电子眼、 鼻和舌鉴别不同品种、 不同产地的生地黄

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智能感官〡电子眼、 鼻和舌鉴别不同品种、 不同产地的生地黄

地黄药材根据炮制方法的不同分为鲜地黄、生地黄和熟地黄。目前，对生地黄的真伪优劣评价往往以传统的经验鉴别为主，主观性较强，描述模糊，缺乏客观的量化指标。本研究采用电子眼、电子鼻、电子舌技术，运用主成分分析方法对地黄颜色、气味、滋味进行区分鉴别，拟建立更为客观准确，能快速识别的方法。
一、材料

IRISVA400电子眼系统、Heracles NEO电子鼻系统、ASTREEⅡ电子舌系统
二、方法
?生地黄电子眼分析
将生地黄样品放置白板纸上，每个品种包含３个批次，电子眼开机后稳定15min使光源无偏差，待灯绿开始使用。校正镜头曝光度和焦距等数值，使用24色色彩校正板进行校正，光圈采用5mm，光源使用D65，打开顶部光源以消除背景。校正后拍照，每个样品选取至少５个不同部位进行成像分析处理。
?生地黄电子鼻分析
将生地黄样品用组织捣碎机进行打粉，过5号筛，称量1.0ｇ地黄粉末置于20mL的电子鼻专用顶空瓶中，使用PTFE隔垫严密隔绝气味，待分析样品置于自动进样器上。校准液为正构烷烃标准溶液（nC6-nC16）。
?生地黄电子舌分析
采用第６套传感器系统，包括AHS、PKS、CTS、NMS、CPS、ANS、SCS共７根传感器。选择Ag／AgCl作为参比电极，通过软件对信号值的分析，能够在０到12的刻度上比较不同样品间的各种滋味的相对强度。将生地黄样品粉碎，过５号筛，称取２ｇ粉末于烧杯中，加入50mL60℃蒸馏水，超声处理30min，静置１ｈ，滤纸过滤后取25ｍＬ置于电子舌专用烧杯中待测，重复３次，每检测１个样品后对传感器进行１次彻底清洗。样品采集时间为120ｓ，每次分析时间为180ｓ。
?统计学分析
采用Alpha soft软件对所得数据进行分析，利用主成分分析（PCA）法，通过对原始数据向量进行线性变换，对多个数据进行降维处理，转化为少数综合指标。
三、结果
?生地黄电子眼分析结果
怀区不同主栽品种生地黄鉴别
对怀区９种样品进行电子眼的ＰＣＡ分析，由图１可知，第一主成分（ＰＣ１）与第二主成分（ＰＣ２）之和达到了８６.７２２％，代表了样品绝大部分信息，其识别指数为９９，识别指数框为绿色，说明各个样品之间在颜色上存在差异。在主成分分析图中，样品间的相对距离越近，则样品整体颜色越接近。“金九”与“８５?５”样品间的相对距离最近，颜色最相近；“吨王”和“怀丰”分别分布在单独的区域且与其他品种相对距离较远，颜色差别较大。各样品整体颜色差异较大，使用电子眼能迅速区分怀区不同主栽品种生地黄。

同一品种不同产地生地黄鉴别
对不同产地“北京３号”样品进行电子眼的ＰＣＡ分析，由图２可知，ＰＣ１与ＰＣ２之和达到了９８.９６６％，其识别指数为１００。河南温县与山西、陕西、甘肃所产“北京３号”样品间相对距离均较远，各样品整体颜色差异较大。其中河南温县与山西所产“北京３号”分别分布在ＰＣＡ图中不同区域；陕西与甘肃所产“北京３号”分布在相同区域，相对距离较近。

?生地黄电子鼻分析结果
怀区不同主栽品种生地黄鉴别
由图３可知，ＰＣ１与ＰＣ２的贡献率之和达到了９１.６４４％，其识别指数达到９６，说明基于气味上的差异能有效区分这９种怀地黄样品。在主成分分析图中，样品间的相对距离越近，则样品整体气味越接近，“师大地黄１号”与“师大地黄２号”样品的相对距离最近，气味差别较小；怀地黄主栽品种“怀丰”分布在左侧区域，其它样品分布在右侧区域，且各品种间存在一定相对距离，说明“怀丰”气味与其它样品差异较大。

同一品种不同产地生地黄鉴别
由图４可知，ＰＣ１与ＰＣ２的贡献率之和达到了９５.０５７％，其识别指数达到９９，说明基于气味上的差异能有效区分不同产地地黄样品。河南温县与甘肃所产“北京３号”各单独分布在一个区域，与其他产区气味差别较大；山西与陕西所产“北京３号”气味差别较小，利用ＡｒｏＣｈｅｍＢａｓｅｓ数据库对筛选出的差异较大的色谱峰进行定性可知，生地黄气味差异可能由于乙醛、乙醇、２，３?丁烷、乙腈、己醛等挥发性气体含量差异引起，说明使用电子鼻能迅速区分同一品种不同产地生地黄。

?生地黄电子舌分析结果
怀区不同主栽品种生地黄鉴别
怀区９种不同主栽品种怀地黄ＲＳＤ分别为０.４２％、１.３５％、０.５６％、０.３４％、０.４２％、０.２２％、０.２２％，样品３次重复间相对标准偏差都比较小，说明样品在重复测试过程中电子舌仪器的稳定性、重现性好。由图５可知，ＰＣ１与ＰＣ２的贡献率之和达到了９５.０６０％，其识别指数为９３，说明这９种生地黄样品滋味能够快速地通过电子舌很好区分开来。在主成分分析图中，样品间的相对距离越近，则样品整体滋味越接近，其中“金九”与“８５?５”样品的相对距离最近，滋味差别最小；“吨王”与“沁怀”的相对距离最远，滋味差别最大。

从图６中能更直观地看出样品间在滋味上有差别，不同主栽品种怀地黄在不同传感器上信号反应强度存在差异，其中“吨王”在酸味传感器上相对强度最强，“师大地黄１号”在咸味传感器上相对强度最强，“怀丰”在鲜味传感器上相对强度最强。

同一品种不同产地生地黄鉴别
不同产地“北京３号”生地黄样品ＲＳＤ分别为０.２０％、０.７９％、０.３９％、０.２８％、０.２０％、０.１７％、０.１５％，说明样品在重复测试过程中电子舌仪器的稳定性、重现性好。由图７可知，ＰＣ１与ＰＣ２的贡献率之和达到了９９.２２１％，其识别指数为９４，说明不同产地地黄样品滋味能够快速地通过电子舌很好区分开来，其中同一生地黄品种“北京３号”山西与甘肃所产样品滋味差别最大，且各产地“北京３号”生地黄间存在一定距离。

从图８中能更直观地看出样品间在滋味上有差别，其中河南温县产“北京３号”生地黄在酸味传感器上相对强度最强，山西产“北京３号”生地黄在咸味传感器上相对强度最强，陕西产“北京３号”生地黄在鲜味传感器上相对强度最强，甘肃产“北京３号”生地黄在咸味传感器上相对强度较强。

?拟合分析
怀区不同主栽品种生地黄
将怀区９种不同主栽品种样品的电子眼、电子鼻和电子舌数据整合在一起，数据归一化处理后进行拟合分析，结果见图９，其中ＰＣ１与ＰＣ２之和达到了６５.５８８％，其区分指数为９４，说明各个样品之间在颜色、气味和滋味整体上存在差异。样品间距离越远，整体感官差别越大，其中“怀丰”“吨王”“沁怀”分别分布在图中不同区域，相对距离较远；“北京３号”“８５?５”“金九”“星科”“师大地黄１号”“师大地黄２号”相对距离较近。

同一品种不同产地生地黄
图１０中ＰＣ１与ＰＣ２之和达到了６７.６７％，其区分指数为９１，说明各个样品之间在颜色、气味和滋味整体上存在差异。河南温县、山西、陕西、甘肃所产“北京３号”分别分布在主成分分析图的４个区域，且相对距离较远，差异明显，不同产区的生态因子造成不同产区生地黄整体感观差异。

四、讨论
本研究采用电子眼、电子鼻和电子舌技术首次对不同品种、不同产地的生地黄在颜色、气味、滋味上测定分析和比较。电子眼、电子鼻、电子舌均可以有效地将道地产区不同主栽品种生地黄或同一品种不同产地生地黄迅速区分开来；生地黄的颜色差异与遗传背景和土壤环境条件有关；电子眼、电子鼻、电子舌的拟合应用可以有效地将道地产区不同主栽品种生地黄或同一品种不同产地生地黄迅速区分开来。