基于GC-MS分析不同采收期玉米须挥发油成分的动态变化

庄 岩,冯文斌,谭 冰,霍金海,李梦雪

(1黑龙江省中医药科学院·黑龙江 哈尔滨 150036;2黑龙江护理高等专科学校·黑龙江 哈尔滨 150036)

玉米须(Stigmamaydis)是禾本科农作物玉米(Zeamaysl)的干燥花柱和柱头,被《中华人民共和国药典》(一部)1997版收录为常用药材品种之一,其性味甘平,无毒,具有利水消肿、降压、泄热、平肝利胆等功效[1]。玉米须是我国传统的中药材,全国各地均广泛栽培玉米,因此,作为玉米副产物的玉米须资源十分丰富,但对它的开发利用非常有限,大部分被白白丢弃。鉴于玉米须既有明显的药理价值,又具备一定的食疗特性[2],进行工业化开发利用前景相当广阔。当前对玉米须的临床及应用效果研究较多,对玉米须的采摘时期研究较少,其活性成分也研究极少。

挥发油是中药中的一类重要活性物质,普遍具有解表、行气、化湿、开窍等作用[3]。但目前对玉米须挥发油的成分变化及药效尚不清楚。本实验采用气质联用技术对3个时期的玉米须挥发油的化学成分进行分析,研究相关成分的量变和质变规律,为进一步阐明玉米须采摘时期以及指导临床合理用药奠定基础。

1 仪器与试药

1.1 仪器 Gas Chromatograph Clarus 680-Mass Spectrometer Clarus SQ 8T型气质联用仪(EI源):美国PE公司;98-1-BN型电子调温电热套:天津市泰斯特仪器有限公司;YP202N型电子天平:上海精密科学仪器有限公司。

1.2 药材与试剂 玉米须:由黑龙江农科院实验基地提供,经黑龙江省中医药科学院王伟明研究员鉴定为禾本科农作物玉米(Zeamaysl)的干燥花柱和柱头。石油醚60～90℃(色谱纯):天津市科密欧化学试剂有限公司;水为超纯水。

2 方法

2.1 挥发油的提取 取玉米须样品粉末100 g,精密称定,置于2000 mL圆底烧瓶中,加水1 000 mL后放置1 h,按2020年版《中国药典》四部通则挥发油测定法(甲法)操作,提取8h。收集挥发油,称重,平行测定3次,计算挥发油得率。再转移至10 mL容量瓶中,用石油醚定容至刻度,摇匀,得样品储备液。

2.2 供试品溶液制备 精密量取5 mL样品储备液,置于10 mL容量瓶中,用石油醚稀释至刻度,摇匀,过滤,取续滤液,即得。

2.3 测试条件

色谱条件:Elite-5MS毛细管色谱柱(0.32 mm×60 m,0.25 μm),载气为氦气,体积流量为1.0 mL·min-1,进样口温度为220 ℃,进样量为1 μL,分流比为10∶1,程序升温:初始70 ℃,保持3 min,再以3 ℃·min-1的速度升至180 ℃,最后以7℃·min-1的速度升至220 ℃,保持10 min。

质谱条件:接口温度 250 ℃,电离方式为电子轰击电离,电离能量为70 eV,离子源温度为250 ℃,采集方式为MS Scan,扫描质量范围为m/z40～450,扫描时间为5.80～55.38 min,NIST谱图检索。

2.4 数据处理

2.4.1 化学成分的鉴定 吸取供试品溶液,按上述“2.3”条件测定,记录色谱图。数据经NIST谱库检索,以正反匹配度均大于800为筛选条件并结和国内外文献报道中的二级质谱信息,对色谱峰进行定性分析;

2.4.2 差异性成分的筛选 将获得的样品数据导入SIMCA 17软件进行OPLS-DA分析,结合VIP>1.0,筛选出炮制前后的差异化合物;结合P<0.05筛选出炮制前后含量变化具有统计学意义的化学成分;将上述两者结合筛选出显著性差异化合物。

3 结果

3.1 化学成分的鉴定 将供试品溶液按“2.3”项下的GC-MS条件进行测定,得到玉米须挥发油的GC-MS总离子流图,见图1。色谱信息经NIST谱库检索和文献检索,从玉米须挥发油中鉴定出31种化合物,见表1。

表1 基于GC-MS技术对玉米须挥发性化学成分分析结果

图1 玉米须授粉3个时期GC/MS总离子流图

3.2 差异性成分的筛选 对3个时期的玉米须挥发油的成分信息进行OPLS-DA分析,生成Scores图和VIP图,见图2～图4。

图2 石竹稀裂解二级碎片色谱图

图3 玉米须挥发油成分的Scores图(1,2,3为授粉前期;4,5,6为授粉期;7,8,9为授粉后期期)

图4 3 个不同采收时期玉米须挥发油成分的VIP值图

按各成分对样品分类的影响大小进行排序,获得20个VIP>1.0的化学成分,作为差异性成分。进一步筛选P<0.05的化学成分,得到17个具有统计学意义的差异性成分,分别为乙酸异龙脑酯、衣兰烯、α-古巴烯、石竹烯、反式β金合欢烯、律草烯、γ-衣兰油烯等。

4 结论

本实验采用水蒸气蒸馏法对3 个不同采收期的玉米须药材(包括授粉前期、授粉期、授粉后期即成熟期的玉米须药材)的总挥发油进行了提取。提取率分别为授粉前期1.2%,授粉期1%,授粉后期即成熟期0.5%。玉米须挥发油中所含成分较为复杂,为了明确玉米须挥发油中化学成分种类及相对含量,采用GC-MS 法对玉米须挥发油化学成分进行了分析。最终在玉米须挥发油中鉴定出了31种化学成分,主要为脂肪酸类、倍半萜类、碳氢化合物和醇类化合物。结果不同采收时期玉米须挥发油中化学成分类型没有明显差异,但不同采收时期的玉米须中挥发性成分的相对含量有很明显的区别。

为了进一步比较不同采收时期玉米须药材挥发性成分差异,明确差异性成分及其动态变化过程,对 3 批不同采收时期的玉米须挥发油样品进行了主成分分析和偏最小二乘判别分析,结果显示不同采收时期玉米须药材的挥发油类成分差异明显。 3个不同时期玉米须分别检测出 23、25、20 种脂肪油成分,由此可见脂肪油成分在种类数量上相差不大,但各类脂肪油成分的相对含量存在一定差异。对3个生长期玉米须的成分进行OPLS-DA分析,结合VIP值和P值,筛选出显著性差异成分。从玉米须挥发油31种化学成分中筛选得到17个显著性差异化合物,分别为乙酸异龙脑酯、衣兰烯、α-古巴烯、石竹烯、反式β金合欢烯、律草烯、γ-衣兰油烯等不同时期的17 种差异性成分表现出大致2 种变化趋势:(1)呈现出持续上升的趋势有 1 种:律草烯;(2)呈现出持续下降的趋势有 8 种:α-古巴烯、石竹烯、γ-衣兰油烯、乙酸异龙脑酯、[1R-(1R*,4Z,9S*)]-4,11,11-三甲基-8-亚甲基-二环[7.2.0]4-十一烯、反式β金合欢烯、蛇床-3,7(11)-二烯、4-氨基-2-甲氧基-3-(甲磺酰基)苯甲酸。

研究表明,玉米须挥发油含有丰富的萜类与苯丙素类成分,具有多种不同的作用,其不仅在健康产品中应用广泛,同时具有多种药理作用如镇痛、抗氧化、抗菌、抗炎、抗肿瘤等[4-7]。本课题分析结果表明,玉米须在授粉前期、授粉期的挥发油提取率较高,GC-MS分析表明,授粉前期大多数挥发性化学成分含量也在3 个时期中最高进一步为玉米须的用药采摘时期及临床用药奠定基础。