電子鼻區(qū)分牛膝及其不同炮制品氣味的初步研究Δ

胡婷婷，張振凌，張 娟，趙 丹（河南中醫(yī)藥大學(xué)呼吸疾病診療與新藥研發(fā)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州450046）

電子鼻區(qū)分牛膝及其不同炮制品氣味的初步研究Δ

胡婷婷＊，張振凌#，張 娟，趙 丹（河南中醫(yī)藥大學(xué)呼吸疾病診療與新藥研發(fā)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，鄭州450046）

目的：建立區(qū)分牛膝及其不同炮制品氣味的方法。方法：制備牛膝生品、黃酒炙牛膝、白酒炙牛膝、鹽水炙牛膝、清水炙牛膝，并按相應(yīng)炮制方法制成泛糖牛膝炮制品。采用電子鼻分析上述牛膝及其炮制品氣味：數(shù)據(jù)獲取持續(xù)時(shí)間為200 s，獲取周期為1 s，延滯時(shí)間為1 080 s，空氣流速為150 mL/min，進(jìn)樣體積為2.5 mL，進(jìn)樣速度為500 μL/s，孵化時(shí)間為300 s，孵化溫度為40℃，沖洗時(shí)間為120 s，進(jìn)樣器溫度為50℃，攪動(dòng)速度為500 r/min。結(jié)果：與牛膝生品比較，4種炮制品的氣味存在顯著差異；鹽水炙牛膝與牛膝生品氣味的相對(duì)距離最近，白酒炙牛膝與牛膝生品氣味的相對(duì)距離最遠(yuǎn)?？筛鶕?jù)氣味的相對(duì)距離判斷（泛糖）牛膝炮制品的工藝是否相同。結(jié)論：電子鼻能夠快速區(qū)分牛膝及其不同炮制品的氣味。

電子鼻；氣味；牛膝；炮制品

牛膝，又稱懷牛膝，系莧科植物牛膝Achyranthes bidentata Bl.的干燥根，其為臨床常用的大宗中藥，是河南省道地藥材，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，列為上品，具有補(bǔ)肝腎、強(qiáng)筋骨、活血逐瘀、引血下行之功效[1]。根據(jù)臨床需求，可采用不同工藝將牛膝制成不同炮制品，如白酒炙牛膝、鹽水炙牛膝等[2-3]。目前對(duì)牛膝炮制品的鑒別主要依靠經(jīng)驗(yàn)判斷其外觀性狀，如“本品形如牛膝段，表面色略深，偶見焦斑，微有酒香氣”[4]。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)鑒別歷史悠久，有其實(shí)用、簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但主要依靠人進(jìn)行判斷，結(jié)果主觀性較強(qiáng)、重復(fù)性較低。因此，尋求一種快速有效鑒別牛膝不同炮制品的方法勢(shì)在必行。

電子鼻是利用氣體傳感器陣列響應(yīng)圖來(lái)識(shí)別氣味的電子系統(tǒng)，可以在幾小時(shí)、幾天、甚至數(shù)月的時(shí)間內(nèi)連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)特定對(duì)象的氣味狀況。其工作原理為當(dāng)傳感器和氣味相互作用時(shí)會(huì)使活性材料的導(dǎo)電性（電阻）發(fā)生變化，即為信號(hào)[5]。儀器分析提供了客觀的數(shù)據(jù)，提高了人工分析的可靠性，讓風(fēng)味感官檢測(cè)和品控成為了客觀、可靠、可行的重要手段。電子鼻目前主要應(yīng)用于食品、茶葉、煙草、環(huán)境的檢測(cè)，在中藥材中的應(yīng)用也逐漸開始普及。氣味有望成為鑒別中藥材不同炮制品的一項(xiàng)重要可量化指標(biāo)[6]。

本研究通過(guò)電子鼻對(duì)牛膝及其不同炮制品氣味進(jìn)行檢驗(yàn)和區(qū)分，以期通過(guò)該技術(shù)能客觀描述中藥材炮制品外觀性狀，為其鑒別研究提供一定參考。

1 材料

1.1 儀器

FOX4000型電子鼻（法國(guó)Alpha Mos公司）；SZ-93型自動(dòng)雙重純水蒸餾器（上海亞榮生化儀器廠）。

1.2 試劑

黃酒（浙江古越龍山紹興酒股份有限公司，批號(hào)：20150127）；食鹽（河南省衛(wèi)群多品種鹽有限公司，批號(hào)：1412041701942539）；沁源酒府型白酒（焦作市易生元酒業(yè)股份有限公司，批號(hào)：20090629，于實(shí)驗(yàn)室放置2年，度數(shù)：45°）；水為純化水。

1.3 藥材

牛膝藥材購(gòu)自于河南省武陟縣大豐鄉(xiāng)駕步四村（商品規(guī)格為當(dāng)年生頭肥），經(jīng)河南中醫(yī)藥大學(xué)生藥學(xué)教研室陳隨清教授鑒定為真品。

2 方法與結(jié)果

2.1 牛膝炮制品的制備

參照文獻(xiàn)[7]，將牛膝藥材切成3 mm厚片，于60℃下烘干制成飲片，備用。

2.1.1 牛膝生品 取牛膝飲片，篩去碎屑，即得[8]。

2.1.2 黃酒炙牛膝 取牛膝飲片100 g，加黃酒10 g，悶潤(rùn)1 h后炒15 min，即得[8]。

2.1.3 白酒炙牛膝 取牛膝飲片100 g，加白酒10 g，悶潤(rùn)1 h后炒15 min，即得[8]。

2.1.4 鹽水炙牛膝 取牛膝飲片100 g，加鹽水（含量：20%）10 g，悶潤(rùn)1 h后炒15 min，即得[8]。

2.1.5 清水炙牛膝 取牛膝飲片100 g，加水10 g，悶潤(rùn)1 h后炒15 min，即得[8]。

2.1.6 泛糖牛膝 取牛膝飲片于高溫高濕（溫度：40℃，濕度：75%）條件下放置1個(gè)月，得顏色發(fā)黑、變黏的牛膝飲片即為泛糖牛膝飲片[9]，按“2.1.1”～“2.1.5”項(xiàng)下炮制方法制成泛糖牛膝炮制品，詳見表1。

表1 牛膝炮制品編號(hào)Tab 1 Number ofA.bidentata processed products

2.2 檢測(cè)條件的選擇

通過(guò)對(duì)牛膝生品響應(yīng)曲線（見圖1，每條曲線代表1個(gè)傳感器在200 s內(nèi)的響應(yīng)值變化）分析，檢測(cè)條件優(yōu)化盡可能使樣品的響應(yīng)曲線處于0.3～0.8范圍內(nèi)。最終獲得電子鼻參數(shù)包括兩部分：分析參數(shù)（數(shù)據(jù)獲取持續(xù)時(shí)間：200 s，獲取周期：1 s，延滯時(shí)間：1 080 s，空氣流速：150 mL/min，進(jìn)樣體積：2.5 mL，進(jìn)樣速度：500 μL/s）和自動(dòng)進(jìn)樣器參數(shù)（孵化時(shí)間：300 s，孵化溫度：40℃，沖洗時(shí)間：120 s，進(jìn)樣器溫度：50℃，攪動(dòng)速度：500 r/min）。電子鼻含有3個(gè)高效傳感器室，共18根傳感器（Sensors chamber 1：LY2、LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTl；Sensors chamber 2：T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/ 2；Sensors chamber 3：P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2），即每個(gè)樣品有18組數(shù)據(jù)。

圖1 牛膝生品電子鼻傳感器響應(yīng)曲線Fig 1 Electronic nose sensor corresponding curve of A.bidentata

2.3 重復(fù)性試驗(yàn)

取牛膝生品及其炮制品平行測(cè)定3次，記錄傳感器響應(yīng)值。結(jié)果，各傳感器響應(yīng)值的RSD均＜3%，表明數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

2.4 牛膝炮制品主成分（PCA）分析

通過(guò)電子鼻傳感器響應(yīng)值可得1個(gè)矩陣，該矩陣是以牛膝不同炮制品作為矩陣的行，以電子鼻傳感器響應(yīng)曲線中的響應(yīng)值作為矩陣的列，利用該矩陣即可進(jìn)行PCA分析，詳見圖2。圖2中PCA區(qū)分指數(shù)（Diferentiation Index，DI）為95，區(qū)分指數(shù)框?yàn)榫G色，表明區(qū)分有效。第一PCA（PC1）的累積貢獻(xiàn)率為96.167%，PC1和第二PCA（PC2）的累積貢獻(xiàn)率之和為99.894%，表明牛膝不同炮制品氣味的差異主要由PC1決定。

圖2 牛膝炮制品氣味PCA圖Fig 2 PCAof processed products ofA.bidentata

由圖2可知，牛膝生品與其不同炮制品比較，氣味存在顯著差異；4種牛膝不同炮制品也存在一定差異，說(shuō)明炮制工藝對(duì)藥材氣味有顯著影響。

DI是電子鼻區(qū)分樣品程度的表征，由下列公式計(jì)算而來(lái)[10]：（1）當(dāng)組群之間沒(méi)有疊加時(shí)，DI為正值。DI＝100×（1—每個(gè)組群空間面積的總和/包容所有組群的總空間面積）。（2）當(dāng)組群之間有疊加時(shí)，DI為負(fù)值，表明樣品之間不能完全區(qū)分。DI＝—100×（組群疊加部分空間面積的總和/包容所有組群的總空間面積）。DI的最大值為100；80～100表明有效區(qū)分，其值越大，區(qū)分越好。根據(jù)圖2得出牛膝不同炮制品氣味的相對(duì)距離（見表2），相對(duì)距離越近，則氣味越相近，反之亦然。結(jié)果表明，鹽水炙牛膝與牛膝生品氣味的相對(duì)距離最近（0.33），即其氣味與牛膝最相近；白酒炙牛膝與牛膝生品氣味的相對(duì)距離最遠(yuǎn)（1.65），即其氣味與牛膝生品差別最大。

表2 牛膝炮制品氣味的相對(duì)距離Tab 2 The relative distance of processed products of A.bidentata

載荷圖中傳感器上的響應(yīng)值可代表各樣品的特征用以識(shí)別不同樣品。從牛膝不同炮制品的載荷圖（見圖3）可看出每個(gè)樣品在18根傳感器中響應(yīng)值不同。

圖3 牛膝炮制品載荷圖Fig 3 Loading diagram of processed products of A.bidentata

2.5 泛糖牛膝炮制品PCA分析

泛糖牛膝炮制品PCA分析見圖4。由圖4可見，PC1和PC2的累積貢獻(xiàn)率之和達(dá)到了99.517%（80%以上即可代表樣品的大部分信息），表明該圖能很好地反映樣品的實(shí)際情況，樣品在PCA圖上的DI達(dá)到97，表明電子鼻能區(qū)分全部樣品。根據(jù)PCA圖中的相對(duì)距離遠(yuǎn)近可以看出，A2與B2、A1與B3、A3與B4、A4與B1的相對(duì)距離較近，與表1的樣品信息吻合，進(jìn)一步也說(shuō)明了無(wú)論是泛糖牛膝還是牛膝都可以根據(jù)綜合氣味的相對(duì)距離來(lái)判斷是否為相同工藝炮制。

圖4 泛糖牛膝炮制品PCA圖Fig 4 PCA of processed products of floating sugar A. bidentata

3 討論

相比于傳統(tǒng)氣味鑒別方法，電子鼻技術(shù)具有樣品無(wú)需前處理、無(wú)污染、分析速度快、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，不足之處就是對(duì)牛膝與泛糖牛膝的具體成分區(qū)分及成分的定量分析時(shí)，仍需要聯(lián)合氣相色譜儀進(jìn)一步結(jié)合大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和訓(xùn)練電子鼻建立數(shù)據(jù)庫(kù)，才能更好地應(yīng)用于中藥不同炮制品的具體區(qū)分[10]。

由本試驗(yàn)結(jié)果可知，與牛膝生品比較，4種牛膝炮制品的氣味存在顯著差異：鹽水炙牛膝與牛膝生品氣味的相對(duì)距離最近，白酒炙牛膝與牛膝生品氣味的相對(duì)距離最遠(yuǎn)；并且可根據(jù)氣味的相對(duì)距離判斷（泛糖）牛膝炮制品工藝是否相同。

隨著中醫(yī)藥現(xiàn)代化的發(fā)展，中醫(yī)藥理論基礎(chǔ)下的傳統(tǒng)中藥鑒別、配伍以及炮制等多方面的經(jīng)驗(yàn)亟需現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，以充分證明傳統(tǒng)中藥辨藥、用藥經(jīng)驗(yàn)的正確性與合理性。電子鼻的誕生剛好適應(yīng)了中醫(yī)藥現(xiàn)代化的發(fā)展需求。就目前的使用狀況而言，電子鼻僅處于識(shí)別不同炮制品的初級(jí)階段，而對(duì)于不同炮制品的定量分析進(jìn)而鑒別出最佳炮制工藝的較高級(jí)階段，還需要進(jìn)一步深入研究。

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Preliminary Study on Distinguishing the Odor of Achyranthes bidentata and Its Diffecrent Processed Products by Electronic Nose

HU Tingting，ZHANG Zhenling，ZHANG Juan，ZHAO Dan（Collaborative Innovation Center for Respiratory Disease Diagnosis and Treatment&New Drug Development of Henan Province，Henan University of Chinese Medicine，Zhengzhou 450046，China）

OBJECTIVE：To establish a method for distinguishing the odor of Achyranthes bidentata and its different processed products.METHODS：A.bidentata，rice wine processed A.bidentata，liquor processed A.bidentata，saline processed A.bidentata and clean water A.bidentate were processed.Floating sugar A.bidentate were processed by the method.Electronic nose was used to analyse smell of the products：the data acquisition duration is 200 s，acquisition period was 1 s，the delay time is 1 080 s，the air flow rate is 150 mL/min，the injection volume was 2.5 mL，500 μL/s injection speed and hatching time is 300 s，the incubation temperature is 40℃，the flushing time is 120 s，the injector temperature is 50℃，stirring moving speed is 500 r/min.RESULTS：Compared with A.bidentata，there was significant difference in the odor of other 4 processed products；saline processed A.bidentata showed the nearest relative distance of odor with A.bidentata，liquor processed A.bidentata showed the largest relative distance of odor with A.bidentata.Whether the processing method of（floating sugar）A.bidentata was the same can be judged by the relative distance of odor.CONCLUSIONS：Electronic nose can rapidly distinguish the odor of A.bidentata and its different processed products of A.bidentata.

Electronic nose；Odor；Achyranthes bidentata；Processed product

R284.1

A

1001-0408（2017）03-0384-03

2016-04-27

2016-07-15）

（編輯：張 靜）

國(guó)家中醫(yī)藥管理局科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)課題（No.2014FY111100-7）；河南中醫(yī)學(xué)院研究生科研苗圃工程項(xiàng)目（No. MP2015-86）；呼吸疾病診療與新藥研發(fā)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心研究生科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目（No.教科技〔2013〕638號(hào)）

＊碩士研究生。研究方向：中藥飲片。E-mail：992902083@qq. com

#通信作者：教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：中藥飲片及新藥研發(fā)。電話：0371-65680970。E-mail：zzlhnzy@126.com

DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.03.27