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【瑞士步琦】通过SFC-UV/MS分离西红花主要提取物

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分享： 2023/06/27 11:02:53

通过 SFC-UV/MS 分离西红花主要提取物

西红花，又称藏红花，是世界上最昂贵的香料之一，其花朵呈现一种精致的紫色色调，内部的丝状红色柱头非常珍贵。在秋天，红色柱头通过手工采摘并分离，生产一磅(0.45公斤)的西红花柱头需要7万朵花。这些红色柱头可以用作香料、染料并且具有药用价值。

▲ 图1：西红花花朵与柱头

西红花内有非常多的提取物，主要成分为西红花苷、苦番红花素、西红花酸等。其中许多化合物有公认的药理活性，比如西红花苷在治疗心血管疾病方面具有一定的作用。

西红花苷存在于西红花及栀子属植物中，比较常见的分离法是采用高压液相色谱法（HPLC），C-18色谱柱，流动相为水/乙腈或水/甲醇体系。初始梯度为高含水量，有机溶剂含量随时间而增加，以洗脱非极性化合物，分离过程中也会加入甲酸以改善峰型。[2-6]

栀子类药材中西红花苷类成分的定性定量分析：

▲ 图2：A.混合对照品；B.栀子；C.水栀子的 HPLC 分离图

西红花苷Ⅰ 5. 西红花苷Ⅱ 8. 西红花苷Ⅳ 17. 西红花苷Ⅲ

Acchrom XCharge C18 色谱柱（4.6 mm×250 mm，5μm）；流动相为乙腈（A）和0.1%甲酸水溶液（B），梯度洗脱，洗脱程序为：0～15min，22% A；15～30min，22%～25% A；30～35min，25%～28% A；35～50min，28% A；50～72min，28%～45% A；72～85min，45%～55% A；流速1mL·min-1，柱温30℃，检测波长440 nm，进样体积10μL。

本文介绍了一种利用BUCHI Sepiatec SFC-50分离西红花柱头主要提取物的方法。SFC-50内置紫外检测器并与MS（质谱检测器）相连，从而判断峰物质。

▲ 图3：Sepiatec SFC-UV/MS系统

实验条件

设备	Sepiatec SFC-50(UV/MS)
色谱柱	Nucleodur NH2 5μm 250 x 4 mm
流动相种类	A=CO₂ ;B=甲醇
流动相条件	平衡色谱柱5分钟 0-1 min: 14 % B 1-18 min: 14-18 % B 18-40 min: 18-50 % B 40-44 min: 50 % B
流速	7 mL/min
紫外检测器	440 nm
MASS 检测器	ESI (+/-)
背压	150 bar
柱温	40 ℃
样品	1000mg 西红花柱头 10mL 热甲醇提取物
进样量	100 uL

结果与讨论

▲ 图4：西红花提取物在紫外波长440nm下的分离图

用甲醇对西红花柱头的主要成分进行了提取后，得到的多数为极性化合物。图4为紫外波长 440nm 下的分离图。在前18分钟，由于流动相为弱极性(86- 82% CO₂)，紫外检测器下无化合物被洗脱下来。当流动相的极性通过梯度增加时，几种极性化合物被依次洗脱。其中的主要提取物西红花酸易与几种糖(葡萄糖、龙胆二糖和三氯蔗糖)结合形成西红花苷。因为西红花酸与糖分子的共价键导致极性的强烈增加，并使西红花苷具有亲水性，所以在氨基柱上的分离出峰时间比较晚[7-9]。

在质谱检测上，我们使用电喷雾离子源（ESI），这是一种常压下的温和电离方法，可以在正离子(ESI+)或负离子(ESI-)下进行。在正离子模式下，通常会形成钠加合物([M+Na]+)或质子加合物([M+H]+)。在负离子模式下，([M-H]-)离子通常是由于失去一个质子而形成的。根据样品及其性质的不同，也可以形成多种带电产物。

▲ 图5：(a) UV-440 nm;(b) mass 999-999.5 (ESI+);(c) mass 836.9-837.4 (ESI+);(d) mass 674.8-675.3 (ESI+);(e) mass 975.5- 976 (ESI-);(f) mass 813.4-813.9 (ESI-);(g) mass 651.4-651.9 (ESI-);(h) mass 341.2-341.7 (ESI-)

▲ 图6：西红花苷Ⅰ(a) ESI+ and (b) ESI-, 西红花苷Ⅱ(c) ESI+ and (d) ESI-, 西红花苷Ⅲ (e) ESI+ and (f) ESI- 以及西红花酸单甲酯(g)ESI-的质谱图

图5与图6展示了西红花甲醇提取物通过 Sepiatec SFC-50 结合 MS 检测器后的分离图谱，信号基于不同的 m/z（质子数/电荷数）。根据质谱结果我们可以推断出表1的结构式结果。

No.	化合物名称	结构式	m/z
1	西红花苷Ⅰ		976.4 C₄₄H₆₄O₂₄
2	西红花苷Ⅱ		814.8 C₃₈H₅₄O₁₉
3	西红花苷Ⅲ		652.7 C₃₂H₄₄O₁₄
4	西红花酸单甲酯		342.4 C₂₁H₂₆O₄

▲ 表1：根据图5推断的西红花主要提取物的结构式和摩尔m/z

西红花苷Ⅰ是由西红花酸和两个龙胆二糖分子组成。在图5中，该化合物 ESI+ 模式下的检测 m/z 为 999-999.5，其加合物由钠(m/z 23 g/mol)和样品分子(m/z 976.4 g/mol)组成。在 ESI- 模式下也可以检测到西红花苷Ⅰm/z 为975.5-976。其对应的图6质谱图为(a)与(b)。

西红花苷Ⅱ由西红花酸、葡萄糖和龙胆二糖分子组成。在 ESI+ 模式(图5(c))和 ESI- 模式(图5(f))下，分别为(m/z 836.9-837.4[M+Na]+)和(m/z 813.4-813.9[M- H]-)。其对应的图6质谱图为(c)与(d)。

西红花苷Ⅲ在 ESI+ 模式(图5(d))和 ESI- 模式(图5(g))下，分别为(m/z 674.8-675.3[M+Na]+)和(m/z 651.4-651.9[M-H]-)。其对应的图6质谱图为(e)与(f)。

西红花酸单甲酯只能在 ESI- 模式(图5(h))下鉴别，m/z为341.2-341.7[M-H]-。其对应的图6质谱图为(g)。

在 ESI 过程中，样品分子会被碎片化，特别是在 ESI- 模式中。例如，西红花苷Ⅰ和西红花苷Ⅱ上的葡萄糖基团在ESI-模式下的脱离，导致其在图5(g) m/z 651.4-651.9[M-H]- 中也被鉴定出来。

结论

Sepiatec SFC-50 可以有效分离西红花柱头内结构相似的提取物，为了鉴别里面的未知成分，采用 SFC-UV/MS 结合的形式，适用于多数天然产物应用。相比 HPLC 的流动相，超临界二氧化碳具有高扩散系数和低粘度的特点，并且得益于二氧化碳的弱酸性，无需加入甲酸也能获得不错的峰型。在选择性上，由于 SFC 属于正相色谱，在出峰顺序和时间上与传统的 RP-LC 完全不同，这使得 SFC 在分离一些化合物组分时具备出峰时间上的优势。比如本次分离中的西红花苷Ⅲ，在图2的 RP-LC 中，出峰顺序靠后，时间在 60 分钟之后；而在图5的 SFC 中，其出峰顺序靠前，时间在 28-29 分钟。这在分离一些极性偏弱的化合物时可以节省很多时间。

参考

DOI: 10.13140/RG.2.2.19634.40649
http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.06.090
DOI: 10.1081/FRI-100100281
DOI: 10.1016/j.foodchem.2005.11.020
https://doi.org/10.1016/j.jpba.2020.113094
叶潇，张东，冯伟红，梁曜华，刘晓谦，李春，王智民．栀子类药材中西红花苷类成分的定性定量分析[J/OL]．中国中药杂志.
https://doi.org/10.19540/j.cnki.cjcmm.20220214.301
https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b03194
https://doi.org/10.1073/pnas.140462911
DOI: 10.1007/s00425-004-1299-1

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