HS-GC-IMS-påvisning af flygtige organiske forbindelser i cistanche-pulvere under forskellige behandlingsmetoder
Jul 13, 2022
Abstrakt
Cistancheer en værdifuldkinesisk medicinmateriale med medicinsk og spiselig værdi. For at studere effekten af forskellige behandlingsmetoder på de flygtige komponenter icistanche. Først udførte den nuværende undersøgelse den synergistiske, ultrafine pulverisering, alkoholekstraktion og vandekstraktionsbehandling af cistanche og brugte derefter HS-GC-IMS-metoden til at detektere de flygtige komponenter og etablerede de karakteristiske fingeraftryk af det forbedrede cistanche-pulver. (a), frisk cistanche pulver (b), ultra-mikro kød cistanche pulver (c), vandekstrakt afcistanche pulver(d) ogethanolekstrakt af cistanche(e). I alt 48 toppe blev påvist, og 32 flygtige forbindelser blev identificeret, herunder 17 aldehyder, 5 ketoner, 1 furan, 5 alkoholer, phenoler, 1 lacton, 3 esterforbindelser. Derudover viste lighedsanalysen af PCA og fingeraftryk, at de flygtige komponenter i de fem behandlingsmetoder kunne skelnes væsentligt. Resultaterne viste, at typerne og indholdet af flygtige komponenter i synergistisk cistanche var relativt lave, de flygtige komponenter og typer i frisk cistanche var relativt høje, og de fem behandlingsmetoder havde hver deres egen karakteristika.flygtige komponenter i Cistanche.
Få mere information om Cistanche-fordele
Nøgleord
1. Introduktion
Cistanche (Cistanche deserticola YC Ma) også kendt som inch yun, cistanche, er en flerårig urteagtig parasitplante af familien Ledangaceae, hovedsageligt distribueret i Indre Mongoliet, Gansu og Xinjiang i Kina, og er et almindeligt kinesisk medicinsk materiale i Kina. Så tidligt som det østlige Han-dynastis "Shennong Materia Medica", er det registreret, at "cistanche ... Raw Valley. "(Peng et al., 2017) Fordi det har den effekt at tonificere nyre-yang, forbedre sædblod, fugtgivende tarme osv., kan det bruges til at behandle nyre-yang-mangel, impotens forårsaget af utilstrækkelig sæd og blod, svage rygsmerter og svage fødder, tinnitus og tarmtørhed og forstoppelse osv., det kendt som "ørkenginseng"(Zhu, Liu, Gao, Wu og Shi, 2016).
Forskning afslører, at phenylethanoid glycosider, iridoider, lignaner, oligosaccharider og polysaccharider er de vigtigste kemiske bestanddele af Cistanches (Fu, Fan, Wang og Gao, 2018), som indeholder rig flygtig komponent. 2020-udgaven af Pharmacopoeia of the People's Republic of China beskriver cistanche som "lidt luftig, sød og let bitter", det vil sige, cistanche har en speciel lugt(Wang et al., 2015). I det traditionelle kvalitetsdiskrimineringssystem for kinesiske urtemedicin er lugt et af de vigtige grundlag for at bedømme kvaliteten af medicinske urter, så studiet af flygtige komponenter i Cistanche er meget vigtigt.
Indtil videre er der to hovedteknikker til at analysere flygtige organiske forbindelser i fødevarer, den ene er, at den elektroniske næse kan analysere aromasammensætningen af fødevarer i realtid, og den anden er, at kromatografiteknologien nøjagtigt kan identificere den kemiske sammensætning (Rusinek et al., 2021). Blandt dem, elektroniske næse (e-næse) enheder, normalt sammensat af en række elektrokemiske sensorenheder, elektronisk aromadetektion (EAD) teknologier påvirker detektionsnøjagtigheden af den elektroniske næse, og det er nødvendigt at vælge den passende detektion af elektronisk næse til forskellige detektionsprøver. Elektroniske næse (e-næse) enheder har karakteristika af hurtig detektion, høj følsomhed og bredt detektionsområde, men på grund af den lidt lavere reproducerbarhed af resultater er praktisk anvendelse begrænset (Rasekh, Karami, Wilson og Gancarz, 2021; Slimani et al., 2020). Kromatografiteknologien omfatter hovedsageligt HPLC-MS og GC-MS osv., med væske- eller gaskromatografisystem som separationssystem, massespektrometri som detektionssystem, gennem spektrogrammet af den relative molekylmasse og strukturinformation af kemikaliet kombineret med opnå kemiske detaljer, prøveforbehandlingstiden er lang, men har høj separation, høj selektivitet gør resultaterne til høj nøjagtighed og høj reproducerbarhed. På nuværende tidspunkt er cistanche for det meste blevet identificeret ved HPLC-MS-analyse af kemisk sammensætning, der er få undersøgelser af smagen af Herba Cistanches. For eksempel ekstraheret de flygtige stoffer fra cistanche ved destillations-ekstraktionsmetoden og isoleret 24 kemiske komponenter ved GC/MS-metoden(Hui, Hou, Li og Guang, 2003), og endelig analyseret og bekræftet ved IR og EI-MS. GC-MS blev brugt til at analysere de flygtige stoffer i Cistanche-blomsterstanden og identificerede til sidst 40 flygtige forbindelser (Qiao et al., 2012). Forbehandlingen af prøver af disse metoder er mere besværlig, hvilket har en større indvirkning på forsøgsresultaterne, og det tager længere tid at fejlsøge detektionsforholdene i det tidlige stadie, hvilket har højere tekniske krav.
I de senere år er gaskromatografi ion-migrationsspektroskopi (GC-IMC) som en ny detektionsteknologi, på grund af dens ultrahøje følsomhed, ultrahøje analytiske hastighed, enkelhed og lette betjeningsegenskaber, blevet anvendt i vid udstrækning inden for områderne, bl.a. fødevaresmagsanalyse, giftig kemisk påvisning. HS-GC-IMS har fordelene ved høj analytisk effektivitet og høj grad af visualisering og er god til at analysere flygtige og semi-flygtige stoffer(Zhou, Dai, Guo, Wang og Shi, 2020). Sådan os, Wenjiang Dong et al. analyserede flygtige forbindelser i grønne kaffebønner ved hjælp af HS-SPME/GC-MS teknologi for at bestemme kvaliteten af kaffebønner (Dong, Tan, Zhao, Hu og Lu, 2015). Så dette papir forsøgte at anvende HS-GC-IMC-teknologi til at analysere sammensætningen af flygtige organiske forbindelser og fingeraftryk af cistanche behandlet med forskellige metoder, og brugte principiel komponentanalyse og lighedsevaluering til at analysere forskellen i indholdet af flygtige organiske forbindelser i cistanche behandlet i forskellige måder, for at give nye ideer til identifikation og smagspåvisning af cistanche-produkter behandlet med forskellige behandlingsmetoder.
2. Materialer og metoder
2.1. Cistanche prøve
Synergistisk cistanchepulver: Frisk cistanche renses og fjernes, og effektivitetsbehandlingen udføres, og den opsamlede væske tilsættes piskeriset til våd knusning, tørres indtil vandindholdet er mindre end 5 procent, og til sidst udføres den sekundære knusning ud.
Frisk cistanchepulver: Frisk cistanche renses og fjernes, en piskeris placeres til vådknusning, tørres indtil fugtindholdet er mindre end 5 procent, og til sidst udføres den anden knusning.
Cistanche ultrafint pulver: den friske cistanche renses og fjernes, anbringes i et piskeris til våd knusning, tørres, indtil vandindholdet er mindre end 5 procent, og til sidst den anden knusning, den resulterende prøve anbringes derefter i ultra-mikroen pulverizer til ultrafin knusning, og derefter sigtes cistanchepulveret (antal masker større end eller lig med 300 mesh), og pulveret opsamles efter sigten.
Vandekstraktet af Cistanches Herba-pulver: Først vaskes og fjernes hele den friske cistanche, dampes i en dampkoger i 25 minutter, og derefter opsamles cistanchen for at udfælde væsken. Læg derefter den dampede cistanche i blæsttørreboksen ved 70 grader for at tørre i 7-8 timer, tag den tørrede cistanche ud og skær den i skiver (ca. 5 mm tyk), tør den igen i 1{{19} } h, så fugtindholdet er mindre end 10 procent . Vej derefter de tørrede cistanche-skiver og tilsæt destilleret vand, foder-til-væske-forholdet er 1:10 (g/mL), læg i blød i 30 minutter, steg i 1 time, over 200 mesh si. Tilsæt ovenstående destillerede vand til den resterende cistanche-remanens og gentag ovenstående trin. Gentag to gange, og opsaml til sidst alle ekstrakterne til dekompressionskoncentration (vakuum -0,08Mp, temperatur 65 grader) for at opnå et ekstrakt med en relativ massefylde på ca. 1,30. Til sidst placeres ekstrakten i en vakuumtørreboks (vakuumgraden er mere end -0,08Mp, temperatur 70 grader), tørret, indtil fugtindholdet i prøven er mindre end 5 procent, og prøven knuses til et pulver på mere end 80 mesh.
Ethanolekstraktet af Cistanches Herba-pulver: frisk cistanche vasket og fjernet, skåret i 5 mm tykke skiver, tilsæt 70 procent ethanol, væskeforholdet er 1:10, læg i blød i 30 minutter (behøver kun at ligge i blød én gang). Ved brug af Soxell-ekstraktoren er tilbagesvalingsekstraktionen 1,5 time. Tilføj yderligere 70 procent ethanol og gentag ovenstående trin 2 gange. Kombiner de tre ekstraktionsopløsninger, udfør dekompressionskoncentration, og de følgende trin er de samme som vandet til at løfte cistanche-pulveret.
Den friske cistanche, der blev brugt i eksperimentet, er købt fra Inner Mongolia Sankou Biotechnology Co., Ltd., alt cistanchepulver skal pakkes, steriliseres og opbevares i et tørt miljø til senere brug.
2.2. HS-GC-IMS system
Analyser af Cistanches Herba-prøver blev udført på en enhed af gasfase-ionmobilitetsspektrum FlavourSpec® (GAS-afdelingen i Shandong Hai Neng Science Instrument Co., Ltd., Shan-dong, Kina))
Først og fremmest blev 0,5 g prøve anbragt i et 20 ml headspace prøvehætteglas, derefter blev prøven inkuberet ved 70 grader i 20 minutter. Dernæst var centrifugehastigheden 500 rpm, og injektionsnålens temperatur var 85 grader. I sidste ende blev 200μL prøve injiceret.
GC udstyret med en kromatografisk kolonne MXT{{0}} (15 m × 0,53 mm) blev brugt til adskillelse ved 60 grader, N2 (renhed større end eller lig med 99,999 procent) var brugt som bæregas, og strømningshastigheden var: 0-2 min - 2 mL/min; 2-10 min - 2-10 ml/min; 10-20 min. - 10-100 ml/min., efter 20 min. blev analysen stoppet. Driftsrøret blev holdt ved 45 grader under N2 som en drivgas ved 150 ml/min.
Temperaturen på IMS var indstillet til 45 grader.
2.3. Statistisk analyse
Dataanalysesoftwaren inkluderer Laboratory Analytical Viewer(LAV) og GC-IMS bibliotekssøgningssoftware, som kan udføres fra forskellige vinkler. LAV inkluderede VOCal og tre plug-ins, VOCal, som blev brugt til at se analysespektret og kvalitativ og kvantitativ analyse af data. Hvert punkt i diagrammet repræsenterer en flygtig organisk forbindelse. Kvalitativ analyse af stoffer kan udføres i kombination med softwarens indbyggede database. Reporter-plug-in'et bruges til direkte at sammenligne de spektrale forskelle mellem forskellige produkter, såsom prøveforskelspektre og todimensionelle topvisningsspektre. Galleri plot-plug-in'et blev brugt til at sammenligne fingeraftrykkene mellem prøver og visuelt sammenligne VOC-forskellene mellem forskellige prøver; Dynamisk PCA plug-in blev brugt til klyngeanalyse af prøver, hvilket var praktisk til hurtigt at bestemme typen af ukendte prøver.
Hovedkomponentanalysen blev anvendt til at bestemme forholdet mellem de forskelligt behandlede cistancheprøver og påviselige flygtige organiske forbindelser. PCA-datamatricen til den statistiske analyse af resultaterne af de kromatografiske tests havde 38 kolonner (navne på flygtige forbindelser) og 15 rækker (prøver behandlet på forskellige måder). Inputmatricen blev automatisk skaleret.
3. Resultater og diskussioner
3.1. HS-GC-IMS topografiske plots af forskellige behandlingsmetoder på cistanche
I denne undersøgelse blev HS-GC-IMS brugt til at analysere forskellene mellem flygtige forbindelser i forskellige behandlingsmetoder på cistanche. Dataene blev repræsenteret af HS-GC-IMS genereret 3D-spektrum iFig. 1, den inkluderer retentionstid, migrationstid og spidsintensitet. FraFig. 1, de flygtige forbindelser i forskellig behandling af cistancher er meget ens, men der er forskelle inden for de røde cirkler, og signalintensiteten er lidt anderledes.
Fig. 1. 3D topografiske plots.
For at få en bedre observation blev ovenfra brugt til at sammenligne disse prøver i detaljer. Hele baggrunden i topvisningen er blå, og den røde lodrette linje ved abscisse 1.0 er rip peak (reaktiv ion peak, normaliseret). Hvert punkt til højre for RIP Peak repræsenterer en flygtig organisk forbindelse. Ordinatkoordinaten repræsenterer retentionstid(erne) for gaskromatografi, og abscissen repræsenterer ionmigreringstiden (normaliseringsprocessen). Som det kan ses afFig. 2a, de fleste af signalerne forekommer ved en retentionstid på 100-800 s og en drifttid på 1,0-1,7 ms. Farven repræsenterer stoffets signalstyrke, hvid angiver lavere intensitet, og rød angiver højere intensitet. Jo mørkere farve, jo større intensitet.
For mere indlysende at sammenligne virkningerne af forskellige behandlingsmetoder på cistanche flygtige stoffer,Fig. 2b vælger spektrene for prøve (a) som reference og fratrækker referencebehandlingen af spektrene for de andre 4 prøver for at opnå et prøveforskelsammenligningsplot. Hvis prøven af flygtige organiske forbindelser er konsistente, er baggrunden efter deduktion hvid, hvis der er forskel mellem de to, betyder rød, at koncentrationen af stoffet er højere end referencen, blå betyder, at koncentrationen af stoffet er lavere end referencen, og jo mørkere farve, jo større koncentration. Ved at sammenligne prøve a og b kan det konstateres, at koncentrationen af flygtige organiske forbindelser indeholdt i b er væsentligt højere end koncentrationen af a under drifttiden på 1,2-1,6 ms. Analysen viste, at cistanche kan frigive visse flygtige komponenter under den synergistiske proces, hvilket reducerer koncentrationen af flygtige komponenter tilbageholdt i cistanchepulver og påvirker smagen af cistanche (Yang et al., 2021). Ved at sammenligne prøver a og c kan det konstateres, at drifttiden er i området 1,4-1,6 ms, og koncentrationsforskellen mellem prøverne er forskellig. Analysen skyldtes, at nogle flygtige stoffers kemiske eller fysiske egenskaber blev ændret, når sigten blev knust med en ultrafin kværn(Zhao et al., 2009), hvilket gør den ustabil og tilbøjelig til fordampning og tab under opbevaring eller drift(YBLi, Li, Liu og Lu, 2020), hvilket resulterer i et fald i koncentrationen af tilbageværende flygtige stoffer. Fra differenssammenligningsdiagrammet for prøver d og e kan det konstateres, at forskellen mellem cistanche-pulver og blødt kød-cistanche-pulver og dampet cistanche-pulver generelt er den samme, men i retentionstiden 10{{ 7}}–200s og drifttid 1,0–1,3 ms, var der signifikante forskelle i koncentrationerne af flygtige stoffer af cistanche-vandekstrakt og cistanche-alkoholekstrakt, og de flygtige stoffer i cistanche-vandekstrakt var for det meste koncentreret nær retentionstiden på 1,0 ms og koncentrationen var høj, mens de flygtige stoffer i cistanche alkoholekstrakt var spredte og lidt højere. Det kan analyseres, at der under ekstraktion af cistanche fra ethanol, på grund af "lignende faseopløselighed", kan være flygtige stoffer uopløselige i ethanol tabt under ekstraktionsprocessen, hvilket resulterer i en lavere koncentration af nogle flygtige stoffer (Xu et al., 2014). Det kan også være, at fordi ethanol i sig selv er flygtigt, er der flygtige stoffer, som fordamper med ethanol under koncentrationsprocessen, hvilket giver lavere koncentrationer. Cistanche-vandekstrakter kan på den anden side gå tabt i filtrering på grund af det faktum, at nogle flygtige stoffer er uopløselige i vand eller uopløselige i vand, hvilket resulterer i en lav endelig detektionskoncentration.
3.2. Identifikation af flygtige komponenter fra cistanche behandlet ved forskellige behandlingsmetoder
Cistanche har vist sig at indeholde 49 flygtige forbindelser, som hovedsageligt omfatter æteriske olier, 17 phenylethanoid glycosider (PhGs), og 10 iridoider er blevet identificeret (Xu et al., 2014). Hui et al. brugte GC/MS-metoden til at bekræfte, at cistanche-flygtig olie indeholder 24 kemikalier, såsom 3 aldehyder, 2 phenoler, 3 alkoholer og 3 ketoner, og eugenol er hovedbestanddelen af cistanche-flygtig olie (Hui et al., 2003).
I denne forskning, analysen af flygtige cistanche forbindelser behandlet med forskellige behandlinger ved hjælp af HS-GC-IMS til at give kvalitativ karakterisere information. Som vist iFig. 3, abscissen repræsenterer differentialtiden, ordinaten repræsenterer opløsningstiderne, og de røde tal svarer til forbindelserne itabel 1. I alt en er påvist 48 toppe fra prøven og 32 flygtige forbindelser blev identificeret, herunder 5 ketoner, 5 alkohol, 17 aldehyder, 1 furaner, 1 lacton, 3 ester. Blandt dem er forbindelserne af methypropanal, 3-methylbutanal, 2-methylbutana, heptanal, (E)-2-heptenal, 2-heptanon, (E)-2-hexenal , (E)-2-octenal, n-nonanal, octanal, ethylacetat, 2-methylpropanol, (E)-2-pentenal, furfural, gamma-butyrolactone og methylhexanoat af cistanche havde formerne af monomerer og dimerer.
Fig. 3. HS-GC-IMS spektre af cistanche efter behandlingsmetoder behandling. Numrene er identificerede flygtige komponenter. a: synergistisk cistanche pulver, b: frisk cistanche pulver, c: super micro meat cistanche pulver, d: vandekstraktet af Cistanches Herba pulver, e: ethanolekstraktet af Cistanches Herba pulver.
