基于仿生技術對不同產(chǎn)地茯苓品質的鑒別展望*

修慧迪，程 磊,，王文全，王秋玲，李乙平，韓 影

(1 亳州職業(yè)技術學院藥學院，安徽 亳州 236800；2 安徽中醫(yī)藥科學院亳州中醫(yī)藥研究所，安徽 亳州 236800；3 中國醫(yī)學科學院藥用植物研究所，北京 100193；4 中藥材規(guī)范化生產(chǎn)教育部工程研究中心，北京 100102)

茯苓是寄生在松樹根上的菌類植物，即多孔菌科真菌茯苓Poria cocos(Schw.)Wolf的干燥菌核，在中國有著2000多年的應用歷史[1]。臨床主要用于治療小便不利、水腫、脾胃氣虛及心神不寧、驚悸等癥[2]。茯苓的道地產(chǎn)區(qū)古今變化較大，最初產(chǎn)于中原地區(qū)，后來由古代泰山區(qū)域變遷至現(xiàn)今云南地區(qū)。如曹炳章在《增訂偽藥條辨》中認為：“云南產(chǎn)者，天然生者為多，亦皮薄起皺紋，肉帶玉色，體糯質重為佳，惜乎出貨不多。”其意為云南的野生茯苓斷面乳白細膩，尤其以粘牙力強的茯苓質量最佳，然而產(chǎn)量較少。

由于古代野生茯苓的資源有限，栽培茯苓可作為補充，可其質量與野生茯苓差距較大。栽培茯苓最早載于《本草經(jīng)集注》，且產(chǎn)地由古代江蘇一帶變遷至現(xiàn)今的大別山地區(qū)，以安徽岳西為中心[3-4]?！侗静輳男隆分杏涊d：“產(chǎn)云南，色白而堅實者佳，去皮。產(chǎn)浙江者，色雖白而體輕，其力甚薄[5]?！笨梢娗宕静菡J為云南所產(chǎn)的茯苓，顏色白而質地堅實，此種茯苓質量較好。而產(chǎn)于浙江的茯苓，藥效較為薄弱。此外，《本草經(jīng)集注》曰：“今出郁州，彼土人乃假研松作之，形多小，虛赤不佳。自然成者，大如三四升器，外皮黑細，皺內堅白，形如烏獸龜鱉者，良”[6]。說明在南北朝時期江蘇當?shù)氐乃庌r(nóng)所種植的茯苓體形較小，顏色多紅且質量不佳。而野生茯苓較大，外皮黑而有褶皺，內部質地堅實而白，質量與形態(tài)俱佳。在隋唐時期的《新修本草》中也有記載[7]，“今太山亦有茯苓，白實而塊小，不復采用。今第一出華山，形極粗大……”，意思是泰山地區(qū)雖然也有茯苓的種植，然而形體較小已經(jīng)不再使用了。而質量最好的茯苓則產(chǎn)于華山地區(qū)，形體都較大。

如今茯苓屬于大宗常用中藥材，在河北、河南、山東等華北地區(qū)，浙江、安徽等中部地區(qū)，四川、貴州、云南、廣西等西南地區(qū)，廣西、廣東等東南沿海都有分布。總體來講，茯苓的產(chǎn)區(qū)分為兩塊，鄂豫皖地區(qū)和云貴地區(qū)。鄂豫皖大別山地區(qū)的茯苓以岳西為集散地，云南和貴州的鮮茯苓一般運輸?shù)胶暇钢葸M行加工，其余省份產(chǎn)量相比較少。就質量而言，云南地區(qū)適合茯苓的生長，質量固然是不錯的。但是岳西和羅田地區(qū)人工種植和加工茯苓的技術較為先進，其質量亦佳。

藥材的質量決定于諸多因素，如氣候、土壤、日照、水分、生長環(huán)境、栽培技術、生長年限、收獲季節(jié)、產(chǎn)地加工[8]等。所謂的道地藥材就是在特定環(huán)境的影響下，在長期的生態(tài)適應過程中所形成的藥材[9]。因此明確中藥的產(chǎn)地來源、真實性，保證經(jīng)典方劑的安全性和有效性，顯然具有重要意義。然而茯苓質量的評定需要廣泛的樣本采集和科學的評價方法，本次綜述將基于仿生技術對各地區(qū)的茯苓質量評價作出展望。

1 基于有效成分的含量對不同產(chǎn)地茯苓的質量研究

隨著現(xiàn)代研究的進展，人們對茯苓的認識更加深入。茯苓中的化學成分豐富，起主要作用的是茯苓多糖和茯苓三萜類化合物。茯苓多糖具有具有保肝、利尿、抗炎、降血脂、催眠等作用，茯苓三萜具有抗腫瘤、抗衰老、增強免疫等作用[10]。茯苓中茯苓多糖和茯苓三萜的含量區(qū)域性較強，即使同省不同地區(qū)二者的含量也均有明顯差異[11-12]。

張怡莎等[13]通過紫外分光光度法測定了湖南、貴州和云南省茯苓多糖的含量，結果表明湖南省的茯苓樣品其多糖的含量較貴州、云南的含量偏低。而貴州和云南省不同地區(qū)的茯苓多糖的含量也有明顯差異。貴州和云南兩省不同地區(qū)多糖的含量如表1所示。

表1 貴州和云南省不同地區(qū)多糖的含量Table 1 The content of polysaccharides in Guizhou and Yunnan provinces

張培等[14]采用苯酚-硫酸法測定了安徽安慶、安徽亳州、廣西、福建和云南五個產(chǎn)地的茯苓多糖，同時采用了自由基清除實驗研究了其抗氧化活性，結果如表2所示，云南茯苓的多糖含量較高，且抗氧化活性較強。

表2 安徽、廣西、福建和云南等五個省份茯苓多糖的含量和抗氧化性Table 2 The content and antioxidant activity of polysaccharides in Anhui, Guangxi, Fujian and Yunnan provinces

王妍妍等[15]建立了一測多評法測定了7個省份17批不同產(chǎn)地茯苓中三萜類成分的含量。外標法顯示(如表3所示)不同產(chǎn)地的茯苓其三萜類成分的含量有明顯差異，且在缺乏對照品的情況下，以茯苓作為內參物測定測定去氫茯苓酸、去氫土莫酸、松苓新酸的含量是可行的，該種方法為茯苓的質量控制提供了參考方法。

表3 7個省份茯苓三萜類成分的含量Table 3 The content of triterpenes in seven provinces

此外，隨著現(xiàn)代自然科學技術的發(fā)展，許多新學科理論和實驗技術不斷滲透到中藥質量評價中，例如化學檢測、譜效相關技術、生物效價測定技術等，中藥質量評價的方法更加多樣化[16]。然而中藥中化學成分復雜，僅僅依靠化學檢測的中藥質量控制方法不能全面地反映中藥的整體質量，且評價結果與臨床效用和用藥安全往往缺乏緊密的聯(lián)系，不能充分體現(xiàn)中醫(yī)藥特色[17]，制約著中醫(yī)藥的發(fā)展。因此本次研究認為中藥品質的評價應當與傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論相結合，如氣、味特征與其內在物質直接關聯(lián)，是評價中藥質量的重要指標之一[18]。

2 電子鼻和電子舌技術在中藥品質鑒別上的應用

2.1 電子鼻的工作原理

電子鼻的核心裝置是氣體傳感器，相當于生物鼻子來識別空氣中的氣態(tài)物質[19]。人類的嗅覺依賴于鼻腔粘膜中的嗅覺受體細胞，這些細胞可以被空氣中的氣體分子黏附和激活，向大腦中的“嗅球”發(fā)送神經(jīng)信號。同樣，電子鼻的氣體識別類似于人對氣味的敏感度，它由氣體傳感器陣列、信號預處理模式和模式識別系統(tǒng)三部分組成。氣體傳感器陣列相當于嗅覺系統(tǒng)中的受體細胞[20]，當氣體傳感器與氣體物質接觸時，可將化學輸入轉化為電信號。在信號預處理階段對其進行處理，包括去噪、特征提取和信號放大，以實現(xiàn)對氣體樣本的定性和定量分析。最后由與人腦相似的模式識別系統(tǒng)來處理傳感器發(fā)出的信號。PEN3便攜式電子鼻傳感器及其靈敏度范圍描述如表4所示。

表4 電子鼻傳感器的性能描述Table 4 Performance description of electronic nose sensors

2.2 電子舌的工作原理

電子舌技術又稱為人工味覺識別技術或味覺傳感器技術，用以分析和識別單一或者復雜液體“味道”[21]，主要由味覺傳感器陣列、信號采集系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)三部分組成。味覺傳感器相當于人的舌頭對被測溶液進行感應。信號采集系統(tǒng)模擬人的神經(jīng)感覺系統(tǒng)。模式識別系統(tǒng)相當于人類的大腦，當被測液體的滋味被傳感器陣列感應后，被激發(fā)的信號傳遞到電腦模式識別系統(tǒng)中，模式識別系統(tǒng)即發(fā)揮人類大腦的作用對信號進行特征提取，建立模式識別模型，并對不同被測溶液進行區(qū)分辨識。TS-5000Z型電子舌傳感器及其檢測范圍如表5所示。以基準溶液的輸出為“0”，0以上表明被測物質的味覺屬性在人的感知范圍之內。

表5 電舌傳感器的性能Table 5 Performance description of electronic tongue sensors

2.3 電子鼻、舌技術在中藥產(chǎn)地鑒別上的應用

中藥材種類繁多，種植面積廣泛，來源復雜。多數(shù)中藥材氣味濃郁、味感豐富，自古以來便是藥材鑒別的重要依據(jù)之一。韓玉等[22]曾利用電子鼻系統(tǒng)結合相應的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法建立過中藥氣味的圖譜，結果顯示電子鼻對于藥材粉末感受敏感，同一藥材的不同品種，不同產(chǎn)地和不同炮制品皆可被區(qū)分和識別。黃得棟等[23]確定了電子鼻測定的最佳實驗條件，采用利用主成分分析(PCA)結合線性判別分析區(qū)別了同一省份三個產(chǎn)地的南五味子，結果顯示，利用南五味子的特殊氣味，該種方法能細致區(qū)分甘肅省華亭縣、徽縣江洛鎮(zhèn)、武都區(qū)的南五味子，且效果顯著。拱建婷等[24]同樣采用了電子鼻技術對青海西寧、四川北川、湖北神農(nóng)架、云南曲靖的當歸樣品進行了區(qū)分，同時發(fā)現(xiàn)支持向量機能夠實現(xiàn)當歸產(chǎn)地的快速準確鑒別，其區(qū)分效果優(yōu)于主成分分析法。

陳棟杰等[25]利用電子舌技術對寧夏、內蒙古、青海、甘肅四個省份不同產(chǎn)地的54批枸杞子樣品作出了檢測，結合著感官評價法并對兩者作出了相關性分析，相關性分析結果顯示感官評價結果與電子舌傳感器響應值顯著相關。說明電子舌技術能夠替代人工實現(xiàn)對枸杞的味覺屬性的評價。吳浩善等[26]采用電子舌對來自遼寧、吉林、黑龍江、山西、河南、陜西的39批五味子樣品作出了定量表征并構建了判別模型，結果顯示PCA和DFA兩種計量方法都能有效區(qū)分南、北五味子的不同產(chǎn)地。此種方法為五味子產(chǎn)地的鑒別提供了借鑒。曾燕等[27]采用電子舌技術結合高效液相色譜檢測，考察了河北、山西、山東、內蒙古的19批黃芩藥材其味覺信息和主要化學成分之間的相關性。結果顯示不同產(chǎn)地的黃芩其苦味、澀味、鮮味差異均較大，黃芩苷的含量與苦味、澀味、苦回味、澀回味、酸味呈現(xiàn)顯著的正相關，與鮮回味出現(xiàn)顯著的負相關?？辔逗蜐h黃芩苷含量呈現(xiàn)顯著正相關。說明電子舌能客觀評價味道，在表達和控制中藥材外觀質量方面有著廣闊的應用前景。

雖然電子鼻和電舌實現(xiàn)了氣味的客觀化表達，使氣味成為可以量化的指標，但是并不代表電子鼻和電子舌就能取代傳統(tǒng)的含量測定手段，這只是氣味可以用于標準化質量控制的前提。氣味和有效組分、臨床療效的相關性研究還有待加強。

3 電子鼻、舌用于茯苓質量控制的前景展望

3.1 茯苓的氣與味的識別

在遠古至西周時期，“氣”和“味”指的是藥材真實的氣味和滋味，通過口嘗而獲得。如“必嘗異味”、“非口不能味也”[28]。 由此可以判斷，春秋之前味是通過口嘗獲得。經(jīng)過長期的實踐，人們發(fā)現(xiàn)中藥的功效與某些口嘗滋味有關，然后抽象地推斷出藥物的功效。五味的理論在春秋戰(zhàn)國時代就出現(xiàn)了，如四時五味的宜忌，過食五味所產(chǎn)生的不良后果等[26]?，F(xiàn)在所說的五味，首先是作為藥性理論，代表著藥物的作用。其次五味可作為鑒別藥材和評價質量的一種方法。中藥的“氣”“味”是藥材內在化學成分最為直接的外在表現(xiàn)，即其氣味是由其含有的化學成分決定的[29]。化學成分的種類、含量又直接決定了藥材的藥效，最終決定了藥材的質量。

中醫(yī)理論中的“四性五味”理論作為中醫(yī)基礎理論的核心組成部分，一直是中醫(yī)理論研究的重點和難點之一。然而，該研究的進展有限，許多理論問題沒有得到有效解決。傳統(tǒng)的“五味”理論仍有局限性，不能完全適用于每種藥味[30-31]。比如歷代中醫(yī)對茯苓“氣”與“味”的看法存在爭議[32-34]。例如，茯苓的“味”有兩種觀點，即甜味和淡味[35]。淡味實際上是甜味的余味[36]，但沒有相關的文獻對茯苓的感官特征進行綜述。同時，僅僅通過口嘗[37]來反映中藥的真實味道是困難的，不能作為一種科學的定量方法。李學林[38]認為，有必要從辯證的角度看待傳統(tǒng)的五味說，并運用科學的手段對其進行重新校正。電子鼻和電子舌，這兩種技術則可用于不同產(chǎn)地茯苓的氣味和滋味的測定，并轉化為定量的指標，作為基礎來客觀地評價茯苓的“五味”，為中藥產(chǎn)地的鑒別和質量的評價提供依據(jù)。

3.2 結合有效成分對不同產(chǎn)地茯苓質量的鑒別

基于氣與味的仿生技術是中藥質量評價和質量控制中的新型手段，其優(yōu)勢在于靈敏性、客觀性和綜合性。即使對于氣味淡薄的茯苓藥材，其嗅覺屬性和味覺屬性在人的感受范圍之外，此技術亦能量化表達。同時電子鼻、舌對于不同產(chǎn)地茯苓的區(qū)分結果是它們整體上的差異，區(qū)分效果具有說服力。然而其缺陷在于并不能闡明各個產(chǎn)地的茯苓根本上的差異，如茯苓中的呈味物質是否存在量的差異，其藥效物質基礎又有何不同。此時，基于指紋特征譜、譜-效關系的研究和藥效物質基礎的測定就顯得尤為重要。因此認為將二者有機聯(lián)系起來，利用統(tǒng)計學手段加以分析建立某種關聯(lián)，如建立多元統(tǒng)計回歸模型，利用仿生技術的結果預測各產(chǎn)地茯苓中有效成分的含量，從而更加方便、快捷地評價茯苓的質量未嘗不是一種新穎評價模式。

4 結 語

與茯苓氣味相關的化學成分、藥效成分是需要進一步研究。結合電子鼻對茯苓的“氣”“味”進行綜合分析，確定造成這些產(chǎn)地區(qū)別的關鍵 的“氣”“味”成分。利用現(xiàn)代分析方法進行仿生技術檢測結果與化學成分的相關性分析，同時建立定量分析預測模型，這種方法可引入到中藥質量評價中。以期建立科學、合理、客觀的中藥質量評價模式，這對于中藥品質的評價與傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論相結合具有現(xiàn)實意義和長遠的科學價值。