摘  要：比較同一提取方法不同提取時間提取的工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分組成差異，明確潛在的特征性揮發(fā)性成分，為分析工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分提供快速、高效的分析方法。采用氣相色譜-離子遷移譜法（GC-IMS）分析水蒸氣蒸餾法7h和8h提取的工業(yè)大麻精油中揮發(fā)性成分組成差異。結(jié)果表明：在工業(yè)大麻精油中共鑒定出37種揮發(fā)性成分，不同樣品間的揮發(fā)性化合物也不同，通過二維譜圖和指紋圖譜可直觀的看出樣品之間的差異和聯(lián)系，其中水蒸氣蒸餾提取7h的工業(yè)大麻精油中揮發(fā)性組分的含量更多，水蒸氣蒸餾提取8h的工業(yè)大麻精油中揮發(fā)性組分多為醛類。研究結(jié)果提供了一種新的精油揮發(fā)性成分的檢測分析方法，GC-IMS可以有效地分析精油的揮發(fā)性成分，比較不同提取時間工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分物質(zhì)的差異，同時為工業(yè)大麻精油提取過程監(jiān)測及品質(zhì)控制等提供了一定參考依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：指紋圖譜；氣相色譜-離子遷移譜法；工業(yè)大麻；精油

 

工業(yè)大麻又稱漢麻，大麻（Cannabis sativa L.）是大麻科（Cannabinaceae）、大麻屬（CannabisLinn.）1年生草本植物^[1]。工業(yè)大麻屬于無毒品利用價值的大麻類型^[2]，其工業(yè)大麻葉中含有酚類、萜類、黃酮類、生物堿等^[3-5]多種活性成分。Ambach等^[6]研究表明大麻酚類藥物對癲癇病具有一定治療效果，Jung等^[7]、Vecera等^[8]進一步研究表明大麻二酚及其結(jié)構(gòu)類似物藥物在抗癲癇、抗炎和抗癌等方面具有一定功效。植物精油是人們采用不同的提取方法，從植物的花、莖、葉等部位提取到的一類重要的天然香料，植物精油包含多種活性成分，如烷烴類、萜烯類和醇類等^[9]，其活性成分的特殊性使其具有抑菌殺菌、抗血栓、美容護膚^[10-14]等功效，被應(yīng)用于不同領(lǐng)域。

氣相色譜-離子遷移色譜（GC-IMS）是一種相對較新的無損檢測技術(shù)^[15]，與傳統(tǒng)的氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)相比，GC-IMS技術(shù)對熱穩(wěn)定性較差的揮發(fā)性物質(zhì)更利檢出，因為此技術(shù)在樣品處理及分析上所需溫度更低^[16-18]，具有檢測速度快/操作簡單、分辨率高、靈敏度高等特點^[19-21]，GC-IMS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品揮發(fā)性成分分析、環(huán)境保護和毒品檢測等方面^[22-24]。

目前，國內(nèi)對工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分研究較少，未見關(guān)于針對不同提取條件工業(yè)大麻精油揮發(fā)性化合物差異的研究報道^[25-27]。采用氣相色譜-離子遷移譜法分析水蒸氣蒸餾法7h和8h提取的工業(yè)大麻精油中揮發(fā)性成分的組成比較，旨在為工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分分析提供快速、高效的分析方法，為工業(yè)大麻精油深入研究和開發(fā)利用提供理論參考。

 

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

工業(yè)大麻葉；粉碎機；電子天平；揮發(fā)油提取器；蛇形冷凝管；蒸餾水；玻璃棒；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；75目篩子；FlavourSpec®氣相離子遷移譜聯(lián)用儀德國G.A.S.mbH公司；色譜柱FS-SE-54-CB-1（30m×0.53mm，1 μm）；高純氮氣（N2）（純度≥99.999%）。

1.2 試驗方法

1.2.1 工業(yè)大麻精油的制備

將陰干的大麻葉→粉碎→過75目篩→大麻葉粉末100g→加入蒸餾水→玻璃棒攪拌均勻→移至2000mL圓底燒瓶→加入攪拌因子→連接冷凝管和揮發(fā)油提取器→磁力攪拌器加熱（設(shè)定為140℃）→保持微沸狀態(tài)→第一滴回流開始計時→放出水層，收集油層→工業(yè)大麻精油。

1.2.2 儀器條件　頂空進樣條件：取5μL樣品于20mL頂空進樣瓶中，80℃孵化5min，進樣溫度65℃；進樣體積100μL。

氣相色譜條件：色譜柱FS-SE-54-CB-1（30m×0.53mm，1μm）；分析時間為40min；柱溫為60℃；載氣為高純氮氣（N2）（純度≥99.999%），載氣流量：0～2min，2mL/min；2～10min，20mL/min；10～20min，100mL/min；20～30min，150mL/min；30～40min，150mL/min。^[28]

IMS條件：IMS漂移氣流量為150mL/min；IMS探測器溫度為45℃。

1.3　測定方法  利用儀器軟件中自帶插件Reporter形成差異譜圖，進行樣品間的比對，用GalleryPlot插件進行GC-IMS指紋圖譜分析^[28]；將GC-IMS二維圖譜進行差異對比模式處理，通過選取參比樣品與其他樣品進行扣減比對，再進行直觀分析；通過儀器內(nèi)置保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫（NIST2014）和IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫對精油樣品的揮發(fā)性成分定性^[29]。每個樣品兩個平行。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同提取時間工業(yè)大麻精油氣相-離子遷移色譜（GC-IMS）譜圖分析

不同提取時間工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分二維圖譜，見圖1。

  

圖1　不同提取時間工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分的GC-IMS二維譜圖（俯視圖）

由圖1可知，5號樣品為水蒸氣提取時間為8h精油樣品，10號樣品為水蒸氣提取時間為7h精油樣品，圖譜中橫、縱坐標分別為離子遷移時間和氣相保留時間。整個譜圖代表了樣品的頂空成分。RIP兩側(cè)的每一個點代表一種揮發(fā)性有機物。不同顏色較低用白色表示，即濃度越高顏色越深^[30]。由此可知，通過GC-IMS技術(shù)能夠較好的分離工業(yè)大麻精油揮發(fā)性物質(zhì)。

選取5號樣品為參比樣品與其他樣品進行扣減比對，再進行直觀分析，結(jié)果見圖2。

  

圖2　不同提取時間工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分的GC-IMS二維譜圖（差異對比圖）

由圖2可知，5號樣品與參比樣品扣減后背景呈白色，而10號樣品與參與樣品扣減后有紅色和藍色背景出現(xiàn)，紅色代表此物質(zhì)濃度在10樣品中比在參比樣品中濃度高，而藍色則代表此物質(zhì)濃度低于參比樣品^[31]。圖1和圖2說明了氣相離子遷移譜圖可直觀對比出不同提取時間工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分。

2.2不同提取時間工業(yè)大麻精油GC-IMS揮發(fā)性成分鑒定分析

不同提取時間工業(yè)大麻精油揮發(fā)性物質(zhì)定性分析結(jié)果，見表1。以10號樣品（提取時間7h精油樣品）為例的工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分的定性圖譜，見圖3。

  

圖3　工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分GC-IMS定性分析圖譜

由表1可知，共定性出37種揮發(fā)性成分，其中包括醛類12種、醇類8種、酮類7種、酸類4種、吡嗪2種、酯類2種、酚類1種、芳香烴類1種。由此可知，不同提取時間得到的大麻精油揮發(fā)性成分主要為醛類、醇類和酮類物質(zhì)。醛類物質(zhì)是一種重要的風味物質(zhì)^[31]，己醛是允許使用的食用香料；壬醛和庚醛分別具有清香味和果香；3-甲基丁醛用于配制各種水果型香精；2-十一烯醛可用于調(diào)配橙子、牛奶、奶油、肉味香精等食用香精。醇類物質(zhì)，如芳酮類物質(zhì)，如3-羥基-2-丁酮多用于配制香精和酒類調(diào)香。酸類物質(zhì)，如戊酸用于香料制備和有機合成、制藥工業(yè)，也用作溶劑。2，3，5-三甲基吡嗪可用于奶油型香精；2-異丁基-3-甲基吡嗪可用于調(diào)配可可、堅果等香型的食用香精。

2.3　不同提取時間工業(yè)大麻精油氣相離子遷移色譜指紋圖譜分析

不同提取時間所得工業(yè)大麻精油的指紋圖譜，見圖4。

  

圖4　不同提取時間工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分的指紋圖譜

圖中每一行為一個樣品（每個樣品平行測定兩次），5號為提取時間為提取8h的精油樣品，10號為提取時間為7h的精油樣品，樣品中的全部揮發(fā)性有機物信號峰組成了該樣品的指紋圖譜，圖中每一列表示不同樣品在同一保留時間及漂移時間下檢測到的相同物質(zhì)的信號峰^[32]。兩個精油樣品中已鑒定出37種揮發(fā)性物質(zhì)，精油樣品的揮發(fā)性成分較為豐富，還有70種揮發(fā)性未定性。樣品10號中揮發(fā)性組分的含量較大。紅框區(qū)域的物質(zhì)在樣品5號中較多，多為醛類，包括戊醛、丁醛、壬醛、庚醛、己醛等，還有芳樟醇和1，8-桉葉素等；綠框區(qū)域的物質(zhì)在10號樣品中較多，有己酸、乙酸乙酯、對乙基苯酚、戊醇、2，3，5-三甲基吡嗪等；還有許多未鑒定出的物質(zhì)，如91～107號峰，都在10號樣品中含量較大。通過指紋譜圖可快速找出樣品之間的差異。

 

3　討論與結(jié)論

工業(yè)大麻精油揮發(fā)性物質(zhì)可通過GC-IMS實現(xiàn)較好分離，通過儀器自帶的數(shù)據(jù)庫共定性出37種揮發(fā)性成分，其中包括醛類12種、醇類8種、酮類7種、酸類4種、吡嗪2種、酯類2種、酚類1種、芳香烴類1種。提取時間為7h的精油樣品（10號）中揮發(fā)性組分的含量更大，有己酸、乙酸乙酯、對乙基苯酚、戊醇、2，3，5-三甲基吡嗪等；提取時間為8h的精油樣品（5號）里多為醛類，包括己醛、丁醛、戊醛、壬醛、庚醛等，還有芳樟醇和1，8-桉葉素等；還有許多未鑒定出的物質(zhì)，如91～107號峰，都在10號樣品中含量較大。GC-IMS譜圖數(shù)據(jù)清晰展示了兩個工業(yè)大麻精油樣品的揮發(fā)性成分，并快速直觀地明晰樣品之間的差異。為分析工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分提供快速、高效的方法，為工業(yè)大麻精油提取過程監(jiān)測及品質(zhì)控制等提供一定參考依據(jù)和理論基礎(chǔ)，為工業(yè)大麻精油深入研究和開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

作為一種相對較新的無損檢測技術(shù)，在物質(zhì)揮發(fā)性成分分析研究方面被廣泛應(yīng)用^[33]。本研究構(gòu)建了同一提取方法不同提取時間得到的工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分指紋圖譜，進而比較了兩個精油的揮發(fā)性成分，但截至目前，由于在精油揮發(fā)性成分領(lǐng)域的數(shù)據(jù)方面，IMS數(shù)據(jù)庫還不完善，只定性出了37種揮發(fā)性物質(zhì)，還有許多未鑒定出的物質(zhì)，需要進一步檢測以擴充精油揮發(fā)性物質(zhì)數(shù)據(jù)庫。

 

參考文獻

[1]Chandni T，Priti M.Antimicrobial Efficacy of Cannabis sativa L. （Bhang）：A Comprehensive Review[J].Int.J.Pharmaceut.Sci.Rev.Res，2017，44（1）：94-100.

[2]張曉艷，孫宇峰，韓承偉，等.我國工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及策略分析[J].特種經(jīng)濟動植物，2019，22（8）：26-28.

[3]Elsohly M A，Radwan M M，Gul W，et al.Phytochemistry of Cannabis sativa L[M] Phytocannabinoids.Springer International Publishing，2017.

[4]朱晨瑜，曹蕊，蔣勇，等. 頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析漢麻葉揮發(fā)性成分[J]. 北京工商大學學報（自然科學版），2012，30（4）：44-49.

[5]杜軍強，何錦風，何聰芬，等. 漢麻葉活性成分及其藥理特性的研究概況[J]. 中國醫(yī)藥導(dǎo)報，2011，8（31）：9-11.

[6]Ambach L，Penitschka F，Broillet A，et al. Simultaneous quantification of Delta-9-THC，THCacid A CBN and CBD inseized drugs using HPLCDAD[J].Forensic.Sci.Int，2014，243：107-111.

[7]Jung B，Lee J K，Kim J，et al.Synthetic Strategies for（-）-Cannabidiol and Its Structural Analogs.[J]. Chem-Asian.J.，2019，14（21）：3 749-3 762.

[8]Vecera L，Gabrhelik T，Prasil P.The role of cannabinoids in the treatment of cancer.[J].Bratisl.Med.J.，2020，121（1）：79-95.

[9]李海泉，郭剛軍，徐榮，等.超臨界CO2萃取蓮霧葉精油的化學組成分析[J]. 食品研究與開發(fā)，2015，36（8）：95-97，106.

[10]張君萍，侯喜林，董海艷，等. 沙蔥籽油的超臨界CO2萃取及成分分析[J]. 食品科學，2011，32 （6）：53-56.

[11]張楊波，林海燕，李適，等. 響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2萃取茉莉花蕾精油及抗氧化活性的研究[J].天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2019，31（7）：1 220-1 229.

[12]苗笑雨，谷大海，王桂瑛，等. 響應(yīng)曲面法優(yōu)化超臨界CO2萃取虎掌菌精油工藝及其揮發(fā)性化合物成分分析[J]. 現(xiàn)代食品科技，2018，34（5）：148-157.

[13]田媛，孫宇峰，張正海，等. 響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2萃取漢麻葉精油工藝[J]. 食品工業(yè)科技，2021，42（8）：158-163.

[14]吳迪．響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2提取山奈精油工藝研究[J]. 糧食與油脂，2017，30（1）：93-96.

[15]馮澤華，施小燕.一種基于氣相色譜和離子遷移譜的靈芝孢子油摻假鑒別方法[P]. 江蘇?。篊N113702540A，2021-11-26.

[16]譚艷，王國慶，吳錦鑄，等.基于GC-MS與GCIMS技術(shù)對四種柚皮精油揮發(fā)性風味物質(zhì)的檢測[J]. 食品工業(yè)科技，2021，42（15）：256-268.

[17]劉娟，趙歡蕊，付咪咪，等.基于氣相色譜-離子遷移譜對百里香揮發(fā)性成分的分析[J]. 中國調(diào)味品，2021，46（4）：153-156，164.

[18]徐永霞，白旭婷，馮媛，等. 基于GC-IMS和化學計量學分析海鱸魚肉蒸制過程中風味物質(zhì)的變化[J]. 食品科學，2021，42（22）：270-275.

[19]楊濤華，張晴雯，龔霄，等. 基于頂空氣相-離子遷移色譜的不同品種番荔枝揮發(fā)性成分比較[J]. 食品工業(yè)科技，2021，42（16）：249-254.

[20]Garrido-Delgado R，Dobao-Prieto M D M，Arce L，et al.Determination of volatile compounds by GC–IMS to assign the quality of virgin olive oil[J]. Food Chemistry，2015（187）： 572-579.

[21]Natalie G，Markus B，Sebastian S，et al.VolatileCompound Fingerprinting by Headspace-GasChromatography Ion-Mobility Spectrometry （HSGC-IMS） as a Benchtop Alternative to sup1/supH NMR Profiling for Assessment of the Authenticity of Honey.[J].Analytical chemistry，2018，90 （3）：1 777-1 785.

[22]肖冬來，張迪，黃小菁，等. 香菇揮發(fā)性風味成分的氣相色譜-離子遷移譜分析[J]. 福建農(nóng)業(yè)學報，2018，33（3）：309-312.

[23]Sun X，Gu D Y，F(xiàn)u Q B，et al. Content variations in compositions and volatile component in jujube fruits during the blacking process.[J]. Food Sci Nutr，2019，7（4）：1 387-1 395.

[24]Li Q L，Li R Q，Cao G，et al. Direct differentiation of herbal medicine for volatile components by a multicapillary column with ion mobility spectrometry method[J]. JOURNAL OFSEPARATION SCIENCE，2015，38（18）：3 205-3 208.

[25]賀東亮，張恒慧，李靜舒，等. 響應(yīng)面法優(yōu)化綠薄荷精油的超臨界CO2萃取工藝[J]. 食品研究與開發(fā)，2018，39（10）：61-66.

[26]Aguiar A C D，Santos P D，Coutinho J P，et al. Supercritical fluid ex-traction and low pressure extraction of Biquinho pepper （Capsicum chinense）[J].LWT-Food Science and Technology，2014，59（2）：1 239-1 246.

[27]田媛，孫宇峰，張大鵬，等. 基于不同提取方法的漢麻葉精油揮發(fā)性成分比較與分析[J]. 黑龍江科學，2021，12（14）：8-13，17.

[28]王磊，路昌，劉莉，等.基于氣相離子遷移譜對不同文冠果茶揮發(fā)性成分的分析[J]. 食品研究與開發(fā)，2022，43（9）：159-168.

[29]湯楊黔南，李利，林麗美，等. 基于頂空氣相色譜-離子遷移譜法評價金銀花和山銀花風味性物質(zhì)的差異[J]. 中國中藥雜志，2022，47（14）：3 798-3 805.

[30]肖書書.年輕消費者評價在稻米食味品質(zhì)中的研究[D]. 上海：上海師范大學，2022.

[31]孫興榮，卞景陽，劉琳帥，等. 基于氣相色譜離子遷移譜法比較3種綏粳香稻米揮發(fā)性成分[J]. 食品安全質(zhì)量檢測學報，2022，13（17）：5 452-5 458.

[32]張玉梅. 菊粉對低脂乳化腸食用品質(zhì)影響及機制研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學，2020.

[33]Yang X S，Zhu K L，Guo H M，et al. Characterization of volatile compounds in differently coloured Chenopodium quinoa seeds before and after cooking by headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry[J]. Food Chemistry，2021，（348）：129 086129 086.

 

文章摘自：田媛，董艷，石雨，張旭，張治國，高寶昌. 基于GC-IMS分析不同提取時間對工業(yè)大麻精油揮發(fā)性成分的影響. 特種經(jīng)濟動植物，2024年，第第7期.