余 峰，張 彬*，周 武，任 杰，王國(guó)宇

(南昌大學(xué)中德食品工程中心，江西 南昌 330047)

GC-MS與HELP法分析玫瑰精油化學(xué)成分

余 峰，張 彬*，周 武，任 杰，王國(guó)宇

(南昌大學(xué)中德食品工程中心，江西 南昌 330047)

氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)分析江西大馬士革玫瑰精油的化學(xué)成分。各色譜峰對(duì)應(yīng)的質(zhì)譜于NIST標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)中進(jìn)行相似度檢索，共匹配鑒定64個(gè)組分，占總峰面積的92.8%；分別提取6個(gè)色譜峰的色譜-質(zhì)譜二維數(shù)據(jù)，直觀推導(dǎo)式演進(jìn)特征投影分析法(HELP)解析獲得新的色譜和質(zhì)譜。結(jié)果結(jié)合NIST質(zhì)譜庫(kù)檢索，與純品色譜對(duì)照，共鑒定出7個(gè)組分，總相對(duì)含量為49.77%。解析所得組分中，β-苯乙醇、橙花醇、L-香茅醇和香葉醇的相對(duì)含量接近ISO 9842:2003《玫瑰油》保加利亞同類油的要求。

氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)；直觀推導(dǎo)式演進(jìn)特征投影法(HELP)；玫瑰精油；化學(xué)成分

玫瑰精油是一種使用歷史悠久、價(jià)格昂貴的花香類香料，具有呵護(hù)般的芳香和卓越的美容保健功效[1]。氣相色譜-質(zhì)譜(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)法是分析天然產(chǎn)物的常用手段，其化學(xué)成分的定性結(jié)果主要是將質(zhì)譜數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)中進(jìn)行相似度匹配獲得，相對(duì)含量則可用峰面積歸一化法[2]計(jì)算得出。該法同樣適用于玫瑰精油的分析，但由于玫瑰精油的化學(xué)成分復(fù)雜，其中性質(zhì)相近的成分保留時(shí)間接近，從而使色譜峰重疊，加之背景的存在，給精油的定性定量分析造成困難，這勢(shì)必影響精油品質(zhì)的評(píng)價(jià)。即便是最精密的儀器，這種現(xiàn)象也難以避免[3]。作為化學(xué)計(jì)量法之一的直觀推導(dǎo)式演進(jìn)特征投影分析法(heuristic evolving latent projection，HELP)[4-5]可以有效解決上述問(wèn)題，并且已有成功的先例，如Mehdi等[6]對(duì)伊朗天竺葵揮發(fā)油中61種組分進(jìn)行定性定量分析，Zhao等[7]結(jié)合HELP和移動(dòng)窗口搜索方法測(cè)定了丁香花揮發(fā)油中的95種化學(xué)成分。本實(shí)驗(yàn)用水蒸汽蒸餾法從江西首次引種的大馬士革玫瑰花瓣中提取精油，GCMS法分析精油的化學(xué)成分，由GC-MS工作站生成總離子流圖，并從中提取待解析色譜峰的色譜-質(zhì)譜二維數(shù)據(jù)；HELP法解析二維數(shù)據(jù)，將解析后組分的質(zhì)譜在NIST標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)中進(jìn)行相似度檢索，鑒定各個(gè)組分，對(duì)照該組分純品的色譜，比較保留時(shí)間以進(jìn)一步確認(rèn)組分；用峰面積歸一化法計(jì)算各組分的相對(duì)含量，并將玫瑰精油特征香氣成分的相對(duì)含量與ISO 9842:2003《玫瑰油》國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[8]進(jìn)行比較。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

玫瑰精油采用水蒸汽蒸餾法從江西農(nóng)科院引種的大馬士革玫瑰花瓣中提取。

乙醚(色譜純) 天津市天大化學(xué)試劑廠。

6890N/5973i氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)Agilent公司。

1.2 玫瑰精油化學(xué)成分GC-MS分析

配制0.02g/mL精油乙醚溶液，取1μL過(guò)有機(jī)濾膜后注入氣質(zhì)聯(lián)用儀分析，生成總離子流色譜圖，各色譜峰對(duì)應(yīng)的質(zhì)譜于計(jì)算機(jī)NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)中進(jìn)行相似度檢索，共匹配出64個(gè)組分，占總峰面積的92.80%。其中6個(gè)色譜峰由于峰重疊或背景干擾而使匹配結(jié)果存疑，如應(yīng)檢出組分中橙花醇缺失且L-香茅醇、β-苯乙醇和香葉醇等組分檢索的相似度低于85%，這將不利于江西大馬士革玫瑰精油品質(zhì)的較準(zhǔn)確評(píng)估，因此，將這6個(gè)峰列為待解析色譜峰。

1.3 氣相色譜-質(zhì)譜條件

氣相色譜：HP-5MS石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm，0.25μm)，連接質(zhì)譜(MSD)；升溫程序：75℃保持2min，以2.5℃/min升至210℃，再以10℃/min升至240℃，保持10min；載氣(He)流速1.0mL/min，壓力8.86psi；進(jìn)樣量1μL，分流比5:1；進(jìn)樣口溫度250℃。

質(zhì)譜：電子轟擊(EI)離子源，離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；質(zhì)量掃描范圍m/z10～400。

1.4 色譜峰HELP法解析

將待解析色譜峰的色譜-質(zhì)譜二維數(shù)據(jù)從氣質(zhì)工作站中提取出來(lái)，HELP法對(duì)二維數(shù)據(jù)進(jìn)行解析[5,9-10]。數(shù)據(jù)分析在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，程序用Matlab 7.0編寫，所分辨的質(zhì)譜在NIST標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)中進(jìn)行相似檢索，比較解析后各組分及其對(duì)應(yīng)純品的色譜，通過(guò)對(duì)比保留時(shí)間以進(jìn)一步確認(rèn)解析結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 待解析色譜峰的HELP法解析[5]

2.1.1 測(cè)定結(jié)果

圖1為玫瑰精油的總離子流色譜圖(TIC)，圖中編號(hào)A～F標(biāo)識(shí)為6個(gè)待解析色譜峰。以D色譜峰為例對(duì)HELP法解析結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明，通過(guò)與純品色譜圖對(duì)照發(fā)現(xiàn)L-香茅醇和橙花醇的保留時(shí)間點(diǎn)幾乎完全重合，圖2為D色譜峰的放大，它可能是L-香茅醇和橙花醇的混合峰，該峰在NIST質(zhì)譜庫(kù)中的第一匹配結(jié)果為D-香茅醇，相似度為96%，第二匹配結(jié)果為應(yīng)檢出組分L-香茅醇，相似度僅為80%。圖3為D色譜峰的色譜-質(zhì)譜二維數(shù)據(jù)譜圖，它包含了D色譜峰保留時(shí)間段內(nèi)所有核質(zhì)比離子碎片的色譜圖，所有離子碎片色譜圖相加即為對(duì)應(yīng)保留時(shí)間段內(nèi)的總離子流色譜圖。

圖1 江西大馬士革玫瑰精油總離子流色譜圖Fig.1 TIC of essential oil from Jiangxi R. damascene

圖2 D色譜峰的放大圖Fig.2 TIC of peak cluster D

圖3 D色譜峰的二維數(shù)據(jù)譜圖Fig.3 2-Dimensional multi-component data of peak cluster D

2.1.2 背景的檢測(cè)與扣除

對(duì)重疊峰前后的零組分區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(principal component analysis，PCA)，通過(guò)最小二乘法擬合背景并將其扣除。計(jì)算和觀察D色譜峰的二維數(shù)據(jù)，D色譜峰沒(méi)有明顯的背景存在。

2.1.3 組分純濃度區(qū)域和零濃度區(qū)域的確定

圖4為D色譜峰二維數(shù)據(jù)的演進(jìn)特征投影圖，圖中有一段較短直線段b通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，是一個(gè)組分的純濃度區(qū)域，其他各點(diǎn)幾乎全為重疊區(qū)域。用固定尺寸移動(dòng)窗口漸進(jìn)因子分析法(FSMWEFA)制出D色譜峰二維數(shù)據(jù)的秩圖(圖5)，表明D色譜峰是一個(gè)雙組分體系，圖中a部分為基線，是第一個(gè)組分的零濃度區(qū)域；b部分只有一個(gè)顯著大的特征值，是第一個(gè)組分的純濃度區(qū)域；b部分之后第二個(gè)顯著大的特征值出現(xiàn)，表明第二個(gè)組分流出，這一區(qū)間存在兩個(gè)組分；到c部分，又只有一個(gè)顯著大的特征值，說(shuō)明第一個(gè)組分流完，只剩下第二個(gè)組分。

圖4 D色譜峰演進(jìn)特征投影圖Fig.4 Latent projection graph for peak cluster D

2.1.4 純組分質(zhì)譜和色譜的滿秩分辨

圖5 D色譜峰秩圖Fig.5 FSMWEFA plot for peak cluster D

如圖5所示，利用a、b、c區(qū)間可以從D色譜峰的二維數(shù)據(jù)中分辨出第一個(gè)組分的二維數(shù)據(jù)，并由此得出第一個(gè)組分的解析色譜(圖7曲線1)和解析質(zhì)譜(圖8A)。將第一個(gè)組分的二維數(shù)據(jù)從D色譜峰二維數(shù)據(jù)中剝離，得到新二維數(shù)據(jù)如圖6所示，同樣的方法對(duì)新二維數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，得到第二個(gè)組分的解析色譜(圖7曲線2)和解析質(zhì)譜(圖 8B)。

圖6 扣除第一個(gè)組分的二維數(shù)據(jù)譜圖Fig.6 2-dimensional multi-component data of peak cluster D excluded the first component

圖7 D色譜峰的解析色譜Fig.7 Analysis of TICs for peak cluster D

圖8 橙花醇(A)和L-香茅醇(B)的解析質(zhì)譜Fig.8 Analysis of mass spectrum for nerol (A) and L-citronellol (B)

2.1.5 純組分的定性

將D色譜峰兩個(gè)組分的解析質(zhì)譜于NIST質(zhì)譜庫(kù)檢索，第一匹配結(jié)果為：橙花醇和L-香茅醇，相似度分別為96%和94%，二者對(duì)應(yīng)的色譜圖和質(zhì)譜圖如圖7～9所示，最后，分別對(duì)照L-香茅醇和橙花醇純品的色譜圖，通過(guò)比較保留時(shí)間進(jìn)一步確認(rèn)組分。與上述解析D峰的方法相似，利用HELP法對(duì)其他色譜峰進(jìn)行逐一解析，解析前后的NIST譜庫(kù)的檢索結(jié)果如表1所示。

2.2 解析組分的定量分析

解析工作全部結(jié)束后，用峰面積歸一化法計(jì)算各解析組分的相對(duì)含量，總相對(duì)含量為49.77%，結(jié)果見(jiàn)表1。β-苯乙醇、橙花醇、L-香茅醇和香葉醇是玫瑰精油的特征香氣組分，ISO 9842:2003亦對(duì)其相對(duì)含量有規(guī)定，比較發(fā)現(xiàn)，解析后由于從D色譜峰中分出了橙花醇，從而使江西大馬士革玫瑰精油的特征香氣成分相對(duì)含量更接近ISO 9842:2003的要求。

表1 色譜峰解析前后分析結(jié)果對(duì)比Table 1 Comparison of components from peak clusters before and after analysis

3 結(jié) 論

采用GC-MS法分析玫瑰精油的化學(xué)成分，結(jié)合NIST標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)進(jìn)行相似度檢索共匹配鑒定出64個(gè)組分，占總峰面積的92.80%。用HELP法對(duì)6個(gè)色譜峰進(jìn)行解析，NIST譜庫(kù)檢索，純品色譜對(duì)照，共解析鑒定了7個(gè)組分，總相對(duì)含量為49.77%，其中特征性香氣成分——β-苯乙醇、橙花醇、L-香茅醇和香葉醇的相對(duì)含量接近ISO 9842:2003保加利亞同類油的要求。需指出的是，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，快速、簡(jiǎn)單、易操作已是化學(xué)計(jì)量學(xué)方法發(fā)展的趨勢(shì)，一些解析軟件如Matlab[11]以及AMDIS[12]已在這方面體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。

[1] 馬希漢. 玫瑰精油芬芳的誘惑[J]. 生命世界, 2006(2): 18-23.

[2] 劉約權(quán). 現(xiàn)代儀器分析[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006: 260.

[3] JALALI-HERAVI M, PARASTAR H, SERESHTI H. Development of a method for analysis of Iranian damask rose oil: Combination of gas chromatography-mass spectrometry withChemometric techniques[J].Analytica Chimica Acta, 2008, 623(1): 11-21.

[4] KVALHEIM O M, LIANG Yizeng. Heuristic evolving latent projections-resolving 2-way multicomponent data. 1. Selectivity, latentprojective graph, datascope, local rank and unique resolution[J]. Analytical Chemistry, 1992, 64(8): 936-946.

[5] 杜一平, 潘鐵英, 張玉蘭. 化學(xué)計(jì)量學(xué)應(yīng)用[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008: 172-198.

[6] JALALI-HERAVI M, ZEKAVAT B, SERESHTI H. Characterization of essential oil components ofIranian geraniumoil using gas chromatography-mass spectrometry combined with chemometric resolution techniques[J]. Journal of Chromatography A, 2006, 1114(1): 155-163.

[7] ZHAO Chenxi, LIANG Yizeng, FANG Hongzhuang, et al. Temperatureprogrammed retention indices for gas chromatography-mass spectroscopy analysis of plant essential oils[J]. Journal of Chromatography A,2005, 1096(1/2): 76-85.

[8] ISO/TC54委員會(huì). ISO 9842:2003 玫瑰油國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[J]. 香精香料化妝品, 2003(6): 36-37.

[9] 齊云鵬, 孫勝利, 吳玉田, 等. 直觀推導(dǎo)式演進(jìn)特征投影法測(cè)定不同方法提取的國(guó)產(chǎn)血竭中龍血素B的含量[J]. 分析化學(xué), 2002, 30(7):797-800.

[10] 李國(guó)輝, 李曉茹. GC/MS和化學(xué)計(jì)量學(xué)解析法分析桂枝揮發(fā)油成分[J]. 現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐, 2007, 22(3): 31-34.

[11] 曹永生, 陳奕衛(wèi), 朱金林, 等. MATLAB程序設(shè)計(jì)在化學(xué)計(jì)量學(xué)中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué), 2003, 20(3): 274-276.

[12] 許大年, 劉石磊. 色譜-質(zhì)譜自動(dòng)處理與鑒定系統(tǒng)AMDIS簡(jiǎn)介[J]. 現(xiàn)代科學(xué)儀器, 2002(6): 42-44.

Component Analysis of Essential Oil from Rose by GC-MS Combined with HELP

YU Feng，ZHANG Bin*，ZHOU Wu，REN Jie，WANG Guo-yu
(Sino-German Food Engineering Center, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was used to analyze the compositions of the essential oil from JiangxiR. damascene. A total of 64 components accounting for 92.80% of total relative content were identified by similarity searching in NIST mass database. Chromatographic profiles and mass spectra for seven components were resolved from six peak clusters of 2-dimensional multi-component data by using heuristic evolving latent projection (HELP). These components accounting for 49.77% of the total relative content were identified by similarity searches using the NIST, and verified by comparing the retention time with that of pure samples. Relative contents of phenethyl alcohol, nerol,L-citronellol and geraniol were close to requirements of the standard of ISO 9842:2003.

gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)；heuristic evolving latent projection (HELP)；essential oil；chemical components

S573.7；O657.7

A

1002-6630(2011)10-0237-04

2010-08-01

江西省教育廳科技項(xiàng)目(GJJ09067)

余峰(1986—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物的提取及應(yīng)用。E-mail：ynfwii2005@sina.com

*通信作者：張彬(1956—)，男，教授，學(xué)士，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物的提取及應(yīng)用。E-mail：binzhangsu@126.com