光譜成像技術(shù)應(yīng)用于中藥材品種品質(zhì)檢測鑒定

中藥材真?zhèn)蝺?yōu)劣問題是關(guān)系到中醫(yī)藥發(fā)展和國民健康的重要議題，也是生物安全的重要內(nèi)容之一。傳統(tǒng)上多采用經(jīng)驗(yàn)鑒別的方法，包括看、嘗、嗅、摸等，耗時(shí)且具有很大的不確定性。現(xiàn)代儀器分析技術(shù)多采用損傷性（取樣處理）成分分析方法，繁瑣、復(fù)雜。如何快速、無損、高通量檢測鑒定中藥材（包括飲片），具有特別重要的意義。
 

易科泰生態(tài)技術(shù)公司生態(tài)健康研究中心依托Ecolab光譜成像實(shí)驗(yàn)室，對中藥材高通量無損傷品種品質(zhì)檢測鑒定進(jìn)行了系列研究探索，認(rèn)為光譜成像技術(shù)具備快速無損、高靈敏度、“圖譜合一”等優(yōu)勢，在中藥材真?zhèn)蝺?yōu)劣鑒別、品種鑒別、產(chǎn)地鑒別、質(zhì)量控制以及中成藥定性鑒定等多個方面具有廣闊的的應(yīng)用前景。
 

應(yīng)用案例1、光譜成像技術(shù)在人參原料產(chǎn)品鑒定中的應(yīng)用
 

茨瓦內(nèi)工業(yè)大學(xué)的學(xué)者在區(qū)分人參、西洋參、假人參和西伯利亞人參四種人參種類和鑒定人參產(chǎn)品中原材料的實(shí)驗(yàn)中，使用高光譜成像（HSI），中波紅外（MWIR）和近紅外（NIR）光譜分析了經(jīng)過認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)人參和商業(yè)產(chǎn)品。使用多元分析軟件建立了主成分分析（PCA）和（正交）偏最小二乘判別分析模型（OPLS-DA）。UHPLC-MS用于分析標(biāo)準(zhǔn)人參原材料和商業(yè)產(chǎn)品的甲醇提取物。研究結(jié)果顯示，振動光譜和HSI技術(shù)與多變量數(shù)據(jù)分析工具相結(jié)合，以快速，簡便、經(jīng)濟(jì)高效且無損的方式，為人參原料和商品認(rèn)證提供了有效的技術(shù)支持。
 

左上圖為基于高光譜成像數(shù)據(jù)的商業(yè)產(chǎn)品和真實(shí)參考材料（測試集）的PLS-DA鑒定結(jié)果；右上圖為不同人參種類與人參內(nèi)部參考物質(zhì)的光譜相關(guān)性，A）人參、B）西洋參、C）西伯利亞人參、D）假人參。
 

應(yīng)用案例2、高光譜成像技術(shù)在草藥質(zhì)量控制中的應(yīng)用——以神經(jīng)毒性日本八角茴香為例
 

茨瓦內(nèi)工業(yè)大學(xué)的學(xué)者應(yīng)用短波紅外（SWIR）高光譜成像技術(shù)，光譜范圍為920-2514 nm，對中國八角茴香和日本八角茴香進(jìn)行了研究分析，將主成分分析（PCA）應(yīng)用于圖像，進(jìn)行降維去噪處理并將數(shù)據(jù)可視化，使用偏最小二乘判別分析（PLS-DA），為這兩個品種建立了一個具有4個主要成分的分類模型。并進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，SWIR高光譜成像技術(shù)，是一種客觀且無損的質(zhì)量控制技術(shù)，可以有效的識別中國八角茴香和日本八角茴香。
 

上圖為創(chuàng)建三維超立方體的示意圖�？臻g尺寸用X和Y表示，光譜尺寸用Z表示。在此示例中，尺寸X和Y的圖像是在10個不同的波長（>1-10）下采集的，并按順序堆疊以形成超立方體。
 

上圖中，左圖為中國八角茴香和日本八角茴香的果實(shí)，右圖為識別效果圖。

應(yīng)用案例3、高光譜成像技術(shù)對甘草和黃芪兩種中藥飲片的識別
 

易科泰生態(tài)技術(shù)公司生態(tài)健康研究中心利用SpectraScan-FX高光譜成像系統(tǒng)，將可見光近紅外（VIS-NIR）光譜與高分別率成像相結(jié)合，獲取樣品化學(xué)成分的量化數(shù)據(jù)以及空間分布等詳細(xì)信息，圖像中每一像素都記錄了其對應(yīng)樣品點(diǎn)的化學(xué)組成、質(zhì)量、顏色等信息的光譜特征，用于對樣品進(jìn)行定性、定量分析。

左圖：甘草和黃芪中藥飲片；右圖：兩種飲片一階微分曲線走勢圖
 

上圖中為運(yùn)用SpectraScan-FX高光譜成像技術(shù)對黃芪和甘草的分類鑒定結(jié)果（紅色為甘草、綠色為黃芪），左圖為兩種飲片分類規(guī)則擺放，右圖為隨機(jī)混合擺放

應(yīng)用案例4、高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于冬蟲夏草的識別
 

蟲草是麥角菌科真菌冬蟲夏草菌寄生在蝙蝠娥科昆蟲幼蟲上的子座及幼蟲尸體上的復(fù)合體。蟲草的采集，受季節(jié)的限定，若采集稍晚，冰雪融化，與雜草混合在一起的蟲草不易分辨。
 

易科泰生態(tài)技術(shù)公司采用SpectraScan-FX高光譜成像儀，對雜草中的蟲草進(jìn)行了鑒別實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，蟲草在波段400-1000nm的光譜圖像中，蟲體部可被有效識別出；在波段1000-1700 nm的光譜圖像中，蟲草的識別精度非常高，能在雜草中被有效區(qū)分出來，這一結(jié)果對蟲草的野外識別采集及鑒定具有重要意義。

左上圖為蟲草和雜草的RGB圖片，中間圖為蟲草在波段400-1000nm的光譜圖像中的分類結(jié)果圖，右上圖為蟲草在波段1000-1700nm的光譜圖像中的分類結(jié)果圖。
 

易科泰生態(tài)技術(shù)公司Ecolab光譜成像實(shí)驗(yàn)室為中藥材品質(zhì)品種檢測鑒定提供全面技術(shù)方案、技術(shù)服務(wù)和技術(shù)合作。