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感官資料

【智能感官】基于智能感官與多元統(tǒng)計(jì)分析的紅芪藥材快速辨識(shí)方法研究
紅芪是豆科植物多序巖黃芪的干燥根,味甘、微溫,具有補(bǔ)氣升陽(yáng)、固表止汗、利水消腫、生津養(yǎng)血等功效,常用于治療氣虛乏力、食少便溏、中氣下陷等。

研究表明,中藥材的化學(xué)成分含量、質(zhì)量及遺傳多樣性均受生長(zhǎng)環(huán)境和生產(chǎn)方式的影響,即野生品與栽培品存在質(zhì)量差異,導(dǎo)致臨床療效參差不齊,因此,鑒
別野生和栽培中藥材商品具有重要意義。

色度儀和電子鼻采用電子智能感官技術(shù),通過(guò)模擬人的感覺(jué)器官將顏色和氣味特征客觀化、數(shù)據(jù)化和可視化,高靈敏度、可靠性和重復(fù)性,精確揭示中藥材性狀特征的變化和主要質(zhì)控指標(biāo)或整體化學(xué)成分之間的聯(lián)系,可用于藥材的質(zhì)量評(píng)價(jià)。本研究在多源信息融合的基礎(chǔ)上利用化學(xué)計(jì)量方法建模分析,實(shí)現(xiàn)野生和栽培紅芪的快速鑒別,進(jìn)一步完善紅芪的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

01 材料與方法

1.1儀器與試藥

NH310色度儀,KX-500A多功能粉碎機(jī),XSE205DU電子天平,BioTek-Gen5酶標(biāo)儀,Waters-e2695高效液相色譜儀,PEN3電子鼻,傳感器性能見(jiàn)表1。 

對(duì)照品毛蕊異黃酮苷、芒柄花苷、毛蕊異黃酮、芒柄花素,純度≥98%;磷酸和乙腈為色譜純。甘肅省紅芪樣品29批,于2023年6-8月采集,樣品信息見(jiàn)表2。

02 基于色度儀的色度值鑒別

2.1供試品制備

紅芪樣品粉碎后過(guò)4號(hào)篩,密封保存。

2.2 檢測(cè)方法

將樣品粉末置于培養(yǎng)皿中,校正儀器后測(cè)定。光源D65,為避免系統(tǒng)誤差和人為誤差,每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次,每次3個(gè)平行。利用CQCS3軟件記錄L、a、b值,并計(jì)算色差(ΔE)。其中,L代表顏色明度,即顏色的亮度,L=0為黑色,L=100為白色;a代表紅綠色軸,負(fù)值為綠色,正值為紅色;b代表黃藍(lán)色軸,負(fù)值為藍(lán)色,正值為黃色。

2.3多元統(tǒng)計(jì)分析

采用Origin軟件對(duì)野生和栽培紅芪樣品的L、a、b及ΔE進(jìn)行聚類(lèi)分析,結(jié)果見(jiàn)圖1。野生和栽培紅芪無(wú)法直觀地進(jìn)行顏色區(qū)分,但選貨和統(tǒng)貨的聚類(lèi)較為集中,野生和栽培統(tǒng)貨聚類(lèi)明顯,其中12批統(tǒng)貨聚類(lèi),4批和5批選貨分別聚類(lèi)。根據(jù)主成分分析(PCA)結(jié)果,紅芪野生品和栽培品的第二主成分占比均大于第一主成分,且兩者選貨第二主成分占比均小于統(tǒng)貨,見(jiàn)圖2。


03 基于電子鼻技術(shù)的成分鑒別

3.1 數(shù)據(jù)采集方法

采用直接頂空吸氣法。儀器運(yùn)行穩(wěn)定后,稱(chēng)取適量樣品置于樣品瓶中,密封放置固定時(shí)間,在室溫條件下直接將進(jìn)樣針頭插入裝有紅芪粉末的15mL頂空進(jìn)樣瓶中采集氣味數(shù)據(jù),每個(gè)樣品重復(fù)3次。由于紅芪無(wú)揮發(fā)油,為使樣品具有良好的分析效果,得到較好的色譜信息,本研究在固定粉碎粒度過(guò)4號(hào)篩(65目)條件下,分別對(duì)樣品的取樣量、孵化溫度及孵化時(shí)間進(jìn)行單因素考察。

3.2 電子鼻響應(yīng)值及影響因素考察

采用電子鼻對(duì)紅芪樣品的氣味進(jìn)行采集,得到10個(gè)傳感器的響應(yīng)圖(見(jiàn)圖3)。可以看出,G/G0先快速增加,然后有所降低,最后趨于穩(wěn)定,表明電子鼻對(duì)紅芪氣味識(shí)別靈敏、穩(wěn)定,紅芪氣味中所含的化學(xué)成分相對(duì)穩(wěn)定,揮發(fā)性較好,可采用電子鼻進(jìn)行測(cè)定。

將電子鼻測(cè)得數(shù)據(jù)輸入SPSS26軟件進(jìn)行分析,考察樣品取樣量、孵化時(shí)間及孵化溫度對(duì)主要成分含量(區(qū)分能力強(qiáng)且峰面積較大的色譜峰)的影響,結(jié)果見(jiàn)圖4。可以看出,當(dāng)取樣量為2.0g、孵化時(shí)間25min、孵化溫度50℃時(shí)可得到最佳峰值。
3.3 樣品分析

樣品電子鼻傳感器數(shù)據(jù)雷達(dá)圖(見(jiàn)圖5A)顯示,野生和栽培紅芪的信號(hào)差異不大,僅在5個(gè)傳感器上有較大差異,栽培紅芪對(duì)傳感器W1S(對(duì)甲烷等短鏈烷烴類(lèi)靈敏)、W1W(對(duì)硫化物靈敏)、W2S(對(duì)醇、醚、醛、酮類(lèi)靈敏)、W2W(對(duì)芳香成分和有機(jī)硫化物靈敏)的響應(yīng)值均高于野生紅芪。進(jìn)一步采用PCA對(duì)野生和栽培紅芪樣品進(jìn)行區(qū)分。圖5B顯示,樣品差異較明顯,其中第一主成分貢獻(xiàn)率為42.1%,第二主成分貢獻(xiàn)率為25.6%。

3.4 野生和栽培紅芪快速辨識(shí)模型建立

將色差儀和電子鼻采集的29批紅芪樣品的感官信息輸入SIMCA14.1軟件,正交偏最小二乘-判別分析(OPLS-DA)辨識(shí)模型及結(jié)果見(jiàn)圖6A,野生品和栽培品各自聚成一類(lèi)。經(jīng)200次置換驗(yàn)證(見(jiàn)圖6B),R2=0.165,Q2=-0.557,且左側(cè)隨機(jī)排列值均小于右側(cè)原始值,說(shuō)明模型可靠,未出現(xiàn)過(guò)擬合現(xiàn)象。


04 紅芪理化測(cè)定

4.1 多糖測(cè)定

野生品的紅芪多糖含量為0.75%~9.84%,其中定西市漳縣和隴南市武都區(qū)安化鎮(zhèn)的一批選貨含量較低,隴南市武都區(qū)安化鎮(zhèn)的一批統(tǒng)貨紅芪多糖含量也較低,而隴南市宕昌縣、定西市漳縣和岷縣的統(tǒng)貨均紅芪多糖含量較高;栽培品紅芪多糖含量為0.82%~9.64%,其中安化鎮(zhèn)的一批選貨紅芪多糖含量較低,岷縣的紅芪統(tǒng)貨紅芪多糖含量較高。對(duì)野生和栽培紅芪多糖含量的均值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),野生品為3.60%,栽培品為3.707%,二者無(wú)顯著差異。

4.2 黃酮類(lèi)成分測(cè)定

芒柄花素、芒柄花苷、毛蕊異黃酮及毛蕊異黃酮苷的RSD分別為0.65%、1.93%、0.63%、1.96%,其中芒柄花苷含量為0.00743%~0.694%,芒柄花素含量為0.0044%~0.0486%,毛蕊異黃酮含量為0.000126%~0.0046%,毛蕊異黃酮苷含量為0.0000252%~0.000858%。
05 智能感官指標(biāo)與有效成分含量的相關(guān)性

將野生和栽培紅芪的紅芪多糖含量與其色差值用SPSS26進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果見(jiàn)圖7。紅芪多糖含量與亮度值L和軸b值呈正相關(guān),其中與L呈顯著正相關(guān),表明在一定程度上顏色越亮且偏向黃色,紅芪多糖含量越高;紅芪多糖含量與紅綠色軸a值呈負(fù)相關(guān),表明在一定程度上,顏色越綠,紅芪多糖含量越高。Pearson分析結(jié)果證明,紅芪顏色與紅芪多糖含量存在相互關(guān)系,外觀顏色在一定程度上可用以判斷紅芪多糖含量。而與電子鼻相關(guān)性最高的是芒柄花苷。
藥材的顏色、氣味與藥材的質(zhì)量密切相關(guān),傳統(tǒng)的藥工鑒別方法主觀性強(qiáng),結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)不一,氣相色譜雖可準(zhǔn)確區(qū)分混合氣體,但對(duì)樣品要求嚴(yán)格,很難全面、快速地整體反映藥材的氣味信息,電子鼻和色差儀檢測(cè)簡(jiǎn)便快速,為鑒別區(qū)分野生和栽培紅芪提供了依據(jù)。本研究將兩者融入中藥質(zhì)量評(píng)價(jià),實(shí)現(xiàn)中藥質(zhì)量可視化,快速判斷藥材有效成分,完善中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

參考資料:劉娟娟,龔華乾,李思霓,等.基于智能感官與多元統(tǒng)計(jì)分析的紅芪藥材快速辨識(shí)方法研究[J].中國(guó)中醫(yī)藥信息雜志,2024,31(10):129-134.
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