快速氣相電子鼻結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)3種五味子飲片快速識(shí)別及氣味差異標(biāo)志物研究

李 昱，宮靜雯#，費(fèi)程浩，蘇聯(lián)麟，季 德，卞振華，張 偉，秦宇雯，毛春芹, 2*，陸兔林, 2*

快速氣相電子鼻結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)3種五味子飲片快速識(shí)別及氣味差異標(biāo)志物研究

李 昱1，宮靜雯1#，費(fèi)程浩1，蘇聯(lián)麟1，季 德1，卞振華1，張 偉1，秦宇雯1，毛春芹1, 2*，陸兔林1, 2*

1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210023 2.江蘇省中醫(yī)外用藥開發(fā)與應(yīng)用工程研究中心，江蘇 南京 210023

基于快速氣相電子鼻對(duì)3種五味子（SCF）飲片進(jìn)行氣味特征分析，并建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural network，ANN）快速判別模型，擬解決生產(chǎn)流通及臨床使用過程中的品種混淆問題。通過建立五味子飲片Heracles NEO快速氣相電子鼻分析方法，對(duì)生五味子、醋五味子（vinegar-processed，VSCF）及蜜五味子（honey-processed，HSCF）氣味指紋圖譜進(jìn)行了分析，通過計(jì)算各成分峰雙柱Kovats相對(duì)保留指數(shù)，結(jié)合Arochembase數(shù)據(jù)庫指認(rèn)了各樣品氣味成分及潛在氣味差異標(biāo)志物，最終建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速判別模型。建立了五味子飲片快速氣相電子鼻分析條件并通過了方法學(xué)考察，通過對(duì)3種五味子飲片氣味指紋圖譜分析，指認(rèn)了36個(gè)氣味特征成分，結(jié)合熱圖分析發(fā)現(xiàn)，乙酸和2-甲基-2-丙烯酸己酯可能是醋五味子氣味差異標(biāo)志物；3-甲基十六烷和3-乙基十六烷可能是蜜五味子的潛在氣味差異標(biāo)志物?；诳焖贇庀嚯娮颖菣z測結(jié)果的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判別模型訓(xùn)練正確率和測試正確率均為100.0%，可成功實(shí)現(xiàn)對(duì)3種五味子飲片的快速鑒別。Heracles NEO快速氣相電子鼻結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可較好分析五味子飲片氣味特征并進(jìn)行快速、準(zhǔn)確判別分析，可應(yīng)用于在線檢測等質(zhì)量監(jiān)控環(huán)節(jié)，也為其他飲片快速檢測方法的建立提供參考。

五味子；快速氣相電子鼻；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；氣味差異標(biāo)志物；Kovats相對(duì)保留指數(shù)；熱圖；乙酸；2-甲基-2-丙烯酸己酯；3-甲基十六烷；3-乙基十六烷；在線檢測；快速檢測

五味子為木蘭科五味子屬植物五味子(Turcz.) Baill.的干燥成熟果實(shí)，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，具有收斂固澀、益氣生津、補(bǔ)腎寧心的功效。五味子為臨床常用飲片，其炮制品種較多，目前生產(chǎn)及臨床應(yīng)用較多的炮制品種主要有醋、蜜五味子。五味子生品與炮制品在臨床功效上各有側(cè)重，生五味子常以斂肺止咳為主，用于肺虛咳喘、自汗盜汗等證；醋五味子則偏于酸澀收斂之性，長于澀精止瀉；蜜五味子則偏于寧心安神、潤腸養(yǎng)陰[1]。因此，對(duì)中藥飲片不同炮制品的準(zhǔn)確區(qū)分對(duì)臨床科學(xué)合理準(zhǔn)確用藥至關(guān)重要。隨著中藥飲片產(chǎn)業(yè)大生產(chǎn)、大流通產(chǎn)業(yè)模式的發(fā)展，建立中藥飲片質(zhì)量、種類的在線快速檢測識(shí)別技術(shù)也成為亟待解決的問題。

氣味是傳統(tǒng)中藥飲片質(zhì)量快速判別的重要指標(biāo)之一，然而由于傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)主要是以經(jīng)驗(yàn)豐富的藥工進(jìn)行判斷，主觀性較強(qiáng)；且由于各人嗅覺靈敏度不同、易疲勞等原因，難以對(duì)氣味特征進(jìn)行客觀量化[2-4]?？焖贇庀嚯娮颖羌夹g(shù)作為一種基于頂空氣相原理的簡單、快速的氣味特征檢測儀器，可較為客觀的反映樣品揮發(fā)性氣味特征。傳統(tǒng)的陣列電子鼻一般使用金屬氧化物作為傳感器，但由于其檢測對(duì)環(huán)境要求苛刻，且存在難以重現(xiàn)、壽命短等問題導(dǎo)致其應(yīng)用受到制約；本實(shí)驗(yàn)中使用的新型快速氣相電子鼻基于頂空氣相原理，具有使用壽命長、信號(hào)穩(wěn)定、重復(fù)性好、受環(huán)境背景影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)，且其分析時(shí)間短，通量大，一般進(jìn)樣后可在2～5 min內(nèi)完成檢測。由于其良好的分析性能及高通量在線檢測能力已廣泛用于食品風(fēng)味檢測、品質(zhì)品級(jí)分析等方面的評(píng)價(jià)[5-6]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural network，ANN）是一種新興的、被廣泛接受的基于生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析建模方法，在處理非線性問題時(shí)具有很高的成功率[7-8]。相比于傳統(tǒng)多元統(tǒng)計(jì)分析模型，ANN模型可顯著減少分析時(shí)間和成本，且具有更優(yōu)異預(yù)測能力與判別性能[9]。本研究旨在通過建立生、醋、蜜五味子的快速氣相電子鼻檢測方法，建立了3種五味子飲片氣味指紋圖譜，檢測并分析3種五味子飲片氣味成分及差異標(biāo)志物，并通過建立3種五味子飲片的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速判別模型實(shí)現(xiàn)對(duì)生、醋、蜜五味子的快速判別分析，以期以五味子為例為中藥飲片快速檢測判別技術(shù)的建立及今后大生產(chǎn)，大流通中的在線檢測識(shí)別提供參考。

1 儀器與材料

1.1 儀器

Heracles NEO型快速氣相電子鼻、PAL RSI型全自動(dòng)頂空進(jìn)樣器、MXT-5非極性毛細(xì)管柱、MXT-1701中極性毛細(xì)管柱，法國Alpha MOS公司；GA-380N型低噪音空氣泵，北京中興匯利科技發(fā)展有限公司；GH-380N型高純氫氣發(fā)生器，北京中興匯利科技發(fā)展有限公司；FA1104N型電子天平，上海菁海儀器有限公司；H-350型高速多功能粉碎機(jī)，上海耐塞機(jī)械有限公司。

1.2 材料

正構(gòu)烷烴C6～C16混合對(duì)照品，購自美國RESTEK有限公司；為保證樣品具有市場代表性，從全國各地中藥材公司或市場購買了生、醋，蜜五味子樣品各16批次，具體樣品批次信息見表1。經(jīng)南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院陳建偉教授鑒定，確定樣品來源為木蘭科五味子屬植物五味子(Turcz.) Baill.的干燥成熟果實(shí)。

表1 五味子樣品來源信息表

2 方法與結(jié)果

2.1 供試品制備

取各批次五味子及炮制品樣品，經(jīng)打粉后過2號(hào)篩，于鋁箔袋中密封，冷藏備用。分析時(shí)，稱取樣品粉末0.50 g至20 mL頂空瓶中，以鋁制硅膠墊的頂空瓶蓋進(jìn)行鉗口密封，備用。

2.2 快速氣相電子鼻檢測條件的建立

與傳統(tǒng)金屬氧化物作為傳感器的MOS電子鼻不同，Heracles NEO分析儀是一款帶有嵌入式預(yù)濃縮捕集阱（Trap）的快速氣相電子鼻。在分析過程中，裝有樣品的頂空瓶先被送至孵化器進(jìn)行孵化，使揮發(fā)性成分集中在頂空瓶的氣體部分，最終達(dá)到平衡。孵化后的氣體被進(jìn)樣器送至預(yù)濃縮捕集阱，成分捕集完成后捕集到的成分被快速釋放并分流至MXT-5（10 m×0.18 mm，0.4 μm）和MXT-1701（10 m×0.18 mm，0.4 μm）色譜柱，以2個(gè)柱后氫火焰離子化檢測器（flame ionization detector，F(xiàn)ID）分別檢測各色譜柱中的有機(jī)化合物[10-11]，信號(hào)由Alpha Soft（美國Alpha Software公司）軟件記錄。

2.2.1 檢測條件優(yōu)化 為了獲得最佳的樣品信號(hào)響應(yīng)，保證樣品分析方法的穩(wěn)定和可重復(fù)性，本研究通過單因素實(shí)驗(yàn)考察了對(duì)分析結(jié)果影響較大因素，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行了條件優(yōu)化，通過對(duì)孵化溫度（55、60、65、70、75 ℃）、孵化時(shí)間（5、10、15、20、25 min）、樣品用量（0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 g）和進(jìn)樣體積（500、1500、2500、3500、4500 μL）4個(gè)單因素條件的考察確定了五味子樣品快速氣相電子鼻的最佳分析條件。其他分析參數(shù)如下：孵化器攪拌速度500 r/min（工作5 s，間歇2 s），進(jìn)樣速度125 μL/s，進(jìn)樣溫度200 ℃，捕集溫度40 ℃，捕集時(shí)間30 s，進(jìn)樣口溫度200 ℃。程序升溫按以下條件進(jìn)行：初始爐溫50 ℃，初始溫線2 s，以0.5 ℃/s上升至150 ℃后，以2.0 ℃/s上升至150 ℃，保持15 s。

孵化溫度單因素考察發(fā)現(xiàn)，隨著孵化溫度升高，樣品總峰面積也不斷增大，考慮到過高的孵化溫度會(huì)失去樣品原有氣味特征，且水分也會(huì)對(duì)分離效果造成一定影響，因此選擇75 ℃作為最佳孵化溫度；孵化時(shí)間單因素考察中，樣品總峰面積在15 min以后開始趨于飽和，為保證分析結(jié)果穩(wěn)定，選擇了20 min作為最佳孵化時(shí)間；樣品用量單因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于孵化時(shí)間較充分，改變樣品用量時(shí)色譜峰總峰面積并無明顯差異，且考慮到樣品用量為0.5 g時(shí)各峰面積差異（RSD）最低，因此選擇0.5 g為最佳樣品用量；進(jìn)樣體積直接影響捕集阱的效果，單因素實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著進(jìn)樣體積的增加，樣品峰面積也呈不斷增加的趨勢，相比于低進(jìn)樣體積能體現(xiàn)出更多的氣味特征，但由于進(jìn)樣量過大會(huì)使峰寬增加，影響各峰分離度，因此選擇3500 μL作為最佳進(jìn)樣體積。

2.2.2 方法學(xué)考察 為保證建立的方法穩(wěn)定可靠，對(duì)新建立的方法進(jìn)行了方法學(xué)考察。通過對(duì)同一批次樣品粉末同法制備6份供試品，平行測定考察該方法的精密度；以同一批次樣品打粉過篩得粉末6批，同法制備供試品，平行測定考察方法重復(fù)性；以同一批次樣品粉末制備6份供試品，分別于樣品制備后0、1、3、5、8、12、16、20、24 h進(jìn)行測定，考察方法穩(wěn)定性。以15個(gè)主要成分峰相對(duì)保留時(shí)間RSD、各峰面積差異RSD為考察指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。方法學(xué)考察發(fā)現(xiàn)，精密度、穩(wěn)定性、重復(fù)性實(shí)驗(yàn)中，各峰相對(duì)保留時(shí)間RSD均小于0.1%，相對(duì)峰面積RSD均小于5.0%，說明方法精密度、重復(fù)性均良好，樣品在24 h內(nèi)穩(wěn)定。優(yōu)化后的方法參數(shù)如下：樣品用量0.5 g，進(jìn)樣量3500 μL；孵化溫度75 ℃，孵化時(shí)間20 min；程序升溫條件：初始爐溫50 ℃，以0.5 ℃/s升至150 ℃，保持0 s，再以2.0 ℃/s升至250 ℃，保持15 s。

2.3 快速氣相電子鼻檢測結(jié)果分析

以“2.2”項(xiàng)下建立的檢測條件對(duì)生、醋、蜜五味子各批次樣品進(jìn)行檢測分析，比較分析譜圖異同，相應(yīng)建立氣味指紋圖譜。將20 μL頂空校正混合物正構(gòu)烷烴C6～C16（法國Restek公司）置頂空瓶中，以與樣品相同孵育和分析條件分析。Kovats保留指數(shù)是將分子的保留時(shí)間與正構(gòu)烷烴在相同條件下的保留時(shí)間進(jìn)行比較得到的指數(shù)，通過計(jì)算各成分峰Kovats雙柱相對(duì)保留指數(shù)，對(duì)照AroChemBase數(shù)據(jù)庫對(duì)樣品中的揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析[12-13]，比較生、醋、蜜五味子氣味成分變化。以Alpha Soft 17.0（法國Toulouse公司）軟件對(duì)各樣品氣味指紋圖譜進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，比較各樣品差異，尋找差異性氣味標(biāo)志化合物。

2.3.1 氣味指紋圖譜的建立 基于HeraclesNEO快速氣相電子鼻分析結(jié)果，MXT-5色譜柱采集信號(hào)為主建立了生、醋、蜜五味子樣品氣味指紋圖譜，結(jié)果如圖1、2所示。指紋圖譜結(jié)果顯示生、醋五味子間譜圖存在較大差異，特別是醋五味子樣品在27 s附近出現(xiàn)能體現(xiàn)炮制輔料特征的乙酸峰，且在60 s附近出現(xiàn)了新的糠醛峰，在實(shí)驗(yàn)室前期研究中也發(fā)現(xiàn)，乙酸和糠醛2種成分在輔料醋中含量較豐富，此二者是輔料在五味子醋制飲片中輔料特征的體現(xiàn)。而生、蜜五味子指紋圖譜整體差異較小，未發(fā)現(xiàn)新增氣味特征成分。

為進(jìn)一步分析各五味子飲片氣味指紋圖譜間差異，建立可視化的差異判別模型，使用Alpha Soft 17.0軟件對(duì)各五味子飲片譜圖進(jìn)行了判別因子分析（discriminant factor analysis，DFA），結(jié)果如圖3所示。在此模型中，判別因子影響值總和為100%（DF1 97.968%，DF2 2.032%）。在DFA模型圖中可以看出，醋五味子與生、蜜五味子分布區(qū)域主要在DF1有明顯差別，生、蜜五味子在DF1分布區(qū)別基本一致，而3者在DF2上的分布均具有明顯差別。整體來說，DFA判別模型結(jié)果與指紋圖譜識(shí)別結(jié)果相吻合，3種五味子飲片分布區(qū)域均集中且品種之間區(qū)分明顯，可被清晰的聚為3類，說明以氣味指紋圖譜可對(duì)生、醋、蜜五味子飲片進(jìn)行有效鑒別區(qū)分。

2.3.2 氣味特征成分及氣味差異標(biāo)志物的識(shí)別 氣味差異標(biāo)志物是指品種特有的、可作為定性依據(jù)的特征性氣味成分。為明確生、醋、蜜五味子氣味特征成分組成，通過計(jì)算各組分峰的雙柱Kovats相對(duì)保留指數(shù)，并與AroChemBase數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，指認(rèn)了各五味子飲片可能的36個(gè)氣味成分，各成分信息及在生、醋、蜜五味子中的存在情況如表2所示。根據(jù)識(shí)別結(jié)果可看出，五味子飲片氣味成分以烯烴為主，其次為酯類和烷類，結(jié)果其中α-蒎烯（8）、2-甲基壬烷（9）、β-蒎烯（10）、月桂烯（11）、4-異丙基甲苯（15）、戊基環(huán)戊烷（16）、萜品烯（17）、十四烷（24）等是五味子飲片的主要?dú)馕冻煞?。圖2中以MXT-5信號(hào)分別展示了生、醋，蜜五味子氣味圖譜，分析結(jié)果顯示生、醋五味子之間差異成分主要以乙酸（4）、糠醛（6）、2-甲基-2-丙烯酸己酯（21）為主；生、蜜五味子飲片氣味差異較小，主要以糠醛（6）含量差異為主。

圖1 生、醋、蜜五味子飲片氣味圖譜(MXT-5色譜柱)

圖2 生、醋、蜜五味子飲片快速氣相電子鼻色譜圖對(duì)比(MXT-5色譜柱)

圖3 生、醋、蜜五味子快速氣相電子鼻信號(hào)DFA分析

為進(jìn)一步明確五味子各飲片氣味差異成分及炮制前后含量變化，基于快速氣相電子鼻分析結(jié)果，以最大峰面積為100%對(duì)樣品各成分峰進(jìn)行歸一化處理后進(jìn)行熱圖分析，結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯啾壬逦蹲?，醋、蜜五味子的糠醛含量具有明顯增加，其原因可能是五味子炮制過程中受熱生成所致；除加熱原因外，也是炮制輔料醋中含較豐富的糠醛類成分的緣故。其中醋五味子相較其他2種五味子飲片來說，乙醇（1）、丙醛（3）和 ()-3-己烯醛（5）的峰面積明顯降低（分別降低47.2%、59.1%和29.5%），而糠醛（6）的峰面積增長為炮制前的約50倍，此成分的也是輔料中含量較為豐富的氣味化合物，且出現(xiàn)2個(gè)新成分峰，分別為乙酸（4）和2-甲基-2-丙烯酸己酯（21），可以作為醋五味子飲片的氣味差異標(biāo)志物；而蜜五味子相較其他2類五味子飲片來說，主要是短鏈烷烴類成分含量的上升，如3-甲基十六烷（34）和3-乙基十六烷（36），分別增加14.6%和51.2%，可能是蜜五味子的潛在氣味差異標(biāo)志物。

表2 五味子飲片氣味成分及感官描述信息

Table 2 Possible compounds and sensory description information inpieces

“+”表示樣品中含有該成分，“?”表示樣品中不含該成分

“+”indicates that the sample contains this component, “?”indicates that the sample does not contain this component

圖4 五味子飲片樣品氣味特征成分熱圖分析

2.4 ANN判別模型的建立

ANN作為一種基于生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的簡化模型，具有容錯(cuò)性、靈活性高、映射能力強(qiáng)和信息處理速度快等特點(diǎn)，在處理非線性問題時(shí)具有很高的成功率[14]。為建立快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的判別模型以適應(yīng)于未來大生產(chǎn)、大流通中的快速檢測，以客觀快速的判別模型替代人工為主的主觀判別模式，本研究以IBM SPSS 26.0軟件（美國SPSS公司）構(gòu)建了ANN模型。采用基于反向傳播（back propagation，BP）算法的多層次感知器（multilayer perceptron，MLP），以各樣品各成分峰面積為輸入層，以生、醋、蜜五味子為輸出層，將樣品原始數(shù)據(jù)集隨機(jī)分為訓(xùn)練集（70%）和測試集（30%）進(jìn)行分析。通過不斷調(diào)整隱藏層及激活層的函數(shù)類型、層數(shù)及模型訓(xùn)練方法，更改隱藏層和神經(jīng)元數(shù)目，根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果和判別結(jié)果準(zhǔn)確率來確定最佳的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型條件。隱含神經(jīng)元的數(shù)目建議在輸入層和輸出層數(shù)目之間，以避免過度擬合造成的較高的泛化誤差[15-16]。在基于快速氣相電子鼻檢測結(jié)果的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析模型中，最佳分析條件為隱藏層數(shù)1層，以雙曲正切作為隱藏層激活函數(shù)，輸出層激活函數(shù)為恒等式，訓(xùn)練模式選擇聯(lián)機(jī)，優(yōu)化算法選擇梯度下降。在此條件下模型的訓(xùn)練正確率和測試正確率均為100.0%，說明此模型對(duì)生、醋、蜜五味子飲片種類的快速鑒別具有較高的準(zhǔn)確率，可以對(duì)3種五味子飲片進(jìn)行快速、客觀、準(zhǔn)確的種類判別。

表3 基于快速氣相電子鼻的ANN模型判別結(jié)果

3 討論

氣味特征是難以進(jìn)行人為干涉的，能體現(xiàn)中藥飲片內(nèi)在質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，飲片氣味整體特征與其中所含的化學(xué)成分種類和含量具有直接關(guān)聯(lián)性，是中藥飲片外在屬性和內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)聯(lián)點(diǎn)。傳統(tǒng)指紋圖譜更加側(cè)重內(nèi)在成分的特征體現(xiàn)，而氣味指紋圖譜更側(cè)重于對(duì)飲片揮發(fā)性成分信號(hào)進(jìn)行表達(dá)，對(duì)氣味與質(zhì)量關(guān)聯(lián)性較高或氣味特征明顯但指紋圖譜特征性不強(qiáng)的飲片來說能夠體現(xiàn)飲片整體性氣味-質(zhì)量特征，將傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)鑒別中的“嗅其味”客觀化表達(dá)。本實(shí)驗(yàn)基于Heracles NEO快速氣相電子鼻建立了生、醋、蜜3種五味子飲片的氣味快速檢測方法，對(duì)3種五味子飲片氣味指紋圖譜進(jìn)行了測定，指認(rèn)了各飲片36種氣味特征成分及潛在氣味差異化合物，其中乙酸和2-甲基-2-丙烯酸己酯可作為醋五味子氣味差異標(biāo)志物，3-甲基十六烷和3-乙基十六烷可作為蜜五味子潛在的氣味差異物；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速判別模型的建立也為今后快速氣相電子鼻對(duì)五味子飲片種類及中藥炮制飲品的快速鑒別研究和應(yīng)用提供了參考。

快速氣相電子鼻檢測技術(shù)用于中藥飲片檢測可體現(xiàn)飲片氣味整體性特征，與傳統(tǒng)的GC-MS聯(lián)用分析方法相比，快速氣相電子鼻具有檢測速度快、樣品用量少、不需要預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)，其匹配數(shù)據(jù)庫AroChemBase為法國Alpha公司基于此儀器開發(fā)的十萬級(jí)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫，與此儀器具有更好的匹配性。但目前儀器也存在難以絕對(duì)定量、無法確定無機(jī)氣味成分等不足[17-19]。但整體來說，本研究所建立的五味子飲片氣味分析方法和ANN模型是較為穩(wěn)定可靠的，對(duì)今后五味子及其他中藥飲片的氣味快速檢測識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用具有一定參考意義。需要指出的是，氣味特征的快速分析和表征雖然有利于中藥飲片的快速鑒別與分析，但目前尚無法單獨(dú)以此技術(shù)明確評(píng)價(jià)其質(zhì)量優(yōu)劣，因此結(jié)合相應(yīng)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)尋找氣味與內(nèi)在成分的確切關(guān)聯(lián)性也是亟待解決的問題。

隨著儀器和電子鼻分析技術(shù)的不斷發(fā)展，快速氣相電子鼻有望普及成為中藥飲片生產(chǎn)過程中快速、無損的在線監(jiān)測技術(shù)，特別是對(duì)于以揮發(fā)性成分為主要效應(yīng)物質(zhì)的飲片來說，快速氣相電子鼻技術(shù)更有望成為其質(zhì)量的快速檢測評(píng)價(jià)的重要方法[20-22]。在中藥飲片真?zhèn)舞b別、炮制品種鑒別、產(chǎn)地差異及質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面的研究，快速氣相電子鼻也有巨大的研究和應(yīng)用空間，該技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)和利用有利于今后中藥飲片質(zhì)量的進(jìn)一步監(jiān)管及產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

[1] 蘇聯(lián)麟, 李昱, 徐禎, 等.基于多元統(tǒng)計(jì)分析和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的五味子醋制前后質(zhì)量標(biāo)志物預(yù)測分析 [J].中草藥, 2019, 50(19): 4643-4653.

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Flash GC e-nose combined artificial neural network for rapid identification and odor differential markers of three kinds ofpieces

LI Yu1, GONG Jing-wen1, FEI Cheng-hao1, SU Lian-lin1, JI De1, BIAN Zhen-hua1, ZHANG Wei1, QIN Yu-wen1, MAO Chun-qin1, 2, LU Tu-lin1, 2

1.College of Pharmacy, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, China 2.Jiangsu Provincial Engineering Research Center of TCM External Medication Development and Application, Nanjing 210023, China

The odor characteristics of three Wuweizi (, SCF)pieces were analyzed based on Heracles NEO flash GC e-nose, and the rapid discrimination model of artificial neural network (ANN) was established to solve the variety confusion in the process of production, circulation and clinical use.The Heracles NEO flash GC e-nose analysis method was established to analyze the odor fingerprints of SCF, vinegar-processed(VSCF) and honey-processed(HSCF).The odor components and potential odor difference markers were identified by calculating the two-column Kovats relative retention index of the peak of each component with ArochemBase database.Finally, the rapid discrimination model of ANN was established.The flash GC e-nose analysis conditions of SCF pieces were established and the method was investigated.By analyzing the odor fingerprint of three kinds of SCFpieces, 36 odor characteristic components were identified.It was found that acetic acid and hexyl 2-methyl-2-propenoate might be the odor difference markers of VSCF.3-Methylhexadecane and 3-ethyl hexadecane may be potential markers of odor difference in HSCF.The training accuracy and test accuracy of the ANN model were both 100.0%.Heracles NEO flash GC e-nose combined with ANN can better analyze the odor characteristics of SCFpieces, conduct fast and accurate discriminant analysis.It can be applied to quality control links such as online detection, and also provide reference for the establishment of other rapid detection technologies for traditional Chinese medicine.

; flash GC e-nose; artificial neural network; odor difference markers; Kovats relative retention index; heatmap;acetic acid;2-methyl-2-hexyl acrylate; 3-methylhexadecane; 3-ethylhexadecane; on-line detection; rapid detection technology

R283.6

A

0253 - 2670(2022)05 - 1303 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.05.003

2021-07-06

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“中藥飲片質(zhì)量識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)研究”（2018YFC1707000）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于腸道菌群介導(dǎo)的五味子醋制增強(qiáng)收斂止瀉效應(yīng)機(jī)制研究”（81873008）；江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程“研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃”（KYCX21_1752）

李 昱，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹兴幣谥啤-mail: Li_Gene@163.com

通信作者：陸兔林，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事中藥炮制及中藥飲片質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研。Tel: 13951636763 E-mail: ltl2021@njucm.edu.cn

毛春芹，女，正高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事新藥研發(fā)及藥物制劑研究。E-mail: 300555@njucm.edu.cn

#共同第一作者：宮靜雯，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橹兴幣谥?。E-mail: a18848986602@163.com

[責(zé)任編輯 鄭禮勝]