仿生技術應用于太子參的氣味研究進展

閆景輝 余銀芳 李 澤 馬紹龍 鐘地長 胡俊杰

太子參為石竹科植物孩兒參Pseudostellariaheterophylla(Miq.) Pax ex Pax et Hoffm.的干燥塊根，有益氣健脾、生津潤肺的功效，臨床上常用于治療脾虛、乏力、食欲不振、病后虛弱、氣陰兩虛等癥[1]。因其具有良好的補益作用，被廣泛應用于中成藥的開發研究，其中最具代表性的產品有健胃消食片、復方太子參口服液、復方太子參顆粒等[2]。

太子參作為一味大宗藥材，早已經形成了以辨狀論質做先導[3]，以產地為佐證，以生長期、貯藏期為依據，以安全有效為根本的評判產品品質的經驗方法。傳統“辨狀論質”通過目視、嗅覺、口嘗等方式具有較強的個人主觀性，不能精確地判斷藥材整體質量[4]。因此將仿生技術應用于太子參的質量控制研究是有必要的，它以傳統中藥質量控制指標為基礎，一方面著眼于太子參所含的重要化學成分(如環肽類、多糖、皂苷等)的含量測定，其次可以從現代化傳感器等新技術方面對太子參質量進行更為精確快捷的把控。

1 現代仿生技術

仿生視覺系統又名機器視覺系統，是利用計算機技術模擬人的視覺功能，一般被稱為電子眼；仿生嗅覺系統也稱為電子鼻，是能夠感知和識別氣味的電子系統；仿生嗅覺系統也稱為電子舌，是20世紀后期發展起來的一種可分析、識別液體成分的智能儀器，主要由傳感器陣列、信號處理和模式識別系統組成。

四氣五味是中藥最重要的藥性理論之一[5]，應用現代仿生技術闡釋中藥性味的科學內涵是中藥現代化研究的重要內容。隨著各種新型傳感器不斷發展，仿生嗅覺和味覺系統在中醫藥領域得到了廣泛應用。

電子鼻常用來研究含有較強揮發性物質的中藥[6,7]，現已建立利用電子鼻研究中藥揮發性成分的氣味來評估中藥質量的方法[6，8-12]，比如對特定中藥氣味的識別，找出不同氣味之間的差異和相關性，建立相應的氣味指紋圖譜[13-17]；針對同種藥材的不同產區[11,18]、采收時間[19]，電子鼻也可以根據其響應值做出判別，以此對多種中草藥進行分類評價。電子舌常用來篩選掩味劑[20,21]、甜味劑等輔料[22,23]，研究中藥中的味覺成分與其功效的關聯時，可以用電子舌建立判別模型[24]。電子舌也根據中藥的不同種類、不同產地建立相關味道的指紋圖譜[25,26]，用于中藥的質量控制研究。電子舌具有快速、低成本的優點，以藏紅花中藏紅花素含量的檢測為例，建立的方法準確、高效，優于含量測定的方法去評價藏紅花的質量[27]。

電子鼻和電子舌實現了“氣”與“味”的客觀表達，使氣、味成為一個可量化的指標[28]，同時具有實時信息處理的特性，極大地方便了對不同分子結構成分的快速監測[29]，在客觀表達和控制中藥外觀特征方面有著巨大的應用潛力[30]。

2 基于化學成分的研究

太子參的化學成分較為復雜[31]，但其質量控制主要集中一些指標性化合物的含量測定。目前從太子參中主要化學成分有：環肽類、多糖類、皂苷類、氨基酸類以及其他一些微量元素[32]。仿生技術則可利用這些化合物的味道或氣味等特性進行更快捷的測定分析。

2.1 環肽類目前已報道的太子參中環肽類化合物有16種[33]，具有酪氨酸酶抑制活性[34]、控制慢性阻塞性肺炎[35]和免疫調節的作用[36]，這是目前太子參環肽類化合物研究的熱點[37]。環肽類化合物是太子參苦味的來源之一，根據市面上已知的太子參提取物味覺值，利用電子舌進行矯味研究，改善其苦味，可以更有效地節約成本。

2.2 多糖類太子參中多糖化合物包括蔗糖、麥芽糖、葡聚糖PHP-A和PHP-B、α-槐糖等[38]。早在20世紀80—90年代，就從太子參中離得到蔗糖、麥芽糖及 α-槐糖等眾多糖類[39,40]。現代藥理研究發現，太子參多糖可通過調節血糖血脂功能來保護腎臟[41,42]，改善和治療糖尿病及其并發癥[43,44]，還具有抗應激和增強免疫的作用，如H-1-2多糖能明顯增加細胞葡萄糖消耗和細胞葡萄糖攝取， H-1-2能增加肌肉和脂肪細胞對葡萄糖的攝取和利用[45-47]。太子參的多糖類成分是其“甘”味產生的主要原因，根據其中已知的多糖類成分，可運用現代儀器方法確定其濃度，之后利用電子舌模擬感官評價，確定其響應值，以響應值為指標建立判別模型，以達到有效區分不同產地太子參的目的。

2.3 皂苷類和氨基酸類皂苷類成分是中藥的主要藥效成分之一[48]。太子參的苷類化合物是其發揮抗病毒，抗疲勞、抗缺氧、抗應激、抗衰老、增強免疫等作用的有效成分[49,50]。

太子參中含有豐富的氨基酸，除人體必需的8種氨基酸外[38]，還有精氨酸、門冬氨酸、胱氨酸、脯氨酸、半胱氨酸等多種氨基酸，這些氨基酸對人體病后恢復以及消化等功能有良好的作用[49]，其中，精氨酸在臨床上經常被用于治療肝昏迷[51]。氨基酸含量也是太子參藥材質量控制的重要指標之一[52]。皂苷類成分和氨基酸類是太子參“苦”味的物質基礎。據研究報道，氨基酸中除蘇氨酸和賴氨酸呈甜味外，其余都呈苦味。可利用電子舌對其進行感官評價研究，來進行科學矯味。

2.4 仿生技術在太子參質量上的應用電子傳感技術已逐漸應用于太子參的現代研究中，但在技術成果方面，電子鼻技術比電子舌技術較成熟。

黃特輝等[53]采用電子鼻對不同產地、不同加工方式的太子參進行檢測，依據氣味特異性建立太子參不同產區的判別模型，為太子參的質量控制提供了新的思路；之后其利用頂空固相微萃取聯用氣相色譜-質譜技術與電子鼻技術融合測評，建立了太子參電子鼻分析測定方法，為電子鼻應用于太子參的質量控制研究奠定基礎[54]。電子舌應用于太子參的質量控制研究鮮有文獻材料，可能由于電子舌分析中藥材的響應數據區分不理想，這類問題需要進一步深入研究解決[55]。

3 總結與展望

傳統質檢技術在太子參的質量控制應用較為完善，這些方法提供了太子參中活性藥物成分的準確識別和定量，但不能提供單個成分的空間分布信息。因此，在太子參傳統質量控制的基礎上，新技術應用于其質量控制的研究也應運而生，質量控制方法與前景有諸多的可能性。例如：傳感器領域的一個新趨勢是將多維傳感器與先進的信息處理策略相結合，如近紅外(NIR)、電子鼻(EN)、電子舌(ET)和化學成像(CI)。這些新型傳感器具有快速、簡便、價格低廉等特點，逐漸成為中藥鑒別和質量控制的有效手段。

電子鼻和電子舌逐漸地結合或取代傳統的感官分析技術，包括感官面板、光譜感官分析等。其產品特性更貼合中藥的香氣和基質較為簡單的特性[56]。電子感官在中藥分析實踐中的應用，如在藥物配制、質量控制、味覺掩蔽、溶出度檢測等方面的應用，正逐漸成為一種現實的前景。作者認為仿生技術應該和其他已成熟的技術分析評價方法聯合應用，比如SPME-GC-MS，摸索其使用的最佳條件，做到精確和快速地分析，逐步成為一種替代耗時、復雜分析技術的方法[57]。

目前電子鼻和電子舌在食品工業中被廣泛應用于典型的質量控制[58]，但將其應用于中藥質量控制的報道還很有限。但其作為近年來化學傳感器科學中的新興領域，具有廣闊的應用前景。隨著研究的深入與仿生技術的發展，其應用于太子參等中藥的質量控制也在逐漸完善和發展起來，勢必為中藥質量控制的研究工作者提供更可靠的參考和依據。本課題組擬在此研究的基礎上，進一步分析太子參的“氣”與“味”及其物質基礎，以更深入研究，建立太子參電子舌指紋圖譜，快速區分不同產區的太子參，以及相關品種真偽優劣的鑒別。