一种基于电子鼻技术的鹿茸“真伪”快速鉴定方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于电子鼻技术的中药鹿茸“真伪”快速鉴定方法。该方法包括如下步骤：把鹿茸样品粉碎置于密闭容器，在一定温度条件下，气体被吸取进入电子鼻传感器阵列通道，经传感器响应的得到一定响应信号；响应信号经特征信息提取，通过多种数学算法的比较，建立适合鹿茸鉴别的算法，完成响应信号与鹿茸品种指标的相关分析，实现对市售马鹿、驯鹿、梅花鹿等不同类型茸的有效快速鉴别。本发明所建立的方法可对鹿茸药材、饮片、鹿茸粉末等不同原料形式的“真伪”进行快速鉴定，与现有的鉴别方法相比，具有客观、快速、灵敏，简单、无需繁琐的前处理等技术优势，将在动物类药材、贵重中药材等的鉴定方面具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种基于电子鼻技术的鹿茸"真伪"快速鉴定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于电子鼻技术的中药鹿茸"真伪"快速鉴定方法。
【背景技术】
[0002] 《中华人民共和国药典》（2010版）规定鹿鸾为鹿科动物梅花鹿Cervus nippon Temminck或马鹿Cervus elaphus Linnaeus的雄鹿未骨化密生鸾毛的幼角，为益精壮肾强 筋之滋补药。鹿茸作为具有较大市场需求的贵重中药材，市场上混伪品繁多，品种混乱，市 售伪品以驯鹿居多。长期以来，鹿茸真伪鉴定，主要靠传统性状鉴别法进行品种分类和鉴 定，这种方法主观性、经验性、随意性比较强，而且很难对粉术药材进行准确判别。目前有文 献报道采用色谱法和光谱法等化学方法对多种茸片进行分析鉴别，在一定程度上为鹿茸药 材的质量研究提供一定依据。但过程繁琐复杂，检测时间较长，而无法实现快速鉴别的目 的。随着分子鉴定逐渐兴起，鹿茸药材的鉴定也得到进一步的发展，对鹿茸真伪品鉴别和解 决鹿类药材市场混乱等方面均取得了较大成绩，但是随着DNA条形码技术研究的深入与推 广，人们发现其在实际工作中常常受到限制，如由于受加工炮制等因素的影响，样本DNA降 解较为严重，导致DNA条形码技术存在实验周期长、稳定性、可操作性不高等缺陷。因此需 要建立一种更加理想、可靠的标准化、规范化的质量评价方法。
[0003] 电子鼻（Electronic nose,EN)也称人工嗅觉系统，是模拟人类的嗅觉系统设计研 制的一种智能电子仪器，具有类似"鼻子"的功能，可适用于许多系统中测量一种或多种气 味物质的气体敏感系统，可以根据不同的气味检测到不同的信号，具有简捷、快速、灵敏等 独特优势。现已在医学、农业、食品、工业、环境保护和军事等领域得到了广泛应用，而在中 药领域，电子鼻的应用相对较少。
[0004] 本发明的主要目标是引入基于嗅觉仿生的电子鼻技术，以市售正品马鹿、梅花鹿 以及伪品驯鹿及其它鹿茸为研究材料，构建鹿茸药材"真伪"判别"气味指纹"快速评价体 系，有效解决鹿茸类贵重动物药材掺假的严重问题，本发明将在动物类药材的鉴定方法具 有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克现有方法的不足，提供一种鹿茸真伪快速鉴定方法。所述方法 基本步骤和参数为：
[0006] 1、实验材料的处理：取鹿茸至培养皿中，单个用报纸包好。分别置于30°C、35°C、 40°C、45°C、50°C、55°C、60°C的烘箱中烘烤5-12个小时（目的①烘干利于粉碎②去除鹿茸 炮制时的酒精味，减少影响因素）；用研钵粉碎至全部过三号筛，备用。
[0007] 2、电子鼻分析条件参数：包括装样量、顶空温度、顶空时间、进样量等。具体参数 为：样本量〇. 5-2. 0g置于进样瓶中（每份样品3次重复），顶空温度为50°C -90°c，顶空时 间为150-900S，搅动速度为150-300rpm，使容器顶空气体达到平衡；然后用电子鼻进样针 抽取顶空发生装置内的空气，注射器温度60-90°C，进样体积为500-2500ul分析效果较好。
[0008] 3、特征提取：提取第100-300S传感器响应特征信息，从每根传感器上提取最大响 应值作为第一特征向量；响应强度较大区域的多个时刻点的相应值作为第二特征向量； [0009] 4、数据处理：以优选的条件对鹿茸样品进行检测，每份样品重复3次。并提取每根 传感器的2种不同类型特征向量：从每根传感器上提取的最大响应值作为第一特征向量， 响应强度较大区域的多个时刻点的响应值作为第二特征向量。并分别对第一特征向量、第 二特征向量进行主成分分析（PCA)和线性判别分析（LDA)，建立梅花鹿、马鹿、驯鹿的气味 识别模式，并用验证集数据对模型进行验证。
[0010] 本发明首次将电子鼻应用于贵重中药材鹿茸的鉴别，通过大量试验，优选了最佳 的参数设定范围，在该范围内的参数条件下，电子鼻对鹿茸真伪的鉴别指数高，速度快。采 用本发明的鹿茸鉴别方法，样品前处理简单，测定速度快，顶空步骤所需时间与气相色谱接 近，但测定时间仅需3-5分钟，远低于气相色谱的0. 5-1小时，工作效率较高；此外，本发明 的整个实验过程无有机溶剂，无污染，绿色环保，特别是测试后的样品可继续食用，特别对 于贵重药材的鉴别具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1表示不同种鹿茸的第一向量特征提取信息PCA、LDA分析结果。图1中：A :PCA 分析图；B :LDA分析图；?-梅花鹿，Ο -马鹿，▽-驯鹿
[0012] 图2表示图1表示不同种鹿聋的第二向量特征提取信息PCA、LDA分析结果。图2 中：A :PCA分析图；B :LDA分析图；?-梅花鹿，〇-马鹿，▽-驯鹿
[0013] 图3表示不同种鹿茸饮片预测结果二维柱形图
【具体实施方式】
[0014] 以下的实施例便于更好的理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验 方法，如无特殊说明，均为常规方法。本发明适用于鹿茸、鹿角、鹿茸胎及其他鹿制品的来 源种类检测。以下实施例所有电子鼻仪器为法国Alpha M.0.S公司的Electronic Nose System。
[0015] 以下实施例中，三种种鹿茸样本情况：包括梅花鹿鹿茸样本13份，马鹿鹿茸样本6 份，驯鹿样本5份。
[0016] 下述区分指数（Discrimination工ndex，简称DI)代表电子鼻对样本的识别能 力，由下列公式计算而来：D1 = [1-(每个组群空间面积的总和/包容所有组群的总空间 面积）]Χ1〇〇,在样本的主成分分析（PCA)图谱中，如果组群之间没有叠加时，DI为正值， 当组群之间有叠加时，DI为负值，表明样品之间不能完全区分"DI的最大值为100, DI在 80-100之间就表明有效的区分，DI值越大，区分越好。
[0017] 实施例1基于第一向量特征提取的鹿茸正品与伪品比较分析
[0018] 每鹿茸样本分别进样检测，具体如下：
[0019] 实验材料的处理：取鹿茸至培养皿中，单个用报纸包好。放40°C的烘箱中12个小 时，一方面干燥便于粉碎，另一方面便于挥发掉鹿茸片切制过程中的酒精残留，然后用研钵 粉碎至全部过三号筛，备用。
[0020] 电子鼻的设置如下：进样体积2500 μ L，孵化时间500s，孵化温度70°C，采集时间 200s，延迟时间400s，搅拌速度为250rpm。
[0021] 每个样本进行6次重复试验。
[0022] 利用样品集中每份样品的每根传感器最大响应值建库，进行PCA、LDA(图-1)分 析。PCA分析实验中，经过电子鼻自带的主成分分析（PCA)软件对所获取的数据进行分析" 分析结果显示：第一主成分（PCI)和第二主成分（PCZ)的累积方差贡献率达98. 583%、 1. 192%，其中PCI和PCZ的累积方差贡献率之和为97. 391 %，大于85%，这说明PCI和PCZ 已经包含样本的绝大部分信息，能够反映样品的整体信息。在PCA结果中，梅花鹿分布较分 散，马鹿和驯鹿都与梅花鹿有较多重合，马鹿和驯鹿有少量重合。而从LDA图可以看出，梅 花鹿、马鹿、驯鹿特征数据质心截然分开，但3种类数据相距较近，且梅花鹿与马鹿出现了 少量重合。因而，在区分度上，LDA比PCA更有效，采用第一特征向量，能达到对上述三种鹿 鸾的较好区分。
[0023] 实施例2基于第二向量特征提取的鹿茸正品与伪品的比较分析
[0024] 每鹿茸样本分别进样检测，具体如下：
[0025] 实验材料的处理：取鹿茸至培养皿中，单个用报纸包好。放40°C的烘箱中12个小 时，一方面干燥便于粉碎，另一方面便于挥发掉鹿茸片切制过程中的酒精残留，然后用研钵 粉碎至全部过三号筛，备用。
[0026] 电子鼻的设置如下：进样体积2500 μ L，孵化时间500s，孵化温度70°C，采集时间 200s，延迟时间400s，搅拌速度为250rpm。
[0027] 每个样本进行6次重复试验。
[0028] 利用样品集中每份样品的每根传感器最大响应值建库，进行PCA、LDA(图-2)分 析。PCA分析实验中，经过电子鼻自带的主成分分析（PCA)软件对所获取的数据进行分析" 分析结果显示：第一主成分（PCI)和第二主成分（PCZ)的累积方差贡献率达97. 455%、 1. 394%，其中PCI和PCZ的累积方差贡献率之和为98. 49%，大于85%，这说明PCI和PCZ 已经包含样本的绝大部分信息，能够反映样品的整体信息。在PCA结果中，梅花鹿分布较分 散，马鹿和驯鹿都与梅花鹿有较多重合，马鹿和驯鹿有少量重合，同第一向量特征的PCA图 相比，变化不大，但是梅花鹿和驯鹿重合度减小。从LDA图可以看出，梅花鹿、马鹿、驯鹿特 征数据质心完全分开，且3种类数据相距较远，3种茸片没有重合，可以相互区分，同第一向 量特征的LDA图相比，区分指数明显提高。因而，在区分度上，第二向量特征提取，LDA同样 t匕PCA更有效，LDA能够达到有效区分3种茸片的目的。
[0029] 实施例3电子鼻鹿茸鉴别分析第二向量特征模型验证
[0030] 提取验证集中的第二向量特征数据，和样品集中的第二向量特征数据组合在一起 建库，进行LDA分析。并将每种茸片预测结果建立二维柱形图（图-3)，由图可以得出初始 分组案例中梅花鹿、马鹿、驯鹿正确分类比率依次为97. 82%、84. 0%、97. 77%，总的正确分 类比率为94. 8 %。此外，本模型还验证了正品梅花鹿与其它种鹿茸如驼鹿、水鹿、坡鹿、麋鹿 等，的区别，鉴别正确比率达83. 23%-98. 36%，表明所建立的LDA模型对于不同茸片鉴别， 具有较好区分识别能力，适用于鹿茸鉴别的推广应用。
【权利要求】
1. 一种快速识别不同来源鹿茸种类的方法，其特征在于采用电子鼻方法能够实现对鹿 茸药材、饮片、鹿茸粉末及其制品等的真伪问题，进行快速鉴别。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法中，样品前处理过程是取待测鹿茸 样本至培养皿中，置烘箱中干燥，干燥温度为30-50°C。
3. 如权利要求1至2所述的方法，其特征在于：所述方法中，样品前处理过程是鹿茸样 本干燥时间3-24个小时，用研钵粉碎至全部过三号筛，备用。
4. 如权利要求1至3所述的方法，其特征在于：所述方法中，电子鼻检测样品进样量为 0. 5-1. 5g，每份样品3个重复。
5. 如权利1至4中任一所述方法，其特征在于：电子鼻样品顶空温度为30°C -90°C、顶 空时间为150-900 s。
6. 如权利1至5中所述方法，其特征在于：电子鼻进样系统搅动速度为150-300rpm，进 样体积为500-2500ul。
7. 如权利1至6中任一所述方法，其特征在于：电子鼻检测过程应提取第100-300S的 传感器响应特征信息，并设置进样后延迟时间300-600S以消除上一次残留物的影响。
8. 如权利1至7中任一所述方法，其特征在于：从每根传感器上提取最大响应值作为 第一特征向量，响应强度较大区域的多个时刻点的相应值作为第二特征向量。
9. 如权利1至8中任一所述方法，其特征在于：权利7、8的数据结果作为特征值，利用 主成分分析（PCA)分别对电子鼻第一特征向量和第二特征向的量数据进行分析，构建电子 鼻响应信号与鹿茸种类之间相关性的数学模型。
10. 如权利1至9中任一所述方法，其特征在于：权利7、8的数据结果作为特征值，利 用主成分分析（PCA)、线性判别分析（LDA)分别对电子鼻第一特征向量和第二特征向的量 数据进行分析，构建电子鼻响应信号与鹿茸种类之间相关性的数学模型，达到利用电子鼻 快速检测和鉴定鹿茸真伪及种类的目的。
【文档编号】G01N27/00GK104251873SQ201310254784
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2013年6月25日
【发明者】王学勇, 廖采丽, 黄璐琦, 吴浩忠, 刘春生, 杨瑶珺 申请人:王学勇