王麗雙， 鄒華彬，王四順， 吳 燦， 杜愛琴

（山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，中心校區(qū)，山東濟(jì)南 250100）

維藥復(fù)方祖卡木的高分辨精細(xì)鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)

王麗雙， 鄒華彬*，王四順， 吳 燦， 杜愛琴

（山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，中心校區(qū)，山東濟(jì)南 250100）

目的 采用雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別法，對(duì)不同廠家生產(chǎn)的知名品牌維吾爾族成藥祖卡木進(jìn)行高分辨精細(xì)鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)。方法 分析祖卡木原藥粉末的紅外指紋圖譜，確定相似度等級(jí)，構(gòu)建樣品的特征序列。結(jié)果 利用每個(gè)樣品的特征序列，可以對(duì)兩個(gè)廠家生產(chǎn)的維吾爾族成藥祖卡木進(jìn)行準(zhǔn)確鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)。結(jié)論 雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別法結(jié)合紅外指紋圖譜，適合于祖卡木的高分辨快速鑒別及準(zhǔn)確質(zhì)量評(píng)價(jià)。該方法為中藥，特別是中藥復(fù)方的客觀準(zhǔn)確鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了一種新的、有效的理論方法。

指紋圖譜；聚類；模式識(shí)別；祖卡木；鑒別；質(zhì)量評(píng)價(jià)

同類劑型的復(fù)方中成藥無法根據(jù)其外觀色澤、形狀、尺寸、顯微組織結(jié)構(gòu)等外觀指標(biāo)判別品種及質(zhì)量，因此如何正確選擇其標(biāo)準(zhǔn)樣品或?qū)φ諛悠窐O其困難。

這類體系是典型的生物復(fù)雜黑色體系，必須通過分析樣品獲得大量信息，挖掘其內(nèi)在特征信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)方中成藥準(zhǔn)確的“盲”鑒別及精細(xì)的質(zhì)量評(píng)價(jià)。在共有峰率及變異峰率雙指標(biāo)序列分析法［1-2］的基礎(chǔ)上，建立的雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別法無需經(jīng)驗(yàn)知識(shí)可以實(shí)現(xiàn)兩種組成相似的復(fù)方中成藥的準(zhǔn)確鑒別及精細(xì)質(zhì)量評(píng)價(jià)［3-4］。同時(shí)，藥理學(xué)研究表明，藥物的療效與劑量之間存在著非線性關(guān)系。依據(jù)非線性科學(xué)的觀點(diǎn)，同類中藥微小的成分變化，可能導(dǎo)致其療效的巨大變化。不同廠家生產(chǎn)的同一品種的中藥復(fù)方，其中的成分種類及同一成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也會(huì)存在一定的差異，可能對(duì)療效產(chǎn)生顯著的影響。因此復(fù)方的高分辨精細(xì)鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)研究，對(duì)中醫(yī)藥現(xiàn)代研究具有十分重要意義。

維吾爾族成藥祖卡木，是一種知名的復(fù)方藥，具有解熱、鎮(zhèn)痛、止咳、祛痰、消炎、抗病毒、抗組織胺等多種功能，在新疆為各族人民廣泛使用，具有良好的療效，目前其鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)研究，主要是采用HPLC法，測(cè)定其中的幾種成分［5-8］，或采用薄層色譜法鑒別其中的幾種主要藥材［9］，缺乏精細(xì)鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)研究。

祖卡木由十味天然藥材：大黃、大棗、山薄荷、睡蓮花、蜀葵子、破布木果、罌栗殼、洋甘菊、山奈、甘草組成。含有成百上千種化學(xué)成分，采用HPLC法進(jìn)行全成分分離及測(cè)定十分困難，無法快速鑒別。紅外指紋圖譜技術(shù)，可以靈敏地反映中成藥的成分種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)信息，被廣泛應(yīng)用于中藥材鑒別研究［1-4，10-12］，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)方藥的快速、準(zhǔn)確鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)。

本研究通過對(duì)不同廠家的祖卡木原藥粉末的紅外指紋圖譜進(jìn)行雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別分析，考察雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別法的精細(xì)鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)能力，建立知名品牌維吾爾族成藥祖卡木的鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。

1 雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別分析法簡(jiǎn)介

生物復(fù)雜系統(tǒng)的模式識(shí)別，最關(guān)鍵的是如何科學(xué)準(zhǔn)確地建立良好的分類特征。雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別法的核心思想是通過分析一組樣品中每個(gè)樣品的最相似樣品組-特征序列，同類樣品的特征序列應(yīng)該由同類樣品或主要由同類樣品組成，特征序列中樣品同時(shí)也構(gòu)成自然的分類標(biāo)記，從而通過特征序列的不同達(dá)到聚類及分類的目的。該法無需關(guān)于樣品的任何先驗(yàn)知識(shí)，具有對(duì)生物復(fù)雜體系的精確鑒別能力。

雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別理論方法的基本步驟，第一，根據(jù)文獻(xiàn)［1-2］構(gòu)建每個(gè)樣品的雙指標(biāo)序列。

第二，根據(jù)文獻(xiàn)［3-4］，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，定義可變相似等級(jí)，

P：在序列中，某樣品相對(duì)于該序列參考樣品的共有峰率。：序列中，所有樣品相對(duì)于該序列參考樣品的共有峰率的平均值。S：序列中所有樣品的共有峰率的標(biāo)準(zhǔn)偏差。優(yōu)相似等級(jí)：x≥1.3；優(yōu)良相似等級(jí)：x≥0.5；中相似等級(jí)：x≥－0.3；合格相似等級(jí)：x≥－1.4；不合格樣品：x＜ －1.4。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)可以在不同的質(zhì)量等級(jí)對(duì)樣品進(jìn)行聚類分類，并確定每個(gè)樣品的最相似樣品組。

第三，進(jìn)行優(yōu)良相似等級(jí)序列二次聚類分析，確定祖卡木原藥粉末紅外指紋圖譜第一次雙指標(biāo)序列分析中的優(yōu)良相似等級(jí)特征序列，該序列包括參考樣品自身。將該序列中的樣品看作為新的指紋圖譜峰，如樣品S1作為指紋峰1，Sn作為指紋峰n，進(jìn)行第二次雙指標(biāo)序列分析，并確定每個(gè)樣品新的特征序列，并據(jù)此進(jìn)行二次聚類分類。

采用該方法，對(duì)16個(gè)祖卡木原藥粉末紅外指紋圖譜進(jìn)行了模式識(shí)別分析。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器

德國(guó)Bruker Vector22 FT-IR傅立葉變換紅外光譜儀，光譜范圍：4 000 cm－1～ 400 cm－1，分辨率 4 cm－1。高速粉碎機(jī)，分析天平（精確度0.001 g）。

2.2 樣品

不同生產(chǎn)廠家及不同批次的祖卡木樣品，見表1。

表1 祖卡木樣品及其來源

2.3 供試品制備及測(cè)定

將維族成藥樣品用高速粉碎機(jī)粉碎成粉末，在60℃ 烘干2 h，低于0℃ 下保存。每個(gè)樣品平行測(cè)量6次，得6個(gè)指紋圖譜，取其中每組共有峰的平均波數(shù)構(gòu)成各個(gè)樣品的組合指紋圖譜。儀器靈敏度為3。

2.4 重復(fù)性及穩(wěn)定性試驗(yàn)

祖卡木原藥粉末在低于0℃ 下保存。對(duì)S12原藥粉末，每周測(cè)定1次，連續(xù)測(cè)定4周，得4個(gè)指紋圖譜，任選其中3個(gè)指紋圖譜構(gòu)成4個(gè)組合指紋圖譜，它們之間的共有峰率大于72.73%。說明分析方法具有良好的穩(wěn)定性。對(duì)S6原藥粉末連續(xù)測(cè)定6次，任選其中5個(gè)指紋圖譜構(gòu)成組合指紋圖譜，得6個(gè)組合指紋圖譜，它們之間的共有峰率皆為100%，說明該方法具有優(yōu)良的重復(fù)性。

3 紅外指紋圖譜及雙指標(biāo)等級(jí)序列聚類分析

3.1 祖卡木原藥粉末紅外指紋圖譜 見圖1。

圖1 祖卡木樣品原藥粉末紅外指紋圖譜疊加圖

從圖1可見，祖卡木樣品原藥粉末紅外指紋圖譜不易直觀區(qū)分。

根據(jù)共有峰及變異峰的理論判別法—W檢驗(yàn)判別法［12］，來確定不同樣品紅外指紋圖譜中的共有峰及變異峰。采用前述確定的方法，對(duì)樣品的紅外指紋圖譜峰進(jìn)行雙指標(biāo)等級(jí)序列二次聚類/分類分析，并進(jìn)行結(jié)果檢驗(yàn)構(gòu)成最佳分類，結(jié)果表明，當(dāng)x=0.5，即在相似尺度P≥+0.5 S 的條件下，可得到最佳模式識(shí)別結(jié)果。這一相似尺度與文獻(xiàn)［3-4］報(bào)道的結(jié)果一致，說明該理論方法的正確性。16個(gè)樣品的模式識(shí)別結(jié)果見表2。

表2 十六個(gè)祖卡木樣品的最相似樣品組

3.2 雙指標(biāo)等級(jí)序列聚類分析結(jié)果分析

根據(jù)16個(gè)樣品的最相似樣品組，可見新疆華康藥業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的五個(gè)祖卡木樣品S1～S5，除了S3，其余四個(gè)樣品的最相似樣品組皆由該廠生產(chǎn)的樣品S1，S2，S4，S5組成。而S3的最相似樣品組主要由新疆維吾爾藥業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的樣品構(gòu)成。新疆維吾爾藥業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的11個(gè)樣品S6～S16，它們的最相似樣品組主要由該廠生產(chǎn)的樣品S6～S16構(gòu)成，只有S14，S15的最相似樣品組包含新疆華康藥業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的S3。這說明同一廠家生產(chǎn)的維藥祖卡木樣品具有很高的品質(zhì)相似性。根據(jù)樣品的最相似樣品組，兩個(gè)廠家的樣品可以被準(zhǔn)確分開，16個(gè)樣品中，只有S3被錯(cuò)誤識(shí)別，樣品的正確識(shí)別率為94%。

兩個(gè)廠家產(chǎn)品原藥粉末的紅外指紋圖譜之間具有很高的共有峰率，90%的樣品之間的共有峰率高于70%，有些樣品之間可高達(dá)98%，說明兩個(gè)廠家的祖卡木復(fù)方成藥具有高度的相似性。采用本文的方法可以將它們精細(xì)分類，說明雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別法，確實(shí)具有優(yōu)良的精細(xì)分辨能力，可以有效應(yīng)用于十分相似的生物復(fù)雜樣品的高分辨無監(jiān)督分類。

A組樣品為新疆華康藥業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的兩個(gè)批次產(chǎn)品，S1～S4為2009年4月份生產(chǎn)的，S5為2009年2月份生產(chǎn)的，S1，S2，S4，S5的相似樣品組相同，而與S3顯著不同，說明該廠生產(chǎn)的產(chǎn)品穩(wěn)定性有一定的波動(dòng)。

B組樣品為新疆維吾爾藥業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的6個(gè)批次的產(chǎn)品，S6～S8；S9；S10；S11～S12；S13～S14；S15～S16?？梢钥闯?，同批次的樣品的最相似樣品組具有一定的差異，不同批次之間樣品的最相似樣品組也具有明顯的不同，說明該廠生產(chǎn)的祖卡木產(chǎn)品的質(zhì)量具有一定的波動(dòng)性。

4 結(jié)論

利用雙指標(biāo)等級(jí)序列分析法，在不需任何參考樣品或經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的情況下，可以對(duì)新疆兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的維藥祖卡木進(jìn)行高分辨精確的識(shí)別。證明該理論方法對(duì)復(fù)方草藥，具有很高的分辨能力，同時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行細(xì)致的質(zhì)量評(píng)價(jià)。紅外指紋圖譜技術(shù)結(jié)合雙指標(biāo)等級(jí)序列模式識(shí)別法，適用于維吾爾成藥祖卡木的快速精細(xì)鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)。另一方面，在本實(shí)驗(yàn)中劃分每個(gè)樣品特征序列的相似性尺度為P≥+0.5 S，可得到最佳模式識(shí)別結(jié)果，這與文獻(xiàn)［3-4］報(bào)道的結(jié)果一致，說明該相似尺度對(duì)于生物復(fù)雜體系具有普遍的適應(yīng)性，反映了生物物質(zhì)的本質(zhì)特性。該方法為中藥，特別是中藥復(fù)方的客觀準(zhǔn)確鑒別及質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了一種新的、有效的理論方法。

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A

1001-1528（2011）07-1198-04

2010-10-14

山東省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2009RKA063）

王麗雙（1982—），女，碩士生，從事中藥鑒別及質(zhì)量控制。

*通信作者：鄒華彬（1961—），男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：中藥鑒別及質(zhì)量控制。E-mail：huabinzou@126.com.