HS-GC-IMS によるさまざまな処理方法でのカンカ粉末中の揮発性有機化合物の検出
Jul 13, 2022
概要
チスタンケ貴重です漢方薬薬用および食用価値のある材料。 揮発性成分に対するさまざまな処理方法の影響を研究するためにシスタンシェ. 最初に、現在の研究では、シナジーの相乗的な超微粉化、アルコール抽出、および水抽出処理を実行し、次にHS-GC-IMSメソッドを使用して揮発性成分を検出し、強化されたカンシェパウダーの特徴的なフィンガープリントを確立しました(a)、フレッシュカンチパウダー (b)、超微肉チカンチパウダー (c)、水抽出物シスタンシュパウダー(d) およびシスタンケのエタノール抽出物(e). 合計 48 のピークが検出され、17 のアルデヒド、5 つのケトン、1 つのフラン、5 つのアルコール、フェノール、1 つのラクトン、3 つのエステル化合物を含む 32 の揮発性化合物が特定されました。 さらに、PCA とフィンガープリンティングの類似性分析により、5 つの治療法の揮発性成分を大幅に区別できることが示されました。 その結果,相乗的カンカンの揮発性成分の種類と含有量は比較的低く,新鮮なカンカンの揮発性成分と種類は比較的高く,5つの処理方法はそれぞれ独自の特徴を持っていた。カンカの揮発性成分.
キーワード
1.はじめに
Cistanche (Cistanche Deserticola YC Ma) は、インチ ユン (cistanche) とも呼ばれ、主に中国の内モンゴル、甘粛、新疆に分布する、レンダン科の多年生草本寄生植物であり、中国では一般的な漢方薬の原料です。 早くも東漢の「神農本草本」に、「シスタンチェ…生谷」と記されている。鵬ら、2017） 腎陽の強壮、精子の血行改善、腸の潤いなどの効果があるため、腎陽の欠乏症、精子と血液の不足によるインポテンス、腰痛や足の衰弱、耳鳴りや腸の乾燥などの治療に使用できます。便秘などに効く「砂漠人参」（Zhu, Liu, Gao, Wu, & Shi, 2016).
研究により、フェニルエタノイド配糖体、イリドイド、リグナン、オリゴ糖、および多糖類が、カンカンチョウの主な化学成分であることが明らかになりました(フー、ファン、ワン、ガオ、2018）、豊富な揮発性成分が含まれています。 中華人民共和国薬局方の 2020 年版は、カンチーニを「やや風通しがよく、甘く、わずかに苦い」と説明しています。つまり、カンチーニには特別な匂いがあります(王ら、2015）。 漢方薬の伝統的な品質識別システムでは、匂いは薬草の品質を判断するための重要な基準の 1 つであるため、カンカの揮発性成分の研究は非常に重要です。
これまでのところ、食品中の揮発性有機化合物を分析する主な手法は 2 つあります。1 つは、電子鼻で食品の香気成分をリアルタイムで分析できる方法であり、もう 1 つは、クロマトグラフィー技術で化学組成を正確に特定できる方法です(Rusinek et al., 2021）。 その中で、通常一連の電気化学的感知デバイスで構成される電子鼻 (e-nose) デバイス、電子芳香検出 (EAD) 技術は、電子鼻の検出精度に影響を与え、適切な検出を選択する必要があります。さまざまな検出サンプルの電子鼻。 電子鼻（e-nose）デバイスは、検出が速く、感度が高く、検出範囲が広いという特徴がありますが、結果の再現性がやや低いため、実用化には限界があります（Rasekh、Karami、Wilson、および Gancarz、2021; Slimani et al., 2020）。 クロマトグラフィー技術には、主にHPLC-MSおよびGC-MSなどが含まれ、液体またはガスクロマトグラフィーシステムを分離システムとして、質量分析法を検出システムとして、化学物質の相対分子量と構造情報のスペクトログラムを介して結合します化学的詳細を得る、サンプルの前処理時間は長いが、高い分離、高い選択性により、結果が高精度で再現性が高くなります。 現在、カンカは主に化学組成の HPLC-MS 分析によって同定されており、カンカの風味に関する研究はほとんどありません。 例えば、カンキツの揮発性物質を蒸留抽出法で抽出し、GC/MS法で24種類の化学成分を分離(ホイ、ホウ、リー、グアン、2003)、最終的に IR および EI-MS によって分析および確認されました。 GC-MS を使用してカンカの花序の揮発性物質を分析し、最終的に 40 の揮発性化合物を特定しました (喬ら、2012）。 これらの方法のサンプルの前処理はより面倒で、実験結果に大きな影響を与え、技術的要件が高い初期段階で検出条件をデバッグするのにより多くの時間がかかります。
近年、新しい検出技術としてのガスクロマトグラフィーイオン移動分光法（GC-IMC）は、その超高感度、超高速分析速度、シンプルさ、簡単な操作特性のために、以下を含む分野で広く適用されています食品フレーバー分析、有毒化学物質検出。 HS-GC-IMSは分析効率が高く、可視化度が高いという利点があり、揮発性物質や半揮発性物質の分析を得意としています(Zhou, Dai, Guo, Wang, & Shi, 2020年）。 そのような私たち、Wenjiang Dong et al。 HS-SPME/GC-MS技術により生豆中の揮発性化合物を分析し、コーヒー豆の品質を判定(董、譚、趙、胡、魯、2015）。 そこで、本稿では、HS-GC-IMC 技術を適用して、さまざまな方法で処理されたカンカンの揮発性有機化合物組成とフィンガープリントを分析し、主成分分析と類似性評価を使用して、さまざまな方法で処理されたカンカンの揮発性有機化合物の含有量の違いを分析しました。さまざまな処理方法で処理されたシスタンチ製品の識別とフレーバー検出のための新しいアイデアを提供するために、さまざまな方法。
2。材料と方法
2.1. カンカのサンプル
シナジスティックカンチパウダー：新鮮なカンカンをきれいにして取り除き、効率処理を行い、収集した液体をビーターに加えて湿式粉砕し、水分含有量が5％未満になるまで乾燥させ、最後に二次粉砕を行いますアウト。
フレッシュカンシェパウダー：フレッシュカンシェをきれいに取り除き、ビーターを入れて湿式粉砕し、水分含有量が5％未満になるまで乾燥させ、最後に2回目の粉砕を行います.
カンザス超微粉末：新鮮なカンザスをきれいにして取り除き、ビーターに入れて湿式粉砕し、水分が5％未満になるまで乾燥させ、最後に2回目の粉砕を行い、得られたサンプルを超微粒に入れます微粉砕機で超微粉砕し、シスタンシェパウダーをふるい分け（メッシュ数３００メッシュ以上）し、ふるい分け後の粉末を回収する。
カンキツハーバ末の水抽出物：まず、生のカンキツを丸ごと洗って取り除き、蒸し器で25分間蒸した後、カンキツを集めて液体を沈殿させます。 続いて、蒸したカンザスを 70 度の送風乾燥箱に入れ、7 ～ 8 時間乾燥させた後、乾燥させたカンザスを取り出し、スライス (厚さ約 5mm) し、再度 1{{19} 乾燥させる。 } h、水分含有量が 10% 未満になるようにします。 次に、乾燥したカンカのスライスを計量し、蒸留水を加えます。飼料と液体の比率は 1:10 (g/mL) で、30 分間浸し、1 時間フライし、200 メッシュのストレーナーで濾します。 上記の蒸留水を残りのカンカン残渣に加え、上記の手順を繰り返します。 2回繰り返し、最後に減圧濃縮（真空-0.08Mp、温度65度）用の抽出液を全て回収し、相対密度約1.30の抽出液を得る。 −0.08Mp 未満、温度 70 度）、サンプルの含水率が 5% 未満になるまで乾燥し、サンプルを 80 メッシュ以上の粉末に粉砕します。
カンキツのエタノール抽出物パウダー: 新鮮なカンキツを洗浄して取り除き、厚さ 5 mm のスライスに切り、70% のエタノールを加え、液体の比率を 1:10 にして、30 分間浸します (浸すのは 1 回だけです)。 ソクセル抽出器を使用すると、還流抽出は 1.5 時間です。 別の 70% エタノールを追加し、上記の手順を 2 回繰り返します。 3つの抽出液を合わせ、減圧濃縮を行い、以下の手順はカンカ粉末を水で持ち上げるのと同じです。
実験で使用される新鮮なカンザスは、内蒙古三光バイオテクノロジー株式会社から購入されます。すべてのカンザス粉末は、後で使用するために、包装、滅菌、および乾燥した環境で保管する必要があります。
2.2. HS-GC-IMSシステム
Cistanches Herba サンプルの分析は、気相イオン移動度スペクトル FlavourSpec® (Shandong Hai Neng Science Instrument Co., Ltd., Shan-dong, China) の GASDepartment の装置で完了しました。
まず、0.5g のサンプルを 20 mL のヘッドスペース サンプル バイアルに入れ、その後、サンプルを 70 度で 20 分間インキュベートしました。 次に、遠心機の速度は 500 rpm で、注入針の温度は 85 度でした。 最終的に、200μL のサンプルが注入されました。
クロマトグラフ カラム MXT{{0}} (15 m × 0.53 mm) を備えた GC を 60 度での分離に使用し、N2 (純度 99.999% 以上) をキャリア ガスとして使用され、流量は 0 ～ 2 分 - 2 mL/分。 2 ～ 10 分 - 2 ～ 10 mL/分。 10 ～ 20 分 - 10 ～ 100 mL/min、20 分後、分析を停止しました。 ドリフト チューブは、150 mL/min のドリフト ガスとして N2 の下で 45 度に維持されました。
IMS の温度は 45 度に設定されました。
2.3. 統計分析
データ解析ソフトウェアにはLaboratory Analytical Viewer(LAV)とGC-IMSライブラリ検索ソフトウェアがあり、さまざまな角度から実行できます。 LAV には、VOCal と 3 つのプラグイン、分析スペクトルとデータの定性的および定量的分析を表示するために使用される VOCal が含まれていました。 図中の各点は、揮発性有機化合物を表しています。 ソフトウェア内蔵のデータベースと組み合わせて、物質の定性分析を行うことができます。 レポーター プラグインは、さまざまな製品間のスペクトルの違いを直接比較するために使用されます。たとえば、サンプルの違いのスペクトルや 2 次元のトップ ビュー スペクトルなどです。 ギャラリー プロット プラグインを使用して、サンプル間のフィンガープリントを比較し、異なるサンプル間の VOC の違いを視覚的に比較しました。 動的 PCA プラグインは、サンプルのクラスター分析に使用されました。これは、未知のサンプルのタイプを迅速に決定するのに便利でした。
主成分分析を使用して、異なる処理をしたシスタンケ サンプルと検出可能な揮発性有機化合物との関係を判断しました。 クロマトグラフィー試験の結果の統計分析のための PCA データ マトリックスには、38 列 (揮発性化合物の名前) と 15 行 (さまざまな方法で処理されたサンプル) がありました。 入力行列は自動的にスケーリングされました。
3。結果と考察
3.1. シスタンケの異なる処理方法の HS-GC-IMS トポグラフィック プロット
図1. 3D 地形プロット。
より良い観察を行うために、上面図を使用してこれらのサンプルを詳細に比較しました。 トップ ビューの背景全体が青で、横軸 1.0 の赤の縦線が rip ピーク (反応性イオン ピーク、正規化) です。 RIP ピークの右側の各ポイントは、揮発性有機化合物を表します。 縦軸はガスクロマトグラフィーの保持時間、横軸はイオン移動時間（規格化過程）を表す。 からわかるように図2a、ほとんどのシグナルは保持時間 100 ～ 800 秒、ドリフト時間 1.0 ～ 1.7 ミリ秒で発生します。 色は物質の信号強度を表し、白は強度が低く、赤は強度が高いことを示します。 色が濃いほど、強度が高くなります。
シスタンケ揮発性物質に対する異なる処理方法の効果をより明確に比較するために、図2b は、サンプル (a) のスペクトルを参照として選択し、他の 4 つのサンプルのスペクトルの参照処理を差し引いて、サンプルの差の比較プロットを取得します。 サンプルの揮発性有機化合物が一定の場合、控除後のバックグラウンドは白、両者に差がある場合、赤は物質の濃度が基準よりも高いことを意味し、青は物質の濃度が基準よりも低いことを意味します。色が濃いほど濃度が高いことを示します。 サンプル a と b を比較すると、ドリフト時間 1.2 ～ 1.6 ms の間、b に含まれる揮発性有機化合物の濃度が a よりも大幅に高いことがわかります。 分析の結果、カンシェは相乗効果の過程で特定の揮発性成分を放出し、カンシェ粉末に保持される揮発性成分の濃度が低下し、カンシェの風味に影響を与える可能性があることがわかりました(ヤンら、2021）。 サンプル a とサンプル c を比較すると、ドリフト時間が 1.4 ～ 1.6 ms の範囲にあり、サンプル間の濃度差が異なることがわかります。 分析は、ふるいが超微粉砕機で粉砕されたときに、一部の揮発性物質の化学的または物理的特性が変化したという事実によるものでした(趙ら、2009）、不安定になり、保管中または操作中に揮発および損失しやすくなります（YBリー、リー、リュー、ルー、2020）、残留揮発性物質の濃度が減少します。 サンプル d と e の違いの比較チャートから、カンカン パウダーとまろやかな肉のカンカン パウダーと蒸しカンカン パウダーの違いは、ほぼ同じですが、保持時間 10{{ の範囲内であることがわかります。 7}}–200s、ドリフト時間1.0–1.3msの場合、カンカ水抽出物とカンカアルコール抽出物の揮発性物質濃度に有意差があり、カンカ水抽出物の揮発性物質は保持時間1.0ms付近にほとんど集中しており、濃度は高く、カンカアルコール抽出物の揮発性物質は散在し、わずかに高かった。 エタノールからのシスタンケの抽出中に、「同相溶解性」により、エタノールに不溶な揮発性物質が抽出プロセス中に失われ、一部の揮発性物質の濃度が低下する可能性があると分析できます（徐ら、2014）。 また、エタノール自体が揮発性であるため、濃縮過程でエタノールと一緒に揮発する揮発性物質が存在し、濃度が低下することも考えられます。 一方、カンカ水抽出物は、一部の揮発性物質が水に不溶または水に不溶であるため、ろ過で失われる可能性があり、最終的な検出濃度が低くなります。
3.2. 異なる処理方法で処理されたシスタンケからの揮発性成分の同定
カンカには、主にエッセンシャル オイルを含む 49 の揮発性化合物、17 のフェニルエタノイド配糖体 (PhG)、および 10 のイリドイドが含まれていることがわかっています (徐ら、2014）。 ホイら。 GC/MS 法を使用して、カンカ油に 3 つのアルデヒド、2 つのフェノール、3 つのアルコール、3 つのケトンなどの 24 の化学物質が含まれており、オイゲノールがカンカ油の主成分であることを確認しました(ホイ他、2003).
この研究では、HS-GC-IMS を使用してさまざまな処理で処理されたカンカ揮発性化合物の分析により、定性的な特性情報が得られました。 に示すように図3、横軸は微分時間を表し、縦軸は分解時間を表し、赤い数字は中の化合物に対応します表1. サンプルから合計 48 のピークが検出され、ケトン 5、アルコール 5、アルデヒド 17、フラン 1、ラクトン 1、エステル 3 を含む 32 の揮発性化合物が特定されました。 その中で、メチルプロパナール、3-メチルブタナール、2-メチルブタナ、ヘプタナール、(E)-2-ヘプテナール、2-ヘプタノン、(E)-2-ヘキセナールの化合物、(E)-2-オクテナール、n-ノナナール、オクタナール、酢酸エチル、2-メチルプロパノール、(E)-2-ペンテナール、フルフラール、γ-ブチロラクトン、およびシスタンケのヘキサン酸メチルは、単量体と二量体の。
図3. 処理方法処理後のカンザスの HS-GC-IMS スペクトル。 番号は揮発性成分を識別します。 a: シナジスティック カンキツ パウダー、b: フレッシュ カンキツ パウダー、c: 超微肉カンカンソウ パウダー、d: カンキツ ハーブ パウダーの水抽出物、e: カンキツ ハーブ パウダーのエタノール抽出物。
