電子鼻區分牛膝及其不同炮制品氣味的初步研究Δ

胡婷婷，張振凌，張 娟，趙 丹（河南中醫藥大學呼吸疾病診療與新藥研發河南省協同創新中心，鄭州450046）

電子鼻區分牛膝及其不同炮制品氣味的初步研究Δ

胡婷婷＊，張振凌#，張 娟，趙 丹（河南中醫藥大學呼吸疾病診療與新藥研發河南省協同創新中心，鄭州450046）

目的：建立區分牛膝及其不同炮制品氣味的方法。方法：制備牛膝生品、黃酒炙牛膝、白酒炙牛膝、鹽水炙牛膝、清水炙牛膝，并按相應炮制方法制成泛糖牛膝炮制品。采用電子鼻分析上述牛膝及其炮制品氣味：數據獲取持續時間為200 s，獲取周期為1 s，延滯時間為1 080 s，空氣流速為150 mL/min，進樣體積為2.5 mL，進樣速度為500 μL/s，孵化時間為300 s，孵化溫度為40℃，沖洗時間為120 s，進樣器溫度為50℃，攪動速度為500 r/min。結果：與牛膝生品比較，4種炮制品的氣味存在顯著差異；鹽水炙牛膝與牛膝生品氣味的相對距離最近，白酒炙牛膝與牛膝生品氣味的相對距離最遠。可根據氣味的相對距離判斷（泛糖）牛膝炮制品的工藝是否相同。結論：電子鼻能夠快速區分牛膝及其不同炮制品的氣味。

電子鼻；氣味；牛膝；炮制品

牛膝，又稱懷牛膝，系莧科植物牛膝Achyranthes bidentata Bl.的干燥根，其為臨床常用的大宗中藥，是河南省道地藥材，始載于《神農本草經》，列為上品，具有補肝腎、強筋骨、活血逐瘀、引血下行之功效[1]。根據臨床需求，可采用不同工藝將牛膝制成不同炮制品，如白酒炙牛膝、鹽水炙牛膝等[2-3]。目前對牛膝炮制品的鑒別主要依靠經驗判斷其外觀性狀，如“本品形如牛膝段，表面色略深，偶見焦斑，微有酒香氣”[4]。傳統經驗鑒別歷史悠久，有其實用、簡便的優點，但主要依靠人進行判斷，結果主觀性較強、重復性較低。因此，尋求一種快速有效鑒別牛膝不同炮制品的方法勢在必行。

電子鼻是利用氣體傳感器陣列響應圖來識別氣味的電子系統，可以在幾小時、幾天、甚至數月的時間內連續、實時監測特定對象的氣味狀況。其工作原理為當傳感器和氣味相互作用時會使活性材料的導電性（電阻）發生變化，即為信號[5]。儀器分析提供了客觀的數據，提高了人工分析的可靠性，讓風味感官檢測和品控成為了客觀、可靠、可行的重要手段。電子鼻目前主要應用于食品、茶葉、煙草、環境的檢測，在中藥材中的應用也逐漸開始普及。氣味有望成為鑒別中藥材不同炮制品的一項重要可量化指標[6]。

本研究通過電子鼻對牛膝及其不同炮制品氣味進行檢驗和區分，以期通過該技術能客觀描述中藥材炮制品外觀性狀，為其鑒別研究提供一定參考。

1 材料

1.1 儀器

FOX4000型電子鼻（法國Alpha Mos公司）；SZ-93型自動雙重純水蒸餾器（上海亞榮生化儀器廠）。

1.2 試劑

黃酒（浙江古越龍山紹興酒股份有限公司，批號：20150127）；食鹽（河南省衛群多品種鹽有限公司，批號：1412041701942539）；沁源酒府型白酒（焦作市易生元酒業股份有限公司，批號：20090629，于實驗室放置2年，度數：45°）；水為純化水。

1.3 藥材

牛膝藥材購自于河南省武陟縣大豐鄉駕步四村（商品規格為當年生頭肥），經河南中醫藥大學生藥學教研室陳隨清教授鑒定為真品。

2 方法與結果

2.1 牛膝炮制品的制備

參照文獻[7]，將牛膝藥材切成3 mm厚片，于60℃下烘干制成飲片，備用。

2.1.1 牛膝生品 取牛膝飲片，篩去碎屑，即得[8]。

2.1.2 黃酒炙牛膝 取牛膝飲片100 g，加黃酒10 g，悶潤1 h后炒15 min，即得[8]。

2.1.3 白酒炙牛膝 取牛膝飲片100 g，加白酒10 g，悶潤1 h后炒15 min，即得[8]。

2.1.4 鹽水炙牛膝 取牛膝飲片100 g，加鹽水（含量：20%）10 g，悶潤1 h后炒15 min，即得[8]。

2.1.5 清水炙牛膝 取牛膝飲片100 g，加水10 g，悶潤1 h后炒15 min，即得[8]。

2.1.6 泛糖牛膝 取牛膝飲片于高溫高濕（溫度：40℃，濕度：75%）條件下放置1個月，得顏色發黑、變黏的牛膝飲片即為泛糖牛膝飲片[9]，按“2.1.1”～“2.1.5”項下炮制方法制成泛糖牛膝炮制品，詳見表1。

表1 牛膝炮制品編號Tab 1 Number ofA.bidentata processed products

2.2 檢測條件的選擇

通過對牛膝生品響應曲線（見圖1，每條曲線代表1個傳感器在200 s內的響應值變化）分析，檢測條件優化盡可能使樣品的響應曲線處于0.3～0.8范圍內。最終獲得電子鼻參數包括兩部分：分析參數（數據獲取持續時間：200 s，獲取周期：1 s，延滯時間：1 080 s，空氣流速：150 mL/min，進樣體積：2.5 mL，進樣速度：500 μL/s）和自動進樣器參數（孵化時間：300 s，孵化溫度：40℃，沖洗時間：120 s，進樣器溫度：50℃，攪動速度：500 r/min）。電子鼻含有3個高效傳感器室，共18根傳感器（Sensors chamber 1：LY2、LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTl；Sensors chamber 2：T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、T70/2、PA/ 2；Sensors chamber 3：P30/1、P40/2、P30/2、T40/2、T40/1、TA/2），即每個樣品有18組數據。

圖1 牛膝生品電子鼻傳感器響應曲線Fig 1 Electronic nose sensor corresponding curve of A.bidentata

2.3 重復性試驗

取牛膝生品及其炮制品平行測定3次，記錄傳感器響應值。結果，各傳感器響應值的RSD均＜3%，表明數據穩定可靠。

2.4 牛膝炮制品主成分（PCA）分析

通過電子鼻傳感器響應值可得1個矩陣，該矩陣是以牛膝不同炮制品作為矩陣的行，以電子鼻傳感器響應曲線中的響應值作為矩陣的列，利用該矩陣即可進行PCA分析，詳見圖2。圖2中PCA區分指數（Diferentiation Index，DI）為95，區分指數框為綠色，表明區分有效。第一PCA（PC1）的累積貢獻率為96.167%，PC1和第二PCA（PC2）的累積貢獻率之和為99.894%，表明牛膝不同炮制品氣味的差異主要由PC1決定。

圖2 牛膝炮制品氣味PCA圖Fig 2 PCAof processed products ofA.bidentata

由圖2可知，牛膝生品與其不同炮制品比較，氣味存在顯著差異；4種牛膝不同炮制品也存在一定差異，說明炮制工藝對藥材氣味有顯著影響。

DI是電子鼻區分樣品程度的表征，由下列公式計算而來[10]：（1）當組群之間沒有疊加時，DI為正值。DI＝100×（1—每個組群空間面積的總和/包容所有組群的總空間面積）。（2）當組群之間有疊加時，DI為負值，表明樣品之間不能完全區分。DI＝—100×（組群疊加部分空間面積的總和/包容所有組群的總空間面積）。DI的最大值為100；80～100表明有效區分，其值越大，區分越好。根據圖2得出牛膝不同炮制品氣味的相對距離（見表2），相對距離越近，則氣味越相近，反之亦然。結果表明，鹽水炙牛膝與牛膝生品氣味的相對距離最近（0.33），即其氣味與牛膝最相近；白酒炙牛膝與牛膝生品氣味的相對距離最遠（1.65），即其氣味與牛膝生品差別最大。

表2 牛膝炮制品氣味的相對距離Tab 2 The relative distance of processed products of A.bidentata

載荷圖中傳感器上的響應值可代表各樣品的特征用以識別不同樣品。從牛膝不同炮制品的載荷圖（見圖3）可看出每個樣品在18根傳感器中響應值不同。

圖3 牛膝炮制品載荷圖Fig 3 Loading diagram of processed products of A.bidentata

2.5 泛糖牛膝炮制品PCA分析

泛糖牛膝炮制品PCA分析見圖4。由圖4可見，PC1和PC2的累積貢獻率之和達到了99.517%（80%以上即可代表樣品的大部分信息），表明該圖能很好地反映樣品的實際情況，樣品在PCA圖上的DI達到97，表明電子鼻能區分全部樣品。根據PCA圖中的相對距離遠近可以看出，A2與B2、A1與B3、A3與B4、A4與B1的相對距離較近，與表1的樣品信息吻合，進一步也說明了無論是泛糖牛膝還是牛膝都可以根據綜合氣味的相對距離來判斷是否為相同工藝炮制。

圖4 泛糖牛膝炮制品PCA圖Fig 4 PCA of processed products of floating sugar A. bidentata

3 討論

相比于傳統氣味鑒別方法，電子鼻技術具有樣品無需前處理、無污染、分析速度快、結果準確等優點，不足之處就是對牛膝與泛糖牛膝的具體成分區分及成分的定量分析時，仍需要聯合氣相色譜儀進一步結合大量試驗數據和訓練電子鼻建立數據庫，才能更好地應用于中藥不同炮制品的具體區分[10]。

由本試驗結果可知，與牛膝生品比較，4種牛膝炮制品的氣味存在顯著差異：鹽水炙牛膝與牛膝生品氣味的相對距離最近，白酒炙牛膝與牛膝生品氣味的相對距離最遠；并且可根據氣味的相對距離判斷（泛糖）牛膝炮制品工藝是否相同。

隨著中醫藥現代化的發展，中醫藥理論基礎下的傳統中藥鑒別、配伍以及炮制等多方面的經驗亟需現代科學技術進行驗證，以充分證明傳統中藥辨藥、用藥經驗的正確性與合理性。電子鼻的誕生剛好適應了中醫藥現代化的發展需求。就目前的使用狀況而言，電子鼻僅處于識別不同炮制品的初級階段，而對于不同炮制品的定量分析進而鑒別出最佳炮制工藝的較高級階段，還需要進一步深入研究。

[1] 廖彭瑩，王東，楊崇仁，等.莧科牛膝資源植物的化學成分研究進展[J].中草藥，2013，44（14）：2019-2021.

[2] 羅懿妮，林華，林麗薇.正交試驗優選酒牛膝微波炮制工藝[J].中藥材，2014，37（8）：1353-1355.

[3] 姜海，匡海學，王秋紅，等.牛膝鹽炙前后化學成分研究[C]//中華中醫藥學會中藥炮制分會2011年學術年會論文集，2011：320-323.

[4] 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：一部[S].2015年版.北京：中國醫藥科技出版社，2015：72.

[5] 孔繁瑤，邵露，胡慧華.應用電子鼻方法區分不同產地豨薟草[J].中國藥房，2014，25（19）：1793-1795.

[6] 杜瑞超，馮怡，徐德生，等.電子鼻技術及其在中藥行業中的應用前景[J].中國實驗方劑學雜志，2013，19（5）：348-351.

[7] 蘆錳，王一碩，張振凌.牛膝飲片切制工藝研究[J].時珍國醫國藥，2009，20（11）：2817-2820.

[8] 張振凌，陳紅，王一碩，等.正交設計法研究牛膝酒炙工藝[J].中成藥，2010，32（2）：247-249.

[9] 張愛婷，王一碩，張振凌，等.牛膝、酒牛膝飲片色度的研究及限度標準的建立[J].中醫學報，2010，25（4）：689-691.

[10] 薛婷，岳進，鄧云，等.不同烘烤度橡木片陳釀葡萄酒的電子鼻快速區分[J].上海交通大學學報（農業科學版），2014，32（3）：45-48.

Preliminary Study on Distinguishing the Odor of Achyranthes bidentata and Its Diffecrent Processed Products by Electronic Nose

HU Tingting，ZHANG Zhenling，ZHANG Juan，ZHAO Dan（Collaborative Innovation Center for Respiratory Disease Diagnosis and Treatment&New Drug Development of Henan Province，Henan University of Chinese Medicine，Zhengzhou 450046，China）

OBJECTIVE：To establish a method for distinguishing the odor of Achyranthes bidentata and its different processed products.METHODS：A.bidentata，rice wine processed A.bidentata，liquor processed A.bidentata，saline processed A.bidentata and clean water A.bidentate were processed.Floating sugar A.bidentate were processed by the method.Electronic nose was used to analyse smell of the products：the data acquisition duration is 200 s，acquisition period was 1 s，the delay time is 1 080 s，the air flow rate is 150 mL/min，the injection volume was 2.5 mL，500 μL/s injection speed and hatching time is 300 s，the incubation temperature is 40℃，the flushing time is 120 s，the injector temperature is 50℃，stirring moving speed is 500 r/min.RESULTS：Compared with A.bidentata，there was significant difference in the odor of other 4 processed products；saline processed A.bidentata showed the nearest relative distance of odor with A.bidentata，liquor processed A.bidentata showed the largest relative distance of odor with A.bidentata.Whether the processing method of（floating sugar）A.bidentata was the same can be judged by the relative distance of odor.CONCLUSIONS：Electronic nose can rapidly distinguish the odor of A.bidentata and its different processed products of A.bidentata.

Electronic nose；Odor；Achyranthes bidentata；Processed product

R284.1

A

1001-0408（2017）03-0384-03

2016-04-27

2016-07-15）

（編輯：張 靜）

國家中醫藥管理局科技基礎性工作專項課題（No.2014FY111100-7）；河南中醫學院研究生科研苗圃工程項目（No. MP2015-86）；呼吸疾病診療與新藥研發河南省協同創新中心研究生科研創新基金項目（No.教科技〔2013〕638號）

＊碩士研究生。研究方向：中藥飲片。E-mail：992902083@qq. com

#通信作者：教授，博士生導師。研究方向：中藥飲片及新藥研發。電話：0371-65680970。E-mail：zzlhnzy@126.com

DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.03.27