GC—MS分析大蒜中的挥发油和大蒜精油

摘要：采用气相色谱-质谱法，分析比较大蒜中的挥发油以及大蒜精油的化学成分，通过非负矩阵因子分解（NMF）方法解析色谱重叠峰，并用峰面积百分比法计算各化学成分的峰面积相对百分含量。确定了大蒜中37种化学成分，其中含硫化合物34种，大蒜精油中的32种化学成分，含硫化合物28种。
    GC-MS ANALYSIS 0F GARLIC AND GARLIC ESSENTIAL OIL FOR THE CONTENTS OF VOLATILE OIL AND OF CHEMICAL COMPONENTS
    LIN Shu-fang，LI Tong-hua，CHEN Kai，GAO Hong-tao，LI Wei-guang（Dept．of Chemistry，Tongji University，Shanghai 200092，China）
    Abstract：GC-MS was applied to the determination of volatile oil in garlic and of chemical components in
garlic essential oil． A chemometric method-nonnegative matrix factorization （NMF） was used to resolve the overlapping chromatographic peaks．The relative percentage of peak area of chemical compo nents was calculated by the method of peak area ratio（in percentage）．Thirty seven components，among which 34 were surfur-containing compounds，were found in garlic，and 32 components，among which 28 were sulfur-containing compounds，were found in garlic essential oil．
    Key words：GC-MS；Nonnegative matrix factorization；Garlic；Garlic essential oil；Volatile oil
    大蒜为百合科植物蒜的地下鳞茎，具有杀菌、消炎、防癌、降血脂、预防心脑血管疾病、增强免疫系统，抗衰老等作用。现代医学研究表明大蒜所含成分十分复杂，包括挥发油、氨基酸、维生素、糖、蛋白质、多种矿物质及微量元素，其中挥发油为大蒜的主要活性成分。当细胞膜破裂后，大蒜*的香味将呈现出来，产生大蒜的活性成分挥发油，蒜氨酸酶（Alliinase）将蒜氨酸（Alliin）降解成蒜素（Allicin）以及其他含硫化合物。但是蒜素非常不稳定，容易发生反应转化为其他含硫化合物。市售大蒜精油为大蒜通过水蒸气蒸馏，并经过高度浓缩精炼提纯而成的一种挥发性精油，广泛用作调节血脂，但Berthold等通过临床试验发现水蒸气蒸馏获得的大蒜精油不能降低脂蛋白和胆固醇，这可能因为水蒸气蒸馏会破坏大蒜中的活性成分。因此对于大蒜以及大蒜精油的成分分析十分必要。R.Artacho等用GC-MS鉴定了大蒜萃取液中10种含硫挥发物。张银华等用GC-MS结合乙醚萃取法分析湖北大蒜中的挥发性成分，但对大蒜精油的成分分析及其与大蒜的成分比较，目前还未见报道。本文分析了大蒜与大蒜精油，比较两者化学成分的差异。对其中存在的色谱重叠峰使用非负矩阵因子分解（NMF）进行解析，并根据解析结果用峰面积百分比法计算各化学成分的峰面积相对百分含量。非负矩阵因子分解（NMF）是本课题组新发展的一种化学计量学方法，能有效地解决色谱分析中存在的重叠峰问题。
    1 试验部分
    1．1 仪器
    Agilent HP6890／5973MSD联用仪，配NIST98
谱库检索系统HP-5MS毛细管柱（30m× 0.25 mm ×0.25μm）载气：氦气（纯度99.99%）有机相针式滤器（13mm X 0.45μm）
    1．2 仪器工作条件
    色谱条件：进样口温度250℃ ；分流比为1：50；总流速50 ml/min_。；初始温度设定4O℃ ，以5℃/min 升温至8O℃ ，再以1O℃ /min 升温至220℃ ；流速1.0 mL/min。恒流速；接口温度230℃ ；质谱质量扫描范围为10～500 amu，扫描速度1O次/S。
    1．3 试验方法
    采用室温下乙醚溶剂浸取法来提取大蒜中的挥发油，具体步骤：浸泡，去皮，搅成蒜浆，加乙醚浸取24h，过滤，无水硫酸钠干燥，有机相针式滤器过滤，旋转蒸发浓缩。用相似的试验条件处理大蒜精油。取样液各5L，按仪器工作条件，分别注入色谱仪进行测定。
    2 结果与讨论
    2．1 数据分析与处理
大蒜萃取液以及大蒜精油的总离子流色谱，大部分组分色谱峰形较好，能够采用数据分析软件直接进行NIST库搜索，并进行峰面积相对百分含量计算。但也有相当一部分色谱峰发生重叠，无法确定组分数，峰面积计算也存在困难，而有个别的色谱峰重叠还比较严重，必须采用波谱解析方法进行分析。其中一个色谱重叠峰（保留时间为12.33～12.47 min），直接使用NIST库进行检索，发现在不同的色谱保留时间点检索到的组分各不相同，因此难以准确判断出该色谱峰所含的组分，更不能准确计算该色谱峰中各组分的峰面积相对百分含量。本文对该重叠峰的GC-MS数据经主成分分析，确定组分数为2，再用非负矩阵因子分解（NMF）分析该重叠峰，得到两物质的色谱峰和质谱图，经NIST库检索确定两种物质分别为1，3，5-三噻烷和苯基戊烷。
    2．2 分析结果
    用化学计量学方法解析两个色谱图中重叠峰，通过NIST谱库检索，确定了大蒜萃取液中的37种化学成分，大蒜精油中的32种化学成分，其中含硫化合物分别为34和28种。并用峰面积百分比法计算各化学成分的峰面积相对百分含量。对大蒜萃取液以及大蒜精油的总离子流（Totalionic current，TIC）色谱图进行比较发现，两者对应组分的色谱保留时间相近，但响应有较大的差异。大蒜精油中组分大多数都可在大蒜萃取液的色谱图中相应保留时间找到色谱峰，但峰面积相对百分含量有较大的差异。大蒜中含量zui大的组分为3-乙烯基-1，2-二硫杂-5-环己烯（49.181%），其次为3-乙烯基-1，2-硫杂-4-环己烯（17.264%）和二烯丙基二硫醚（3.37% ），而大蒜精油中含量zui大的组分为二烯丙基三硫醚（46.659%），其次为二烯丙基二硫醚（20.312%）和甲基烯丙基三硫醚（8.949 %）。此外，大蒜萃取液中含有烯丙基硫醇、甲基异丙基硫醚、硫甲基甲基亚砜、1-硫杂-3-羟基环己烷、2-甲基-3-氧噻烷、二烯丙基砜、甲基异硫氰酸、5，9-二硫杂壬烷、乙烯基-3-丁烯基硫醚、2-丙基-1，3-二氧戊环、1，5-二硫杂-7-羟基十二烷、3-异丙基-4-甲基-4-羟基葵烯等12种大蒜精油中不存在的化学成分。
    2．3 讨论
    大蒜精油作为大蒜的药用成品，已被人们广泛使用，它的成分分析是一个很值得研究的问题。大蒜精油通过水蒸气蒸馏获得，它所含的化学成分与乙醚萃取法获得的大蒜萃取液所含成分有很大的不同，后者比前者多了烯丙基硫醇、甲基异丙基硫醚等1O种含硫化合物，而且所含相同化学成分的峰面积相对百分含量也有很大的不同，如3-乙烯基-1，2-二硫杂-5-环己烯，在大蒜萃取液中为49.181%，而在大蒜精油中为3.192%，二烯丙基三硫醚，在大蒜精油中为46.659%，而在大蒜萃取液中为1.470%。对于3-乙烯基-1，2-硫杂-5-环己烯是否为大蒜组分在色谱柱中的产物，张银华等通过试验排除了这个可能性。两个样品中峰面积相对百分含量zui大的是截然不同的两种物质（分别为3-乙烯基-1，2-二硫杂-5-环己烯和二烯丙基三硫醚），而该物质在另一样品中的含量又相对较少（均小于4%），考虑不同提取手段的影响以外，可能的原因为大蒜精油制作过程的水蒸气蒸馏对3-乙烯基-1，2-硫杂-5-环己烯及其同分异构体有分解作用，zui后转化为二烯丙基三硫醚等含硫化合物。本文通过GC-MS分析，从化学成分上比较大蒜与大蒜精油的差异，为大蒜资源在药物方面的开发利用提供科学依据。利用化学计量学方法对重叠色谱峰进行解析，解决了组分的准确定性定量问题，提高了分析结果的准确度。
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