Detección HS-GC-IMS de compuestos orgánicos volátiles en polvos de cistanche bajo diferentes métodos de tratamiento
Jul 13, 2022
Resumen
Cistanchees un valiosomedicina chinamaterial con valor medicinal y comestible. Para estudiar los efectos de diferentes métodos de tratamiento sobre los componentes volátiles encistanche. En primer lugar, el estudio actual llevó a cabo el tratamiento sinérgico de polvo ultrafino, extracción con alcohol y extracción con agua de la cistanche, y luego utilizó el método HS-GC-IMS para detectar los componentes volátiles y estableció las huellas dactilares características del polvo mejorado de cistanche. (a), polvo fresco de cistanche (b), polvo ultramicro de cistanche de carne (c), el extracto acuoso depolvo de cistanche(d) y elextracto etanólico de cistanche(mi). Se detectaron un total de 48 picos y se identificaron 32 compuestos volátiles, incluidos 17 aldehídos, 5 cetonas, 1 furano, 5 alcoholes, fenoles, 1 lactona, 3 compuestos de éster. Además, el análisis de similitud de PCA y la toma de huellas dactilares mostró que los componentes volátiles de los cinco métodos de tratamiento podían distinguirse significativamente. Los resultados mostraron que los tipos y contenidos de componentes volátiles en la cistanche sinérgica eran relativamente bajos, los componentes y tipos volátiles en la cistanche fresca eran relativamente altos, y cada uno de los cinco métodos de tratamiento tenía sus propias características.componentes volátiles de Cistanche.
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Palabras clave
1. Introducción
Cistanche (Cistanche deserticola YC Ma) también conocida como inch yun, cistanche, es una planta parásita herbácea perenne de la familia Ledangaceae, distribuida principalmente en Mongolia Interior, Gansu y Xinjiang en China, y es un material medicinal chino común en China. Ya en el "Shennong Materia Medica" de la dinastía Han del Este, se registra que "cistanche... Raw Valley".Peng et al., 2017) Debido a que tiene el efecto de tonificar el yang del riñón, mejorar la sangre de los espermatozoides, humectar los intestinos, etc., puede usarse para tratar la deficiencia del yang del riñón, la impotencia causada por la insuficiencia de esperma y sangre, dolor de espalda débil y pies débiles, tinnitus y sequedad intestinal y estreñimiento, etc., conocido como "ginseng del desierto" (Zhu, Liu, Gao, Wu y Shi, 2016).
La investigación revela que los glucósidos feniletanoides, los iridoides, los lignanos, los oligosacáridos y los polisacáridos son los principales componentes químicos de las cistanches (Fu, Fan, Wang y Gao, 2018), que contiene un rico componente volátil. La edición 2020 de la Farmacopea de la República Popular China describe la cistanche como "ligeramente aireada, dulce y ligeramente amarga", es decir, la cistanche tiene un olor especial.Wang et al., 2015). En el Sistema tradicional de discriminación de calidad de las hierbas medicinales chinas, el olor es una de las bases importantes para juzgar la calidad de las hierbas medicinales, por lo que el estudio de los componentes volátiles de Cistanche es muy importante.
Hasta el momento, existen dos técnicas principales para analizar los compuestos orgánicos volátiles en los alimentos, una es que la nariz electrónica puede analizar la composición del aroma de los alimentos en tiempo real y la otra es que la tecnología de cromatografía puede identificar con precisión la composición química (Rusinek et al., 2021). Entre ellos, los dispositivos de nariz electrónica (e-nose), generalmente compuestos por una serie de dispositivos de detección electroquímicos, las tecnologías de detección electrónica de aromas (EAD) afectan la precisión de detección de la nariz electrónica, y es necesario seleccionar la detección adecuada de la Nariz electrónica para diferentes muestras de detección. Los dispositivos de nariz electrónica (e-nose) tienen las características de detección rápida, alta sensibilidad y amplio rango de detección, pero debido a la reproducibilidad ligeramente menor de los resultados, la aplicación práctica es limitada (Rasekh, Karami, Wilson y Gancarz, 2021; Slimani et al., 2020). La tecnología de cromatografía incluye principalmente HPLC-MS y GC-MS, etc., con sistema de cromatografía de líquidos o gases como sistema de separación, espectrometría de masas como sistema de detección, a través del espectrograma de la información relativa de masa molecular y estructura del químico combinado para obtener detalles químicos, el tiempo de pretratamiento de la muestra es largo pero tiene una alta separación, la alta selectividad hace que los resultados sean de alta precisión y alta reproducibilidad. En la actualidad, la cistanche se ha identificado principalmente mediante análisis HPLC-MS de composición química, hay pocos estudios sobre el sabor de Herba Cistanches. Por ejemplo, extrajo las sustancias volátiles de la cistanche mediante el método de destilación-extracción y aisló 24 componentes químicos mediante el método GC/MS (Hui, Hou, Li y Guang, 2003), y finalmente analizado y confirmado por IR y EI-MS. Se usó GC-MS para analizar los volátiles de la inflorescencia de Cistanche y finalmente se identificaron 40 compuestos volátiles (Qiao et al., 2012). El pretratamiento de muestras de estos métodos es más engorroso, lo que tiene un mayor impacto en los resultados experimentales, y lleva más tiempo depurar las condiciones de detección en la etapa inicial, que tiene mayores requisitos técnicos.
En los últimos años, la espectroscopia de migración de iones de cromatografía de gases (GC-IMC) como una tecnología de detección emergente, debido a su sensibilidad ultra alta, velocidad analítica ultra alta, características de operación simple y fácil, se ha aplicado ampliamente en los campos que incluyen análisis del sabor de los alimentos, detección de sustancias químicas tóxicas. HS-GC-IMS tiene las ventajas de una alta eficiencia analítica y un alto grado de visualización, y es bueno para analizar sustancias volátiles y semivolátiles (Zhou, Dai, Guo, Wang y Shi, 2020). Como nosotros, Wenjiang Dong et al. analizó compuestos volátiles en granos de café verde mediante la tecnología HS-SPME/GC-MS para determinar la calidad de los granos de café (Dong, Tan, Zhao, Hu y Lu, 2015). Por lo tanto, este documento trató de aplicar la tecnología HS-GC-IMC para analizar la composición de compuestos orgánicos volátiles y la huella digital de la cistanche tratada por diferentes métodos, y utilizó el análisis de componentes principales y la evaluación de similitud para analizar la diferencia en el contenido de compuestos orgánicos volátiles de la cistanche procesada en diferentes formas, con el fin de aportar nuevas ideas para la identificación y detección del sabor de productos de cistanche tratados con diferentes métodos de tratamiento.
2. Materiales y métodos
2.1. muestra de cistanche
Polvo de cistanche sinérgico: se limpia y elimina la cistanche fresca, se lleva a cabo el tratamiento de eficiencia y el líquido recolectado se agrega al batidor para la trituración en húmedo, se seca hasta que el contenido de agua sea inferior al 5 por ciento y finalmente se lleva a cabo la trituración secundaria. afuera.
Cistanche fresca en polvo: Se limpia y retira la cistanche fresca, se coloca una batidora para trituración en húmedo, se seca hasta que el contenido de humedad sea inferior al 5 por ciento y finalmente se realiza la segunda trituración.
Cistanche polvo ultrafino: la cistanche fresca se limpia y se retira, se coloca en un batidor para trituración en húmedo, se seca hasta que el contenido de agua sea inferior al 5 por ciento, y finalmente la segunda trituración, la muestra resultante se coloca en el ultra-micro pulverizador para trituración ultrafina, y luego se tamiza el polvo de cistanche (el número de mallas mayor o igual a 300 mallas), y el polvo se recolecta después del tamiz.
El extracto acuoso de Cistanches Herba en polvo: Primero se lava y se retira toda la cistanche fresca, se cuece al vapor en una vaporera durante 25 minutos, y luego se recoge la cistanche para precipitar el líquido. Posteriormente, coloque la cistanche al vapor en la caja de secado rápido a 70 grados para que se seque durante 7-8 h, saque la cistanche seca y córtela en rodajas (unos 5 mm de grosor), séquela nuevamente durante 1{{19} } h, de modo que el contenido de humedad sea inferior al 10 por ciento. Luego, pese las rodajas de cistanche secas y agregue agua destilada, la proporción de alimentación a líquido es de 1:10 (g/mL), remoje durante 30 min, fría durante 1 h, sobre un colador de malla 200. Agregue el agua destilada anterior al residuo de cistanche restante y repita los pasos anteriores. Repita dos veces y finalmente recolecte todos los extractos para la concentración de descompresión (vacío −0.08Mp, temperatura 65 grados) para obtener un extracto con una densidad relativa de aproximadamente 1.30. Finalmente, el extracto se coloca en una caja de secado al vacío (el grado de vacío es más de −0.08Mp, temperatura de 70 grados), secado hasta que el contenido de humedad de la muestra sea inferior al 5 por ciento, y la muestra se tritura en un polvo de más de 80 mallas.
El extracto de etanol de Cistanches Herba en polvo: Cistanche fresco lavado y retirado, cortado en rodajas de 5 mm de espesor, agregue 70 por ciento de etanol, la proporción de líquido es 1:10, remoje durante 30 minutos (solo es necesario remojar una vez). Utilizando el extractor Soxell, la extracción a reflujo es de 1,5 h. Agregue otro 70 por ciento de etanol y repita los pasos anteriores 2 veces. Combine las tres soluciones de extracción, lleve a cabo la concentración de descompresión y los siguientes pasos son los mismos que el agua para levantar el polvo de cistanche.
La cistanche fresca utilizada en el experimento se compra a Inner Mongolia Sankou Biotechnology Co., Ltd., todo el polvo de cistanche debe envasarse, esterilizarse y almacenarse en un ambiente seco para su uso posterior.
2.2. Sistema HS-GC-IMS
Los análisis de las muestras de Cistanches Herba se completaron en un dispositivo de espectro de movilidad de iones en fase gaseosa FlavourSpec® (el departamento de GAS de Shandong Hai Neng Science Instrument Co., Ltd., Shan-dong, China))
En primer lugar, 0.5 g de muestra se colocó en un vial de muestra con espacio de cabeza de 20 ml, posteriormente, la muestra se incubó a 70 grados durante 20 min. A continuación, la velocidad de la centrífuga fue de 500 rpm y la temperatura de la aguja de inyección fue de 85 grados. Finalmente, se inyectaron 200 μL de muestra.
El GC equipado con una columna cromatográfica MXT{{0}} (15 m × 0.53 mm) se utilizó para la separación a 60 grados, N2 (pureza mayor o igual al 99,999 por ciento) fue utilizado como gas portador, y el caudal fue: 0–2 min - 2 mL/min; 2–10 min - 2–10 ml/min; 10–20 min - 10–100 mL/min, después de 20 min, se detuvo el análisis. El tubo de deriva se mantuvo a 45 grados bajo N2 como gas de deriva a 150 ml/min.
La temperatura del IMS se fijó en 45 grados.
2.3. análisis estadístico
El software de análisis de datos incluye el visor analítico de laboratorio (LAV) y el software de búsqueda de bibliotecas GC-IMS, que se pueden realizar desde diferentes ángulos. LAV incluía VOCal y tres complementos, VOCal, que se utilizó para ver el espectro de análisis y el análisis cualitativo y cuantitativo de los datos. Cada punto del diagrama representa un compuesto orgánico volátil. El análisis cualitativo de sustancias se puede llevar a cabo en combinación con la base de datos integrada del software. El complemento de reportero se utiliza para comparar directamente las diferencias espectrales entre varios productos, como los espectros de diferencia de muestra y los espectros de vista superior bidimensional. El complemento de diagrama de galería se utilizó para comparar las huellas dactilares entre muestras y comparar visualmente las diferencias de VOC entre diferentes muestras; El complemento Dynamic PCA se utilizó para el análisis de conglomerados de muestras, lo que resultó conveniente para determinar rápidamente el tipo de muestras desconocidas.
El análisis de componentes principales se empleó para determinar las relaciones entre las muestras de cistanche tratadas de manera diferente y los compuestos orgánicos volátiles detectables. La matriz de datos PCA para el análisis estadístico de los resultados de las pruebas cromatográficas tenía 38 columnas (nombres de compuestos volátiles) y 15 filas (muestras tratadas de diferentes maneras). La matriz de entrada se escaló automáticamente.
3. Resultados y discusión
3.1. Gráficos topográficos HS-GC-IMS de diferentes métodos de tratamiento en cistanche
En este estudio, se utilizó HS-GC-IMS para analizar las diferencias de compuestos volátiles en diferentes métodos de tratamiento de cistanche. Los datos se representaron mediante espectro 3D generado por HS-GC-IMS enFigura 1, incluye el tiempo de retención, el tiempo de migración y la intensidad máxima. DeFigura 1, los compuestos volátiles en los diferentes tratamientos de las cistancas son muy similares, pero hay diferencias dentro de los círculos rojos y la intensidad de la señal es ligeramente diferente.
Figura 1. Trazados topográficos en 3D.
Para tener una mejor observación, se utilizó la vista superior para comparar estas muestras en detalle. Todo el fondo de la vista superior es azul y la línea vertical roja en la abscisa 1.0 es el pico de rasgadura (pico de iones reactivos, normalizado). Cada punto a la derecha de RIP Peak representa un compuesto orgánico volátil. La coordenada de ordenadas representa el(los) tiempo(s) de retención de la cromatografía de gases, y la abscisa representa el tiempo de migración de iones (proceso de normalización). Como se puede ver desdeFigura 2a, la mayoría de las señales se producen en un tiempo de retención de 100–800 s y un tiempo de deriva de 1,0–1,7 ms. El color representa la intensidad de la señal de la sustancia, el blanco indica una intensidad más baja y el rojo indica una intensidad más alta. Cuanto más oscuro es el color, mayor es la intensidad.
Para comparar de forma más evidente los efectos de los diferentes métodos de tratamiento sobre las sustancias volátiles de la cistanche,Figura 2b selecciona los espectros de la muestra (a) como referencia y deduce el tratamiento de referencia de los espectros de las otras 4 muestras para obtener una gráfica de comparación de diferencia de muestra. Si los compuestos orgánicos volátiles de la muestra son consistentes, el fondo después de la deducción es blanco, si hay una diferencia entre los dos, el rojo significa que la concentración de la sustancia es mayor que la referencia, el azul significa que la concentración de la sustancia es menor que la referencia, y cuanto más oscuro es el color, mayor es la concentración. Al comparar las muestras a y b, se puede encontrar que la concentración de compuestos orgánicos volátiles contenidos en b es significativamente mayor que la de a durante el tiempo de deriva de 1,2 a 1,6 ms. El análisis fue que la cistanche puede liberar ciertos componentes volátiles durante el proceso sinérgico, lo que reduce la concentración de componentes volátiles retenidos en el polvo de cistanche y afecta el sabor de la cistanche.Yang et al., 2021). Al comparar las muestras a y c, se puede encontrar que el tiempo de deriva está en el rango de 1,4 a 1,6 ms, y la diferencia de concentración entre las muestras es diferente. El análisis se debió al hecho de que las propiedades químicas o físicas de algunas sustancias volátiles cambiaron cuando el tamiz se trituró con un molino ultrafino (Zhao et al., 2009), haciéndolo inestable y propenso a la volatilización y pérdida durante el almacenamiento o la operación (YBLi, Li, Liu y Lu, 2020), dando como resultado una disminución en la concentración de sustancias volátiles restantes. En el cuadro de comparación de diferencias de las muestras d y e, se puede encontrar que la diferencia entre el polvo de cistanche y el polvo de cistanche de carne blanda y el polvo de cistanche al vapor es generalmente la misma, pero en el rango de tiempo de retención 10{{ 7}}–200 s y un tiempo de deriva de 1,0–1,3 ms, hubo diferencias significativas en las concentraciones de sustancias volátiles del extracto acuoso de cistanche y el extracto alcohólico de cistanche, y las sustancias volátiles del extracto acuoso de cistanche se concentraron principalmente cerca del tiempo de retención de 1,0 ms y la concentración era alta, mientras que las sustancias volátiles del extracto de alcohol de cistanche estaban dispersas y ligeramente más altas. Se puede analizar que durante la extracción de cistanche del etanol, debido a la "solubilidad de fase similar", pueden existir sustancias volátiles insolubles en etanol que se pierden durante el proceso de extracción, lo que resulta en una menor concentración de algunas sustancias volátiles (Xu et al., 2014). También puede ser que debido a que el etanol en sí mismo es volátil, existen sustancias volátiles que se volatilizan con el etanol durante el proceso de concentración, lo que resulta en concentraciones más bajas. Los extractos de agua de Cistanche, por otro lado, pueden perderse en la filtración debido al hecho de que algunas sustancias volátiles son insolubles en agua o insolubles en agua, lo que resulta en una concentración de detección final baja.
3.2. Identificación de componentes volátiles de cistanche procesada por diferentes métodos de tratamiento
Se ha encontrado que Cistanche contiene 49 compuestos volátiles, que incluyen principalmente aceites esenciales, 17 glucósidos feniletanoides (PhG) y se han identificado 10 iridoides (Xu et al., 2014). Hui et al. utilizó el método GC/MS para confirmar que el aceite volátil de cistanche contiene 24 productos químicos, como 3 aldehídos, 2 fenoles, 3 alcoholes y 3 cetonas, y el eugenol es el componente principal del aceite volátil de cistanche (Hui et al., 2003).
En esta investigación, se utilizó HS-GC-IMS para el análisis de compuestos volátiles de cistanche tratados con diferentes tratamientos para brindar información de caracterización cualitativa. Como se muestra enFig. 3, la abscisa representa el tiempo diferencial, la ordenada representa el(los) tiempo(s) de resolución y los números rojos corresponden a los compuestos entabla 1. Se detectaron un total de 48 picos de la muestra y se identificaron 32 compuestos volátiles, incluidos 5 cetonas, 5 alcoholes, 17 aldehídos, 1 furanos, 1 lactona, 3 ésteres. Entre ellos, los compuestos de metilpropanal, 3-metilbutanal, 2-metilbutana, heptanal, (E)-2-heptenal, 2-heptanona, (E)-2-hexenal , (E)-2-octenal, n-nonanal, octanal, acetato de etilo, 2-metilpropanol, (E)-2-pentenal, furfural, gamma-butirolactona y metilhexanoato de cistanche tenían las formas de monómeros y dímeros.
Fig. 3. Espectros HS-GC-IMS de cistanche después del procesamiento de métodos de tratamiento. Los números son componentes volátiles identificados. a: polvo de cistanche sinérgico, b: polvo de cistanche fresco, c: polvo de cistanche súper micro de carne, d: polvo de extracto de agua de Cistanches Herba, e: polvo de extracto de etanol de Cistanches Herba.
