一種基于電子鼻技術(shù)的鹿茸“真?zhèn)巍笨焖勹b定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于電子鼻技術(shù)的中藥鹿茸“真?zhèn)巍笨焖勹b定方法。該方法包括如下步驟：把鹿茸樣品粉碎置于密閉容器，在一定溫度條件下，氣體被吸取進入電子鼻傳感器陣列通道，經(jīng)傳感器響應(yīng)的得到一定響應(yīng)信號；響應(yīng)信號經(jīng)特征信息提取，通過多種數(shù)學(xué)算法的比較，建立適合鹿茸鑒別的算法，完成響應(yīng)信號與鹿茸品種指標(biāo)的相關(guān)分析，實現(xiàn)對市售馬鹿、馴鹿、梅花鹿等不同類型茸的有效快速鑒別。本發(fā)明所建立的方法可對鹿茸藥材、飲片、鹿茸粉末等不同原料形式的“真?zhèn)巍边M行快速鑒定，與現(xiàn)有的鑒別方法相比，具有客觀、快速、靈敏，簡單、無需繁瑣的前處理等技術(shù)優(yōu)勢，將在動物類藥材、貴重中藥材等的鑒定方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于電子鼻技術(shù)的鹿茸"真?zhèn)?快速鑒定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于電子鼻技術(shù)的中藥鹿茸"真?zhèn)?快速鑒定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 《中華人民共和國藥典》（2010版）規(guī)定鹿鸞為鹿科動物梅花鹿Cervus nippon Temminck或馬鹿Cervus elaphus Linnaeus的雄鹿未骨化密生鸞毛的幼角，為益精壯腎強 筋之滋補藥。鹿茸作為具有較大市場需求的貴重中藥材，市場上混偽品繁多，品種混亂，市 售偽品以馴鹿居多。長期以來，鹿茸真?zhèn)舞b定，主要靠傳統(tǒng)性狀鑒別法進行品種分類和鑒 定，這種方法主觀性、經(jīng)驗性、隨意性比較強，而且很難對粉術(shù)藥材進行準(zhǔn)確判別。目前有文 獻報道采用色譜法和光譜法等化學(xué)方法對多種茸片進行分析鑒別，在一定程度上為鹿茸藥 材的質(zhì)量研究提供一定依據(jù)。但過程繁瑣復(fù)雜，檢測時間較長，而無法實現(xiàn)快速鑒別的目 的。隨著分子鑒定逐漸興起，鹿茸藥材的鑒定也得到進一步的發(fā)展，對鹿茸真?zhèn)纹疯b別和解 決鹿類藥材市場混亂等方面均取得了較大成績，但是隨著DNA條形碼技術(shù)研究的深入與推 廣，人們發(fā)現(xiàn)其在實際工作中常常受到限制，如由于受加工炮制等因素的影響，樣本DNA降 解較為嚴(yán)重，導(dǎo)致DNA條形碼技術(shù)存在實驗周期長、穩(wěn)定性、可操作性不高等缺陷。因此需 要建立一種更加理想、可靠的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的質(zhì)量評價方法。
[0003] 電子鼻（Electronic nose,EN)也稱人工嗅覺系統(tǒng)，是模擬人類的嗅覺系統(tǒng)設(shè)計研 制的一種智能電子儀器，具有類似"鼻子"的功能，可適用于許多系統(tǒng)中測量一種或多種氣 味物質(zhì)的氣體敏感系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的氣味檢測到不同的信號，具有簡捷、快速、靈敏等 獨特優(yōu)勢。現(xiàn)已在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、食品、工業(yè)、環(huán)境保護和軍事等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，而在中 藥領(lǐng)域，電子鼻的應(yīng)用相對較少。
[0004] 本發(fā)明的主要目標(biāo)是引入基于嗅覺仿生的電子鼻技術(shù)，以市售正品馬鹿、梅花鹿 以及偽品馴鹿及其它鹿茸為研究材料，構(gòu)建鹿茸藥材"真?zhèn)?判別"氣味指紋"快速評價體 系，有效解決鹿茸類貴重動物藥材摻假的嚴(yán)重問題，本發(fā)明將在動物類藥材的鑒定方法具 有廣闊的應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克現(xiàn)有方法的不足，提供一種鹿茸真?zhèn)慰焖勹b定方法。所述方法 基本步驟和參數(shù)為：
[0006] 1、實驗材料的處理：取鹿茸至培養(yǎng)皿中，單個用報紙包好。分別置于30°C、35°C、 40°C、45°C、50°C、55°C、60°C的烘箱中烘烤5-12個小時（目的①烘干利于粉碎②去除鹿茸 炮制時的酒精味，減少影響因素）；用研缽粉碎至全部過三號篩，備用。
[0007] 2、電子鼻分析條件參數(shù)：包括裝樣量、頂空溫度、頂空時間、進樣量等。具體參數(shù) 為：樣本量〇. 5-2. 0g置于進樣瓶中（每份樣品3次重復(fù)），頂空溫度為50°C -90°c，頂空時 間為150-900S，攪動速度為150-300rpm，使容器頂空氣體達到平衡；然后用電子鼻進樣針 抽取頂空發(fā)生裝置內(nèi)的空氣，注射器溫度60-90°C，進樣體積為500-2500ul分析效果較好。
[0008] 3、特征提?。禾崛〉?00-300S傳感器響應(yīng)特征信息，從每根傳感器上提取最大響 應(yīng)值作為第一特征向量；響應(yīng)強度較大區(qū)域的多個時刻點的相應(yīng)值作為第二特征向量； [0009] 4、數(shù)據(jù)處理：以優(yōu)選的條件對鹿茸樣品進行檢測，每份樣品重復(fù)3次。并提取每根 傳感器的2種不同類型特征向量：從每根傳感器上提取的最大響應(yīng)值作為第一特征向量， 響應(yīng)強度較大區(qū)域的多個時刻點的響應(yīng)值作為第二特征向量。并分別對第一特征向量、第 二特征向量進行主成分分析（PCA)和線性判別分析（LDA)，建立梅花鹿、馬鹿、馴鹿的氣味 識別模式，并用驗證集數(shù)據(jù)對模型進行驗證。
[0010] 本發(fā)明首次將電子鼻應(yīng)用于貴重中藥材鹿茸的鑒別，通過大量試驗，優(yōu)選了最佳 的參數(shù)設(shè)定范圍，在該范圍內(nèi)的參數(shù)條件下，電子鼻對鹿茸真?zhèn)蔚蔫b別指數(shù)高，速度快。采 用本發(fā)明的鹿茸鑒別方法，樣品前處理簡單，測定速度快，頂空步驟所需時間與氣相色譜接 近，但測定時間僅需3-5分鐘，遠(yuǎn)低于氣相色譜的0. 5-1小時，工作效率較高；此外，本發(fā)明 的整個實驗過程無有機溶劑，無污染，綠色環(huán)保，特別是測試后的樣品可繼續(xù)食用，特別對 于貴重藥材的鑒別具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1表示不同種鹿茸的第一向量特征提取信息PCA、LDA分析結(jié)果。圖1中：A :PCA 分析圖；B :LDA分析圖；?-梅花鹿，Ο -馬鹿，▽-馴鹿
[0012] 圖2表示圖1表示不同種鹿聾的第二向量特征提取信息PCA、LDA分析結(jié)果。圖2 中：A :PCA分析圖；B :LDA分析圖；?-梅花鹿，〇-馬鹿，▽-馴鹿
[0013] 圖3表示不同種鹿茸飲片預(yù)測結(jié)果二維柱形圖

【具體實施方式】
[0014] 以下的實施例便于更好的理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。下述實施例中的實驗 方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。本發(fā)明適用于鹿茸、鹿角、鹿茸胎及其他鹿制品的來 源種類檢測。以下實施例所有電子鼻儀器為法國Alpha M.0.S公司的Electronic Nose System。
[0015] 以下實施例中，三種種鹿茸樣本情況：包括梅花鹿鹿茸樣本13份，馬鹿鹿茸樣本6 份，馴鹿樣本5份。
[0016] 下述區(qū)分指數(shù)（Discrimination工ndex，簡稱DI)代表電子鼻對樣本的識別能 力，由下列公式計算而來：D1 = [1-(每個組群空間面積的總和/包容所有組群的總空間 面積）]Χ1〇〇,在樣本的主成分分析（PCA)圖譜中，如果組群之間沒有疊加時，DI為正值， 當(dāng)組群之間有疊加時，DI為負(fù)值，表明樣品之間不能完全區(qū)分"DI的最大值為100, DI在 80-100之間就表明有效的區(qū)分，DI值越大，區(qū)分越好。
[0017] 實施例1基于第一向量特征提取的鹿茸正品與偽品比較分析
[0018] 每鹿茸樣本分別進樣檢測，具體如下：
[0019] 實驗材料的處理：取鹿茸至培養(yǎng)皿中，單個用報紙包好。放40°C的烘箱中12個小 時，一方面干燥便于粉碎，另一方面便于揮發(fā)掉鹿茸片切制過程中的酒精殘留，然后用研缽 粉碎至全部過三號篩，備用。
[0020] 電子鼻的設(shè)置如下：進樣體積2500 μ L，孵化時間500s，孵化溫度70°C，采集時間 200s，延遲時間400s，攪拌速度為250rpm。
[0021] 每個樣本進行6次重復(fù)試驗。
[0022] 利用樣品集中每份樣品的每根傳感器最大響應(yīng)值建庫，進行PCA、LDA(圖-1)分 析。PCA分析實驗中，經(jīng)過電子鼻自帶的主成分分析（PCA)軟件對所獲取的數(shù)據(jù)進行分析" 分析結(jié)果顯示：第一主成分（PCI)和第二主成分（PCZ)的累積方差貢獻率達98. 583%、 1. 192%，其中PCI和PCZ的累積方差貢獻率之和為97. 391 %，大于85%，這說明PCI和PCZ 已經(jīng)包含樣本的絕大部分信息，能夠反映樣品的整體信息。在PCA結(jié)果中，梅花鹿分布較分 散，馬鹿和馴鹿都與梅花鹿有較多重合，馬鹿和馴鹿有少量重合。而從LDA圖可以看出，梅 花鹿、馬鹿、馴鹿特征數(shù)據(jù)質(zhì)心截然分開，但3種類數(shù)據(jù)相距較近，且梅花鹿與馬鹿出現(xiàn)了 少量重合。因而，在區(qū)分度上，LDA比PCA更有效，采用第一特征向量，能達到對上述三種鹿 鸞的較好區(qū)分。
[0023] 實施例2基于第二向量特征提取的鹿茸正品與偽品的比較分析
[0024] 每鹿茸樣本分別進樣檢測，具體如下：
[0025] 實驗材料的處理：取鹿茸至培養(yǎng)皿中，單個用報紙包好。放40°C的烘箱中12個小 時，一方面干燥便于粉碎，另一方面便于揮發(fā)掉鹿茸片切制過程中的酒精殘留，然后用研缽 粉碎至全部過三號篩，備用。
[0026] 電子鼻的設(shè)置如下：進樣體積2500 μ L，孵化時間500s，孵化溫度70°C，采集時間 200s，延遲時間400s，攪拌速度為250rpm。
[0027] 每個樣本進行6次重復(fù)試驗。
[0028] 利用樣品集中每份樣品的每根傳感器最大響應(yīng)值建庫，進行PCA、LDA(圖-2)分 析。PCA分析實驗中，經(jīng)過電子鼻自帶的主成分分析（PCA)軟件對所獲取的數(shù)據(jù)進行分析" 分析結(jié)果顯示：第一主成分（PCI)和第二主成分（PCZ)的累積方差貢獻率達97. 455%、 1. 394%，其中PCI和PCZ的累積方差貢獻率之和為98. 49%，大于85%，這說明PCI和PCZ 已經(jīng)包含樣本的絕大部分信息，能夠反映樣品的整體信息。在PCA結(jié)果中，梅花鹿分布較分 散，馬鹿和馴鹿都與梅花鹿有較多重合，馬鹿和馴鹿有少量重合，同第一向量特征的PCA圖 相比，變化不大，但是梅花鹿和馴鹿重合度減小。從LDA圖可以看出，梅花鹿、馬鹿、馴鹿特 征數(shù)據(jù)質(zhì)心完全分開，且3種類數(shù)據(jù)相距較遠(yuǎn)，3種茸片沒有重合，可以相互區(qū)分，同第一向 量特征的LDA圖相比，區(qū)分指數(shù)明顯提高。因而，在區(qū)分度上，第二向量特征提取，LDA同樣 t匕PCA更有效，LDA能夠達到有效區(qū)分3種茸片的目的。
[0029] 實施例3電子鼻鹿茸鑒別分析第二向量特征模型驗證
[0030] 提取驗證集中的第二向量特征數(shù)據(jù)，和樣品集中的第二向量特征數(shù)據(jù)組合在一起 建庫，進行LDA分析。并將每種茸片預(yù)測結(jié)果建立二維柱形圖（圖-3)，由圖可以得出初始 分組案例中梅花鹿、馬鹿、馴鹿正確分類比率依次為97. 82%、84. 0%、97. 77%，總的正確分 類比率為94. 8 %。此外，本模型還驗證了正品梅花鹿與其它種鹿茸如駝鹿、水鹿、坡鹿、麋鹿 等，的區(qū)別，鑒別正確比率達83. 23%-98. 36%，表明所建立的LDA模型對于不同茸片鑒別， 具有較好區(qū)分識別能力，適用于鹿茸鑒別的推廣應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1. 一種快速識別不同來源鹿茸種類的方法，其特征在于采用電子鼻方法能夠?qū)崿F(xiàn)對鹿 茸藥材、飲片、鹿茸粉末及其制品等的真?zhèn)螁栴}，進行快速鑒別。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法中，樣品前處理過程是取待測鹿茸 樣本至培養(yǎng)皿中，置烘箱中干燥，干燥溫度為30-50°C。
3. 如權(quán)利要求1至2所述的方法，其特征在于：所述方法中，樣品前處理過程是鹿茸樣 本干燥時間3-24個小時，用研缽粉碎至全部過三號篩，備用。
4. 如權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于：所述方法中，電子鼻檢測樣品進樣量為 0. 5-1. 5g，每份樣品3個重復(fù)。
5. 如權(quán)利1至4中任一所述方法，其特征在于：電子鼻樣品頂空溫度為30°C -90°C、頂 空時間為150-900 s。
6. 如權(quán)利1至5中所述方法，其特征在于：電子鼻進樣系統(tǒng)攪動速度為150-300rpm，進 樣體積為500-2500ul。
7. 如權(quán)利1至6中任一所述方法，其特征在于：電子鼻檢測過程應(yīng)提取第100-300S的 傳感器響應(yīng)特征信息，并設(shè)置進樣后延遲時間300-600S以消除上一次殘留物的影響。
8. 如權(quán)利1至7中任一所述方法，其特征在于：從每根傳感器上提取最大響應(yīng)值作為 第一特征向量，響應(yīng)強度較大區(qū)域的多個時刻點的相應(yīng)值作為第二特征向量。
9. 如權(quán)利1至8中任一所述方法，其特征在于：權(quán)利7、8的數(shù)據(jù)結(jié)果作為特征值，利用 主成分分析（PCA)分別對電子鼻第一特征向量和第二特征向的量數(shù)據(jù)進行分析，構(gòu)建電子 鼻響應(yīng)信號與鹿茸種類之間相關(guān)性的數(shù)學(xué)模型。
10. 如權(quán)利1至9中任一所述方法，其特征在于：權(quán)利7、8的數(shù)據(jù)結(jié)果作為特征值，利 用主成分分析（PCA)、線性判別分析（LDA)分別對電子鼻第一特征向量和第二特征向的量 數(shù)據(jù)進行分析，構(gòu)建電子鼻響應(yīng)信號與鹿茸種類之間相關(guān)性的數(shù)學(xué)模型，達到利用電子鼻 快速檢測和鑒定鹿茸真?zhèn)渭胺N類的目的。
【文檔編號】G01N27/00GK104251873SQ201310254784
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月25日
【發(fā)明者】王學(xué)勇, 廖采麗, 黃璐琦, 吳浩忠, 劉春生, 楊瑤珺 申請人:王學(xué)勇