薰衣草化學(xué)成分探討范文
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《質(zhì)譜學(xué)報》2016年第3期
摘要:
采用頂空固相微萃取一氣相色譜一質(zhì)譜(HS-SPME-GC/MS)聯(lián)用技術(shù)，結(jié)合保留指數(shù)(Rl),建立了新疆不同品種薰衣草化學(xué)成分的快速分析方法，并采用多元統(tǒng)計分析方法對不同品種薰衣草的特征差異性標志物進行識別。選取薰衣草揮發(fā)性化合物中順一R-羅勒烯、芳樟醇、乙酸芳樟酷、u品烯一個醇、石竹烯和石竹烯氧化物等6個代表性成分進行方法考察，首先優(yōu)化HS-SPME萃取條件，然后運用GC/MS法分析3個品種26批薰衣草花中揮發(fā)性成分，最后采用主成分分析(PCA)和偏最小_乘一判別分析(PLS-D八)對數(shù)據(jù)進行處理。結(jié)果顯T:3個不同品種薰衣草樣品間的化學(xué)成分得到有效區(qū)分;篩選識別出9個不同品種薰衣草間差異顯著的化學(xué)成分標志物，薰衣草特征變量組分與差異標志物分析結(jié)果一致。這說明，SPME-GC/MS結(jié)合多元統(tǒng)計技術(shù)可以為薰衣草復(fù)雜體系的快速鑒定、差異標志物識別提供可行的方法參考。
關(guān)鍵詞:
頂空固相微萃取(HS-SPME);氣相色譜一質(zhì)譜(GC/MS);薰衣草;主成分分析(PCA);偏最小_乘法一判別分析(PLS-DA )
薰衣草是唇型科薰衣草屬植物，為多年生亞灌木，有著悠久的種植和應(yīng)用歷史口?7。在我國，薰衣草的主要栽培地區(qū)為新疆伊犁，其種植面積約占全國薰衣草種植面積的9500，是世界三大薰衣草基地之一。薰衣草香味濃郁而柔和，無毒副作用，被廣泛用于香水、護膚品、洗發(fā)液等多種日用品中。此外，薰衣草還是一種傳統(tǒng)的維吾爾族藥材，用于治療風(fēng)寒感冒、濕痹關(guān)節(jié)痛、頭疼頭暈等疾病，還可治療皮炎和濕疹等皮膚病}3}}。但不同品種薰衣草的化學(xué)組成及含量具有一定的差異性，使其藥效及品質(zhì)不同，直接影響市場價格和應(yīng)用范圍。薰衣草花中的揮發(fā)性成分決定了薰衣草的品質(zhì)。目前對揮發(fā)性成分的提取方法主要有水蒸氣提取法和超臨界C():提取法，二者都存在樣品用量大、費時及提取成本高等缺點。頂空固相微萃取(HS-SPME)是集采樣、萃取及富集于一體的樣品前處理技術(shù)，具有提取速度快、不使用溶劑、樣品用量少等優(yōu)點，在天然產(chǎn)物揮發(fā)性成分分析中得到了普遍應(yīng)用。近年來，隨著薰衣草應(yīng)用范圍的擴大，在薰衣草的栽培技術(shù)，精油的提取、應(yīng)用及化學(xué)成分分析等方面已開展了廣泛的研究陽?！?，但對新疆不同品種薰衣草揮發(fā)性成分的整體變化和顯著差異性標志物成分的研究則鮮見報道。薰衣草精油的化學(xué)成分復(fù)雜，如何從大量信息中提取有用的數(shù)據(jù)是一個難點，而多元統(tǒng)計分析技術(shù)可以很好地解決數(shù)據(jù)復(fù)雜的問題}m-}s}。本研究擬采用頂空固相微萃取一氣相色譜一質(zhì)譜(HS-SPME-GC/MS>技術(shù)結(jié)合保留指數(shù)(RI>法對新疆3個品種26批薰衣草中揮發(fā)性成分進行快速提取與鑒定，并通過主成分分析(PCA)和偏最小二乘法(PLS-DA)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以實現(xiàn)不同品種薰衣草特征差異性標志物的區(qū)分，從而為薰衣草化學(xué)成分的快速鑒定和品質(zhì)控制提供科學(xué)依據(jù)。
1實驗部分
1.1儀器與試劑
78908UC-5977AMSD氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀:美國Aglient公司產(chǎn)品;DF-lO1S集熱式磁力加熱攪拌器:江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠產(chǎn)品;57330-U手動固相微萃取裝置、50/30pmDVB/CAR/PDMS萃取纖維、20mI玻璃樣品瓶(配有PTFE/硅膠墊片的螺紋瓶蓋):均為美國Supelc。公司產(chǎn)品;XA型粉碎機:江蘇姜堰市分析儀器廠產(chǎn)品。C_-,-Cz正構(gòu)烷烴標準品:上?；瘜W(xué)試劑有限公司一廠產(chǎn)品;實驗所用薰衣草為2015年采摘的盛花期的法國藍、H-7O1和C-197(2),3個品種共26批，采摘地點為大量種植薰衣草的新疆伊犁生產(chǎn)建設(shè)兵團65團、69團和70團。
1.2薰衣草樣品處理與進樣
將薰衣草花粉碎，過20目篩，存放于生℃冰箱中，備用;實驗時，準確稱取20mg冷藏的薰衣草樣品于20mI頂空瓶中，將其置于55℃水浴鍋內(nèi)平衡30min后，采用50/30}mDVB/CAR/PDMS萃取頭進行固相微萃取，靜態(tài)頂空萃取30min;萃取完成后，將纖維頭插人到氣相色譜儀進樣口解吸30so
1.3實驗條件
1.3.1色譜條件色譜柱:HP-INN()Wax毛細管柱(60mX0.25mmX0.5gym);升溫程序:20℃保持1min，以30C/min升至220℃，再以100C/min升至250℃，保持1min;載氣(He)流速1.0mI丫min;分流比10：1。
1.3.2質(zhì)譜條件電子轟擊(EI)離子源，電子能量70eV，傳輸線溫度250℃，離子源溫度230℃，質(zhì)量掃描范圍、7/二30-}-50001.4保留指數(shù)的測定取C}'}'(`z正構(gòu)烷烴標準品，在與樣品相同的分析條件下測定正構(gòu)烷烴的保留時間，并計算化合物的保留指數(shù)RI。通過譜庫檢索、化合物保留指數(shù)的計算值與KIST數(shù)據(jù)庫在相同色譜柱HP-INN()Wax上的RI文獻檢索值的對比，對薰衣草花樣品中的揮發(fā)性組分進行定性分析。
2結(jié)果與討論
2.1SPME萃取條件的優(yōu)化本實驗采用單變量的方法對法國藍A,、樣品的萃取溫度、萃取時間和解吸時間等參數(shù)進行優(yōu)化。優(yōu)化過程中選取薰衣草揮發(fā)性化合物中具有不同沸點和不同含量的順一R-羅勒烯、芳樟醇、乙酸芳樟醋、帖品烯理一醇、石竹烯和石竹烯氧化物等6個代表性化合物的色譜峰面積作為評價標準，實驗平行3次，計算平均值和標準偏差。另外，萃取纖維涂層的極性也直接影響萃取方法的靈敏性和選擇性。根據(jù)文獻仁1側(cè)6〕，選擇DVB/CAR/PDMS纖維頭萃取薰衣草揮發(fā)性化合物。
2.1.1萃取溫度的選擇溫度對萃取過程具有雙重影響。溫度升高有助于分析物從樣品基質(zhì)中釋放出來，但如果溫度持續(xù)上升會降低分 析物在涂層和樣品中的分配系數(shù)，降低萃取纖維吸附分析物的能力。因此，選擇合適的溫度是確保最佳萃取效率的關(guān)鍵。本實驗對不同萃取溫度(20}55}70}80和900C)下目標化合物的萃取效率進行研究，結(jié)果示于圖1?？梢钥闯?，除順-R-羅勒烯和石竹烯氧化物外，其余化合物的萃取效率都在55℃時達到最大值，之后，隨溫度升高萃取效率下降，因此選擇55℃為最佳萃取溫度。
2.1.2萃取時間的選擇萃取時間是頂空固相微萃取過程的一個重要參數(shù)。對不同萃取時間(20,30,50,7。和90min)下目標化合物的萃取效率進行考察，結(jié)果示于圖2?？梢钥闯?，除順一戶羅勒烯和石竹烯氧化物在90min時獲得最大萃取效率外，其余化合物在20一90min內(nèi)的萃取效率變化不大。經(jīng)綜合考慮，選擇30min為樣品的最佳萃取時間。
2.1.3解析時間的選擇在氣相色譜進樣口解吸時，若解吸時間過短可能導(dǎo)致解吸不完全。實驗考察了250℃解析溫度下，不同解析時間(10,20,30,60和120s)對分析物萃取效率的影響，結(jié)果示于圖3?？梢钥闯觯?個目標化合物均在30s時達到充分解析，且隨著解析時間的延長萃取效率稍許下降。因此，選擇30s為最佳解析時間。
2.2樣品測定
采用GC/MS法對26批薰衣草花樣品進行分析，各成分質(zhì)譜圖經(jīng)數(shù)據(jù)庫檢索，并結(jié)合保留指數(shù)RI，確定了薰衣草精油中的23個化學(xué)成分，結(jié)果列于表1。應(yīng)用峰面積歸一法確定薰衣草樣品中化學(xué)成分的相對百分含量，結(jié)果列于表2，其中，樣品A}B和C分別為薰衣草品種法國藍、H-7O1和C-197(2)0薰衣草揮發(fā)性成分主要以帖烯氧化物類化合物為主，分別為芳樟醇、乙酸芳樟醋、乙酸薰衣草醋、帖品烯-小醇和石竹烯氧化物。其中，芳樟醇(含量>1000)和乙酸芳樟醋(含量>2200)是含量最高的2個化合物，并且被認為其含量越高薰衣草的品質(zhì)越好。薰衣草揮發(fā)性化合物中還含有較多的順廿羅勒烯、。一檀香烯、石竹烯和順廿法呢烯等烯烴類化合物，且不同品種薰衣草中化學(xué)成分種類和含量存在一定的差異。
2.3PCA分析
采用主成分分析(PCA)法對26批薰衣草樣品品種的差異及樣品與揮發(fā)性化合物的相關(guān)性進行分析。以薰衣草樣品的GC/MS數(shù)據(jù)為研究對象，用23個色譜峰的面積百分含量構(gòu)建主成分分析數(shù)據(jù)矩陣，對所構(gòu)建數(shù)據(jù)標準化處理后進行PCA分析。結(jié)果表明，第一主成分(PC1)方差為56.300，第二主成分(PC2)方差為17.200，前2個累積方差貢獻率為73.700,所以前2個主成分可以代表原數(shù)據(jù)的主要信息。主成分分析結(jié)果示于圖生。由主成分PC1和PC2得分分布圖(圖2a)可見，薰衣草樣品被明顯分為3個區(qū)域，說明這3個品種的化學(xué)成分存在明顯的差異。主成分分布圖(圖2a)和變量載荷圖(圖2b>在分布和趨勢上具有一致性和可比性。經(jīng)過對比分析，根據(jù)品種不同，薰衣草樣品可分成工、11、}3個類別。其中，工類主要包括法國藍樣品A,-,-A,，特征變量組分主要為石竹烯氧化物和乙酸薰衣草醋;11類主要包括H-7O1樣品Yi}Yz和B:，特征變量組分主要為乙酸芳樟醋和石竹烯;111類包括C-197(2)樣品C}^-C}，特征變量組分主要為芳樟醇、帖品烯理一醇、順廿羅勒烯和順廿法呢烯。
2.4PLS-DA分析
采用PLS-DA法分析薰衣草不同品種之間的差異變量，即差異標志物成分。以常用變量載荷評價參數(shù)(VIP)值來描述變量的貢獻程度，當VIP>1即認為存在潛在的差異化學(xué)成分。對法國藍和H-7O1樣品進行PLS-IAA聚類分析，結(jié)果示于圖5a，模型驗證結(jié)果(RzY=0.900,Q2-0.861)顯示其可靠有效;PLS-DA的VIP得分圖示于圖5b，其中，VIP>1的化合物共有2個，分別為乙酸薰衣草醋、乙酸芳樟醋、石竹烯和吉瑪烯n。對法國藍和C-197(2)樣品進行PLS-DA聚類分析，結(jié)果示于圖6a，模型驗證結(jié)果(R'Y=0.901,Q2=0.862)顯示其可靠有效;PLS-DA的VIP得分圖示于圖6b,VIP>I的化合物共有7個，分別為乙酸薰衣草醋、芳樟醇、帖品烯勝一醇、順節(jié)羅勒烯、順節(jié)法呢烯、乙酸芳樟醋和石竹烯氧化物。對H-701和C-197(2)樣品進行PLS-DA聚類分析，結(jié)果示于圖7a,模型驗證結(jié)果(RzY=0.971,Q2-0.936)證明其可靠程度較高;PLS-DA的VIP得分圖示于圖7b,VIP>1的化合物共有9個，分別為芳樟醇、石竹烯、順廿法呢烯、乙酸芳樟醋、乙酸薰衣草醋、吉瑪烯n、順廿羅勒烯、帖品烯理一醇和石竹烯氧化物。3個不同品種薰衣草之間具有9個潛在的差異標志物成分，數(shù)據(jù)分析結(jié)果與PC'A不同品種的特征變量組分分析結(jié)果一致，2種多元統(tǒng)計技術(shù)的分析結(jié)果可互相驗證。其中，共有的差異性標志物為乙酸薰衣草醋和乙酸芳樟醋，乙酸薰衣草醋在法國藍中的相對百分含量最高，并且是法國藍的特征變量組分;乙酸芳樟醋在H-7O1中的相對百分含量最高，同時是H-7O1的特征變量組分。
3結(jié)論
建立了HS-SPME與GC/MS聯(lián)用分析薰衣草中揮發(fā)性成分的方法，并結(jié)合多元統(tǒng)計分析技術(shù)快速識別不同品種薰衣草花中差異標志物。采用該方法對3個品種26批新疆薰衣草樣品進行了系統(tǒng)地研究。萃取條件優(yōu)化過程中所選用的順廿羅勒烯、芳樟醇、乙酸芳樟醋、帖品烯理一醇、石竹烯和石竹烯氧化物等6個具有代表性的化合物既是薰衣草樣品的主要特征變量組分，又是差異標志物成分，使得建立的樣品提取方法更具代表性和準確性。利用GC/MS結(jié)合保留指數(shù)RI進行定性分析，可以提高薰衣草揮發(fā)性化合物定性結(jié)果的準確性。采用PCA和PLS-DA技術(shù)對GC/MS數(shù)據(jù)進行分析，3個不同品種薰衣草樣品被明顯的分為3個區(qū)域，不同品種薰衣草間得到9個差異化學(xué)成分，特征變量組分與差異標志物分析結(jié)果一致。結(jié)果表明，SPME-GC/MS結(jié)合多元統(tǒng)計技術(shù)可以對薰衣草復(fù)雜體系實現(xiàn)快速分析、識別差異標志物成分。該方法具有樣品用量少、靈敏度高、不需使用溶劑等優(yōu)點，可為天然產(chǎn)物中揮發(fā)性成分的快速分析提供方法參考。
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作者：趙潔 唐軍 陳兆慧 符繼紅 單位：新疆大學(xué)理化測試中心