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  药物分析杂志   2018, Vol. 38 Issue (9): 1476-1483.  DOI: 10.16155/j.0254-1793.2018.09.02
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综述专论

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贾灿潮, 李俊妮, 李荣, 王东, 刘红秀, 姬生国. 中药快速分析技术的发展及其前景[J]. 药物分析杂志, 2018, 38(9): 1476-1483. DOI: 10.16155/j.0254-1793.2018.09.02.
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JIA Can-chao, LI Jun-ni, LI Rong, WANG Dong, LIU Hong-xiu, JI Sheng-guo. Development and prospect of the rapid analysis technology for traditional Chinese medicine[J]. Chinese Journal of Pharmaceutical Analysis, 2018, 38(9): 1476-1483. DOI: 10.16155/j.0254-1793.2018.09.02.
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第一作者

贾灿潮, Tel:15011836841;E-mail:canchao_jia@163.com

文章历史

收稿日期:2018-06-15
中药快速分析技术的发展及其前景
贾灿潮 , 李俊妮 , 李荣 , 王东 , 刘红秀 , 姬生国     
广东药科大学, 广州 510006
摘要:为中药快速分析技术的发展与应用提供科学参考依据。查阅近10年与中药快速分析相关的文献,作者总结归纳发现,近10年以近红外光谱分析技术为代表的中药快速分析技术发展迅速,电子鼻、电子舌等技术丰富了中药的快速分析,中药快速分析技术趋于系统化、标准化、智能化,并向中药生产、加工、成品检测中的应用方向发展。中药快速分析技术及其相关的软件、硬件以及基础理论有待完善和开拓,中药快速分析技术仍持续发展,其发展前景良好。
关键词中药    快速分析    近红外光谱分析技术    仿生技术    发展前景    
Development and prospect of the rapid analysis technology for traditional Chinese medicine
JIA Can-chao, LI Jun-ni, LI Rong, WANG Dong, LIU Hong-xiu, JI Sheng-guo    
Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, China
Abstract: To provide a scientific basis for the development and application of the rapid analysis technology for traditional Chinese medicine. Literatures related to the rapid analysis of traditional Chinese medicine recent was retrieved and a summary was made. The rapid analysis technology for traditional Chinese medicine, in resent ten years, represented by near-infrared spectroscopy analysis technology, has been developing rapidly and enriched by electronic nose, electronic tongue and other technologies, which tends to be systematic, standardized, intelligent and develops towards the applications in Chinese medicine production, processing and finished product testing. Rapid analysis of traditional Chinese medicine technology and the related software, hardware and basic theory need to be further improved and developed. Rapid analysis of traditional Chinese medicine technology is still developing rapidly and the development prospect is optimistic.
Key words: traditional Chinese medicine    rapid analysis    near-infrared spectroscopy    biomimetic technology    development prospect    

中药是我国的瑰宝,在防病治病中起着重要的作用,中药质量与中药的疗效密切相关。控制中药质量的方法中,传统的方法,如高效或超高效液相色谱法、气相色谱法、紫外可见光分光光度法、薄层色谱法等,常需要花费较多的时间用于提取、分离及进样检测,在中药的生产加工过程中,不利于生产率的提高。近年来,以近红外光谱分析技术和仿生技术为代表的中药快速分析技术,以其操作简便、无损样品、无化学污染以及快速分析等优势,适应了中药研发和生产的发展要求,得到了快速的发展,相应的研究也逐步完善和提高,并展现广阔的应用前景,以下将从中药快速分析技术的种类、研究情况、发展方向等方面展开综述,为从事中药快速分析人员提供参考。

1 中药快速分析技术及其种类

中药成分复杂,传统的分析方法,如HPLC、GC、GC-MS、HPLC-MS、UV、TLC等,常需要经过提取、分离、纯化、进样等工序,整个过程往往需要1 h至1 d不等,方可实现中药指标性成分的检测。中药快速分析技术是相对于传统的分析方法的一种中药快速检测技术,该技术常无需复杂的样品预处理,只需要采集样品的物理信息,即可实现快速的定性或定量分析,常见的中药快速分析技术有近红外光谱分析技术、仿生嗅觉技术(电子鼻技术)、仿生味觉技术(电子舌技术)、电子眼技术[1]、光纤传感技术[2-4]等。

2 中药快速分析技术研究情况 2.1 近红外光谱分析技术在中药分析的研究情况

近红外光谱分析技术是一种间接分析技术,该技术通过校正模型的建立实现对未知样本的定性或定量分析。该技术因只需采集样品的近红外光谱信息,即可实现样品的质量分析,而无需复杂的预处理,故在分析速度方面具有无可比拟的优势。

2.1.1 中药产地或定性鉴别

不同产地或不同种属的中药材,性质不一,近红外光谱吸收情况也不同,故可据此进行产地鉴别或定性分析。Han等[5]成功利用近红外光谱分析技术结合偏最小二乘法对我国安徽、重庆、河北3个产地的木瓜进行了聚类分析,实现准确鉴别。张敏等[6]利用近红外漫反射光谱分析技术成功对南领GAP基地的鸡血藤和其他产地的鸡血藤进行区分,对5个伪品鸡血藤进行准确定性鉴别。蒙杰丹等[7]采用近红外漫反射方法对9个不同厂家的益母草颗粒进行定性鉴别,达到较好的归类和区分。韩莹等[8]通过建立相应的定性分析模型,准确将何首乌及其炮制品区分,同时将何首乌及其伪品白首乌、冀蓼、毛脉蓼区分。付小环等[9]应用近红外光谱分析技术,通过主成分分析法建立茯苓皮、赤茯苓、茯神样品的近红外光谱定性分析模型,并对10个预测样品进行预判,准确率为100%。杨海龙等[10]以河南、山东、河北3个产地的山楂样品共60个建立近红外光谱定性分析模型,模型经验证,可准确预测未知样品的产地来源。

2.1.2 中药浸出物含量的快速检测

浸出物为评价中药质量的重要指标之一,中药材、中药炮制品、中成药均可应用近红外光谱分析技术预测未知样品的醇溶性或水溶性浸出物。蔡佳良等[11]通过采集139批广藿香中药材的醇溶性浸出物含量信息和近红外光谱信息,建立了测定广藿香醇溶性浸出物含量的近红外光谱分析模型,该模型经27批广藿香样品进行验证,平均回收率为100.01%。贾灿潮等[12]在研究何首乌及其炮制品的质量评价中,成功建立了制何首乌的醇溶性浸出物含量的近红外快速测定方法。李蕾蕾等[13]建立了可以快速预测枇杷叶浸出物含量的近红外光谱定量分析模型,模型预测值和真实值之间的相关系数达到0.984,预测值接近真实值,预测准确度较高。雷敬卫等[14]以100批筋骨痛消丸的醇溶性浸出物为校正集样品,建立了筋骨痛消丸醇溶性浸出物的近红外光谱定量分析模型,模型预测未知样品的醇溶性浸出物含量的平均相对误差为2.4%,达到准确测定的要求。而张强等[15]建立筋骨痛消丸的水溶性浸出物含量的近红外光谱分析模型中,以18份已知水溶性浸出物含量的样品对所建立的模型进行验证,验证值与真实值的平均相对偏差为0.09%,模型达到准确快速预测未知筋骨痛消丸的水溶性浸出物含量的水平。

2.1.3 中药多指标性成分含量的快速检测

中药常以有效成分作为指标性成分,用于评价中药的质量,近年来,近红外光谱分析模型逐渐向多指标、系统化完善和发展。Xue等[16]就葛根提取液中过滤和浓缩过程中葛根素的含量进行了在线分析评价。贾灿潮等[17-18]以二苯乙烯苷含量和游离蒽醌含量为研究对象,分别建立了测定制何首乌中二苯乙烯苷含量和游离蒽醌含量的近红外光谱分析模型,通过采集未知样品的近红外光谱信息,即可实时预测样品的二苯乙烯苷含量和游离蒽醌含量。耿姝等[19]运用近红外漫反射光谱分析技术同时预测金银花中的绿原酸和木犀草苷含量,实现了金银花药材多指标的快速、高效测定。朱斌等[20]通过近红外漫反射光谱法测定了金丝桃药材中的金丝桃苷与贯叶金丝桃素定量。张艳等[21]成功运用近红外光谱分析技术实时监控丹红注射液醇沉过程中丹参素、原儿茶醛、迷迭香酸、丹酚酸B这4个指标性成分的含量变化。

2.1.4 中药水分含量的快速检测

水分直接影响中药的有效成分的含量,甚至会引起霉变、虫蛀等质量问题,因此《中华人民共和国药典》对中药水分作出严格的规定。传统的烘干法需要消耗大量时间,近年的水分测定仪虽然大大减小测定时间,但也耗电费时,在大批量常规性的中药水分含量分析中有待完善。近红外光谱因其水分特征波段明显,在中药水分测定中具有省事、省力,操作简便,检测速度快等优点,适用于大规模、常规性的中药检测。蔡佳良等[22-23]通过对广藿香及其制剂霍胆丸的水分含量的研究,联立近红外光谱信息,分别建立了测定广藿香及其制剂霍胆丸的水分含量近红外光谱分析模型。经验证,所建立的模型均可应用于测定相应中药的水分含量。贾灿潮等[24-26]建立了用于测定何首乌、制何首乌、首乌丸中水分含量的近红外光谱分析模型,为应用近红外光谱分析技术控制何首乌药材的生产加工过程中水分含量提供了系统基础研究。丁银花等[27]采用便携式AOTF近红外光谱仪采集69批茯苓样品的近红外光谱信息,以60批样品的光谱信息和水分含量进行联合建立模型,另外9批样品进行验证;经验证,所建立的模型预测性能较高,可准确测定茯苓中水分的含量。

2.1.5 中药混合均匀度的快速鉴别

中药,特别是中成药,在多种中药材或辅料进行混合时,其混合均匀度直接影响药物的含量,该过程需要精确的控制。传统的检验鉴别方法存在较大的主观性。近年来,近红外光谱分析技术的推广应用,为中药混合均匀度的快速鉴别找到了一种较为合适的监控方法。杨婵等[28]通过以乌梅配方颗粒中乌梅提取物粉末和糊精为研究对象,在混合过程中均匀设立多个取样位点,采集位点粉末的近红外漫反射光谱信息,结合移动窗F-检验法可对混合过程均匀度进行准确判断,为中药粉末混合过程的在线监控提供了可靠的指引。马群等[29-30]通过采集安宫牛黄丸4个不同混合程度的药物粉末的近红外光谱信息,不同等级关联,建立近红外光谱判别模型,模型可用于预测粉末混合过程的状态信息。李云霞等[31]通过采集混合过程中的腰痛宁胶囊样品的近红外光谱,进行药粉混合均匀度趋势分析,并以不同时间点样品的士的宁、马钱子碱的含量进行验证,经分析,药粉混合0.5 h,样品的近红外光谱图趋于稳定,与士的宁、马钱子碱的含量相一致,所建立近红外光谱分析模型可以用于判别药物的均匀度。

2.2 电子鼻中药分析技术的研究情况

中药常具有特殊性气味,根据气味的不同和变化,可以区别不同的中药,识别中药是否变质或掺假。然而,人的嗅觉识别功能有限,辨别中药的气味带有一定的主观性。电子鼻分析技术,又称仿生嗅觉技术,是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的一种技术,该技术因具有强大的识别功能和客观性,在具有挥发性气味的中药,特别是具有辛味的中药的定性鉴别中有较好的应用研究[32]。盛良等[33]用电子鼻技术对解表药中的17味中药和8味西药进行主成分分析和雷达图的相似性和差异性探讨发现,同为解表药的中药和西药,其主成分相一致,雷达图显示解表药中以辛味占主导,电子鼻可以用于快速测定中药或西药的气味。曹煌等[34]通过对川芎、白芷、延胡索、当归、陈皮5种中药的物质组分拆分为挥发油、白芷香豆素类、延胡索生物碱类、当归多糖类、陈皮黄酮类样品等。参照仿生技术运用电子鼻对中药药材和物质组群的嗅觉进行表征,经主成分分析,5种中药及其物质族群样品能很好地区分。伍世元等[35]运用电子鼻技术,准确鉴别了不同产地以及不同采收期的阳春砂药材。庄家俊等[36]运用电子鼻技术对4个不同批次的百草油进行定性鉴别,准确率达到87.5%。LI S等[37]以电子鼻技术和化学计量学方法相结合,成功将红参和高丽参进行聚类区分。范丹君等[38]通过优化电子鼻采集气体的环境,并以非线性的局部线性嵌入算法和线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)相结合,实现了不同种类辛味中药材的挥发性气味信息的模式分类。邹慧琴等[39]根据砂仁气味的强弱,质量的优劣,建立电子鼻仿生嗅觉判别模型,准确鉴别砂仁的道地性。Li等[40]实现了利用电子鼻技术对不同种类的细辛进行较好的分类。刘红秀等[41]利用电子鼻技术,结合化学计量学方法、主成分分析法和LDA成功对八角、白豆蔻、川芎、丁香、荆芥、肉桂、砂仁7种中药材进行聚类分析。Chen等[42]通过电子鼻技术结合主成分分析和判别系数分析,实现了金樱子的判别分析。

2.3 电子舌中药分析技术的研究情况

中药品种繁多,气味不一,部分中药更是具有2种或2种以上的味觉,在人为判别中药的味觉时,具有局限的客观性,易受味觉的干扰而造成辨别错误。电子舌技术是依据人或动物舌头味觉细胞工作原理和人工脂膜传感原理,将味觉信息转化为客观性、可视化数字的一种技术[43],该技术因具有客观、快速、准确及可多种味觉同时分析等优点,在讲究“味”的中药分析中备受关注。Lin等[44]利用电子舌技术结合偏最小二乘法可实现了中药苦味的轻重评价。刘瑞新等[45]以醋酸钠、甜蜜素、腺苷-5′-磷、2,4-二羟基甲苯酸作为穿心莲水煎液掩味剂,通过口尝法和电子舌评价法对比分析,揭示在一定条件下,电子舌技术可应用于中药掩味效果的分析评价。杜瑞超等[46]利用通过电子舌仪器采集22种常见中药的水煎液味觉信息,利用主成分分析法和判别因子分析法对味觉信息进行分类,可以准确将不同味觉的中药、相同味觉的不同中药进行聚类分析。Irina等[47]通过结电度计电子舌法、合毛细管电泳法和液相色谱法建立了评价中药苦味的6个等级。梁晓光等[48]通过对从黄连中分离的7个化合物进行电子舌苦度测评和抑菌活性评价,显示正相关关系,其中以小檗碱苦度最强,抑菌活性最强,研究揭示电子舌技术可为中药活性及其物质基础研究提供指导。

3 中药快速分析技术发展趋势

近年来,以近红外光谱分析技术为代表的中药快速分析技术快速发展,以较强的势头不断完善,不断提高,并呈现一定的趋势。

3.1 中药快速分析研究的系统化

以中药何首乌为基础的近红外光谱分析研究,贾灿潮等[1217-1824-26]完成了何首乌、制何首乌、首乌丸的系统化近红外光谱质量分析模型的建立。蔡佳良等[1122-23]就广藿香的叶含量、水分含量、醇溶性浸出物含量、百秋李醇含量以及霍胆丸的水分含量、百秋李醇含量分别建立了相应的近红外光谱分析模型,实现运用近红外光谱分析技术系统性评价广藿香及其制剂的质量。相应中药的近红外也系统化研究,以实现产学研的转化,应用于实际生产。陈朋等[49]以银蓝调脂胶囊为研究对象,运用近红外光谱分析技术系统性对原料药材质量检测、提取、浓缩、回收乙醇、物料混合等生产过程及成品进行检测,实现近红外光谱在线分析技术的系统化研究。中药中辛味药材常具有较强的挥发性,电子鼻技术在辛味药材的研究中也逐渐趋于系统与完善[50-53]。中药多具苦味,常以掩味剂掩盖,电子舌因可实现数字化评价药物的苦味,以在相关药物的矫味研发中得到应用,并逐步向系统化发展[54-59]

3.2 中药快速分析研究的标准化

近红外光谱分析法已收载入USP 32[60]和USP 35[61],并对该方法的原理和使用规范作了明确的规定。英国药典[62]和欧洲药典[63]同样收载近红外光谱分析技术作为有机物质的快速鉴别方法。我国近红外光谱分析技术在中药中的研究逐渐成熟,并有望向标准化、规范化、系统化迈进。电子仿生技术已实现苦味的数字化评价[64],其他味觉的数字化标准有待深入展开研究。

3.3 中药快速分析技术应用研究方向

中药快速分析技术总体上朝着指导生产或者临床研究方向发展,如近红外光谱分析技术将向指导中药的生产、加工或者成品的快速检测方向发展,同时,由于近红外光谱分析技术具有较快的分析速度,其在药物干燥、提取、分离、纯化、混合等过程分析中[65]也有较好的研究前景。电子舌技术一方面将协助药物的临床物质基础的判别,如药物的苦味强弱将与药物抗炎、抑菌效果的强弱相关,药物的甘味强弱将与药物滋补效果的强弱相关。另一方面将用于指导中药制药过程中的矫味研究。电子鼻技术因检测气味的不稳定将需要围绕不同气味的物质组成以及成分含量建立相应的标准,为电子鼻技术的标准化作铺垫。

4 总结与展望

中药快速分析技术为辅助中药研产销的高效技术,近年来已得到广泛的关注和深入的研究,方法和技术逐步成熟、完善,并向标准化方向迈进。近红外光谱分析技术从中药的内在物质基础层面对中药进行快速的分析,而仿生技术则从中药的整体气味层面把握中药的来源和品质,仿生技术使中药性状鉴定标准化、客观化,丰富了中药快速评价体系。无论是近红外光谱分析技术还是仿生技术,都需要结合化学计量学、计算机科学、工程学、机械学、生理学等学科综合发展。近红外光谱分析技术和仿生技术相结合,将可实现中药多指标、系统化和整体评价,实现中药质量分析评价的标准化、智能化以及现代化。由于国民对中药原药材、饮片以及成药的鉴别能力有限,市面上部分中药以假乱真的现象屡见不鲜,部分消费者的权益难以得到有效保证。以近红外光谱分析技术和电子鼻仿生技术相结合的中药快速分析技术,如能开发成为便携式或手机APP模式的分析软硬件系统,将有效弥补消费者中药鉴别知识欠缺而容易受骗的弱点。此外,随着对中药或由中药开发的保健品、化妆品、药物精油等的需求越来越大,对生产过程或成品的检测,传统的方法越来越难以跟上检测的节奏,以近红外光谱分析技术和仿生技术相结合的中药快速分析技术,如能开发应用于生产在线或成品的快速检测,将有效解决传统中药检测方法速度有限的痛点。

综上所述,中药快速分析技术前景广阔,但相关软件和硬件还需要多学科科研工作者展开深入研究与开发。

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