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基于揮發性化合物和化學計量學方法 分析不同蜂蜜的植物來源
閱讀：547 發布時間：2021-11-18摘要 本文基于固相微萃取和氣相色譜質譜 (SPME-GC/MS) 非靶向測定蜂蜜中揮發性組分， 結合化學計量學方法建立了不同植物來源蜂蜜判別和預測的方法。利用 SPME-GC/MS 對來自四種植物來源（包括洋槐蜜、椴樹蜜、荊條蜜和油菜蜜）的 87 個真實蜂蜜樣 品中的全譜揮發性化合物進行非靶向分析。通過主成分分析 (PCA) 對樣品進行質量控 制。然后，建立基于偏最小二乘判別分析 (PLS-DA)、樸素貝葉斯 (NB) 和誤差反向傳 播人工神經網絡 (BP-ANN) 的樣品分類預測模型。模型的準確率為 100%，這表明不 同植物來源蜂蜜可以準確分類。此外，還通過另外一組獨立的 20 個真實蜂蜜樣品， 對模型的可靠性和實用性進行了驗證。所有 20 個樣品均得到準確分類。最后，對椴 樹蜜的特征揮發性化合物進行初步鑒定。這表明，本研究建立的不同植物來源蜂蜜 判別方法是準確、可靠的，同時有助于尋找蜂蜜中的特征化合物。
前言 蜂蜜以其營養和藥用特性成為了世界上受歡迎的天然產物之一。蜂蜜的植物來源 和產地受到消費者的日益關注。蜂蜜的價 格通常與其植物來源/產地有關。因此， 很有必要開發一種快速強大的方法來鑒定 不同來源的蜂蜜。GC/MS 在識別和定量 分析復雜樣品中的有機化合物方面具有優 勢，與固相微萃取 (SPME) 的組合可用于 分析蜂蜜中的揮發性化合物[1]。 本應用簡報介紹了最近發表的一項關于非 靶向揮發性化合物圖譜的研究[2]，該研究 結合使用 SPME 和 GC/MS 與化學計量學 方法，對中國蜂蜜的植物來源進行分類。 該研究開發出一種基于非特異性揮發性化 合物指紋圖譜和多變量分析分類并預測蜂 蜜植物來源的方法。應用 SPME-GC/MS 在全掃描模式下非靶向采集蜂蜜的全譜揮 發性化合物數據。使用各種過濾參數進行 多變量優化。然后，建立基于偏最小二乘 判別分析 (PLS-DA)、樸素貝葉斯 (NB) 和 誤差反向傳播人工神經網絡 (BP-ANN) 的 預測模型。最后，對于具有顯著性差異的 化合物進行了初步確認。
材料與方法 蜂蜜樣品 87 個真實蜂蜜樣品，包括 19 個洋槐 (Robiniapseudoacacia L.) 蜜樣品、22 個 椴樹 (Tilia amurensis Rupr.) 蜜樣品、 22 個荊條 (Vitexnegundo var. heterophyllaRehd.) 蜜樣品和 24 個油菜 (Brassica campestris L.) 蜜樣品，分別采 集自中國北京、吉林、河北和陜西。從養 蜂人處直接采集 500 g 以上的各種蜂蜜樣 品，并保存在 4 °C 的冰箱中待分析。化學品 己烷（MS 級）購自 Fisher Scientific（中 國上海）。正己烷購自 Sigma-Aldrich，并 采用一系列烷烴 (C8H18–C25H52) 計算保留 指數。利用癸酸甲酯 (Sigma-Aldrich) 作 為內標。實驗用水產自 Milli-Q 水純化系 統 (Millipore, Bedford, MA, USA)。
固相微萃取 使用 CTC 自動進樣系統和 2 cm 涂有 50/30 µm 二乙烯苯/Carboxen/聚二甲 基硅氧烷 (DVB/CAR/PDMS) 的纖維頭 （部件號 SU57348U）運行 SPME 程序。 分析前，將纖維置于氣相色譜進樣口中， 在 270 °C 下老化 1 小時。SPME 條件如 下：將 3 g 蜂蜜放入包含 1.5 mL 去離子 水和 0.5 g 氯化鈉的 20 mL 頂空螺紋口樣 品瓶（部件號 5183-4474）中，并用聚四 氟乙烯 (PTFE)/硅橡膠隔墊（部件號 5183- 4477）將樣品瓶密封。然后在 80 °C 下， 將涂有 DVB/CAR/PDMS 的纖維頭置于樣 品溶液的頂部空氣中暴露 30 分鐘。完成 萃取步驟后，將纖維頭從樣品瓶中取出并 插入氣相色譜進樣口中，在 250 °C 下進 行 2 分鐘熱脫附。 數據處理和統計分析 利用 Agilent MassHunter GC/MS 轉換軟 件 B.07.00 版將 Agilent ChemStation 數 據轉換為 MassHunter 數據。將轉換后的 GC/MS 數據導入 MassHunter 未知物分析 軟件（B.07.01 版）中，并根據未知物分 析的優化參數進行解卷積和鑒定。將處理 后的蜂蜜樣品輪廓圖導出為 cef 文件，然 后導入 Agilent Mass Profiler Professional （13.0 版）中。 采用化學計量學方法，例如主成分分析 (PCA)、單因素方差分析 (ANOVA) 和預測 模型（包括 PLS-DA、NB 和 BP-ANN）。
結果與討論 數據挖掘 使用 Agilent MPP 軟件進行數據過濾和化 學計量學分析。對所有 cef 文件進行數據 過濾。對于四組樣品，通過數據匹配總共 獲得了 2734 個化合物。根據 MPP 工作 流程，第一個過濾器是按標記進行過濾， 該步驟用于消除不可靠的化合物。根據 各個樣品是否高于閾值或達到飽和設置 “存在"和“臨界"標志，以從整個數據 集中過濾化合物。保留了 87 個樣品中至 少 2 個樣品中可接受的化合物。第二個 過濾器是按頻率過濾，根據化合物在樣 品中的出現頻率對其進行過濾。在該步 驟中，必須是存在的化合物才可進行該 步過濾。這些過濾條件保留了每個樣品 中在至少一種條件中出現的化合物。第 三個過濾器是顯著性分析，根據單因素 方差分析計算出的 p 值。為確保僅保留 存在顯著差異的化合物，在大多數情況 下，選擇的 p 值截止值為 0.05。經過三 個過濾步驟，將化合物數量從 2734 減少 至 114。為鑒定處理樣品和對照樣品之間 的豐度比或差異超出給定倍數變化截止值 或閾值的化合物，采用倍數變化分析作 為最終過濾步驟。當倍數變化截止值為 2 時，保留了 110 個化合物，表明一系列 過濾步驟顯著減少了變量數量和數據集的 維數。