基于电子鼻技术对当归整体气味与其主要化学成分相关性的分析研究

刘阿静 王娟 王新潮 王慧珺 王波

（兰州海关技术中心 甘肃兰州 730010）

1 前言

当归为伞形科植物当归Angelica sinensis（Oliv.）Diels的干燥根，主产于我国西北和西南地区，性甘、辛、温，有补血活血、调经止痛、润肠通便等功效[1-2]。据文献报道，当归的主要化学成分有4大类，包括挥发油（藁本内酯最具代表性）、有机酸（阿魏酸最具代表性）、多糖类（半乳糖、阿拉伯糖、李糖、葡萄糖、半乳糖、半乳糖酸以及糖醛酸）、黄酮类（木犀草素-7-O-芦丁糖苷和木犀草素-7-O-β-D葡萄糖苷两类）等[3-5]。

电子鼻技术能够模拟人工嗅觉系统，利用传感器快速识别被测气味物质的“气味指纹”信息，准确、无损地定性或定量分析物质的气味整体信息，广泛应用于中药材领域的基源鉴别、质量检测及物质基础研究[6-10]。

为客观、科学的量化甘肃当归的质量，本文结合电子鼻技术和高效液相色谱技术，初步分析研究电子鼻传感器与当归主要化学成分含量间的相关联度，以期实现对当归药材整体气味信息的数字化定量表征，从而建立一种快速鉴别中药材品质的新方法，为构建当归药材电子鼻气味信息评价智能化模式奠定科学、有效的的评价基础。

2 仪器与材料

2.1 仪器

便携式电子鼻（PEN3，北京盈盛恒泰科技有限责任公司）；高效液相色谱仪（美国Waters公司）；超声仪（SB25-12DTD，宁波新芝生物科技股份有限公司）；涡旋仪（德国IKA MS3公司）；电子天平（德国Sartorius公司，±0.1 mg）；螺纹口顶空进样瓶（10 mL）。

2.2 材料

阿魏酸（色谱纯，中国计量科学研究院）；藁本内酯（色谱纯，成都瑞芬思生物科技有限公司）；甲醇（色谱纯，德国Merck公司），其余试剂均为分析纯。试验用当归药材30批，主要来源于甘肃产区，所有样品经兰州大学封士兰教授鉴定为伞形科植物Angelica sinensis（Oliv.）Diels的根。将样品自然阴干，粉碎过80目筛，备用。

3 方法与结果

3.1 有效成分含量测定

3.1.1 色谱条件

色谱柱：SVER-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）。流动相：0.1%甲酸甲醇（A）和0.1%甲酸水（B）。梯度洗脱程序：0～3 min，10%A增加至15%；3～12 min，15%A增加至45%；12～30 min，45%A增加至65%；30～31 min，65%A下降至10%。检测波长：280 nm；柱温：35℃；流速1.0 mL/min；进样量：10 μL。混合标准溶液及当归药材样品溶液色谱图见图1。

图1 混合标准溶液（A）和当归样品溶液（B）的HPLC色谱图

3.1.2 标准溶液配制

混合标准储备液：分别精确称取阿魏酸、藁本内酯0.1 g；用甲醇准确定容至100 mL容量瓶中，配制成1 000 mg/L的混合标准储备液；4℃冷藏待用。

标准工作液：分别准确移取混合标准溶液5、2、1、0.5、0.2 mL于10 mL容量瓶中；用甲醇稀释并定容，配制成浓度为500、200、100、50、20 μg/mL的标准系列浓度工作液；4℃冷藏待用。

3.1.3 供试品溶液的制备

称取当归粉末试样1 g于50 mL具塞离心管中；加入20 mL醇，称重，超声1 h，取出恢复至室温；再称重，用甲醇补足减失重量；涡旋均匀，离心；取上清液过0.22 μm微孔滤膜，进样。

3.2 挥发油测定

参照2020版中国药典挥发油测定法（通则2204乙法），对当归中的挥发油进行测定[1]。

3.3 当归粉末气味信息测定

3.3.1 供试品制备

精密称取样品粉末1 g；置于10 mL顶空进样品瓶中，旋紧瓶盖密封；针式采集气味数据信息，每份样品重复测定6次。

3.3.2 测试条件

分别从称样量、进气流速和放置时间这3个因素考察各传感器对当归样品的响应情况，通过单因素试验确定最优的测定条件。建立最优的测试方法为称样量1.0 g，进气流速300 mL/min，样品室温放置时间为30 min，传感器自清洗时间为150 s，分析采样时间为100 s。经精密度考察，电子鼻10根传感器的响应值RSD在0.91%～4.61%之间，表明仪器的精密度良好，能够满足实验测定的要求。

3.3.3 电子鼻响应分析

以采样时间为横坐标，传感器响应值（G/G0）为纵坐标，绘制响应曲线。样品的响应强度曲线见图2。从图2可以看出，在进样初期（0～6 s），相对电阻率较低，但随着挥发性气体成分在各传感器表面的持续聚集，相对电阻率逐渐增加，而后趋于平缓，80 s后达到相对稳定的状态，因此，试验选择80～90 s稳态时刻的数据进行分析。且W2W、W5S和W1S传感器对当归整体气味的响应值最为明显，故试验选择这3根传感器作为数据分析的基础。

图2 当归药材电子鼻传感器响应强度曲线

3.4 结果

3.4.1 当归药材中有效成分及挥发油含量与电子鼻主要传感器的响应情况

本文以HPLC法测定当归的主要有效成分（阿魏酸、藁本内酯）的含量，以挥发油测定专用法测定当归中挥发油的含量，以电子鼻10根传感器当归气味信息的表征值为指标，3项含量测定结果见表1和表2。

表1 当归样品中有效成分含量测定结果（%）

表2 当归样品中在电子鼻10根传感器中稳态时刻（80～90）响应值的平均值

3.4.2 当归整体气味与有效成分含量间的相关性分析

应用SPSS 19.0软件，采用双变量相关分析法（Person相关分析法），对电子鼻各传感器稳态时刻响应值的平均值与当归有效成分（阿魏酸、藁本内酯、挥发油）进行相关性分析，结果见表3。从表3可以看出，阿魏酸含量与传感器W1S和W2W呈极显著负相关，与W5S、W3S稳态时刻响应值的平均值呈显著负相关，与W1C、W3C、W5C稳态时刻响应值的平均值呈显著正相关；藁本内酯含量与传感器W1S和W2W稳态时刻响应值的平均值呈极显著负相关，与W5S、W3S稳态时刻响应值的平均值呈显著负相关，与W1C、W3C稳态时刻响应值的平均值呈显著正相关；挥发油含量与W1S、W2W稳态时刻响应值的平均值呈显著负相关。

表3 各传感器稳态时刻响应值的平均值与当归有效成分含量的相关系数

4 讨论

本文首先采用高效液相色谱法分别测定当归样品中主要有效成分阿魏酸、藁本内酯的含量，采用挥发油专用法测得挥发油的含量；其次通过优化当归样品的电子鼻测试条件，包括称样量（0.2、0.3、0.5、1.0、2.0 g）、进气流速（100、200、300、400、500 mL/min）和室温放置时间（10、20、30、50、60 min），以各传感器的稳态时刻的响应值为综合评价指标，在单因素试验的基础上建立了最佳的检测参数为称样量1.0 g，进气流速300 mL/min，样品室温放置时间为30 min，传感器自清洗时间为150 s，分析采样时间为100 s，并经精密度考察，传感器响应值RSD在0.91%～4.61%之间，说明仪器的精密度良好，完全满足实验测定要求；最后基于建立的最佳电子鼻测试参数对当归药材的整体气味进行数字化定量表征，得到气味信息数据，进而采用Person相关分析法研究以上三者的相关联度。结果表明，在一定程度上，可通过电子鼻传感器W1S和W2W稳态时刻响应值的平均值初判阿魏酸、藁本内酯和挥发油的含量，便于实现当归品质优劣的初步鉴别。

本文尝试采用电子鼻技术与液相色谱评价相结合的方法，从另一角度量化当归气味的整体信息与当归中阿魏酸、藁本内酯和挥发油含量的关联度，初步研究确定出传感器与有效成分含量间的最佳匹配评价组合，通过建立不同甘肃产区当归药材的电子鼻识别模型，能够初步回判当归的品质优劣，从而进行质量评价，为中药材鉴别和中药材的品质监控提供了一种新思路及科学的评价方法。