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基于仿生嗅觉的中药材鉴别方法研究现状*

2016-06-30周华英刘红秀

实用医药杂志 2016年6期
关键词:中药材

周华英,李 钟,刘红秀



基于仿生嗅觉的中药材鉴别方法研究现状*

周华英,李钟,刘红秀

[摘要]概述了中药材“气味”鉴别的重要地位;综述了仿生嗅觉技术机理及其在中药材鉴别领域的研究现状,同时展望了仿生嗅觉技术在中药材领域的应用前景。

[关键词]中药材;气味鉴别;中药材鉴别;仿生嗅觉

[作者单位]510006广东广州,广东药学院医药信息工程学院(周华英,刘红秀),中药学院(李钟)

1 引言

中药材作为中医传统用药的基础,在中国以及东南亚地区已有几千年的应用,在长期的医疗实践中形成独特的理论体系,并以卓越的医疗成效和极小的不良反应著称,但是由于中药材的种类繁杂、品质优劣、来源复杂,时常有贵重稀有药材出现伪劣品,以及在分类保存中出现混淆的现象,严重制约了中药材的使用和国际化发展[1]。因此,研究中药材种类真伪、品质优劣的鉴别方法,实现中药材规范化、标准化鉴定,是实现中药材深入发展及推广的关键问题。

2 中药“气味”鉴别的重要地位

长期以来,中药材的鉴别以基于“辨状论质”理论的性状鉴定为主,有“鼻闻”“口尝”等传统方法,辨识中药材的气味、味道变化等,其中“鼻闻”法最为常见[2]。“气味”是中药重要的性状特征,依据气味对中药进行鉴别,是中药性状鉴别内容的重要组成部分[3-8],在中药真伪、易混以及质量优劣的辨识上具有重要作用。在现行的《中国药典》等标准中,“性状”标准始终占据重要地位,具有独特的优越性。谢宗万[3]总结古人的传统经验,提出“中药品种传统经验鉴别的精髓在于‘辨状论质’的观点”,即根据药材外观性状所表现出来的特点,来判断药材的真伪优劣,从而阐明其本质[4]。

大部分中药材中含有的挥发性油类物质(该物质亦称精油),是一种具有易挥发、易随水蒸气蒸馏出来的油状液体,并具有某种香气[9]。中医药研究者常依据油类物质的性质,反映不同中药“气味”之间的差异,从而鉴别中药材的真伪优劣[10-14],这在中药材鉴别领域中具有重要意义。许舜军等[6]指出:“在中药材的传统质量评价体系中,气味是一个十分重要评价指标。药材气味与所含化学成分直接相关,能直接反应药物内在本质,是药材外在质量表现与内在物质基础的关联点”,如“砂仁气香浓,质优效佳”。一旦“气味”发生改变,就预示着中药质量也随即有了变化,即每类中药材特有的“气味”能够反映其内在本质和整体质量。

传统嗅觉识别法,对于中药材的鉴别存在主观性强,重复性差。而目前基于仪器的气相色谱和液相色谱等方法存在成本高、耗时长、操作复杂等缺点,难以推广应用。因此,基于传统性状鉴别的优势基础,开发具有规范化、数字化、量化气味特征功能的仪器成为中医药专家的研究热点。

3 仿生嗅觉技术的现状

近年来,仿生学技术发展迅速,仿生嗅觉系统的研究已开展多年,其中以电子鼻技术为主要代表。电子鼻,也称人工嗅觉或仿生嗅觉系统,是模拟人类的嗅觉系统而设计研制,主要由嗅觉传感器阵列、信号处理系统和计算机模式识别系统三种功能器件组成,人体嗅觉系统和仿生嗅觉系统的结构对比如图1所示。利用嗅觉传感器阵列,对样品进行定性或定量分析的一类新型分析测试技术设备,用于检测和区分混合气体的仪器[15,16]。与传统的气相色谱法等气味分析技术相比,电子鼻具有检测速度快、样品预处理简便、评估范围广等优点,对气味的客观评估弥补了人类感官描述的模糊性、主观性和不精确性等缺点。因此,仿生嗅觉技术已广泛应用于食品、农业、环境监控等领域[17-22],在中药材鉴别领域,已有其理论基础与应用背景[23,24],关于实现中药“气味”信息的客观化、量化类别差异方面的研究也逐渐增多。

图1 人体嗅觉和仿生嗅觉结构对比框图

4 基于仿生嗅觉技术的中药鉴别现状

中药材质量的标准化和科学化研究一直是中医药领域的热点。在以中药药性理论为指导,以紧密结合中药药效为原则的中医诊疗中,“气味”已成为鉴别中药材产地、品种和质量的重要依据。孙玉平等[25]通过电子鼻提出辛味中药在味觉和嗅觉的表征方式及表征研究思路。邹慧琴[26]利用电子鼻对砂仁提出一种快捷、灵敏、准确的备选鉴别技术。刘红秀等[27]运用便携式电子鼻鉴别八角、白豆蔻、川芎等7种中药材,达到很好的识别效果。许广桂[28]利用电子鼻对广东薄荷,广西薄荷,四川红花和广东菊花等中药材进行鉴别获得较好的图谱识别。武琳[29]用电子鼻与电子舌技术的气-味信息融合方法去识别白豆蔻、白术、苍术等辛味中药材,达到很好的分类效果。胥敏等[30]用电子鼻检测方法,分别对生黄连、酒黄连、姜黄连及萸黄连的气味进行检测,依据获得的客观化气味信息进行区分辨别,初始辨别率以及交叉验证识别率分别为100%、94.4%。杨诗龙等[31]采用电子鼻技术结合BP人工神经网络模型识别不同品种陈皮综合识别率达94.67%,对不同储藏年限陈皮样品综合识别率达96%。吴娜等[32]提出以“气、味”性状特征为切入点,采用电子鼻与电子舌技术实现粉末中药鉴别的新思路。林辉等[33]利用电子鼻检测喜马拉雅紫茉莉样品气味在传感器上的响应值,成功区分不同产地栽培及野生喜马拉雅紫茉莉。韩玉[34]利用电子鼻对苍术实现同一药材不同品种、不同产地的鉴别。邢姝[35]利用电子鼻技术对西洋参实现同品种药材不同储藏时间的鉴别。

5 总结与展望

近年来,仿生嗅觉作为中药指纹图谱研究的新方向和新技术,取得了较快进展,并展现出广阔的应用前景。但在以“气味”为特征信息的中药材鉴别领域,其技术还不够成熟,主要表现在以下方面:(1)一味中药一般含有多种混合、强度不同的气味,且中药成分复杂;(2)仿生嗅觉系统中传感器阵列稳定性和重复性差,易受环境温度、湿度等影响,导致气味信息采集结果不稳定;(3)由于气味特征信息数据高维和非线性,使得气味信息特征提取和模式识别算法复杂且识别率不高。因此,在后期的研究中,传感阵列的新型材料、高效的特征提取算法和优化的模式识别方法是仿生嗅觉技术研究领域的重要内容。

仿生嗅觉技术除了对中药材的“真伪、优劣”鉴别之外,在新药研发中也体现出很大潜力。针对新药的开发,可基于仿生嗅觉技术先将其气味分类,根据气味特性,“有的放矢”地去寻找、开发它的药用价值,具有积极引导作用。

仿生嗅觉技术实现了气味的数字化和客观化表达,使气味实现定性定量分析。通过技术的不断完善与发展,“气味”完全可以成为控制中药材质量的一个新的量化指标,为中医药工作者更加深入地研究中药、开发新药开创一片新天地。

参考文献

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[34]韩玉.电子鼻在苍术质量评价中的应用研究[D].北京:北京中医药大学,2011.

[35]邢姝.电子鼻在西洋参质量评价中的应用研究[D].北京:北京中医药大学,2010.

[2015-12-18收稿,2016-01-14修回]

[本文编辑:刘一洋]

Current research status of identification method for Chinese materia medica based on bionic olfaction ZHOU

Hua -ying①,LI Zhong,LIU Hong -xiu.①Guangdong Pharmaceutical University Medical Information Engineering School,Guangzhou,Guangdong 510006,China

[Abstract]The importance of "odor" identification is introduced in this paper. Then the mechanism of the bionic olfactory technology,as well as the current research status about the identification of Chinese herbal medicines based on the technology is summarized;Lastly,some conclusions and application prospect about the bionic olfactory technology in the field of Chinese materia medica will be discussed.

[Key words]Chinese materia medica;"Odor" identification;Identification of Chinese herbal medicine;Bionic olfactory

[中图分类号]R314

[文献标志码]A

DOI:10.14172/j.issn1671-4008.2016.06.031

[基金项目]国家自然科学基金项目(81173194)

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