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，陈 娜，姚 洁，夏成凯，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)

白术为菊科植物白术AtractylodismacrocephalaKoidz.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[1](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[2-3]。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[4-6]。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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 成分为白术质量标志物[7-9]。

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[10]。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

1.1 仪器

安捷伦1260高效液相色谱仪(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)。

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 18022606 18082201)；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、亳州谯城区十八里、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AtractylodesmacrocephalaKoidz.的根茎。

表1 白术样品信息

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 10 mL，制成浓度分别为 1.029 g/L、0.995 g/L、0.986 g/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。

(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

2.1.2 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1 h。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 μm 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(5 μm，250 mm×4.6 mm)；流动相：乙腈(A)和水(B)洗脱：梯度洗脱程序：0至15 min：B—45%、A—55%；15至30 min：B—20%、A—80%；检测波长：0至19 min：波长220 nm；19至20 min：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：20 uL；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-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。

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20 uL，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0.5 g，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%，可见供试品溶液在24内稳定性良好。

2.2 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2 g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120 s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2 g，空气流速300 mL/min，数据获取持续时间 120 s，清洗时间100 s。

2.2.3 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120 s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(%)

表3 白术样品气味的电子鼻信号值(R)

表4 相关性分析结果

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。