基于顶空进样GC-IMS技术鉴别百合品种的方法研究

百合鲜食干用均可。百合除含有蛋白质21.29%、脂肪12.43%、还原糖11.47%、淀粉1.61%，及钙、磷、铁、每百克含1.443毫克维生素B、21.2毫克维生素C等营养素外，还含有一些特殊的营养成分，如秋水仙碱等多种生物碱。这些成分综合作用于人体，不仅具有良好的营养滋补之功，而且还对秋季气候干燥而引起的多种季节性疾病有一定的防治作用。中医上讲鲜百合具有养心安神，润肺止咳的功效，对病后虚弱的人非常有益。

由于百合品种不同，其药效作用不同，面对市面上众多的百合品种，如何快速选择药效良好的品种呢？本文采用气相离子迁移谱技术基于百合中挥发性有机物的差异，对三个不同品种的百合进行快速区分。

样品信息

注：每个样品做两个平行样，编号分别为-1，-2，如WP1-1,WP1-2为两个平行样;

样品处理： 取0.8g样品，放入20ml顶空进样瓶中，80℃孵化10分钟，经顶空进样用FlavourSpec®风味分析仪进行测试。

实验结果：

1. 直接对比三个品种百合样品的挥发性有机物差异（Reporter插件）

图1. 百合样品的气相离子迁移谱图

气相离子迁移谱图说明：

1. 纵坐标为气相保留时间，横坐标为离子迁移时间（drift time）。

2. 整个图背景为蓝色，左侧红色竖线为RIP（即反应离子峰，drift time约为7.97ms，经归一化处理）。

3. RIP两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度，白色表示浓度较少，红色表示浓度较大，颜色越深表示浓度越大。

4. 整个谱图即代表了样品的顶空成分。

上图为WP1、JD1和LZ1样品的气相离子迁移谱图，图中可知，三个品种的样品挥发性有机物的种类和含量存在差异，WP1中挥发性有机物的种类和含量多于其他两个品种的百合样品；

为更为直观比对样品间的差异，选取其中一个样品作为参比，用其他样品扣减参比样品得到气相离子迁移谱差异图。其中含量相同物质抵消为白色，如背景颜色；被参比样品中的蓝色区域表示该物质浓度低于参比样品，蓝色越深，表示浓度越低，如区域B；被参比样品中的红色区域表示该物质浓度高于参比样品，红色越深，表示浓度越高，如区域A，下图为WP1、JD1和LZ1样品的气相离子迁移谱差异图：

图2. 百合样品的气相离子迁移谱图差异图

由图可知WP1中挥发性有机物的种类最多，另外两个品种差异图中蓝色斑点很多，其中LZ1样品中含有部分挥发性有机物浓度高于WP1，具体差异的物质由下面的指纹谱图进行分析。

3 Gallery Plot图

为了用户更加方便地对比不同样品间挥发性有机物的差异，G.A.S.公司开发的LAV软件的Gallery Plot插件，可选取图中所有的待分析区域，自动生成指纹图谱，结果如下：

图3. 所有百合样品挥发性有机物的指纹图谱

说明：

1) 图中每一行代表一个样品中选取的全部信号峰

2) 图中每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰

3) 从图中可以看出每种样品的完整挥发物信息以及样品之间挥发性有机物的差异

由于谱图太小不好观察，现将谱图截取部分进行分析如下：

由图可知：

1) 整个截取的谱图中只有WP中挥发性有机物含量最高，在JD百合和LZ百合中挥发性有机物的含量较少；

2) 区域A中标出的挥发性有机物可视为WP百合的特征挥发性有机物，即biomarker，如2-phenylethanol、1-pentanol、3-methylbutanoic aci、1-hexanol、1-heptanone、1 8-cineole、2-methylpyrazine等等，这类挥发性有机物可直接用于鉴定百合的品种；

3) 区域B中标出的物质在WP百合中含量最高，如1-butanol、propanal、2 3-pentanedione、butyl methyl ketone等物质，这类物质在JD百合和LZ百合中个别样品也含有，整体组合亦可判断百合的品种；

上图截取的部分指纹图谱可知：

1）区域A标出的物质在JD百合中含量最高，而在WP百合中含量最少，如phenylacetaldehyde、3-methylbutanal、alpha pinene、methyl-2-methyl butanoate、methional、ethyl butanoate等，通过整体信息可判断JD百合的品种；

2）区域B中标出的物质在LZ百合中含量最高，其他两个品种的百合中含量相对较低，如butanone、butanal、benzaldehyde、2-methylpyrazine、2-octanone、3-methylbutanol等；即LZ百合中该类挥发性有机物最多，通过整体挥发性有机物信息可判断LZ百合的品种；

4 主成分分析（PCA）

对样品进行主成分分析（PCA），结果如下：

所有样品的PCA分析

由图可知，WP百合、JD百合和LZ百合各自聚集在一起，其中WP百合与另外两个品种的百合差异较大（PCA图中距离最远），JD百合和LZ百合相似度较大，但两个品种亦可以分开；且WP百合、LZ百合品种之间的差异很小，聚集程度较高，而JD百合相似度较差，可能与产品、等级有关，有待进一步分析。

结论

使用G.A.S.公司的FlavourSpec®风味分析仪，在无需样品前处理前提下，直接加热百合粉末，顶空进样后可快速检测中药材百合中的挥发性有机组分，仪器配备的强大功能软件可给出样品的气相离子迁移谱图、挥发性有机物的Gallery Plot图、PCA等，用户一眼便能看出样品间的共性与差异：

1）三个百合品种间的差异很大，WP中含有大量的特征挥发性有机物，根据此类物质可进行判断百合的品种；通过大量数据建立百合品种的PCA模型，用于快速区分中药材原料的品种，为企业选择最好的中药原材料提供指导方法；

2）JD百合中挥发性有机物的总体含量最少，且送检的6个JD品种间差异较大，在PCA聚类分析中较为分散，具体原因有待进一步研究；

3）LZ百合与JD百合挥发性有机物的种类相差较少，仅在浓度上存在差异，通过整体挥发性有机物信息可判断两个品种的百合样品；

使用FlavourSpec®的优势：

1、实验仅需18分钟，且样品无需任何复杂的前处理，省时省力，可大大提高工作效率；

2、仪器无真空系统，维护成本极低，2年内几乎无需进行任何维护工作；

3、耗材仅为顶空瓶和氮气，实验成本低廉；

4、仪器的软件功能非常强大，可直接给出挥发性有机物直观可视化的谱图，数据呈现形式多样化，如给出气相色谱离子迁移谱图/差异图、挥发性有机物的指纹谱图、三维立体图、相似度分析等。