基于頂空進(jìn)樣GC-IMS技術(shù)鑒別百合品種的方法研究
百合鮮食干用均可。百合除含有蛋白質(zhì)21.29%、脂肪12.43%、還原糖11.47%、淀粉1.61%，及鈣、磷、鐵、每百克含1.443毫克維生素B、21.2毫克維生素C等營養(yǎng)素外，還含有一些特殊的營養(yǎng)成分，如秋水仙堿等多種生物堿。這些成分綜合作用于人體，不僅具有良好的營養(yǎng)滋補(bǔ)之功，而且還對秋季氣候干燥而引起的多種季節(jié)性疾病有一定的防治作用。中醫(yī)上講鮮百合具有養(yǎng)心安神，潤肺止咳的功效，對病后虛弱的人非常有益。
由于百合品種不同，其藥效作用不同，面對市面上眾多的百合品種，如何快速選擇藥效良好的品種呢？本文采用氣相離子遷移譜技術(shù)基于百合中揮發(fā)性有機(jī)物的差異，對三個(gè)不同品種的百合進(jìn)行快速區(qū)分。
樣品信息
注：每個(gè)樣品做兩個(gè)平行樣，編號分別為-1，-2，如WP1-1,WP1-2為兩個(gè)平行樣;
樣品處理： 取0.8g樣品，放入20ml頂空進(jìn)樣瓶中，80℃孵化10分鐘，經(jīng)頂空進(jìn)樣用FlavourSpec®風(fēng)味分析儀進(jìn)行測試。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
1. 直接對比三個(gè)品種百合樣品的揮發(fā)性有機(jī)物差異（Reporter插件）
圖1. 百合樣品的氣相離子遷移譜圖
氣相離子遷移譜圖說明：
1. 縱坐標(biāo)為氣相保留時(shí)間，橫坐標(biāo)為離子遷移時(shí)間（drift time）。
2. 整個(gè)圖背景為藍(lán)色，左側(cè)紅色豎線為RIP（即反應(yīng)離子峰，drift time約為7.97ms，經(jīng)歸一化處理）。
3. RIP兩側(cè)的每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物。顏色代表物質(zhì)的濃度，白色表示濃度較少，紅色表示濃度較大，顏色越深表示濃度越大。
4. 整個(gè)譜圖即代表了樣品的頂空成分。
上圖為WP1、JD1和LZ1樣品的氣相離子遷移譜圖，圖中可知，三個(gè)品種的樣品揮發(fā)性有機(jī)物的種類和含量存在差異，WP1中揮發(fā)性有機(jī)物的種類和含量多于其他兩個(gè)品種的百合樣品；
為更為直觀比對樣品間的差異，選取其中一個(gè)樣品作為參比，用其他樣品扣減參比樣品得到氣相離子遷移譜差異圖。其中含量相同物質(zhì)抵消為白色，如背景顏色；被參比樣品中的藍(lán)色區(qū)域表示該物質(zhì)濃度低于參比樣品，藍(lán)色越深，表示濃度越低，如區(qū)域B；被參比樣品中的紅色區(qū)域表示該物質(zhì)濃度高于參比樣品，紅色越深，表示濃度越高，如區(qū)域A，下圖為WP1、JD1和LZ1樣品的氣相離子遷移譜差異圖：
圖2. 百合樣品的氣相離子遷移譜圖差異圖
由圖可知WP1中揮發(fā)性有機(jī)物的種類最多，另外兩個(gè)品種差異圖中藍(lán)色斑點(diǎn)很多，其中LZ1樣品中含有部分揮發(fā)性有機(jī)物濃度高于WP1，具體差異的物質(zhì)由下面的指紋譜圖進(jìn)行分析。
3 Gallery Plot圖
為了用戶更加方便地對比不同樣品間揮發(fā)性有機(jī)物的差異，G.A.S.公司開發(fā)的LAV軟件的Gallery Plot插件，可選取圖中所有的待分析區(qū)域，自動生成指紋圖譜，結(jié)果如下：
圖3. 所有百合樣品揮發(fā)性有機(jī)物的指紋圖譜
說明：
1) 圖中每一行代表一個(gè)樣品中選取的全部信號峰
2) 圖中每一列代表同一揮發(fā)性有機(jī)物在不同樣品中的信號峰
3) 從圖中可以看出每種樣品的完整揮發(fā)物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機(jī)物的差異
由于譜圖太小不好觀察，現(xiàn)將譜圖截取部分進(jìn)行分析如下：
由圖可知：
1) 整個(gè)截取的譜圖中只有WP中揮發(fā)性有機(jī)物含量最高，在JD百合和LZ百合中揮發(fā)性有機(jī)物的含量較少；
2) 區(qū)域A中標(biāo)出的揮發(fā)性有機(jī)物可視為WP百合的特征揮發(fā)性有機(jī)物，即biomarker，如2-phenylethanol、1-pentanol、3-methylbutanoic aci、1-hexanol、1-heptanone、1 8-cineole、2-methylpyrazine等等，這類揮發(fā)性有機(jī)物可直接用于鑒定百合的品種；
3) 區(qū)域B中標(biāo)出的物質(zhì)在WP百合中含量最高，如1-butanol、propanal、2 3-pentanedione、butyl methyl ketone等物質(zhì)，這類物質(zhì)在JD百合和LZ百合中個(gè)別樣品也含有，整體組合亦可判斷百合的品種；
上圖截取的部分指紋圖譜可知：
1）區(qū)域A標(biāo)出的物質(zhì)在JD百合中含量最高，而在WP百合中含量最少，如phenylacetaldehyde、3-methylbutanal、alpha pinene、methyl-2-methyl butanoate、methional、ethyl butanoate等，通過整體信息可判斷JD百合的品種；
2）區(qū)域B中標(biāo)出的物質(zhì)在LZ百合中含量最高，其他兩個(gè)品種的百合中含量相對較低，如butanone、butanal、benzaldehyde、2-methylpyrazine、2-octanone、3-methylbutanol等；即LZ百合中該類揮發(fā)性有機(jī)物最多，通過整體揮發(fā)性有機(jī)物信息可判斷LZ百合的品種；
4 主成分分析（PCA）
對樣品進(jìn)行主成分分析（PCA），結(jié)果如下：
所有樣品的PCA分析
由圖可知，WP百合、JD百合和LZ百合各自聚集在一起，其中WP百合與另外兩個(gè)品種的百合差異較大（PCA圖中距離最遠(yuǎn)），JD百合和LZ百合相似度較大，但兩個(gè)品種亦可以分開；且WP百合、LZ百合品種之間的差異很小，聚集程度較高，而JD百合相似度較差，可能與產(chǎn)品、等級有關(guān)，有待進(jìn)一步分析。
結(jié)論
使用G.A.S.公司的FlavourSpec®風(fēng)味分析儀，在無需樣品前處理前提下，直接加熱百合粉末，頂空進(jìn)樣后可快速檢測中藥材百合中的揮發(fā)性有機(jī)組分，儀器配備的強(qiáng)大功能軟件可給出樣品的氣相離子遷移譜圖、揮發(fā)性有機(jī)物的Gallery Plot圖、PCA等，用戶一眼便能看出樣品間的共性與差異：
1）三個(gè)百合品種間的差異很大，WP中含有大量的特征揮發(fā)性有機(jī)物，根據(jù)此類物質(zhì)可進(jìn)行判斷百合的品種；通過大量數(shù)據(jù)建立百合品種的PCA模型，用于快速區(qū)分中藥材原料的品種，為企業(yè)選擇最好的中藥原材料提供指導(dǎo)方法；
2）JD百合中揮發(fā)性有機(jī)物的總體含量最少，且送檢的6個(gè)JD品種間差異較大，在PCA聚類分析中較為分散，具體原因有待進(jìn)一步研究；
3）LZ百合與JD百合揮發(fā)性有機(jī)物的種類相差較少，僅在濃度上存在差異，通過整體揮發(fā)性有機(jī)物信息可判斷兩個(gè)品種的百合樣品；
使用FlavourSpec®的優(yōu)勢：
1、實(shí)驗(yàn)僅需18分鐘，且樣品無需任何復(fù)雜的前處理，省時(shí)省力，可大大提高工作效率；
2、儀器無真空系統(tǒng)，維護(hù)成本極低，2年內(nèi)幾乎無需進(jìn)行任何維護(hù)工作；
3、耗材僅為頂空瓶和氮?dú)?，?shí)驗(yàn)成本低廉；
4、儀器的軟件功能非常強(qiáng)大，可直接給出揮發(fā)性有機(jī)物直觀可視化的譜圖，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)形式多樣化，如給出氣相色譜離子遷移譜圖/差異圖、揮發(fā)性有機(jī)物的指紋譜圖、三維立體圖、相似度分析等。