基于电子舌技术的辛味中药材鉴别研究*

武 琳，骆德汉，邵雅雯，李江勇

(广东工业大学信息工程学院，广东广州510006)

0 引言

中药的色、气、味是其内在化学成分及其内在质量的反应，传统的经验鉴别能够评价其质量，但与个人的经验有关，常常难于准确表述和交流。而单一的“有效成分”、“指标成分”又不能完全反映并准确评价中药材的质量。因此，能够全面表征中药色、气、味的现代分析技术手段成为中药质量控制的迫切技术需求和首选研究方法［1］。

味觉指纹分析技术是近十年来针对复杂介质和含协同作用的样品而发展起来的一门新技术。Alpha MOS公司研发成功的传感器阵列技术，也就是俗称的电子舌技术，是专门针对味觉的分析技术而设计的，其分析原理和人类味觉完全类似。它既具备常规仪器分析的客观性强、重现性好、不易疲劳的特点［3］，又能像人类舌头那样获得样品中味道的整体信息，而且操作简单，鉴别迅速［4］，目前已在食品化学等多个领域获得初步应用［5～8］。

然而，在国内还没有有关电子舌在辛味中药材种类鉴别和不同产地、批次间区分等方面的研究。为此，本文选用味道特性显著的典型辛味中药材作为实验样本，利用法国Alpha MOS公司生产的ASTREE电子舌对不同种类、不同产地以及不同生产批次的辛味中药材分别进行了鉴别研究，为电子舌在中药材质量鉴别的实际应用中提供了一定的试验依据。

1 实验材料、仪器和方法

1.1 实验仪器

本实验采用法国Alpha MOS公司研制的ASTREE电子舌系统，该电子舌主要包括味觉传感器矩阵系统ASTREE、自动进样系统LS48和模式识别软件系统3部分。所有的实验都是在相同的仪器设备下进行。

该电子舌包含了7种化学传感器阵列和1个参比电极。7种电化学传感器分别为:ZZ，AB，GA，BB，CA，DA，JE。这7种传感器对5种基本味觉:酸、甜、苦、咸与鲜都有不同的响应。每种传感器对5种味道的敏感程度不同，因此，可以通过7种传感器从总体上进行味道数据的分析与评价［3，5］。

1.2 实验材料

本实验选用的辛味中药材样品是由基金项目合作单位——广东药学院提供，共3组实验样本:

1)6种不同种类的辛味中药材:郁金(YJ)、益智(YZ)、白豆蔻(BDK)、白术(BZ)、独活(DH)、苍术(CZ);

2)3种不同生产批次的郁金:YJ100522，YJ110123，YJ110301;

3)3种不同产地的益智:YZGZ，YZHN，YZAH。

1.3 实验方法

由于所提供的药材样品为干性的辛味中药材，呈较大的块状或颗粒状，检测时需做必要的前期处理，首先每个样品需在粉碎机里粉碎，然后称取1g粉碎后的粉末样于250 mL锥形瓶中，加入100 mL水，在65℃的环境下加热提取，加热30min后将样品混合液过滤，将过滤出的萃取液倒入25 mL的专用电子舌烧杯中待检。

电子舌在室温条件下进行测定，每杯样品量为25 mL，每个样品设定1个重复，电子舌传感器在每个样品中的采集时间为120 s，每秒采集1个数据，电子舌系统软件每秒钟自动记录1次数据。传感器在刚开始测量时，感应强度会上下波动。预实验结果表明，测量2～3次后，传感器响应强度趋于稳定。本研究每杯样品重复测量7次，选取后3次的测量数据作为主成分分析(principal component anazysis，PCA)的原始数据。

1.4 数据处理方法

PCA是传统的多元统计分析技术，在模式识别算法中应用十分广泛，是常用的经典分类算法。其数学原理是将原变量进行转换，使少数几个新变量成为原变量的线性组合，同时，这些变量要尽可能多地表征原变量的数据结构特征而不丢失信息。通过PCA处理可以将数据降维，以排除众多信息共存中互相重叠的信息。最后在PCA分析的散点图上显示主要的二维或三维散点图。PC1轴和PC2轴上包含了在转换中得到的第一主成分和第二主成分的贡献率，贡献率越太，说明降维后的综合指标可以较好地反映原来多指标的信息［9］。

2 结果与分析

2.1 6种不同种类的中药材鉴别

首先选用6种不同种类的辛味中药材作为检测对象，它们分别是:白豆蔻(BDK)、独活(DH)、苍术(CZ);郁金(YJ)、益智(YZ)、白术(BZ)。

图1是6种样品的PCA图，从图中可以看出:得到前2个主成分的贡献率分别为80.034%，13.877%，累计贡献率93.911%，前2个主成分对应的特征向量所决定的二维子空间基本保存了原始数据的信息。由图1可以看出:每一个样品的6个点离散度较小，而不同样品之间存在一定的差异，说明该电子舌可以很好地区分这6种辛味中药材样品。其中，益智的离散度较大，与白术的分离较近，区别有一定的模糊，而白豆蔻、独活、郁金、苍术几个样品的分布区域分离较远，差别明显。

图1 样品的主成分分析图Fig 1 PCA diagram of samples

2.2 同种药材，不同生产批次的中药材鉴别

为了进一步探究电子舌对同种药材不同品种的鉴别能力，实验选择同种药材且同一生产地的郁金，但不同的药材生产批次:YJ100522，YJ110123，YJ110301，图2为郁金样品不同生产批次药材的主成分分析图。

图2 郁金样品的主成分分析图Fig 2 PCA diagram of Turmeric samples

图中，3个点为采样后取最后3次稳定检测结果的数据点，可以看出:3个不同生产时间的郁金区域分离较远，能够较好的区分，同时也可以看出:从生产时间较早的到较晚的批次，区域呈递进的分布，且分布区域区分明显，也说明不同生产日期的郁金在味道上存在一定的差异。

2.3 同种药材，不同产地的中药材的区分

图3实验选取的是同种药材同一采收期，但不同生产地的益智，产地分别来自:广州、安徽、海南。图中所示为电子舌对不同产地益智的PCA区分图。

从图中可以看出:广州与安徽的区域距离较近，但是还是可以明显区分出2种不同产地的益智，而海南益智与其他2种产地的区域距离较远，区分度明显。

3 结论

本次实验研究应用法国Alpha MOS公司研制的AS-TREE电子舌，以3组不同的实验样本作为检测对象，并用PCA法对所得的数据进行了分析。PCA结果显示，在第l和第2主成分的得分图上，电子舌不仅可以很好地区分6种不同种类的辛味中药材，同时，对于同种药材，不同产地、不同生产批次的鉴别中也有很好的识别度，能够实现基本的中药材品质鉴别。

通过本次的实验研究发现，电子舌进行样品测试具有:1)样品前处理简单(仅需称取一定量，如果样品形态为液体无需任何其他样品前处理);2)分析速度快(每个样品采样时间2 min);3)结果简单可靠(与已知信息一致)，识别度高等优点。对一些组成成分相近或类似的样品，电子舌分析有着其他传统仪器不可比拟的优越性，可以非常方便地得到与人工品评一致的分析结果。研究表明:采用电子舌对中药材进行味道检测分析是一种客观性强、重复性好且准确度高的方法。

本文提出了应用电子舌对辛味中药材进行鉴别分类的实验方法，证实了电子舌在实现中药材鉴别分类中的潜能，为电子舌在中药材品质鉴别领域开辟了新的应用前景。

图3 益智样品的主成分分析图Fig 3 PCA diagram of Puzzle samples

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