全 文 ：·912· 中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第6期2005年6月
一种基于近红外的红参药材质量快速评价方法
杨海雷，刘雪松，瞿海斌，程翼宇+
(浙江大学中药科学与工程学系，浙江杭州 310027)
摘 要：目的 应用近红外(NIR)光谱技术和化学计量学方法建立红参药材质量评价的新方法。方法对红参同
时进行原料定性鉴别和水分含量检测。将样品NIR光谱同标准光谱库相比较，计算相似度匹配值。以传统的干燥
失重法(LOD)为参照方法，应用相关光谱法进行波长选择和多重散射校正(MSC)方法进行光谱预处理，采用偏
最小二乘(PLS)回归方法建立NIR光谱预测水分含量的校正模型。结果NIR光谱库可正确区别红参和伪品；
最优PLS校正模型相关系数为0．9997。结论此方法快速、准确，可用于中药生产企业的原料药材质量控制。
关键词：近红外光谱；红参；中药材鉴别；水分分析
中图分类号：R282．6 文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2005)06—0912～04
FastqualityassessmentofRadixGinsengRubrabynear-infraredspectroscopy
YANGHai一1ei，LIUXue—song，QUHai—bin，CHENGYi—vu
(DepartmentofChineseMedicineScienceandEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)
Abstract：ObjectiveN ar—infrared(NIR)reflectancespectros opywasusedtodevelopafastquality
assessmentthodbysimultaneousmaterialdentificationandmoisturequantificationofRadixGinseng
Rubra(RGR)，MethodsThesamplewaidentifiedbythecomparisonofits pectrumwithastandard
NIRspectral1ibrary．Similarityeasurementwasusedasthediscriminatingparameter．Themoisturecon—
tentofsamplewasquantifiedbyapartialleastquare(PLS)calibrationmodel。correlativespectrumcalcu—
lationwasusedforwavelengthselectionandmultiplicativesignalcorrection(MSC)wasappliedforpre—
treatmentinthecalibrationmodel．Primaryrefe encedatawereobtainedusingthetraditional10SSOndry—
ing(LOD)method．ResultsTheNIRlibrarycandistinguishRGRfromthecounterfeitsuccessfully．The
optimizedeight—factorPLScalibrationmodelofNIRspectrahasa highcorrelationcoefficient(R一
0．9997)．ConclusionTheproposedmethodiSrapid。accurateandc nb usedroutinelyinthetraditional
Chinesemateriamedicamanufacturersforqualitycontrolofrawmaterials．
Keywords：near—infrared(NIR)spectroscopy；RadixGinsengRubra(RGR)；identificationof radi—
tionalChinesemedicinalmaterials：moistureanalysis
人参为五加科植物人参PanaxginsengC．A．
Mey．的干燥根。将鲜参蒸煮后晒干或烘干的称“红
参”，其性温、味甘、微苦[1]，具有大补元气、固脱生
津、安神益智等功效。由于红参价格较贵，市场上出
现了很多假冒和掺伪品，如商陆、华山参等等。传统
的人工鉴别方法需要熟练的技工且缺乏科学依据。
有报道采用HPLC指纹图谱的方法对红参质量进
行评价口]，但该方法需要一系列的样品处理工作、大
量昂贵的试剂和熟练的操作人员。另外，HPLC分析
是建立在各化学组分有效分离的基础上，受实验操
作条件影响大。另一个影响红参及其成品质量的因
素是药材的水分。水分量的不同不仅会影响红参的
生物活性及药用价值[3]，而且影响生产中使用的干
药材量从而影响了最终产品的质量。中药中常用的
水分分析方法是干燥失重法(LOD)，该方法实际检
测的是在所采用的干燥条件下所有挥发掉的成分，
而并非仅仅是水分H]。此方法也需要精确的称重和
大量的时间。近红外(nearinfrared，NIR)光谱分
析技术是一种方便、快速、无损的绿色分析技术。光
谱特性稳定，信息量大，在对植物药进行整体质量评
价方面有很大的潜力[s]。本研究建立了红参药材的
NIR光谱库和红参药材水分量的NIR光谱校正模
型。采用光谱相似度算法将待测样品的NIR光谱与
光谱库中标准光谱进行比较，实现对待测样品的定
收稿日期：2004—08—16
基金项目：国家“十五”重大科技攻关计划资助(2001BA701A45)；浙江省科技厅重大科技计划(021103549)
作者简介：杨海雷(1979一)，男，河南鹤壁人，硕士研究生，主要从事中药分析方面的研究。Tel：(0571)87994249
*通讯作者程翼宇Tel：(0571)87952509Fax：(0571)87951138E—mail：Chengyy@zju．edu．cn
万方数据
中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第6期2005年6月·913·
性鉴别；然后将通过鉴别的样品光谱输入校正模型
预测其水分量。研究结果表明，基于NIR光谱的定
性与定量相结合方法适于对红参药材质量进行快速
评价。
1实验部分
1．1 仪器和材料：Antaris傅里叶变换近红外光谱
仪(美国ThermoNicolet公司)，积分球漫反射检
测器附件，石英样品瓶。该仪器配有软件包，Result
软件用于光谱的采集，TQAnalyst软件用于光谱的
处理和’计算。AB204一N电子天平(Mettler—
Toledo)，手提式粉碎机(上海淀久中药机械制造公
司)。
红参部分由市场购得，部分由正大青春宝药业
公司提供；商陆尸hytolaccainosaRoxb．由市场购
得；均经正大青春宝药业公司高级工程师马珠凤鉴
定。将红参、商陆磨成粉后过60目筛。建立原材料
鉴别的光谱库及验证，使用不同枝数、不同产地的红
参样品，共21个(表1)，一个商陆样品及一个掺伪
品(红参掺加商陆)。水分分析共使用4个不同批次
的红参样品。将样品放人真空烘箱中3～4d，温度
40℃，在不同的时间取样获取低水分的样品；为了
获取水分量较高的样品，将样品放人装有饱和
KNO。溶液的干燥器中密封4～5d，保持25℃，在
不同的时间取样。普通红参的水分在10％左右，通
过上述方法获取的样品水分为3％～18％，总取样
数为40，随机分为28个样品的校正集和12个样品
的验证集。
表1红参样品
Table1 SamplesofRGR
编号枝数 类型 产地 编号枝数 类型 产地
1 小货普通红参吉林抚松 12 80 边条红参吉林抚松
2 16 普通红参吉林抚松 13 切片普通红参青春宝提供
3 20普通红参吉林抚松14 20 普通红参吉林集安
4 30 普通红参吉林抚松 15 16 边条红参吉林临江
5 50普通红参吉林抚松16 20边条红参吉林抚松
6 60 普通红参吉林抚松 17 40 普通红参吉林抚松
7 80 普通红参吉林抚松 18 50边条红参吉林抚松
8 16 边条红参吉林抚松 19 16 边条红参吉林通化
9 30 边条红参吉林抚松 20 16 普通红参吉林集安
。10 40 边条红参吉林抚松 21 切片普通红参青春宝提供
11 60 边条红参吉林抚松
1．2 NIR光谱采集：样品放入石英瓶中至瓶高度
的一半左右，使用积分球漫反射附件采集。吸光度数
据格式为：10g(1／R)，采集光谱范围：4000～
10000cm，扫描次数：16，分辨率：8em～。每个样
品采集3张光谱，取其平均光谱用于数据处理，每次
扫描前振荡石英瓶。
1．3参照方法：在NIR光谱分析后，立刻将石英瓶
中的红参粉末转移到称量瓶中称质量，放入105℃
的烘箱中5h，在干燥器中冷却至室温后称质量。重
复上述过程，直至恒重。
2结果与讨论
2．1原料鉴别：药材由于产地、气候、生长期、收获
季节及储藏条件等的不同，会带来很多的变化[6]；因
此，NIR光谱库应包含足量的谱图以代表同一药材
谱图多样性变化。本标准图谱库由15个来自不同
产地样品的NIR光谱组成，以代表生产中使用原料
批次不同引起的谱图变化。对库中谱图进行二阶导
数(13点Savitzky～Golay平滑)处理，可消除由偏
移和漂移引起的光谱偏差，利于对样品的鉴别。原料
鉴别所使用的谱图波长区间为4120～9880em，
其他部分的噪音较大故去除。红参样品的NIR原始
谱图及经过预处理后的谱图比较见图1(左纵坐标
为原始谱图坐标，右纵坐标为二阶导数光谱坐标)。
波数／cm
图1 经二阶导数处理前(A)和处理后(B)
的红参粉末NIR光谱
潭
苦
海
一咀
：
召
×
=
一
Fig．1NIRspectrumofRGRpowderbefore(A)
andafter(B)secondderivativetreatment
将样品的光谱同建立好的标准光谱库进行比
较，使用相似度匹配算法[7]对样品进行鉴别。该算法
对标准光谱进行Gram—Schmidt分析，得到的正交
模型代表了所有标准光谱中全部数据点提供的光谱
信息。在对样品进行分析时，使用Gram—Schmidt模
型将样品光谱中该模型包含的所有光谱信息去除得
到样品的残差光谱。最后，将样品光谱同其残差光谱
相比较得到“匹配值”。匹配值最大为100，表示未知
样品同光谱库样品的相似程度最高。通常将界限预
设定为95，一旦未知样品光谱的计算值超过此界
限，该样品被认定为红参；否则，就不能将该原料用
于生产。只有在鉴别通过后，才能将样品光谱用于定
量模型进行水分的测定。
使用6个未参与建库的红参样品(#1～6，表1
中编号为16～21号)、一个商陆样品(#7)及一个
掺伪品(#8)对此标准光谱库的有效性进行验证，
万方数据
·914· 中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第6期2005年6月
见图2。可以看出，尽管初始界限设定为95，但所有
红参样品的匹配值都在98以上，最终界限被设定
为98。
100
趔
甚 80
昌
60 ，厂]，
I Z 0 4 b b ， 8
样品
图2 8个验证样品的相似度计算结果
Fig．2Similaritycalculationresultsofeight
validatedsamples
2．2水分分析：将LOD方法获得的水分数据同该
样品的NIR光谱相关联，使用偏最小二乘(PLS)
回归方法建立校正模型。应用相关光谱法[71对光谱
图进行波长选择，相关光谱图见图3。此方法通过在
每个波长处计算相关系数的方法产生相关光谱，显
示了不同波长处光谱信息与组分浓度间的相关程
度。图3显示，两个光谱区域(6750～7250cm_1和
4900～5400cm_1)的相关系数值在0．8以上。此
区域跟水分在NIR区的显著吸收峰(5120和6
850cm_1)位置相重叠。从图4可以看出，这两个区
域不同水分量的样品光谱差异非常明显，很适合用
于水分的定量分析。因此，本研究中使用这两个波长
区间建立水分的NIR光谱校正模型。
样品物理性质的不同会引起光谱基线和斜率的
图3水分分析的相关光谱
Fig．3Correlativespectrumformoistureanalysis
1 2
拿 1 0
鼍
世
O 8
芸
督 06
04
A一14．0％B一7．0％
图4不同水分量的红参粉末NIR光谱
Fig．4NIRspectrumofRGRpowderwithdifferent
moisturecontents
变化，一般在建立校正模型前需要采用化学计量方
法对NIR谱图进行预处理以消除这些影响。多重散
射校正(multiplicatives attercorrection，MSC)方
法用于消除多重光谱偏差；二阶导数方法可以最大
程度地降低光谱峰的偏移和漂移，通常使用Sav—
itzky—Golay方法对二阶导数光谱进行平滑处理；标
准正则变换(standardno malvariate，SNV)技术
可以有效降低不需要的光谱贡献以利于分析信号的
解析，且不会像导数方法一样产生噪声信号。本实验
对多种不同预处理方法(MSC，二阶导数，SNV)进
行了比较以寻找最佳方法，使用的波长区域为使用
相关光谱所确定的区间。留一法交叉验证的相关系
数(R)及其均方差(RMSECV)用来考察校正模
型的性能。从表2可以清楚地看出，最适合此模型的
预处理方法为MSC。
表2不同预处理方法的校正模型结果
Table2 Performanceofcalibrationmodelwith
differentpre reatmentmethods
1
Savitzky—Golay二阶导数法使用13点平滑
1Savitzky—Golaysecondderivativeusing13 datapoints
在波长范围为6750～7250cm-1和4900～
5400cml的区间，经MSC预处理后，使用PLS建
立了最优的校正模型，其中使用的因子数为8，结果
见图5。校正模型的相关系数达到了0．9997，校正
集均方差(RMSEC)为0．106，验证集预测均方差
(RMSEP)则为0．133。
孚
＼
蚓
雕
聪
O一校正+一验证
图5 NIR预测值与真实值之间的相关图
Fig．5Correlativeplotofmoisturecontentsobtainedby
referencemethodVSvaluespredictedbyNIR
3 结论
本实验使用NIR光谱定性鉴别红参药材并测
定其水分的量，通过实验发现，NIR光谱可以精确、
8
6
O
O糕垛收i
万方数据
中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第36卷第6期2005年6月·915·
快速、无损、有效地对红参药材质量进行评价。该方
法只需要简单的样品处理，同传统方法相比，如
HPLC、LOD等，可以节省大量的分析时间和花费。
随着标准样品的不断扩大，建立的标准光谱库不断
完善，建立的NIR光谱药材质量评价方法可用于中
药生产企业的原料药材质量控制。
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微波辐射对菘蓝种子生理及幼苗发育的影响
陈怡平1’2
(1．西安工程科技学院生物工程系，陕西西安710048；2．中国科学院地球环境研究所，陕西西安710075)
摘 要：目的研究微波辐照对菘蓝Isatisindigotica种子萌发率、淀粉酶、蛋白酶及幼苗发育的影响。方法用微
波辐照浸泡3h的菘蓝种子。结果 4种不同时间长度的处理均可以提高淀粉酶、蛋白酶活性，促进种子生理代谢，
提高发芽率及促进幼苗发育。结论低剂量微波辐照能促进菘蓝种子萌发和幼苗生长发育。
关键词：菘蓝；微波；幼苗发育
中图分类号：R282．21 文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2005)06—0915—03
Influenceofmicrowaver diationpretreatmentonphysiologyandseedling
developmentinIsatisndigoticaseeds
CHENYi—pin912
(1．DepartmentofBioengineering，Xi
7
anUniversityofEngineeringandTechnology，Xi’an710048，China；
2．InstituteofEarthEnvironment，ChineseAcademyofSciences，Xi
7
an710075，China)
Keywords：Isatisind goticaFort．；microwave；seedlingdev lopment
菘蓝IsatisindigoticaFort．是我国常用传统中
药板蓝根、大青叶的主要来源。板蓝根和大青叶中含
有靛蓝及靛玉红等多种生理活性成分，具有清热、凉
血、消斑之功效口]。而微波在植物上的应用已有报
道，适宜剂量的微波辐射可以提高种子的萌发
率[2“]，促进黄瓜成花生理代谢，增加花的数量[6]。
本研究采用微波炉预处理菘蓝种子，对其种子萌发
率、子叶淀粉酶和蛋白酶活性以及幼苗发育状况进
行了研究，试图了解微波预处理菘蓝种子对生物学
作用，为提高板蓝根和大青叶产量提供理论基础。
1材料与方法
1．1材料：以菘蓝为实验材料，菘蓝种子为西安交
通大学药学院提供并经王军宪教授鉴定。
1．2方法
1．2．1微波辐照预处理：菘蓝种子用清水浸泡3h
后，自然晾干，然后再用2450MHz微波炉(Corn—
bi—GrillMicrowaveOvenWD700)分别辐照种子的
胚3、8、13、18S，剂量为126mW／cm2。
1．2．2种子萌发：实验设对照(CK)，3S微波处理
组，8S微波处理组，13S微波处理组，18S微波处理
组。选取籽粒饱满，大小均匀的菘蓝种子进行微波处
理，种子表面经0．05％升汞消毒，然后播种于花
收稿日期：200408—11
基金项目：国家自然科学基金资助项目(30370269)
作者简介：陈怡平(1968一)，男，陕西人，博士，教授，在国内外发表论文20余篇，其中在国际SCI源期刊上发表论文3篇。目前在中国科
学院地球环境研究所做博士后研究工作，主要从事环境生物学和环境毒理学方面的研究。
E—mail：polyway@eyou．com
万方数据
一种基于近红外的红参药材质量快速评价方法
作者： 杨海雷， 刘雪松， 瞿海斌， 程翼宇， YANG Hai-lei， LIU Xue-song， QU Hai-bin，
CHENG Yi-yu
作者单位： 浙江大学,中药科学与工程学系,浙江,杭州,310027
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2005,36(6)
被引用次数： 20次

参考文献(7条)
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