基于頂空進樣GC-IMS技術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等營養素外，還含有一些特殊的營養成分，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滋補之功，而且還對秋季氣候干燥而引起的多種季節性疾病有一定的防治作用。中醫上講鮮百合具有養心安神，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基于百合中揮發性有機物的差異，對三個不同品種的百合進行快速區分。

樣品信息

注：每個樣品做兩個平行樣，編號分別為-1，-2，如WP1-1,WP1-2為兩個平行樣;

樣品處理： 取0.8g樣品，放入20ml頂空進樣瓶中，80℃孵化10分鐘，經頂空進樣用FlavourSpec®風味分析儀進行測試。

實驗結果：

1. 直接對比三個品種百合樣品的揮發性有機物差異（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. 縱坐標為氣相保留時間，橫坐標為離子遷移時間（drift time）。

2. 整個圖背景為藍色，左側紅色豎線為RIP（即反應離子峰，drift time約為7.97ms，經歸一化處理）。

3. RIP兩側的每一個點代表一種揮發性有機物。顏色代表物質的濃度，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，三個品種的樣品揮發性有機物的種類和含量存在差異，WP1中揮發性有機物的種類和含量多于其他兩個品種的百合樣品；

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。其中含量相同物質抵消為白色，如背景顏色；被參比樣品中的藍色區域表示該物質濃度低于參比樣品，藍色越深，表示濃度越低，如區域B；被參比樣品中的紅色區域表示該物質濃度高于參比樣品，紅色越深，表示濃度越高，如區域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中揮發性有機物的種類最多，另外兩個品種差異圖中藍色斑點很多，其中LZ1樣品中含有部分揮發性有機物濃度高于WP1，具體差異的物質由下面的指紋譜圖進行分析。

3 Gallery Plot圖

為了用戶更加方便地對比不同樣品間揮發性有機物的差異，G.A.S.公司開發的LAV軟件的Gallery Plot插件，可選取圖中所有的待分析區域，自動生成指紋圖譜，結果如下：

圖3. 所有百合樣品揮發性有機物的指紋圖譜

說明：

1) 圖中每一行代表一個樣品中選取的全部信號峰

2) 圖中每一列代表同一揮發性有機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物信息以及樣品之間揮發性有機物的差異

由于譜圖太小不好觀察，現將譜圖截取部分進行分析如下：

由圖可知：

1) 整個截取的譜圖中只有WP中揮發性有機物含量最高，在JD百合和LZ百合中揮發性有機物的含量較少；

2) 區域A中標出的揮發性有機物可視為WP百合的特征揮發性有機物，即biomarker，如2-phenylethanol、1-pentanol、3-methylbutanoic aci、1-hexanol、1-heptanone、1 8-cineole、2-methylpyrazine等等，這類揮發性有機物可直接用于鑒定百合的品種；

3) 區域B中標出的物質在WP百合中含量最高，如1-butanol、propanal、2 3-pentanedione、butyl methyl ketone等物質，這類物質在JD百合和LZ百合中個別樣品也含有，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）區域A標出的物質在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）區域B中標出的物質在LZ百合中含量最高，其他兩個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百合中該類揮發性有機物最多，通過整體揮發性有機物信息可判斷LZ百合的品種；

4 主成分分析（PCA）

對樣品進行主成分分析（PCA），結果如下：

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百合與另外兩個品種的百合差異較大（PCA圖中距離最遠），JD百合和LZ百合相似度較大，但兩個品種亦可以分開；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，可能與產品、等級有關，有待進一步分析。

結論

使用G.A.S.公司的FlavourSpec®風味分析儀，在無需樣品前處理前提下，直接加熱百合粉末，頂空進樣后可快速檢測中藥材百合中的揮發性有機組分，儀器配備的強大功能軟件可給出樣品的氣相離子遷移譜圖、揮發性有機物的Gallery Plot圖、PCA等，用戶一眼便能看出樣品間的共性與差異：

1）三個百合品種間的差異很大，WP中含有大量的特征揮發性有機物，根據此類物質可進行判斷百合的品種；通過大量數據建立百合品種的PCA模型，用于快速區分中藥材原料的品種，為企業選擇最好的中藥原材料提供指導方法；

2）JD百合中揮發性有機物的總體含量最少，且送檢的6個JD品種間差異較大，在PCA聚類分析中較為分散，具體原因有待進一步研究；

3）LZ百合與JD百合揮發性有機物的種類相差較少，僅在濃度上存在差異，通過整體揮發性有機物信息可判斷兩個品種的百合樣品；

使用FlavourSpec®的優勢：

1、實驗僅需18分鐘，且樣品無需任何復雜的前處理，省時省力，可大大提高工作效率；

2、儀器無真空系統，維護成本極低，2年內幾乎無需進行任何維護工作；

3、耗材僅為頂空瓶和氮氣，實驗成本低廉；

4、儀器的軟件功能非常強大，可直接給出揮發性有機物直觀可視化的譜圖，數據呈現形式多樣化，如給出氣相色譜離子遷移譜圖/差異圖、揮發性有機物的指紋譜圖、三維立體圖、相似度分析等。