HS-SPME-GC-MS分析山楂及其制品的挥发性成分

刘天琪，江汉美，李书帆

（湖北中医药大学药学院，湖北省药用植物研发中心，湖北武汉 430065）

山楂为蔷薇科植物山里红（Crataegus pinnatifidaBgevar majorNE Br.）或山楂（Crataegus pinnatifidaBge.）的干燥成熟果实，始载于唐代的《新修本草》，具有消食健胃、行气散瘀、化浊降脂之功效，临床用于肉食积滞、胃脘胀满、瘀血经闭、心腹刺痛、胸痹心痛、高脂血等证。现代研究表明，山楂含有大量的有机酸、黄酮、三萜类化合物及多种微量元素，主要具有调节血脂、保肝、降压、助消化、强心、抗氧化、抗肿瘤、抗菌等作用[1,2]。2015版药典收载山楂的炮制品，为炒山楂和焦山楂[3]，山楂经炮制后，其化学成分和含量发生了变化，从而改变了山楂性味和疗效[4]，其中挥发性成分就是山楂中一类重要的化学成分，也是有效成分之一，在临床上具有一定的药理作用。固相微萃取（SPME）技术作为一项新颖的样品前处理与富集技术，适合易挥发性化合物的检出，且具有操作简单、携带方便、操作费用低廉等优点，是最常用的样品前处理方法之一[5]。主成分分析法（PCA）已普遍应用于中药质量标准研究数据的统计分析中，通过对数据降维、变量提取与压缩、确定中药资源的分类和聚类，并从中获取能用于中药分析鉴别的有用信息[6]。目前国内已发表关于山楂果肉挥发性成分分析的文献，其中对挥发性成分贡献最大的为酯类[7]，但在国内外文献中还没有运用HS-SPMEGC-MS对山楂及其制品的挥发性成分进行分析及对比的有关研究报道，故这次研究是第一次使用HS-SPME-GC-MS对山楂及其制品的挥发性成分来进行分析以及比较，讨论炮制对于山楂的挥发性成分的影响，旨在从挥发性成分的角度为临床合理用药提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 原料

1.1.1 药材

山楂药材（批号：20200913）购于国药控股湖北有限公司，经湖北中医药大学生药教研室杨红兵教授鉴定为蔷薇科植物山楂（Crataegus pinnatifida Bge.）的干燥成熟果实。

1.1.2 山楂炮制品的制备

参照2015年版《中国药典》（四部）炮制通则中的炮制方法：取净山楂30 g，照清炒法炒至色变深，为炒山楂；取净山楂30 g，照清炒法炒至表面焦褐色，内部黄褐色，为焦山楂。

1.2 仪器

手动固相微萃取（SPME）进样装置，德国IKA公司；Agilent6890/5973型气相-质谱-计算机联用仪，美国Hewlett-Packard公司；顶空瓶（15 mL）；65 μm聚二甲基硅氧烷-二乙烯基苯（PDMS/DVB）萃取纤维头，美国Supelco公司；ALC-210.2型电子天平（d=0.01 g），北京赛多利斯天平有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 顶空固相微萃取条件

取山楂样品0.40 g，置于15 mL顶空瓶中，插入装有65 μm PDMS/DVB萃取纤维头的手动进样器，在80 ℃下平衡10 min后，再压缩手柄伸出萃取头萃取30 min，取出，立即插入气相色谱仪进样口（温度230 ℃）解析3 min。山楂炮制品实验条件同上。

1.3.2 GC-MS色谱与质谱条件

GC条件：色谱条件HP-5MS石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：从50 ℃开始，以10 ℃/min升温至230 ℃；载气：高纯度He（99.99%），柱流速：0.80 mL/min，进样口温度：230 ℃；不分流进样。

MS条件：EI源；离子源温度230 ℃，电离电压70 eV；四级杆温度150 ℃；扫描质量范围35～550m/z。

1.3.3 数据处理

采用峰面积归一化法计算各组分的相对百分含量，并通过NIST08质谱数据库对所出峰的质谱图进行检索，以鉴定各组分。通过SPSS 21.0软件对山楂及其制品的挥发性成分及其含量进行PCA。

2 结果与讨论

2.1 山楂及其制品的挥发性成分分析

依照上述条件对山楂及其制品的挥发性成分进行GC-MS分析，分别得到总离子流图（见图1、图2、图3）。分析可知，在山楂中鉴定出了29种成分，占挥发性成分总量的98.35%，其中主要为烯类化合物，占山楂总挥发性成分的88.05%。在山楂中占挥发性成分含量最高的为柠檬烯，占挥发性成分的52.63%，其次主要为γ-萜品烯（26.68%）、月桂烯（1.80%）、β-蒎烯（1.30%）等；在炒山楂中鉴定出了33种成分，占挥发性成分总量的97.15%，其中主要为烯类化合物，占炒山楂总挥发性成分的63.71%。炒山楂中挥发性成分含量最高的柠檬烯，占挥发性成分36.40%，其次主要为γ-萜品烯（23.10%）、桉叶油醇（7.60%）、4-萜烯醇（0.60%）等；在焦山楂中鉴定出了36种成分，占挥发性成分总量的84.78%，其中主要为醛类化合物，占焦山楂总挥发性成分的41.05%。焦山楂中挥发性成分含量最高的为糠酸甲酯，占挥发性成分15.13%，其次主要为5-羟甲基糠醛3-糠醛（14.95%）、5-甲基-5-己烯-2-酮（7.75%）、丁香酚（1.13%）等。具体信息见表1。

表1 山楂及其制品的挥发性成分Table 1 Volatile components of hawthorn and its processed products

注： “ - ” 表示成分不存在。

图1 生山楂挥发性成分总离子流图Fig.1 Total ion current diagram of volatile components in raw hawthorn

图2 炒山楂挥发性成分总离子流图Fig.2 Total ion current diagram of volatile components in fried hawthorn

图3 焦山楂挥发性成分总离子流图Fig.3 Total ion current diagram of volatile components in Hawthorn

2.2 山楂及其炮制品挥发性成分种类和相对质量分析

从表2中可以看到山楂及其制品中挥发性成分主要是烯类、醛酮类、醇类。三者的共有挥发性成分有5种，分别为γ-萜品烯、壬醛、4-萜烯醇、癸醛、十二甲基环六硅氧烷，共有成分分别占山楂、炒山楂和焦山楂挥发性成分总量的29.50%、26.12%、3.73%。说明生品与炮制品的主要挥发性成分含量和种类具有较大的差异。山楂生品中，烯类化合物占山楂挥发性成分的86.21%，醛类化合物占2.06%，经炮制后，炒山楂中烯类成分占挥发性成分的62.78%，醛类化合物占6.02%，焦山楂中烯类成分占挥发性成分的1.71%，醛类化合物占41.19%，这可能是由于烯类成分经过氧化反应转变成醛类成分造成的。而在新鲜山楂中，酯类种类最多、相对含量达到78.41%，结合它们的香气特征可知它们赋予了新鲜山楂果肉的特征香气[7]，说明新鲜山楂与药材山楂的挥发性成分已有所不同。

表2 山楂及其炮制品挥发性成分种类和相对质量分析Table 2 Variety and relative quality analysis of volatile components in hawthorn and its processed products

2.3 山楂及其制品挥发性成分主成分分析

表3 主成分的特征值及其贡献率Table 3 The eigenvalues of the principal components and their contribution rate

表4 山楂及其炮制品挥发性成分主成分得分和综合得分Table 4 Principal component scores and comprehensive scores of volatile components of hawthorn and its processed products

由表1可见，3种剂型的挥发性成分含量数据离散，通过SPSS 21.0软件对山楂及其炮制品的72种挥发性成分及其含量进行PCA，得特征值和贡献率见表3。由表3可得，第1主成分的贡献率为43.752%，第2主成分的贡献率为33.352%，2个主成分的累计贡献率达到77.11%，能反映样品的整体信息，故取这2个主成分作为数据分析的有效成分。各特征向量挥发性成分相对含量数据再通过SPSS 21.0软件标准化后，各主成分得分见表4。由表4可知，主成分综合评价中，生品和炮制品挥发性成分之间的PCA综合评分具有较大差异，生山楂和炒山楂挥发性成分的综合得分较高，其次为焦山楂。

2.4 山楂及其制品临床应用分析

山楂中的柠檬烯具有明显的促胃肠动力作用[8]，其在生品中的含量为52.63%，炒制中为36.40%，焦制中没有，说明在胃肠推进作用上，推进进度最大的就是生山楂，所以临床上具有消积化滞作用的山楂丸、山楂内消丸、小儿消食健胃丸、肥儿丸等中成药处方中，均使用净山楂，用以增强药物消食能力[9]。但柠檬烯有一定的刺激性副作用[10]，经炮制后，柠檬烯含量减少，较之生品药性缓和，减少了对脾胃的刺激，临床多用于消肉食积滞。同时炒山楂中的桉叶油醇具有抗菌、杀虫等作用[11]，月桂烯有镇痛、显著的抗炎和抗分解代谢作用[12]，增强了山楂的药理活性。焦山楂中的丁香酚具有抗菌作用和一定的健胃作用[13]，因此临床上多用焦山楂治疗伴有食积的泻痢，但因焦山楂消食作用不如生山楂，药理活性不如炒山楂，所以临床使用的山楂饮片多为生山楂和炒山楂。

3 结论

通过PCA结果可知，生山楂和炒山楂挥发性成分的综合得分较高，其次为焦山楂；通过挥发性成分的角度来看，生山楂和炒山楂的药理活性更丰富；就山楂的炮制品来看，炒山楂的药用价值较大。本研究首次采用HS-SPME-GCMS技术和PCA对山楂及其炮制品的挥发性成分进行分析鉴定，为山楂的临床应用提供了一定的科学依据，为中医药治疗疾病方面做出一点贡献。