基于电子鼻技术的不同品质鹿茸饮片气味特征分析△

龚伟，任聪，马姗姗，李峰*

1.辽宁中医药大学 附属医院，辽宁 沈阳 110032；

2.辽宁中医药大学 药学院，辽宁 大连 116600

鹿茸为鹿科动物梅花鹿或马鹿的雄鹿未骨化密生茸毛的幼角[1]。商品鹿茸常见的产地加工方法有煮炸、冻干、排血和带血，按切制部位其分为蜡片、粉片、纱片和骨片[2-7]。目前，鹿茸饮片的品质（主要是规格、等级）划分主要依据其来源、切制的位置、断面的特征及加工方式等进行“辨状论质”。气味作为中药的重要特征，反映中药的内在质量[8-9]。根据气、味等性状特征评价中药的质量有着悠久的历史，但一直以来人工评价为主的方式存在主观误差，鹿茸饮片的品质差异是否体现为气味的差异尚未见报道。

传统对气味的评价主要通过人嗅觉进行描述，但其主观随意性较强，重复性、稳定性差。随着人工智能、仿生技术的发展，出现了可模拟人嗅觉的电子鼻。电子鼻通过传感器、信号采集单元和模式识别模拟人的嗅觉功能。气味信号被气味敏传感器采集后转化为电信号，电信号经信号处理系统对样品整体气味特征进行检测、识别、分析，并进一步对样品进行定量、定性研究[10-14]。以电子鼻代替感官评价具有客观、易重复、便捷等特点，已广泛应用于食品风味研究、烟草质量研究、环境监测及中药品质判别中[15-21]。

根据鹿茸“气腥”的特点，采用PEN3 型电子鼻系统对各不同品质鹿茸饮片进行测定，阐释鹿茸气味的本质；采用传感器区别贡献率分析（Loadings）、主成分分析（PCA）、线性判别分析（LDA）解析不同品质鹿茸饮片气味的差异，为进一步揭示鹿茸饮片气味的科学内涵及鹿茸药材质量控制提供参考。

1 材料

1.1 仪器

PEN3 型电子鼻系统（德国Airsense 公司），传感器信息见表1。

表1 传感器信息

1.2 试药

22 批鹿茸样品经辽宁中医药大学药学院李峰教授鉴定为鹿科动物梅花鹿Cervus nipponTemminck或马鹿C.elaphusLinnaeus 的雄鹿未骨化密生茸毛的幼角（表2）。

表2 22批鹿茸饮片样品信息

2 方法

2.1 供试品的制备

取鹿茸饮片粉碎，精密称定粉末2 g，置样品杯中，密封，室温静置10 min，测试，每组样品3 次重复。

2.2 实验条件

每组采样时间为1 s，清洗时间为90 s，传感器归零时间为5 s，样品准备时间为5 s，进样器流速为400 mL·min-1，检测时间为100 s。

3 结果

3.1 鹿茸供试品的气味组成

按2.1项下方法及2.2项下条件对不同品质鹿茸饮片样品进行检测分析，各样品的气味组成基本相同，只是各类气味的强度和比例略有不同。气味影响较强烈的传感器有2 号（氮氧化合物）、6 号（甲烷等短链烷烃）、7 号（有机硫化物）、8 号（醇、醚、醛、酮类）、9 号（芳香成分、无机硫化物）；而传感器1号（芳香成分、苯类）、3号（氨水）、4号（氢气）、5号（烷烃芳香成分）、10 号（长链烷烃类）的响应值在整个过程中均偏低。

3.2 数据处理

分别采用Loadings、PCA、LDA 对不同品质鹿茸饮片的样品电子鼻数据进行统计分析，结果详见图1～图3。

图1 不同规格鹿茸饮片样品的Loadings图

图2 不同规格鹿茸饮片样品PCA图

图3 不同规格鹿茸饮片样品LDA图

3.2.1 Loadings 由图1 和表1 可知，5 个对鹿茸饮片气味特征具有较好响应的传感器分别为W5S、W1S、W1W、W2S、W2W 传感器，即为氮氧化物类、甲烷等短链烷烃、有机硫化物、醇醚醛酮类、芳香成分、无机硫化物等；而5 个对鹿茸饮片“气”特征区分贡献较小的传感器分别为W1C、W3C、W6S、W5C、W3S 传感器，即为芳香成分、苯类、氨水、氢气、烷烃芳香成分及长链烷烃类物质。

3.2.2 PCA PCA结果表明，第一主成分方差贡献率为34.9%，第二主成分方差贡献率为30.4%，第三主成分方差贡献率为17.6%，第四主成分方差贡献率为10.7%，第五主成分方差贡献率为4.0%，5个主成分总方差贡献率为97.6%。总体上不同品种、不同规格鹿茸饮片区分并不明显；但是相同规格的饮片，如梅花鹿茸血片与马鹿茸的血片、梅花鹿茸白片与马鹿茸的白片还是具有一定差异的。

3.2.3 LDA 除梅花鹿茸白片与粉片外，其他品种与规格的鹿茸饮片均可通过LDA较好地区分开。

4 结论与讨论

4.1 鹿茸气味物质基础

不同规格鹿茸气味差异贡献率主要体现为氮氧化物类、甲烷等短链烷烃、有机硫化物、醇醚醛酮类、芳香成分、无机硫化物等成分，明确了不同规格鹿茸饮片气味的共性，这与中药传统理论认为鹿茸“气腥”相吻合[5-6,8,11-12,14]。

4.2 气味差异与鹿茸品质的相关性

由LDA 发现，不同品种及规格鹿茸饮片（除梅花鹿白片与粉片外）样品的气味差异均较明显，表明构成“气”的物质存在差异性，不同品种及规格鹿茸饮片可通过气味进行区别，传统鹿茸饮片加工与规格划分具有一定的科学意义。而差异性较小的梅花鹿茸白片与粉片，其着生部位十分相近，且实际规格划分也存在一定的主观性（目前仍采用人工划分），因此两者的饮片气味具有共性在所难免。

4.3 以气味对鹿茸进行品质评价的研究展望

本研究中由于马鹿茸饮片样品份数较少，因此对于在PCA 中体现出的相同规格鹿茸饮片（白片、血片）品种上的差异性，是否可用于鹿茸饮片的品种鉴别尚需进一步研究。但从PCA 的整体上看，不同品种与规格鹿茸饮片，其气味的差异性较明显。后续研究将进一步扩大样本范围，以期为从鹿茸饮片气味特征方面体现出不同品种、不同规格及等级划分的科学性提供参考。