生物标志物分析——液体黄金的秘密

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天然产物主要指的是从天然植物、动物或微生物中提取的有机物或代谢产物，对天然产物的分析在食品和香精香料应用里有所涉及，不过其中很多也是跟药物及治疗过程相关的应用。比如用于芳香疗法的植物精油，或者传统中药材等。一般来说，这些天然产物的组成都十分复杂，而且其组成受品种、生长环境、气候、以及保存及处理方法的差异而呈现出不同的品质和经济价值。一直以来，分析科学家对其进行了深入的研究，希望能找出影响差异的特征化合物。随着全二维色谱等分析技术的出现，这些复杂的天然产物中的组成可以准确地展现出来，完美解决了长久以来的鉴定难题。而且由于这些产品的品质或疗效是跟其中很多成分的协同作用有关联，全二维气相色谱作为一种“全景式”的分析方法，其优点也恰恰是能够体现样品中化学组成的全貌。近几年来， GCxGC在精油、食品风味、日化产品、中药等方面的分析应用得到了迅速的发展。

下面我们来分别讨论不同的天然产物的情况，今天主要谈谈植物精油。

近年来，植物精油越来越受到大家的欢迎，比如用于芳香疗法。一般厂家都会介绍这些产品具有天然的抗衰老、抗氧化、消炎健体等诸多功效。这些天然产物的价格也随之不断提高，特别是一些高端品种，比黄金都贵好几百倍（每公斤价格大约上万欧元）。另一方面，对于这些产品的分析方法比较传统，经常无法准确测定产品组成中的细微差别，导致市场上大量的掺假和以次充好等行为猖獗。随着全二维技术的发展，色谱分辨率得到极大改善，很多原来由于分不开而没有发现的重要物质或指纹特征逐渐被人所了解，从而为天然产物的产地、品种和品质的鉴定提供了有力手段。另外这种方法也可用于指导今后生产者的质量控制和优化过程。

最近几年，这方面的应用成果层出不穷。

胡椒 (Piper regnellii) 是一种重要的香料，除了用于食用，在一些地方的民间医学里，胡椒叶还用于伤口处理，有消炎抗感染的功效。巴西的一个科研团队研究了胡椒提取精油中的主要化学成分 [1]。他们分别选取胡椒叶、茎、花成分，用供水蒸馏法 (hydrodistillation) 提取精油，用GC-MS和GCxGC-qMS方法进行分析，得到了其特征化学组成。

研究表明，GCxGC-qMS可以对胡椒叶、茎、花不同部位的三种精油成分进行有效区分，其中不同类别的成分差异明显（见下图），特别是可以分离一些含量较少的物质，从而实现对其功能的鉴定。

薰衣草是一种非常著名的观赏植物，但其精油的价值也非常高。

Krupcik 对薰衣草精油 (lavender essential oil) 的组成进行了分析 [2]，主要是研究其中手性化合物的分离情况。他们选用不同的手性一维柱，采用气流调制的GCxGC-qMS/FID方法，对薰衣草精油中的14对主要手性化合物进行了考察，发现用不同的手性一维柱对不同的手性化合物有着显著的分离差异（见下图）。这种新的分析方法可以用于薰衣草精油的真伪鉴定和质量控制。

香料是一种很重要的原料，自古以来也是价值不菲。人们发明了很多处理和保存方法，来尽量延长香料的保存时间。为了长时间保存香料，很多时候会采用β射线辐射的方法进行消毒，但之前有研究认为，辐射会破坏其中的有效物质，对香料品质造成影响。为了深入研究，Kirkin等人研究了香料的处理方式对香料挥发性风味物质的影响 [3]。他们使用了迷迭香、百里草和黑胡椒三种香料，采用不同消毒条件（有无辐射，辐射强度，空气中，纯氮条件下）对香料中的化学成分进行分析。研究发现，在100% 纯氮条件下的辐射不会对香料成分产生大的变化，而在空气中时，辐射会产生一些新的物质，主要是通过氧化反应生成。所以，今后如果要对这些香料进行β射线辐射，需要隔绝空气，在氮气环境下操作。

来自意大利的研究团队 [4] 研究了一种地中海地区特有的民间草药树苦艾（tree wormwood, Artemisia arborescens），这种草药据说有消炎退烧、止痉挛等功效。他们选取了树苦艾的地上部分蒸馏提取出精油，进行了全面的理化分析。其中通过气流调制GCxGC-qMS建立起了其化学组成的指纹特征。

桉树 (Eucalyptus) 是澳大利亚最主要的树种，其含油量很高，桉叶油也是一种非常具有经济价值的精油品种。

澳大利亚Philip Marriott团队 [5] 选择了四种不同种类的桉树叶，蒸馏提取精油后进行全二维分析，采用GCxGC-HR-TOFMS系统，对其中的挥发性有机物进行了详细的测定。

最终得到400多个化合物，准确定性了其中的183种。最后这些定性和定量信息用PCA统计后，对不同种类的桉树成分进行了区分。

另外，他们还联合了巴西的研究团队，对亚马逊区域特殊的一种植物——苦配巴树 (Copaifera) 的油脂进行了分析 [6]。

这种植物在当地被广泛用于从受伤、溃疡、皮肤感染到支气管炎等的治疗和恢复。研究人员关注倍半萜和双萜的脂肪酸物质，这些成分在之前的研究中很少涉及，因此也没有足够的质谱和保留指数库用于比对参考。低电压电离和cold-EI等软电离手段可以减少分子离子的碎裂程度，配合高分辨飞行时间质谱的应用，有助于确定这些未知物分子的分子式和结构式。

随着固态热调制技术的出现，全二维色谱开始彻底摆脱制冷剂和繁杂的操作维护流程，从而使越来越多的团队可以使用这种全新技术，对那些古老的液体黄金进行深入研究，以解开千古以来隐藏在其中的秘密。

参考文献

[1] A.L. dos Santos, A.S. dos Polidoro, J.K. Schneider, M.E. da Cunha, C. Saucier, R.A.Jacques, C.A.L. Cardoso, J.S. Mota, E.B. Caramão, Comprehensive two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry(GC×GC/TOFMS) for the analysis of volatile compounds in Piper regnellii (Miq.) C. DC. essential oils, Microchem. J. 118 (2015) 242-251

[2] J. Krupcík, R. Gorovenko, I.ˇSpánik, D.W. Armstrong, P. Sandra, Enantioselective comprehensive two-dimensional gas chromatography of lavender essential oil, J. Sep. Sci. 39 (2016) 4765–4772 

[3] C. Kirkin, B. Mitrevski, G. Gunes, P.J. Marriott, Essential-oil analysis of irradiated spices by using comprehensive two-dimensional gas chromatography, Chempluschem 79 (2014) 798–803

[4] R. Costa, S. Ragusa, M. Russo, G. Certo, F.A. Franchina, A. Zanotto, E. Grasso, L.Mondello, M.P. Germanò, Phytochemical screening of Artemisia arborescens L. by means of advanced chromatographic techniques for identification of health-promoting compounds, J. Pharm. Biomed. Anal. 117 (2016) 499–509

[5] Y.F. Wong, P. Perlmutter, P.J. Marriott, Untargeted metabolic profiling of Eucalyptus spp. leaf oils using comprehensive two-dimensional gas chromatography with high resolution mass spectrometry: expanding the metabolic coverage, Metabolomics 13 (2017) 1–17

[6] Y.F. Wong, T.M. Uekane, C.M. Rezende, H.R. Bizzo, P.J. Marriott, Qualitative analysis of Copaifera oleoresin using comprehensive two-dimensional gas chromatography and gas chromatography with classical and cold electron ionisation mass spectrometry, J. Chromatogr. A 1477 (2016) 91–99

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