周華英，李　鐘，劉紅秀

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基于仿生嗅覺的中藥材鑒別方法研究現(xiàn)狀＊

周華英，李鐘，劉紅秀

［摘要］概述了中藥材“氣味”鑒別的重要地位；綜述了仿生嗅覺技術機理及其在中藥材鑒別領域的研究現(xiàn)狀，同時展望了仿生嗅覺技術在中藥材領域的應用前景。

［關鍵詞］中藥材；氣味鑒別；中藥材鑒別；仿生嗅覺

［作者單位］510006廣東廣州，廣東藥學院醫(yī)藥信息工程學院（周華英，劉紅秀），中藥學院（李鐘）

1　引言

中藥材作為中醫(yī)傳統(tǒng)用藥的基礎，在中國以及東南亞地區(qū)已有幾千年的應用，在長期的醫(yī)療實踐中形成獨特的理論體系，并以卓越的醫(yī)療成效和極小的不良反應著稱，但是由于中藥材的種類繁雜、品質優(yōu)劣、來源復雜，時常有貴重稀有藥材出現(xiàn)偽劣品，以及在分類保存中出現(xiàn)混淆的現(xiàn)象，嚴重制約了中藥材的使用和國際化發(fā)展［1］。因此，研究中藥材種類真?zhèn)?、品質優(yōu)劣的鑒別方法，實現(xiàn)中藥材規(guī)范化、標準化鑒定，是實現(xiàn)中藥材深入發(fā)展及推廣的關鍵問題。

2　中藥“氣味”鑒別的重要地位

長期以來，中藥材的鑒別以基于“辨狀論質”理論的性狀鑒定為主，有“鼻聞”“口嘗”等傳統(tǒng)方法，辨識中藥材的氣味、味道變化等，其中“鼻聞”法最為常見［2］?！皻馕丁笔侵兴幹匾男誀钐卣?，依據(jù)氣味對中藥進行鑒別，是中藥性狀鑒別內容的重要組成部分［3-8］，在中藥真?zhèn)?、易混以及質量優(yōu)劣的辨識上具有重要作用。在現(xiàn)行的《中國藥典》等標準中，“性狀”標準始終占據(jù)重要地位，具有獨特的優(yōu)越性。謝宗萬［3］總結古人的傳統(tǒng)經(jīng)驗，提出“中藥品種傳統(tǒng)經(jīng)驗鑒別的精髓在于‘辨狀論質’的觀點”，即根據(jù)藥材外觀性狀所表現(xiàn)出來的特點，來判斷藥材的真?zhèn)蝺?yōu)劣，從而闡明其本質［4］。

大部分中藥材中含有的揮發(fā)性油類物質（該物質亦稱精油），是一種具有易揮發(fā)、易隨水蒸氣蒸餾出來的油狀液體，并具有某種香氣［9］。中醫(yī)藥研究者常依據(jù)油類物質的性質，反映不同中藥“氣味”之間的差異，從而鑒別中藥材的真?zhèn)蝺?yōu)劣［10-14］，這在中藥材鑒別領域中具有重要意義。許舜軍等［6］指出：“在中藥材的傳統(tǒng)質量評價體系中，氣味是一個十分重要評價指標。藥材氣味與所含化學成分直接相關，能直接反應藥物內在本質，是藥材外在質量表現(xiàn)與內在物質基礎的關聯(lián)點”，如“砂仁氣香濃，質優(yōu)效佳”。一旦“氣味”發(fā)生改變，就預示著中藥質量也隨即有了變化，即每類中藥材特有的“氣味”能夠反映其內在本質和整體質量。

傳統(tǒng)嗅覺識別法，對于中藥材的鑒別存在主觀性強，重復性差。而目前基于儀器的氣相色譜和液相色譜等方法存在成本高、耗時長、操作復雜等缺點，難以推廣應用。因此，基于傳統(tǒng)性狀鑒別的優(yōu)勢基礎，開發(fā)具有規(guī)范化、數(shù)字化、量化氣味特征功能的儀器成為中醫(yī)藥專家的研究熱點。

3　仿生嗅覺技術的現(xiàn)狀

近年來，仿生學技術發(fā)展迅速，仿生嗅覺系統(tǒng)的研究已開展多年，其中以電子鼻技術為主要代表。電子鼻，也稱人工嗅覺或仿生嗅覺系統(tǒng)，是模擬人類的嗅覺系統(tǒng)而設計研制，主要由嗅覺傳感器陣列、信號處理系統(tǒng)和計算機模式識別系統(tǒng)三種功能器件組成，人體嗅覺系統(tǒng)和仿生嗅覺系統(tǒng)的結構對比如圖1所示。利用嗅覺傳感器陣列，對樣品進行定性或定量分析的一類新型分析測試技術設備，用于檢測和區(qū)分混合氣體的儀器［15，16］。與傳統(tǒng)的氣相色譜法等氣味分析技術相比，電子鼻具有檢測速度快、樣品預處理簡便、評估范圍廣等優(yōu)點，對氣味的客觀評估彌補了人類感官描述的模糊性、主觀性和不精確性等缺點。因此，仿生嗅覺技術已廣泛應用于食品、農業(yè)、環(huán)境監(jiān)控等領域［17-22］，在中藥材鑒別領域，已有其理論基礎與應用背景［23，24］，關于實現(xiàn)中藥“氣味”信息的客觀化、量化類別差異方面的研究也逐漸增多。

圖1　人體嗅覺和仿生嗅覺結構對比框圖

4　基于仿生嗅覺技術的中藥鑒別現(xiàn)狀

中藥材質量的標準化和科學化研究一直是中醫(yī)藥領域的熱點。在以中藥藥性理論為指導，以緊密結合中藥藥效為原則的中醫(yī)診療中，“氣味”已成為鑒別中藥材產地、品種和質量的重要依據(jù)。孫玉平等［25］通過電子鼻提出辛味中藥在味覺和嗅覺的表征方式及表征研究思路。鄒慧琴［26］利用電子鼻對砂仁提出一種快捷、靈敏、準確的備選鑒別技術。劉紅秀等［27］運用便攜式電子鼻鑒別八角、白豆蔻、川芎等7種中藥材，達到很好的識別效果。許廣桂［28］利用電子鼻對廣東薄荷，廣西薄荷，四川紅花和廣東菊花等中藥材進行鑒別獲得較好的圖譜識別。武琳［29］用電子鼻與電子舌技術的氣-味信息融合方法去識別白豆蔻、白術、蒼術等辛味中藥材，達到很好的分類效果。胥敏等［30］用電子鼻檢測方法，分別對生黃連、酒黃連、姜黃連及萸黃連的氣味進行檢測，依據(jù)獲得的客觀化氣味信息進行區(qū)分辨別，初始辨別率以及交叉驗證識別率分別為100%、94.4%。楊詩龍等［31］采用電子鼻技術結合BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型識別不同品種陳皮綜合識別率達94.67%，對不同儲藏年限陳皮樣品綜合識別率達96%。吳娜等［32］提出以“氣、味”性狀特征為切入點，采用電子鼻與電子舌技術實現(xiàn)粉末中藥鑒別的新思路。林輝等［33］利用電子鼻檢測喜馬拉雅紫茉莉樣品氣味在傳感器上的響應值，成功區(qū)分不同產地栽培及野生喜馬拉雅紫茉莉。韓玉［34］利用電子鼻對蒼術實現(xiàn)同一藥材不同品種、不同產地的鑒別。邢姝［35］利用電子鼻技術對西洋參實現(xiàn)同品種藥材不同儲藏時間的鑒別。

5　總結與展望

近年來，仿生嗅覺作為中藥指紋圖譜研究的新方向和新技術，取得了較快進展，并展現(xiàn)出廣闊的應用前景。但在以“氣味”為特征信息的中藥材鑒別領域，其技術還不夠成熟，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）一味中藥一般含有多種混合、強度不同的氣味，且中藥成分復雜；（2）仿生嗅覺系統(tǒng)中傳感器陣列穩(wěn)定性和重復性差，易受環(huán)境溫度、濕度等影響，導致氣味信息采集結果不穩(wěn)定；（3）由于氣味特征信息數(shù)據(jù)高維和非線性，使得氣味信息特征提取和模式識別算法復雜且識別率不高。因此，在后期的研究中，傳感陣列的新型材料、高效的特征提取算法和優(yōu)化的模式識別方法是仿生嗅覺技術研究領域的重要內容。

仿生嗅覺技術除了對中藥材的“真?zhèn)?、?yōu)劣”鑒別之外，在新藥研發(fā)中也體現(xiàn)出很大潛力。針對新藥的開發(fā)，可基于仿生嗅覺技術先將其氣味分類，根據(jù)氣味特性，“有的放矢”地去尋找、開發(fā)它的藥用價值，具有積極引導作用。

仿生嗅覺技術實現(xiàn)了氣味的數(shù)字化和客觀化表達，使氣味實現(xiàn)定性定量分析。通過技術的不斷完善與發(fā)展，“氣味”完全可以成為控制中藥材質量的一個新的量化指標，為中醫(yī)藥工作者更加深入地研究中藥、開發(fā)新藥開創(chuàng)一片新天地。

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［34］韓玉.電子鼻在蒼術質量評價中的應用研究［D］.北京：北京中醫(yī)藥大學，2011.

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［2015-12-18收稿，2016-01-14修回］

［本文編輯：劉一洋］

Current research status of identification method for Chinese materia medica based on bionic olfaction ZHOU

Hua -ying①，LI Zhong，LIU Hong -xiu.①Guangdong Pharmaceutical University Medical Information Engineering School，Guangzhou，Guangdong 510006，China

［Abstract］The importance of "odor" identification is introduced in this paper. Then the mechanism of the bionic olfactory technology，as well as the current research status about the identification of Chinese herbal medicines based on the technology is summarized；Lastly，some conclusions and application prospect about the bionic olfactory technology in the field of Chinese materia medica will be discussed.

［Key words］Chinese materia medica；"Odor" identification；Identification of Chinese herbal medicine；Bionic olfactory

［中圖分類號］R314

［文獻標志碼］A

DOI：10.14172/j.issn1671-4008.2016.06.031

［基金項目］國家自然科學基金項目（81173194）