基于超快速气相电子鼻技术研究中药香囊放置过程中的气味成分变化

　　中药香囊是人类从古至今都在使用的装载有芳香类中药的预防与保健用品，辟疫香囊可用于预防和治疗疾病，是应用最为广泛、使用最早的一类中药香囊，也是配方种类最多的一种。

 

　　超快速气相电子鼻是一款将气相色谱技术与电子鼻识别技术相结合的仿生系统，其优点是操作简单、检测快捷、灵敏度高，可检测样品整体信息形成气味指纹图谱，同时结合Kovats保留指数定性库，可定性分析气味成分，现已应用于食品、化工、农业等多个领域。本研究采用Heracles NEO超快速气相电子鼻技术获取中药香囊的气味和成分信息，建立气味信息图谱，同时结合化学计量学方法建立判别因子分析模型对不同放置时间中药香囊的气味特征及成分进行分析。

 

　　材料与方法

　　Heracles NEO型超快速气相电子鼻；

　　儿童型香囊（编号A1～A15）和成人型香囊（编号B1～B15）。

 

　　方法

　　样品前期准备

　　将中药香囊放置在室内，室内温度19～26℃，湿度55%～70%，放置时间见表1。

 

表1 中药香囊放置时间

 

　　电子鼻检测参数

　　根据单因素实验考察确定的检测条件，使用Heracles NEO型超快速气相电子鼻对放置不同时间的2种香囊进行气味分析。相关检测参数如下：样品瓶容积20mL；样品量为0.5g；进体积为4000μL；孵化温度为65℃；孵化时间为15min；注射速度为125μL/s；注射持续时间为37s；进样口温度为200℃；进样口压力为10kPa；捕集阱初始温度为50℃，最终温度为240℃；柱温初始为50℃，采用程序升温（以1℃/s升温至70℃；以2℃/s升温至90℃；以0.2℃/s升温至105℃；以5℃/s升温至250℃）；采集时间为136s；火焰化离子检测器增益为12。

 

　　判别因子分析

　　判别因子分析是一种用于构建模型和判定个体所属类别的统计方法。与主成分分析相比，其可使不同类组群数据间差异尽可能扩大，而使同类组群数据间差异尽可能缩小，从而建立更好识别的数据模型，更好地体现出样品的差异性。本研究采用Heracles NEO型超快速气相电子鼻自带的软件对不同放置时间中药香囊的色谱图数据进行判别因子分析。

 

　　结果

 

　　儿童型香囊气味成分分析结果

　　通过对儿童型香囊（编号A1～A15）样品粉末进行分析，得到不同放置时间样品的色谱图，见图1。由图1可知，随着放置时间的延长，色谱峰的峰高逐渐降低、数量逐渐变少，说明不同放置时间儿童型香囊的气味存在明显差异。通过Kovats保留指数定性分析，并与电子鼻自带的Arochembase数据库信息匹配后共鉴定出10种气味成分，结果见表2。其中，α-蒎烯（9号峰）作为天然香料，有着和松木树脂类似的香气，具有抗菌、杀菌作用，可以减轻炎症反应、抑制肿瘤细胞生长、抗病毒等；β-蒎烯（10号峰）同样具有抑菌、抗肿瘤作用。因此，可将α-蒎烯和β-蒎烯作为儿童型香囊的功能性指标成分。
 

图1 不同放置时间儿童型香囊的叠加色谱图

 

表2 儿童型香囊气味物质基础及感官描述信息

 

　　不同放置时间下儿童型香囊的气味信息镜像对比图见图2。由图2可知，儿童型香囊放置0.25d后，有5种气味成分消失。与放置0d相比，放置0.25d后，7号峰强度下降了45.8%，8号峰强度下降了21.8%，9号峰强度下降了14.4%；放置3.5d后，7号峰强度下降了90.8%，8号峰强度下降了70.1%，9号峰强度下降了50.8%；放置7d后，大部分气味成分基本消失，9号峰强度下降了56.8%；放置30d后，9号峰基本消失。
 

图2 不同放置时间儿童型香囊的气味信息镜像对比图

 

　　成人型香囊气味成分分析结果

　　通过对成人型香囊（编号B1～B15）样品粉末进行分析，得到不同放置时间样品的色谱图，见图3。由图3可知，随着放置时间的延长，色谱峰的峰高逐渐降低、数量逐渐变少。尤其是放置15d之后，色谱峰的峰高明显降低。这说明不同放置时间成人型香囊的气味存在明显差异。通过Kovats保留指数定性分析，再与Arochem‐base数据库信息匹配后共鉴定出8种气味成分，详见表3。其中，α-水芹烯（7号峰）是一种有薄荷味的天然香料，存在于桉树油、小茴香油、肉桂叶油、松节油等多种挥发油中，具有抑菌、抗菌活性，可作为祛痰剂。因此，可将α-蒎烯和α-水芹烯作为成人型香囊的功能性指标成分。
 

图3 不同放置时间成人型香囊的叠加色谱图

 

表3 成人型香囊气味物质基础及感官描述信息

 

　　不同放置时间成人型香囊的气味信息镜像对比图见图4。由图4可知，成人型香囊放置0.25d后，有4种气味成分消失；放置15d后，6～8号峰消失，5号峰强度较放置0d时下降了34.3%；放置30d后，9号峰基本消失。
 

图4 不同放置时间成人型香囊的气味信息镜像对比图

 

　　2种香囊的判别因子分析结果

　　儿童型香囊色谱数据的判别因子分析结果显示，判别因子1的贡献率为95.643%，判别因子2的贡献率为3.582%，累计贡献率为99.225%，这说明判别因子分析模型可明显区分不同放置时间的儿童型香囊样品（图5）。由图5可知，放置0.25d的香囊气味成分与放置0d的香囊可明显区分；从放置3.5d开始，随着放置时间的延长，样品点聚集，说明气味成分变化越来越小。结合色谱图的分析结果可知，放置7d的儿童型香囊的功能性成分已经基本挥发。可见，判别因子分析结果与色谱图分析结果一致。
 

图5 不同放置时间儿童型香囊样品判别因子分析图

 

　　成人型香囊色谱数据的判别因子分析结果显示，判别因子1的贡献率为66.635%，判别因子2的贡献率为25.330%，累计贡献率为91.965%，这说明判别因子分析模型可明显区分不同放置时间的成人型香囊样品（图6）。由图6可知，放置0.25d的样品与放置0d的样品有明显区别。随着放置时间的延长，各样品点距离放置0d的样品点越来越远，说明其气味成分发生了较大变化。结合色谱图的分析结果可知，放置15d的成人型香囊的功能性成分已经基本挥发。由此可见，判别因子分析模型分析结果与色谱分析结果一致。
 

图6 不同放置时间成人型香囊样品判别因子分析图

 

　　讨论

 

　　目前电子鼻多用于酒、茶、饮料、果蔬、肉制品、油脂等食品领域，以及饮片产地加工炮制等中药领域。应用电子鼻系统代替人类的嗅觉系统，将气味差异和气味浓淡这种主观评价转化成为数字化的客观定量描述，能够反映中药“整体气味特征”，符合中药“整体论”观点。同时，电子鼻与其他检验仪器相比，具有快速、低检测限、高灵敏度等优点。

 

　　根据本研究色谱图与判别因子分析结果可知，儿童型香囊在放置3.5d后其中的α-蒎烯和β-蒎烯2个成分峰的强度大幅下降；放置7d后，大部分成分基本消失。成人型香囊在放置15d后，其中α-蒎烯和α-水芹烯2个成分峰消失不同药味组成的香囊组方，其放置时间有所不同，但总体而言，随着放置时间的延长，香囊中芳香挥发性成分将日益减少，有效性会逐渐降低。