人，助教，硕士，研究 方向：中药资源与质量控制。 ) 1.2 材料 白术内酯Ⅰ，白术内酯Ⅱ，白术内酯Ⅲ对照品(成都普菲生物技术有限公司，批号：18101804 1802260618082201)；乙腈(美国)，甲醇(美国)，实验用水均使用超纯水。实验用药材于2019年11月采集于安徽太和、亳州城区十八里、大杨、十九里、魏岗等乡镇，具体样品信息见表1，所有样品经安徽中医药大学方成武教授鉴定为菊科植物白术 Atractylodesmacrocephala Koidz.的根茎。 表1 白术样品信息 编号 产地 药材规格 编号 产地 药材规格 太和县 两年生 S11 十九里镇 两年生 太和县 两年生 S12 十九里镇 两年生 太和县 两年生 S13 十八里 两年生 十八里 两年生 S14 十八里 两年生 十八里 两年生 S15 十八里 两年生 十八里 两年生 S16 十八里 两年生 大杨镇 两年生 S17 十八里 两年生 大杨镇 两年生 S18 十八里 两年生 大杨镇 两年生 S19 魏岗镇 两年生 S10 十九里镇 两年生 S20 魏岗镇 两年生 2 实验方法 2.1 白术内酯类成分检测 2.1.1 对照品溶液的制备 分别精密称取白术内酯Ⅰ，白术内酯Ⅱ，白术内酯Ⅲ对照品 0.01029 g、0.00995 g、0.00986 g置于10 mL容量瓶中，加适量甲醇溶解，分别定容至10mL，制成浓度分别为1.029 g/L、0.995 g/L、0.986g/L的单一对照品储备液；分别精密量取对照品储备液1 mL于25 mL 容量瓶中，定容得到混合对照品溶液，其中白术内酯Ⅰ，白术内酯Ⅱ，白术内酯Ⅲ的浓度分别为0.04116 g/L，0. 0398 g/L，0. 03944g/L。 2.1.2 供试品溶液的制备 白术药材粉碎过80目筛，精密称定白术粉末0.5 g，置于50 mL的具塞锥形瓶中，用移液管精密量取25 mL甲醇于锥形瓶中并称重记录，适当振摇加速溶解。将锥形瓶置于超声波清洗仪超声1h。待锥形瓶中溶液冷却后称重，滴加甲醇以补足超声过程中挥发的量。将超声后的溶液用滤纸过滤，滤液置于另一50 mL的具塞锥形瓶中，再使用0.45 um微孔滤膜滤过置于进样瓶中，备用。 2.1.3 色谱条件 色谱柱：碳十八柱(5pm，250 mm×4.6 mm)；流动相：乙腈(A)和水(B)洗脱：梯度洗脱程序：0至15min：B 45%、A -55%；15至30min：B -20%、A80%；检测波长：0至19 min：波长220 nm；19至20min：波长276 nm；20 至30 min：波长276 nm。其中白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅲ检测波长为220 nm，白术内酯Ⅱ的检测波长为276 nm。进样量：20uL；流速：1.0 uL/min；柱温：30℃。 2.1.4 线性关系考察 精密量取不同体积的混合对照品溶液于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，配制成一系列不同浓度梯度的白术内酯Ⅰ，白术内酯Ⅱ，白术内酯Ⅲ的混合对照品溶液，在上述色谱条件下分别进行检测，以进样量为横坐标，峰面积为纵坐标，得到白术内酯Ⅰ，白术内酯Ⅱ，白术内酯Ⅲ线性回归方程，分别为Y=0. 0195x一0.3332(r=0.9994)Y=0.0146x-0.1006(r=0.9985)；Y=0.0195x-0.3332(r=0.9995)。白术内酯Ⅰ，白术内酯Ⅱ和白术内酯Ⅲ分别在0.00014116 mg~0. 00112928 mg、0.0000398 mg~0.0003184 mg、0.00003944 mg~0.00031552 mg 范围内线形良好。 (1：白术内酯Ⅲ；2：白术内酯Ⅱ；3：白术内酯Ⅰ) 图1 A：对照品白术内酯Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的 HPLC色谱图；B：白术样品 HPLC 色谱图 2.1.5精密度考察 按照上述色谱条件，将混合对照品溶液重复进样5次，每次进样量为20uL，白术内酯Ⅰ，白术内酯Ⅱ，白术内酯Ⅲ的含量RSD 值分别为：0.4%、0.3%、0.5%。表明仪器精密度良好。 2.1.6 重复性实验 取同一批次白术药材粉末，精密称定5份，每份为0.5g，按照2.1.2项下方法制得供试液，按上述色谱条件检测，测得5次白术内酯Ⅰ，白术内酯Ⅱ，白术内酯Ⅲ含量的 RSD 值分别为：2.5%、3.2%、2.8%，实验重复性良好。 2.1.7 稳定性试验 将上述白术供试品溶液，分别在第0、2、4、6、8、10、24小时后进样检测，测得白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅱ、白术内酯Ⅲ的含量的 RSD 值分别为：2.1%，1.9%，2.9%，可见供品品溶液在24内稳定性良好。 2.2E白术气味检测 2.2.1 供试品制备 将白术药材打粉后过80目筛，精密称取2g白术粉末，置于同规格顶空进样瓶内，室温25℃条件下孵化10 min，测量时用电子鼻进样针针头插入进样瓶中固定位置，进行样品气味信号采集，每个样品重复测定3次，记录120s时的信号值，取平均值。 2.2.2 检测条件 通过预实验确定最佳仪器检测参数，建立最优检测方法：室温25℃，称样量2g，空气流速300 mL/min，数据获取持续时间 120s，清洗时间100 s。 2.2.3I电子鼻精密度考察 PEN3型电子鼻有10根金属传感器，其编号及敏感成分为：W1C对芳香成分敏感，W5S 对氮氧化合物敏感， W3C对氨水、芳香成分敏感，W6S对氢气 有选择性，W5C对烷烃、芳香成分敏感，W1S对甲烷敏感， W1W对含硫氧化合物敏感，W2S对乙醇敏感，W2W对芳香成分及有机硫化物敏感， W3S对烷烃类敏感。电子鼻输出的检测信号是10条不同颜色曲线，以采样时间为横坐标，响应信号值为纵坐标，标示出10根传感器在响应时间120s内的信号变化，见图2，为考察仪器精密度，对同一样品重复测定6次，结果显示各传感器响应值 RSD <2.0%，说明仪器精密度良好。 图2 白术样品电子鼻信号曲线 3结果与分析 3.1实验结果 按照上述2.1项下实验条件对白术样品中白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅱ和白术内酯Ⅲ的含量检测结果见表2；按照上述2.2项下实验条件对白术样品的气味检测信号值见表3. 3.2 相关性分析 利用SPSS19.0软件对白术气味电子鼻信号值与白术内酯类成分含量进行相关性分析，采用双变量pearson 分析法，结果见表4。 表2 白术样品中白术内酯类成分检测结果(%) 编号 白术内酯Ⅰ 白术内酯Ⅱ 白术内酯Ⅲ 编号 白术内酯I 白术内酯Ⅱ 白术内酯Ⅲ S1 0.51 0.27 0.76 S11 0.48 0.29 0.74 S2 0.39 0.26 0.60 S12 0.68 0.43 0.81 S3 0.31 0.27 0.55 S13 0.62 0.46 0.85 S4 0.55 0.39 0.78 S14 0.48 0.39 0.65 S5 0.63 0.42 0.78 S15 0.72 0.26 1.01 S6 0.50 0.41 0.80 S16 0.66 0.44 1.33 S7 0.94 0.42 1.72 S17 0.81 0.41 1.31 S8 0.57 0.37 0.81 S18 0.52 0.43 1.02 S9 0.53 0.38 0.79 S19 0.84 0.41 1.04 S10 0.57 0.31 0.73 S20 0.75 0.32 0.98 表3 白术样品气味的电子鼻信号值(R) 编号 WiC W5S W3C W6S W5C WIS W1W W2S W2W W3S S1 1.192 4.310 1.254 1.123 1.052 2.163 11.266 1.151 9.381 1.037 S2 1.103 2.404 1.168 1.132 1.028 1.159 9.362 1.033 7.046 0.916 S3 1.078 2.788 1.146 1.128 1.017 1.455 9.228 1.008 6.345 0.928 S4 1.221 3.803 1.22 1.129 1.042 2.278 9.021 1.207 8.021 1.025 S5 1.195 5.281 1.24 1.152 1.044 2.295 10.178 1.141 8.896 1.005 S6 1.127 4.073 1.216 1.130 1.031 1.633 10.625 1.020 9.113 0.896 S7 1.146 3.976 1.200 1.135 1.037 1.197 9.311 1.096 7.651 1.010 S8 1.090 3.240 1.197 1.126 1.032 1.537 9.281 0.998 8.115 0.909 S9 1.164 3.407 1.198 1.160 1.035 1.843 9.963 1.105 7.801 0.974 S10 1.169 3.825 1.257 1.143 1.043 1.830 11.108 1.083 9.709 0.957 S11 1.142 3.996 1.203 1.140 1.038 1.692 8.918 1.057 8.294 0.928 S12 1.238 4.173 1.244 1.133 1.043 2.158 12.962 1.171 9.115 0.998 S13 1.264 4.842 1.281 1.200 1.047 2.337 14.387 1.218 10.943 1.063 S14 1.156 3.336 1.224 1.141 1.036 1.844 10.669 1.085 8.687 0.938 S15 1.155 3.247 1.181 1.143 1.032 1.887 9.519 1.125 7.083 1.020 S16 1.144 6.129 1.238 1.147 1.041 2.069 10.990 1.123 9.483 1.048 S17 1.103 3.270 1.242 1.25 1.044 1.729 9.338 1.025 8.716 0.951 S18 1.118 3.451 1.220 1.162 1.033 1.689 11.494 1.051 8.646 0.969 S19 1.174 3.243 1.209 1.118 1.038 1.941 9.343 1.121 7.495 1.002 S20 1.126 2.917 1.160 1.086 1.022 1.699 8.587 1.084 6.248 0.995 表4 相关性分析结果 编号 WiC W5S W3C W6S W5C W1S W1W W2S W2W W3S 白术内酯Ⅰ 0.210 0.181 0.187 0.152 0.287 0.095 一0.064 0.281 0.004 0.480* 白术内酯Ⅱ 0.262 0.520* 0.275 0.306 0.241 0.312 0.205 0.304 0.214 0.409 白术内酯Ⅲ -0.072 0.269 0.106 0.255 0.177 -0.155 -0.101 0.059 0.015 0.393 由表4结果可知，除了 W1W 传感器以外，其余9个传感器与白术内酯Ⅰ的含量呈正相关，其中白术内酯Ⅰ与W3S传感器信号值相关性达到显著性水平，说明 W3S传感器信号值越高，样品中白术内酯I的含量越高；白术内酯Ⅱ含量与10个传感器信号值均成正相关，其中与 W5S传感器信号值相关性达到显著性水平，说明 W5S传感器信号值越高，样品中白术内酯Ⅱ含量越高；白术内酯Ⅲ与10个传感器的相关性均未达到显著性水平。 4 讨论 性状与化学成分含量是评价中药品质的两个重要指标，目前在中药的气味分析方面依然以传统的人工鉴别为主，缺乏客观指标，无法进行中药性状的标准化建设。电子鼻技术可实现中药的“气味”特征数 字化表达，检测速度快、灵敏度高。本实验采用仿生电子鼻技术，实现了白术“气味”特征的数字量化表达；并对白术气味电子鼻信号值与白术内酯Ⅰ，白术内酯Ⅱ，白术内酯Ⅲ的含量进行了相关性分析。结果表明，W3S与 W5S传感器信号值分别与白术内酯I、白术内酯Ⅱ的含量呈显著正相关，传感器响应值越高，样品中对应的内酯类成分含量越高。因此通过电子鼻 W5S与 W3S 传感器信号值可快速判定白术样品中白术内酯Ⅱ与白术内酯Ⅰ的含量，为白术性状鉴别的标准化与现代化提供依据，电子鼻技术可作为快速鉴别白术品质的新方法加以开发利用。 ( 参考文献： ) ( [ 1]国家药典委员会.中华人民共和国药典：第一部[M].北京：中国医药科技出版社，2015. ) ( [2]李伟，文红梅，崔小兵，等.白术健脾有效成分研究[J].南 京中医药大学学报，2006，22(6)：366-367. ) ( [3]王涵，杨娜，谭静，等.白术化学成分、药理作用及临床应用 的研究进展[J].甘肃医药，2018，37(1)：23-26. ) ( [4]崔庆新，董岩，王怀生.白术挥发油化学成分的 GC/MS分 析[J].药物分析杂志，2006，26(1)：124-126. ) ( [5]龙全江，徐雪琴，胡昀.白术的化学、药理与炮制研究进展 [J].中国中医药信息杂志，2004，11(11)：1033-1034. ) ( [6]丁采苒.白术及其提取物免疫调节功能和机制研究[D].开封：河南大学(硕士学位论文)，2016. ) ( [7]刘昌孝，陈士林，肖小河，等.中药质量标志物(Q-Marker)：中药产品质量控制的新概念[J].中草 药 ，2016，47(9)： 1443-14 5 7. ) ( [8]姚兆敏，陈卫东，仰忠华，等.白术研究进展及其质量标志 物(Q-marker)的预测分析[J].中草药，2019，50(19)： 4 796- 4 807. ) ( [9]许海玉，候文彬，李珂，等.基于整合药理学的中药质量标志物发现与应用[J].中国实验方剂学杂志，2019，25(6)： 1 -8. ) ( [ 10]张程荣，曹岗，丛晓东，等.白术化学成分和质量控制研究 进展[J].中华中医药杂志，20116，26(10)：2328-2331. ) ( [ 11]崔治家，夏鹏飞，张启立，等.电子鼻技术区分不同产地不 同采收时间不同处理方法的枸杞子研究[J].时珍国医国 药，2019，30(9)：2163-2166. ) ( [ 12]许舜军，杨柳，谢培山，等.中药气味鉴别的研究现状与展 望[J].中药新药与临床药理，2011，22(2)：228-231. ) ( [ 13]彭华胜，程铭恩，张玲，等.基于电子鼻技术的野生白术与 栽培白术气味比较[J].中药材，2010，4(33)：503-506. ) ( [ 14]韩邦兴，赵杨阳，朱志祥，等.基于电子鼻技术的不同产地大白菊鉴别研究[J].现代中药研究与实践，2012，26(1)： 16- 1 8. ) Correlation between the Odor of Atractylodes Macrocephala andLactones based on Electronic Nose Technology MEI Guilin12， CHEN Nal·2，YAO Jiel2， XIA Chengkail2， FANG Chengwu (1. Bozhou Vocational and Technical College， Bozhou Anhui 236800， China； 2. Bozhou Institute of Chinese Medicine， Anhui Academy of Chinese Medicine， Bozhou 236800， China；3. Anhui University of Chinese Medicine， He fei 230012， China) Abstract： Objective： To analyze the correlation between the odor signal value and lactone content of Atractylodes macrocephala byelectronic nose technology， so as to provide the basis for the rapid evaluation of the quality of Atractylodes macrocephala.Methods： The odor of Baizhu powder was detected by electronic nose technology， and the contents of Baizhu lactone I， Ⅱ and Ⅲwere determined by HPLC. The correlation between the signal value of electronic nose and the contents of three chemicalcomponents was analyzed by statistical software. Results： There was a significant correlation between w3s and atractylode I，w5s and atractylode Ⅱ. Conclusion： The signal value of w5s and w3s sensors can be used to determine the content of atractylodel and atractylode I in Atractylodes macrocephala， and provide basis for standardization and modernization of Atractylodesmacrocephala character identification.0.The electronic nose technology can be used as a new method to identify the quality oiAtractylodes macrocephala. Key words： Atractylodes macrocephala； electronic nose； HPLC； correlation analysis (C)China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved http：//www.cnki.net 本实验运用电子鼻技术实现白术药材气味的数字量化表达，并与白术内酯类成分的含量进行相关性分析，以实现对白术药材品质的快速鉴别，为白术气味性状标准化建立提供依据。检测仪器：电子鼻系统（ＰＥＮ３，德国ＡＩＲＳＥＮＳＥ）等检测结果：电子鼻传感器Ｗ３Ｓ与白术内酯Ⅰ的含量具有显著相关性，传感器Ｗ５Ｓ与白术内酯Ⅱ的含量显著相关。因此，通过电子鼻Ｗ５Ｓ与Ｗ３Ｓ传感器信号值可快速判定白术药材中白术内酯Ⅱ与白术内酯Ⅰ的含量，为白术性状鉴别的标准化与现代化提供依据，电子鼻技术可作为快速鉴别白术品质的新方法加以开发利用。结      论：通过电子鼻Ｗ５Ｓ与Ｗ３Ｓ传感器信号值可快速判定白术样品中白术内酯Ⅱ与白术内酯Ⅰ的含量，为白术性状鉴别的标准化与现代化提供依据，电子鼻技术可作为快速鉴别白术品质的新方法加以开发利用。文献来源：亳州职业技术学院。