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GC×GC-MS結合化學計量學 | 測定草魚不同部位揮發性化合物

Doi: 10.1016/j.fbio.2023.103403

研究背景

淡水魚的香氣是富含多種揮發性分子的混合物，具有令人不悅的泥土氣味。這些揮發性分子來源于各種生化反應。因此，人們對魚的氣味研究越來越感興趣。

目前，用于闡明非靶向香氣特征的常用分析技術是GC-MS。然而，由于生物樣品的復雜性，可能含有成百上千種揮發性成分。傳統的一維GC-MS由于其分離能力不足，可能會出現共洗脫等問題。為了識別重疊峰，引入了全二維氣相色譜質譜（GC×GC-MS）聯用技術。GC×GC-MS由于具有優越的分離能力和更高的峰容量，能夠生成大量的數據，這對處理和分析氣相色譜數據提出了巨大的挑戰。對于有針對的靶向研究，質譜解卷積工具足以使研究人員從所需化合物中有效地提取信息。相比之下，在無針對的非靶向研究中，研究者缺乏關于樣品成分和相關化合物的先覺知識。因此，先進的數據處理工具對于處理GC×GC-MS數據是非常重要的。

本研究改進并建立了一種檢測草魚揮發性化合物的新方法。采用具有高分辨率的GC×GC-MS完全分離揮發性化合物，使用基于Matlab編寫的腳本、PCA、OPLS-DA等化學計量學方法對揮發性成分進行大規模、非靶向的研究，鑒定出了用于區分草魚不同部位的51種關鍵揮發性候選物。

方法和結論

采用GCMS-TQ8050全二維氣相色譜質譜系統，配備AOC-5000注射器、雙級環型單調制器：DB-5MS色譜柱1（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）和BPX-1色譜柱2 (2.5 m × 0.1 mm × 0.1 μm)，系統由Cycle Composer軟件控制。配備65 μm PDMS/DVB（poly-dimethylsiloxane-divinylbenzene）萃取頭的AOC-5000注射器自動執行HS-SPME過程。將色譜圖數據文件加載到GC image軟件中進行處理，生成省略S/N值小于100的blob表，該表包含如化合物ID、化合物名稱、兩根色譜柱的保留時間和RI、峰面積、blob體積等信息。由于不同樣品的相同化合物在blob表中的ID是不同的，因此編寫了基于Matlab的腳本來自動比較不同樣品的相同物質。一個化合物種類最多的blob表被用作模板，其他blob表與其比較，以生成包含不同樣品的相同化合物的矩陣。該矩陣被提交給Malab和SIMCA分別進行PCA和OPLS-DA分析，利用VIP值找出區分草魚不同部位的關鍵揮發性成分（圖1）。

圖1. 技術路線

圖2比較了來自相同樣品的兩個色譜圖，其是使用相同儀器獲得的。圖2a顯示了GC×GC曲線，圖2b是1D GC（冷噴涂裝置關閉，其他條件相同）。圖2a的相應強度是圖2b的3倍以上，這意味著GC×GC-MS比常規GC-MS更靈敏。

圖2. 相同樣品的GC×GC (a)和1D GC (b)的 TIC色譜圖

圖3展示了某一草魚樣品的GC×GC-MS指紋圖譜（a: 1D-GC, b: GC×GC, c: 3D-GC）。可以看出，色譜柱1出現了峰重疊等現象，許多blob均在色譜柱2上分離。此外，在GC箱溫度程序中，加熱速度非常慢（2 ℃/min），這意味著這些重疊峰很難通過優化色譜柱來分離。

由此得出結論，相對于傳統一維GC-MS，島津的GC×GC-MS（GCMS-TP8050）能夠檢測出更多的揮發性化合物。以圖2b為例，共檢測出8749個blob，當S/N>50時有3042個blob，當S/N>100時有1469個blob。顯然，一維GC是不能分離這么多峰的。

圖3. 某一背肉樣品的1D-GC (a), GC×GC (b), 3D-GC (c) 指紋圖譜

表1展示了體積最大的前100種揮發性化合物，包括8種醇、7種醛、3種酮、33種烷烴、7種烯烴、21種酯、2種吡啶、1種酸、1種酚和17種其他化合物。其中，63種首次在草魚中發現，44種首次在魚和相關魚制品中鑒定。

表1. 體積最大的前100種揮發性化合物（部分）

表2展示了51種關鍵揮發性候選物，這些化合物被認為是區分草魚不同部位的最有影響的變量。熱圖（圖4）表明大多數化合物濃度較低，這表明化合物濃度越高，不代表其區分草魚各部分的能力就越強。文獻調研表明，51種關鍵揮發性候選物除了可能來自于魚或魚產品，也可能來自于植物、殺蟲劑、環境污染物等。

表2. 51種關鍵揮發性候選物（部分）

圖4. 51種揮發性候選物的熱圖

文獻題目

《Determination of volatile compounds in different parts of grass carp using GC?GC-MS combined with chemometrics》

使用儀器

島津GCMS-TQ8050全二維氣相色譜質譜聯用儀（GC×GC-MS）

島津AOC系列多功能自動進樣器

作者

趙國強, … , 江勇*等 江西科技師范大學

Guoqiang Zhao, Ya Yuan, Hong Zhou, Li Zhao, Yong Jiang*