一种基于电子鼻快速鉴别天麻粉真伪的方法

1.本发明属于中药鉴定技术领域，具体涉及一种基于电子鼻快速鉴别天麻粉真伪的方法。


背景技术：

2.天麻是兰科植物天麻gastrodia elata bl.的干燥块茎，具有息风止痉，平抑肝阳、祛风通络等功效。天麻含有酚类、多糖、氨基酸、有机酸、甾醇类等成分，现代药理研究表明天麻具有中枢抑制、扩冠、降血压、免疫增强等作用，临床上常用于镇静镇痛、降血压、降血脂、健脑益智、增强免疫力、抗惊厥、抗肿瘤、抗眩晕等作用。天麻被历代医家作为治头痛、头晕之要药，是目前临床常用的大宗名贵药材，临床应用广泛。
3.天麻是常用名贵药材之一，临床用量较大，价格昂贵，为此导致其混伪品较多，目前市场常见伪品主要为紫茉莉、芭蕉芋、马铃薯、黄精、菊芋、天花粉、硬毛地笋、商陆等。现有关鉴别天麻真伪的方法，主要包括性状鉴别、显微鉴别（组织构造、粉末特征等显微特征）、理化鉴别（液相色谱、红外色谱等）等，其中后二者方法虽然可行，但存在操作繁琐、时间长、成本高等不足，不能实现天麻真伪的快速鉴别；性状鉴别是通过人的“眼看、手摸、鼻闻、口尝”等感官方法鉴别药材的“形、色、气、味”，其可以实现天麻完整药材的快速鉴别，但对于市售的天麻粉，因药材粉碎成粉末，且其混伪品粉末的颜色、气味与天麻类似，故无法单纯通过外观性状鉴别药材真伪，且性状鉴别是一种主观的感官评价，缺乏客观性，不能客观定量，对药材的形状、颜色、气味等评价会因人而异，为临床准确用药带来难度，为此急需寻找一种快速、精准、可客观定量鉴别天麻粉真伪的方法，以解决目前市场上天麻粉用药混乱现象严重的现实问题。
4.天麻质量评价的传统鉴定标准为“以马尿气浓者为佳”，该标准已历经千年传承至今，一直是目前天麻药材流通领域划分药材真伪和质量的基本依据，是中药行业内共识的传统鉴定标准，可见气味是鉴别天麻真伪的重要参数，气味是药材内在的化学成分最为直接的外在体现，其化学成分又决定了药材的疗效，为此通过对天麻粉末气味的客观定量评价，可能解决天麻粉药材真伪快速鉴别的难题。
5.基于上述问题，本发明利用在食品、酒类等相关领域较为成熟的，模拟人类嗅觉的电子鼻检测系统，以市场收集的多批次天麻粉及其伪品为研究对象，在普适性背景下，定量测定各批次天麻粉及其伪品的气味响应值，结合化学计量学方法，以优选的可区分天麻粉及其伪品的9个特征气味差异成分为指标，建立可区分天麻粉真伪的定性识别模型，通过此模型可实现对未知样品的真伪快速鉴别。
6.本发明的一种基于电子鼻快速鉴别天麻粉真伪的方法，具有精准、快速、可客观定量、成本低、重现性好的特点。与现有性状鉴别方法比较，该方法即保留了性状鉴别快速的优势，又解决了其主观性强，不准确，不能客观定量、技术重现性差的问题；与现有显微鉴别、理化鉴别等其他方法比较，即具有其他方法的可客观定量，准确的特点，又解决了其他方法操作繁琐、耗时、成本高等问题。
7.本发明是依据祖国中医药遗产中极具特色的天麻传统鉴定标准“以马尿气浓者为佳”为参考，以天麻气味为检测指标，将主观的，模糊性感官气味的性状鉴别加以客观化，精准化，是对传统性状鉴别这一实践经典的传承和创新。


技术实现要素：

8.本发明的目的是鉴于现有技术的不足与缺点，提供一种基于电子鼻快速鉴别天麻粉真伪的方法，该方法是采用电子鼻检测系统，对天麻粉及其伪品进行气味的定量测定，以优选的可区分天麻粉真伪的9个特征气味差异成分为指标，构建一种天麻粉真伪定性识别模型，通过该模型，在已知待鉴别样品气味值情况下，可以实现天麻粉真伪的快速鉴别。
9.为实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案。
10.本发明提供了一种快速鉴别天麻粉真伪的模型，其特征在于，所述模型基于电子鼻技术，以9个特征气味差异成分为指标，建立鉴别天麻粉真伪识别模型。
11.进一步地，所述9个特征气味为：甲酸甲酯、乙醇、丙烯醛、正丙醇、异丁醇、（e）-3-己烯醛、2-甲基-1-戊醇、庚醛和(e，z)-2，6-壬二烯醛。
12.本发明还提供一种如权利要求1所述的模型的使用方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：以9种特征气味差异成分的气味值为变量，构建判别因子（dfa）数学识别模型，将样品的气味值进行线性变换，天麻粉真品与伪品分别落在dfa模型的两个区域，两个区域的累积区分贡献率达到100%，可以完全分开，从而建立基于9种特征气味差异成分的天麻粉真伪快速识别模型；步骤2：取待鉴别的天麻粉，用电子鼻检测系统测定各样品的气味响应值，将各样品气味值投影至步骤1中建立的天麻粉dfa真伪识别模型中，根据待鉴别样品在模型中所在真品或伪品区域的识别率，推测样品的真伪，从而实现天麻粉真伪的快速鉴别。
13.进一步地，步骤1中所述的区分天麻粉真伪品的9种特征气味差异成分分别是甲酸甲酯、乙醇、丙烯醛、正丙醇、异丁醇、（e）-3-己烯醛、2-甲基-1-戊醇、庚醛、(e，z)-2，6-壬二烯醛。
14.进一步地，所述天麻粉真伪快速识别模型是基于可区分天麻粉真伪的9种特征气味差异成分而建立的，该模型是基于判别因子分析（dfa）的定性识别模型。
15.进一步地，步骤2中所述电子鼻检测系统包括两根并行的不同极性的金属毛细管色谱柱，可同时检测出极性和非极性气味指纹峰和气味响应值。
16.进一步地，待鉴别样品在天麻粉dfa真伪识别模型中所处真品区域的识别率，是以≥70%作为判别真伪的限度。
17.本发明还提供一种筛选上述所述的鉴别天麻粉真伪的9种特征气味差异成分的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：取多批次已知真伪的天麻粉及其伪品1.5g，精密称定，置电子鼻专用顶空瓶中，采用电子鼻检测系统测定各药材粉末的气味指纹图谱及其气味响应值，每个药材重复测定3次；步骤2：根据天麻粉及其伪品测得的气味响应值，利用主成分分析方法，筛选出可区分天麻粉真伪的9种特征气味差异成分。
18.本发明还提供一种上述所述的快速鉴别天麻粉真伪模型在制备用于鉴别天麻粉的产品中应用。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果。
20.（1）与现有性状鉴别技术比较，具有客观性，精准性、重现性好等优势：本发明是采用电子鼻气味检测系统，模拟人的嗅觉感官机制，定量测定天麻粉的气味值，即保留了性状鉴别方法快速特点，又具有客观性，精准性，解决了现有性状鉴别技术快速，但不能准确定量，感官评价主观性强，不够精准等问题。
[0021] （2）与现有显微、理化、生物学鉴别技术比较，具有快速、操作简单、实践性强，成本低等优势：解决目前以化学成分为主的光谱法、色谱法、dna分子生物学及显微鉴别等方法操作繁琐，检测成本高，无法实现快速鉴别的问题。
[0022]
（3）本发明提供的鉴别方法，是以可区分天麻粉真伪的9个特征气味差异成分基础上，建立的天麻粉真伪的气味识别模型，其原理是“成分-性状（气味）”的关联，有别于业内孤立的通过成分或孤立的通过性状区分药材真伪的方法，提高了鉴别的专属性和准确度。
[0023]
（4）本发明首次依据祖国中医药遗产中极具特色的天麻传统鉴定标准“以马尿气浓者为佳”，发明了基于气味客观定量的天麻粉真伪快速鉴别方法，是对传统性状鉴别这一实践经典的传承和创新，为天麻粉的质量控制提供了体现中医药特色的精准的、快速鉴别方法。
附图说明
[0024]
图1 是本发明中53批天麻粉的气味指纹图谱。
[0025]
图2 是本发明中紫茉莉的气味指纹图谱。
[0026]
图3 是本发明中芭蕉芋的气味指纹图谱。
[0027]
图4 是本发明中马铃薯的气味指纹图谱。
[0028]
图5 是本发明中黄精的气味指纹图谱。
[0029]
图6 是本发明中菊芋的气味指纹图谱。
[0030]
图7 是本发明中天花粉的气味指纹图谱。
[0031]
图8 是本发明中硬毛地笋的气味指纹图谱。
[0032]
图9 是本发明中商陆的气味指纹图谱。
[0033]
图10 是本发明中天麻粉真伪识别的dfa模型。
[0034]
图11 是本发明中待鉴别样品的真伪鉴定结果。
具体实施方式
[0035]
用以下实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不限于下面实施例所包含的内容。
[0036]
实施例1。
[0037]
本实施例提供了一种建立天麻粉真伪快速识别模型的方法，包括以下步骤。
[0038]
1. 样品与仪器：天麻收集于全国9个产地，共53批次，包括安徽5批、湖北5批、河南5批、陕西5批、贵州5批、四川6批、云南18批、吉林3批、西藏1批；伪品为紫茉莉、芭蕉芋、马铃薯、黄精、菊芋、天花粉、硬毛地笋、商陆，均收集于与安国和亳州药材市场。heracles ii型
超快速气相色谱电子鼻（法国阿尔法莫斯公司），系统包括两根金属毛细管色谱柱mxt-5（非极性）和mxt-1701（极性）（均长10m，直径18μm）；ar2140型电子分析天平（上海奥豪斯公司）。
[0039]
2. 供试品的制备：取天麻及其伪品粉末各1.5g，精密称定，置于20ml的电子鼻专用顶空瓶中，使用ptfe隔垫密封，置于自动进样器装置上，待分析。
[0040]
3. 电子鼻气味响应值和指纹峰的检测。
[0041]
（1）电子鼻检测条件：设定顶空产生的检测参数为加热振荡温度80℃、振荡时间30min；进样参数为进样体积5000ul、速度500ul/s、进样口温度200℃、进样持续时间15s；捕集阱初始温度为40℃、分流流速10ml/min、捕集持续时间20s、最终温度240℃；柱温参数为初始温度45℃ (3s)，程序升温0.5℃/s
ꢀ–
70℃(0s)、2.0℃/s
ꢀ–
250℃(17s)，采集时间160s；检测器参数为温度270℃、fid增益12。
[0042]
（2）气味响应值和指纹峰的检测：取53批次天麻粉和伪品，置顶空瓶中，每3个平行样后加1个空白样，在电子鼻检测系统上按照检测程序进行测定分析，分别得到2个色谱柱的气相指纹峰色谱图，天麻粉气味指纹图谱见图1，伪品气味指纹图谱见图2~图9。采用alpha soft v14.2软件分析，分别叠加天麻及其伪品的气味指纹峰，寻找其共有特征及存在的差异，并与伪品的气相指纹峰进行比较分析。每份样品平行测试3次。
[0043]
4. 天麻粉与伪品差异性成分的识别：利用alpha soft v14.2软件对各批次药材的气味响应值进行主成分分析（pca），筛选可区分天麻粉真伪的特征性气味差异成分，其要求为峰分离效果好、区分较为明显（discrimination power＞0.800）且峰面积较大（range》1000）的色谱峰。共筛选出9个差异性成分，分别是(e，z)-2，6-壬二烯醛、庚醛、丙烯醛、2-甲基-1-戊醇、（e）-3-己烯醛、异丁醇、正丙醇、乙醇、甲酸甲酯。筛选色谱峰后的样品整体分布趋势与未经筛选的分布趋势整体保持一致，并且区分指数和主成分贡献率值和均增大，说明选取的9个色谱峰能代表样品的整体气味。
[0044]
5. 天麻粉真伪快速识别模型的建立：采用simca-p数据分析软件，对检测得到的天麻及其伪品的9种特征性气味差异成分气味响应值进行判别因子分析（dfa）分析，结果显示，样品被分成两个区域，两个区域的区分贡献率达到100%，说明天麻粉及伪品在气味上存在明显的不同，由dfa图中可见天麻粉真伪品被明确区分成两大类，并分布在两个区域，证实基于气味的dfa识别模型能够区分天麻粉与8种伪品。该预测模型是在多批次，多个产地的天麻粉及伪品的样品量基础上建立的，具有普适性，可以作为鉴别天麻真伪的定性识别模型。天麻粉真伪快速识别模型见图10。
[0045]
实施例2。
[0046]
本实施例是依据实施例1建立的天麻粉真伪快速识别模型，鉴别待测天麻粉的真伪，具体检测方法如下。
[0047]
1. 样品与仪器：收集市售待鉴定的天麻粉共10批次，分别购于沈阳、大连、安国和亳州的药房和药材市场。所用仪器设备同于本发明实施例 1。
[0048]
2. 供试品的制备与电子鼻气味响应值、指纹峰的检测：取待鉴定的天麻粉药材10批，按本发明实施例 1所述的方法制备供试品溶液，并通过电子鼻气味响应值的检测条件和方法测定各药材粉末药品的气味指纹峰及气味响应值。
[0049]
3. 待鉴别天麻粉的鉴别：根据电子鼻检测系统测定的10个批次待测样品的气味值，投影至天麻粉真伪识别dfa预测模型，通过未知样品点落在dfa模型中真品和伪品所在
区域的识别率来鉴别未知药材的真伪，如与真品区域的识别率≥70%，则为真品；如与伪品区域的识别率≥70%，则伪品可能为紫茉莉、芭蕉芋、马铃薯、黄精、菊芋、天花粉、硬毛地笋、商陆等8种伪品之一；如与真品或伪品区域的识别率均《70%，则待鉴别样品是伪品，且不是上述8种伪品。结果显示，10个批次中有7个批次落在天麻真品区域内，3个批次落在伪品区域内，识别率均接近100%，从而达到快速鉴别天麻粉真伪的目的。待鉴别天麻粉的鉴别结果见图11。