电子鼻在苍术质量评价中的应用研究

研究背景：中药质量的优劣直接影响中医临床疗效,中药质量评价一直是中药研究与应用的重点和难点。老药工在炮制和用药过程中,根据药材外观所表现出来的特点,如形状、表面颜色、气味等特征,来判断药材的真伪优劣,即“辨状论质”,由此建立了一整套优质药材的传统性状评价标准,这也是几千年来反复临床验证的经验总结,历代人们用药均以此为标准。 但是,这套鉴定体系有很强的经验性、主观性,在实践推广应用中受到很大的限制。例如对茅苍术和北苍术气味的描述：气芳香与气香。首先,由于每个人的嗅觉都会有所偏差,故这样的描述主观性较强,标准执行性不强。另外,苍术产地丰富,外在形态、颜色气味等性状差异较大,内在质量也有较大差异,主观上对于气味的形容无法客观区分苍术质量的差异。第三,在目前的苍术质量评价中,TCL薄层色谱、HPLC、GC-MS等方法发挥着主要的作用,但各自都有不足,无法全面的对苍术质量进行科学评价,且无法与传统性状鉴别标准、中医临床用药经验及中医药理论相关联。针对以上问题,急需一种客观的、现代化的手段将传统经验鉴别中的评价标准数字化、客观化,从而推动中药鉴定的现代化不断向前迈进。 目的：结合现代色谱技术,将质量评价新方法——电子鼻技术引入到苍术质量评价中来,让它对“气味”进行测量,建立判别模型,对不同品种、不同产地、不同贮藏时间的样品进行分类判别,将传统经验鉴别中的标准制定到质量统计控制中,即以优质茅苍术(符合传统优质苍术性状特征)为对比、参照标准,建立优质苍术药材的气味特征库,让电子鼻挑选优质产品。 方法： 1.性状鉴别法：对实验中所收集的29批苍术样品进行性状描述,重点是起白霜情况、断面油室(朱砂点)的多少,香气描述与气香程度,以传统经验鉴别为指导,对不同质量的苍术进行等级分类。 2.薄层色谱法：建立薄层色谱指纹图谱,重点对苍术素、苍术酮、茅术醇和p-桉叶醇斑点进行分析与比较。 3. HPLC法：对苍术素含量进行测定,并对样品中三份自采样品中的苍术素含量随储藏时间进行追踪；利用HPLC-ELSD法对苍术水溶性成分中的苍术苷A含量进行测定；建立茅苍术、北苍术、关苍术的HPLC指纹图谱。 4.挥发油提取与GC-MS法：水蒸气蒸馏法提取挥发油,比较三个品种苍术的挥发油含量差异,并对挥发油进行GC-MS测定。 5.顶空GC-MS法：利用电子鼻的顶空装置对样品进行孵化,将顶空气体注入GC-MS仪中进行测定,鉴定出其中的挥发性成分。 6.气味指纹分析法(电子鼻)：对样品气味进行了检测,建立不同品种、不同产地、不同储藏时间苍术样品的DFA判别模型,同时,建立以茅苍术为指标的SQC判别模型,按照传统鉴别标准,优选出优质样品。并探讨电子鼻结果与其他分析结果的相关性,将电子鼻结果数字化。 结果： 1.性状评价结果：整体上茅苍术质量优于北苍术,产地为湖北的优于河南的。不同产地的北苍术中,张家口、涞源、山西、安国的优于东北和内蒙的。 2.薄层色谱结果：不同品种苍术化学成分上的区别为：正品苍术(茅苍术、北苍术)均含有苍术素,而关苍术不含或含有微量苍术素,故苍术素可作为正品苍术类药材的特征成分；北苍术的苍术素斑点明显大于茅苍术；茅苍术有非常特征的茅术醇和p-桉叶醇混合物形成的紫红色斑点,但大部分北苍术此斑点小或不明显,关苍术此斑点不明显；关苍术中苍术酮桃红色斑点非常明显,而茅苍术、北苍术此斑点小或不明显。以上均可作为茅苍术与北苍术、关苍术的显著特征。 3. HPLC测定结果：北苍术中苍术素含量高于茅苍术,此结果与传统经验鉴别相反。关苍术含有微量或不含有苍术素,三个品种苍术样品中苍术素含量存在显著性差异。得到了苍术苍术素随储藏时间的变化曲线。 正品苍术(茅苍术、北苍术)中苍术苷A的百分含量在2%以上,而大部分关苍术中苍术苷A百分含量低于2%,在品种上,正品苍术(茅苍术、北苍术)同关苍术存在显著性差异。产地上,湖北产的茅苍术苍术苷A含量高与河南产茅苍术。 苍术药材的HPLC指纹图谱中,以性状鉴别最优的野生茅苍术湖北(2)作为对照指纹图谱,其他五份茅苍术与之相比,相似度依次为0.942、0.785、0.904、0.751、0.751。 以性状鉴别最优的张家口北苍术作为对照指纹图谱,其他北苍术与之相比,承德北苍术相似度依次为0.786、0.839、0.916、0.864、0.784、0.906；三份东北北苍术的相似度依次为：0.814、0.825、0.820；三份内蒙北苍术相似度为：0.767、0.707和0.824；山西、涞源和安国北苍术相似度为0.91、0.96、0.915,与张家口北苍术较为接近。 关苍术的HPLC指纹图谱与茅苍术和北苍术共有峰的种类不同,存在非常大的差别。 4.挥发油提取与GC-MS结果：茅苍术挥发油含量显著高于北苍术和关苍术,北苍术与关苍术挥发油含量差异不显著。挥发油GC-MS测定中鉴定出86种挥发性成分,并以86种成分的相对百分含量为指标对13个样品进行SPSS聚类分析,SPSS软件将样品分为茅苍术、北苍术和关苍术三类,表明苍术品种不同,挥发油中的成分及其含量存在差异。茅苍术中茅术醇与p-桉叶醇的比例为(0.85～1.30)：1,苍术酮未检测出；部分北苍术检出了茅术醇、β-桉叶醇、苍术酮,三者的比例范围为：(0.41～0.73)：1：(0.41～1.79)；部分北苍术样品未检测出苍术酮,其茅术醇与p-桉叶醇的比例为(0.79～7.06)：1；关苍术中均未检测出p-桉叶醇,部分关苍术检测出的茅术醇与苍术酮的比例为(0.03～0.11)：1。 5.顶空GC-MS结果：鉴定出苍术中的96种挥发性成分。选择苍术挥发性成分中含量较高、药理活性明确的茅术醇、p-桉叶醇、苍术酮三种成分的相对百分含量为指标,进行聚类分析,SPSS软件将10份苍术样品分为三大类：茅苍术、关苍术和北苍术。茅苍术湖北(2)中茅术醇、p-桉叶醇、苍术酮三者的比例为1.36：1：0.2；内蒙北苍术样品中茅术醇、β-桉叶醇、苍术酮样品中三者的比例为：0.18：1：1；大部分北苍术样品未检测出苍术酮,其茅术醇与p-桉叶醇的比例范围为(0.14～1.83)：1；关苍术中未检测出β-桉叶醇,茅术醇与苍术酮的比例为0.04：1。 6.利用电子鼻对样品气味进行检测,建立了不同品种、不同产地、不同储藏时间苍术样品的DFA判别模型,可用于未知品种、未知产地苍术的分类判别。 建立了以茅苍术为指标的SQC判别模型,按照传统经验鉴别标准优选出了优质样品：北苍术中承德2-4、承德6、内蒙3、涞源、山西、张家口、涞源、安国的样品。而承德1、东北1、2、3,内蒙1、2的北苍术质量次之；关苍术与茅苍术差别最大。 7.电子鼻结果与苍术素含量相关性较差,而与苍术苷A含量、挥发油含量呈正相关。本实验建立的电子鼻SQC质量统计控制范围中,落入其中的样品苍术苷A含量在0.47%-0.95%范围内,挥发油含量在1.57～6.72%范围内。苍术苷A、挥发油含量越高,落入SQC质量统计控制范围的几率越大。 电子鼻结果与指纹图谱结果有相关性,与优质北苍术张家口样品相比,相似度>0.824的样品能够落入本实验建立的电子鼻SQC质量统计控制范围中。 电子鼻与GC-MS联系结果表明,优质苍术的挥发油中,茅术醇、p-桉叶醇、苍术酮含量比例为(0.41～1.30)：1：(0～1.37)。电子鼻与HS-GC-MS联系结果表明,优质苍术的挥发性气味中,上述三种成分含量比例为(0.14～1.83)：1：0.2。挥发性成分茅术醇、β-桉叶醇、苍术酮含量在苍术质量评价中起到了关键的作用,可以作为苍术质量评价标准的物质基础,为“苍术气香者佳”提供理论依据。 结论： 电子鼻能够弥补各种分析方法的不足,并且能更好的以传统经验鉴别为指导,对苍术从品种、产地、储藏期、质量等方面作出较合理的评价,该方法符合中医药传统思路,在完善方法学、定量分析等研究的上,可以引入到苍术质量的评价中来,为建立科学、合理、客观的中药质量评价模式做出贡献,为中医药的现代化奠定基础。