2. 苏州大学, 苏州 215123;
3. 江苏省食品药品监督检验研究院, 南京 210008
2. Soochow University, Suzhou 215123, China;
3. Jiangsu Institute for food and drug control, Nanjing 215008, China
西洋参为五加科植物西洋参Panax quinquefolium L.的干燥根,又名花旗参。其味甘、苦,性凉,归心、肺、肾经,具有补气养阴,清热生津之功效[1]。近年来,在中药材的仓储过程中出现硫磺熏蒸中药材现象[2]。硫熏容易引起中药材的化学成分发生变化,对药材的功效有一定程度的影响[3-6]。西洋参为贵细药材,也存在硫熏现象,硫熏后的西洋参饮片色泽白晰水润,其外观优于未经硫磺熏蒸的西洋参,便于延长保存期。本文拟考察硫磺熏蒸对西洋参活性成分皂苷类的影响。
通过UPLC-梯度洗脱法测定硫熏和无硫组西洋参中人参皂苷Rg1、Re和Rb1三者的含量和总量,利用t检验分析,发现两者无显著性差异。但通过偏最小二乘法(partial least squares,PLS)对所得西洋参超高效液相色谱图进行统计分析,能够显示硫熏组西洋参与无硫组西洋参呈现明显分类,表明硫熏组与无硫组样本具有一定的差异性,且发现人参皂苷Re、Rb1、Rc和Rd等皂苷类成分受硫磺熏蒸影响,含量有所降低。
1 仪器与材料Waters UPLC超高效液相色谱仪,Empower 3工作站;Waters UPLC-Xevo G2 QTof液质联用系统,MassLynx 4.1工作站,Acquity BEH C18柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm;填料为十八烷基硅烷键合硅胶,Waters公司);梅特勒-托利多XS205DU电子天平;Millipore Milli-Q Reference纯水仪;
人参皂苷Rg1(批号110703-201128,含量为93.4%)、人参皂苷Re(批号110754-201123,含量为89.1%)、人参皂苷Rb1(批号110704-201223,含量为95.9%)、人参皂苷Rd(批号111818-2010001,含量为94.4%)均购自中国食品药品检定研究院。人参皂苷Rc(批号PS0903FA13,含量≥98%)购自上海源叶生物科技有限公司。34批样品经江苏省食品药品监督检验研究院狄恒建老师鉴定为五加科植物西洋参Panax quinquefolium L.药材,按中国药典2010年版第一增补本附录IX U二氧化硫残留量测定法测定其二氧化硫残留量,将34批样品分为无硫组和硫熏组,其中1~18号为无硫组样本,19~34号为硫熏组样本,详见表 1。
将西洋参供试品于60 ℃干燥2 h,粉碎成中粉,取约0.5 g,精密称定,置250 mL三角锥形瓶内,精密加甲醇50 mL,称定,水浴回流1.5 h,放冷,称定,用甲醇补足减失的量,摇匀,用0.22 μm微孔滤膜滤过,取续滤液,即得。
2.1.1.2 混合对照品储备液分别取人参皂苷Rg1、Re、Rb1的对照品适量,精密称定,置10 mL量瓶中,用甲醇溶解并稀释至刻度,摇匀,制得质量浓度分别为241.91、749.33、1 583.31 μg·mL-1的混合对照品储备液。
2.1.2 色谱条件及系统适用性试验色谱柱:Acquity BEH C18柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm);柱温:40 ℃;检测波长:203 nm;流速:0.5 mL·min-1;进样量:2 μL。以乙腈(A)-水(B)为流动相,梯度洗脱(0~6 min,19%A→20%A;6~17 min,20%A→60A%;17~18 min,60%A→100%A;18~19 min,100%A;19~20 min,100%A→19%A;20~22 min,19%A)。人参皂苷Rg1和人参皂苷Re分离度大于1.5,人参皂苷Rg1、Re、Rb1峰理论板数均超过250 000,见图 1。
精密吸取混合对照品溶液适量,用甲醇稀释10倍,制得人参皂苷Rg1、Re、Rb1质量浓度分别为24.19、74.93、158.33 μg·mL-1的混合对照品溶液,连续进样6次,测定峰面积值,RSD分别为1.0%、0.20%、0.30%,表明精密度良好。
2.1.4 标准曲线和线性范围取“2.1.1.2”项下人参皂苷Rg1、Re、Rb1混合对照品储备液适量,用甲醇逐步稀释,使人参皂苷Rg1的系列质量浓度分别为12.10、24.19、72.57、120.95、241.91 μg·mL-1,度分别为79.17、158.33、474.99、791.65、1583.31 μg·mL-1。人参皂苷Re的系列浓度分别为37.47、74.93、224.80、374.67、749.33 μg·mL-1,人参皂苷Rb1的系列质量浓进样2 μL,以对照品浓度(X)为横坐标,峰面积(Y)为纵坐标进行线性回归,得回归方程,结果见表 2。
称取西洋参供试品(批号130427-3),共6份,每份约0.5 g,精密称定,按照“2.1.1.1”项下方法制备供试品溶液,按照“2.1.2”项下条件测定峰面积,计算样品中人参皂苷Rg1,Re,Rb1的平均质量分数分别为0.17%、1.37%、2.98%,RSD分别为2.4%、2.0%、2.6%。
2.1.6 稳定性试验称取西洋参供试品(批号130427-3),按“2.1.1.1”项下方法制备供试品溶液,分别于0、2、4、8、12、24 h按“2.1.2”色谱条件进样,测定人参皂苷Rg1、Re、Rb1峰面积,RSD为2.8%、2.0%、2.6%,表明西洋参供试品溶液在24 h内测定稳定性良好。
2.1.7 加样回收试验称取西洋参供试品(批号130427-3),每份约0.25 g,精密称定,共6份,精密加入人参皂苷Rg1、Re、Rb1混合对照品溶液50 mL(人参皂苷Rg1对照品的加入量为436.03 μg,人参皂苷Re对照品的加入量为1 554 μg,人参皂苷Rb1对照品的加入量为5 249.57 μg),按照“2.1.1.1”项下方法制备供试品溶液并测定。计算得到人参皂苷Rg1的平均加样回收率为98.8%,RSD为3.2%;人参皂苷Re的平均加样回收率为98.3%,RSD为2.9%;人参皂苷Rb1的平均加样回收率为98.1%,RSD为2.4%。
2.1.8 34批西洋参甲醇提取液的特征图谱采集和人参皂苷Rg1、Re、Rb1的含量测定取34批西洋参供试品,按“2.1.1.1”项下方法制备供试品溶液,按“2.1.2”项条件进样,采集并记录液相色谱图,结果见图 2和表 3。
中国药典2015年版一部西洋参含量测定项下规定,含人参皂苷Rg1、Re、Rb1的总量不得少于2.0%,表 3结果表明,无硫组西洋参与硫熏组西洋参人参皂苷Rg1、Re、Rb1的总量均符合规定。人参皂苷Rg1、Re、Rb1的含量及总量以x±SD表示,采用SPSS软件22版t检验统计,结果显示硫熏组西洋参人参皂苷Rg1、Re、Rb1的含量及总量与无硫组西洋参比较,均无显著性差异。见表 4。
34批样品中18批为未经硫磺熏蒸的西洋参;16批为硫磺熏蒸的西洋参。在18批未经硫磺熏蒸的西洋参组中随机抽取12批西洋参,建立校正集模型;剩余6批作为预测样本。在16批硫磺熏蒸的西洋参组中随机抽取10批西洋参,建立校正集模型,剩余6批作为预测样本,如表 5所示。
将西洋参UPLC-UV指纹图谱从Waters Empower 3工作站导出原始数据,即保留时间-响应值。如图 2-A所示,保留时间tR0~7.4 min处,为C18柱上不保留的西洋参强极性成分,且此段tR区间绝大多数时间处的UV响应值接近检出限,故将tR为0~7.4 min的数据去除。同时,17 min后为梯度结束时的洗柱时间,故tR > 17 min处的数据也去除,tR 7.4~17 min的原始数据(见图 2-B),将其转换为m文件后导入Matlab 6.5.1(MathWorks Corp,USA)进行数据处理。在分类模型建立前,对数据进行浓度归一化与均值中心化处理。
以PLS方法建立硫熏组与无硫组西洋参之间的分类模型。分类图中“△”代表硫熏组西洋参,“○”代表无硫组西洋参;黑色代表校正集,红色代表预测集。从分类图(图 3-A)中可以看出,硫熏组西洋参与无硫组西洋参校正集样本呈现明显分类。由于样品16(批号210081)和样品13(批号120919003)2批无硫组西洋参样本(图 3-A中箭头指示的样本)过度偏离相应的校正集样本范围,对PLS分类模型干扰较大,故将其剔除。剔除这2批样本后的PLS分类图如图 3-B所示,从图 3-B中可以看出硫熏组与无硫组的校正集样本呈现明显分类,且相应的预测集样本也能够很好地分布在相应的校正集样本附近,说明本文所建的PLS分类模型准确可靠,同时两类样本呈现分开趋势,表明硫熏组与无硫组样本具有一定的差异性。
PLS分类模型显示硫熏组西洋参和无硫组西洋参存在明显分类,说明硫熏组与无硫组样本有一定的差异性。为了寻找对分类模型贡献较大的色谱组分,即硫磺熏蒸对西洋参有影响的皂苷类成分,获得了分类模型相对应的载荷图(图 4),并根据载荷图获得每个保留时间处的色谱组分对分类的贡献率图(图 5)。从图 5中可以看出对分类贡献较大tR为8、11.3、11.5、12.5 min,该4处tR的色谱组分为贡献较大的组分。
将18批无硫组的西洋参样本和16批硫熏组西洋参样本所有保留时间点的信号响应值求平均值,绘制7.4~17 min平均色谱图,比较两色谱图的差异,如图 6所示。结果表明,硫熏组西洋参样本的响应值低于无硫组样本,特别是2、3、4、8号色谱峰,差异性更加显著。与贡献率图所得判断结果一致。2号色谱峰为人参皂苷Re,3号色谱峰为人参皂苷Rb1,4号、8号色谱峰经UPLC-Q-TOF-MS/MS确证,分别为人参皂苷Rc和Rd。根据图 6提示,本文将18批无硫组西洋参和16批硫熏组西洋参中分离良好的10个皂苷成分的平均峰面积进行比较(峰面积除以称样量,保证在同一称量水平上),见图 7,可见人参皂苷Re、Rb1、Rc和Rd平均峰面积,硫熏组较无硫组降低。以上结果说明硫磺熏蒸后会导致西洋参中的人参皂苷Re、Rb1、Rc、Rd的含量降低。
色谱柱为HSS T3柱(2.1 mm×100 mm,1.8 μm),柱温40 ℃,流速0.4 mL·min-1,进样量3 μL,流动相A为乙腈,流动相B为水,采用二元梯度洗脱,洗脱程序同“2.1.2”。
2.3.1.2 质谱条件Xevo G2 Q-Tof MS/MS系统,ESI负离子模式,离子源温度为120 ℃,毛细管电压2.0 kV,雾化气温度450 ℃,雾化气流速900 L·h-1,锥孔气流速50 L·h-1,采集模式MSE,碰撞能30 eV,质量扫描范围为m/z 100~1 200。
2.3.2 质谱确证结果4号峰在液相色谱图上的出峰时间为11.62 min,在总离子流图上的出峰时间为11.66 min,见图 8;[M-H]- m/z为1 077.584 2,见图 9;分子式推断为C53H90O22。其二级碎片离子有m/z 945.540 6、915.529 8、783.486 8、765.473 7、621.436 2、459.383 5,见图 10。因出现m/z 459.383 5的原人参二醇皂苷元特征碎片离子,推断其为原人参二醇型皂苷[7]。m/z 945.540 6推断为[M-(Ara-H2O)-H]-,母离子失去1个脱水的五碳糖(阿拉伯呋喃糖Ara)所致;m/z 915.529 8推断为[M-(Glu-H2O)-H]-,母离子失去1个脱水的葡萄糖基所致;m/z 783.4868推断为[M-(Glu-H2O)-(Ara-H2O)-H]-,母离子失去1个脱水的葡萄糖基和1个脱水的阿拉伯呋喃糖基所致;m/z 765.473 7推断为[M-(Glu-H2O)-(Ara-H2O)-H2O-H]-;m/z 459.383 5推断为[M-3(Glu-H2O)-(Ara-H2O)-H]-,母离子失去3个脱水的葡萄糖基和1个脱水的阿拉伯呋喃糖基得到的原人参二醇皂苷元特征碎片离子。推断该化合物为含有3个葡萄糖基和1个五碳糖基的原人参二醇型皂苷,经与对照品比较,确定4号峰为人参皂苷Rc。
8号峰在液相色谱图上的出峰时间为12.53 min,在总离子流图上的出峰时间为12.55 min,见图 8;[M-H]-为m/z 945.542 1,见图 11;分子式推断为C48H82O18。其二级碎片离子有m/z 783.488 3、765.480 3、621.436 2、459.381 7,见图 12;因出现m/z 459.381 7的原人参二醇皂苷元特征碎片离子,推断其为原人参二醇型皂苷。m/z 783.488 3推断为[M-(Glu-H2O)-H]-,母离子失去1个脱水的葡萄糖基所致;m/z 765.480 3推断为[M-(Glu-H2O)-H2O-H]-,母离子失去1个脱水的葡萄糖基和一分子水所致;m/z 621.436 2推断为[M-2(Glu-H2O)-H]-,母离子失去2个脱水的葡萄糖基所致;m/z 459.381 7推断为[M-3(Glu-H2O)-H]-,母离子失去3个脱水的葡萄糖基得到的原人参二醇皂苷元特征碎片离子。因此推断该化合物为含有3个葡萄糖的原人参二醇型皂苷,经与对照品比较,确定8号峰为人参皂苷Rd。
本文通过UPLC梯度洗脱,记录了西洋参甲醇提取液特征图谱,拟比较硫磺熏蒸对西洋参皂苷类成分的影响。将18批无硫西洋参甲醇提取液超高效液相色谱图原始数据导入中药色谱指纹图谱相似度评价系统软件(2004A版,均值法)合成无硫西洋参对照图谱(图 13)[8],取16批硫熏西洋参超高效液相色谱图与无硫西洋参对照指纹图谱比较,结果显示16批硫熏西洋参的超高效液相色谱图和无硫西洋参合成的对照指纹图谱相似度均在0.99以上,二者没有明显的成分差异。通过测定西洋参特征组分人参皂苷Rg1、Re和Rb1总量,显示硫磺熏蒸后人参皂苷Rg1、Re和Rb1总量均符合中国药典规定,t检验结果表明,硫熏组与无硫组西洋参人参皂苷Rg1、Re和Rb1含量及总量均无显著性差异;但通过偏最小二乘法统计分析,能够清晰地显示硫熏组西洋参与无硫组西洋参呈现明显分类,表明硫熏组与无硫组样本具有一定的差异性,且发现人参皂苷Re、Rb1、Rc和Rd是造成分类的主要皂苷成分,硫磺熏蒸后含量均有所降低。
PLS是一种新型的多元统计数据分析方法[9-10],该方法集多元线性回归分析、典型相关分析和主成分分析的基本功能于一体,通过在变量系统中提取若干个对系统具有最佳解释功能的综合信息变量,实现对高维数据空间的降维处理;能够在自变量存在严重多重相关性和样本点个数少于变量个数的条件下进行回归建模,在最终模型中将包含原有的所有自变量,回归模型更易于辨识系统信息与噪音;与普通多元线性回归和主成分回归相比,具有简单、稳健、计算量小,预测精度高,无需剔除任何解释变量的特点。在样本量充足的前提下,将偏最小二乘法运用于中药材特征指纹图谱的统计分析[11-13],能够为硫熏中药材化学成分差异研究提供一个较好的研究思路和研究模式。
3.3 硫熏导致西洋参人参皂苷降低的原因探讨硫磺熏蒸产生的二氧化硫气体遇水能够生成亚硫酸,再遇空气能够氧化生成硫酸。亚硫酸可与苷类成分发生水解反应,也可与苷类成分上的醇羟基发生酯化反应,生成亚硫酸酯,从而使含量降低;硫酸可与人参皂苷的醇羟基发生磺化反应,有文献报道[14-15]人参经过硫熏后生成磺酸化人参皂苷Re和磺酸化人参皂苷Rb1,推测西洋参硫熏后可能也容易使人参皂苷Re、Rb1、Rc和Rd发生磺化反应,从而引起含量的降低,该工作值得进一步深入研究。本次实验结果表明,硫磺熏蒸西洋参能够引起人参皂苷Re、Rb1、Rc和Rd含量降低,影响西洋参品质,因此不提倡硫磺熏蒸西洋参,建议采用更为科学合理的存贮方法来延长西洋参的保质期和保持其品质。
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