指纹图谱技术在某些中药和食品质量控制中的应用

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指纹图谱是运用现代仪器检测得到的能反映中药,食品等复杂物质内部特征的,具有普遍意义且规范化的图谱。它具有系统性、整体性、特征性和稳定性等特征,是综合的、可量化的一种质量控制手段。本论文利用高效液相色谱、气相色谱和近红外光谱这三种分析手段,分别建立了中药羌活、柴胡、食品黑木耳,以及有食品控制标准的部分不同品牌牙膏样品的指纹图谱,在建立可靠稳定的指纹图谱的基础上,结合化学计量学方法,分别对他们的内在质量进行了评估。在绪论中,首先介绍了中药和食品的发展现状;中医是我国古老文化孕育的一颗璀璨明珠,数千年来对我国人民在预防和治疗疾病等方面有巨大贡献,同时也给世界人民的健康和发展带来了帮助。食品是人类社会赖以生存和发展的最基本的必需品。在食品的安全、营养、食欲这三要素中,安全是是消费者选择食品的首要标准,因为食品安全问题对人们的健康和生命造成了巨大的威胁,食品安全已成为人们关注的热点问题。其次,说明了质量控制对中药和食品安全的重要意义:中药质量控制是以中药理论为指导,结合现代药物质量控制理论和方法,对中药材,中药饮片和中成药建立质量标准,通过对其质量加以控制,是保证中药功效稳定的核心所在。食品质量的处境与中药类似,食品安全问题已经影响了人们的正常生活。指纹图谱就是常用的质量控制的方法之一,接下来阐述了指纹图谱在质量控制中的广泛应用,第一,可以完善表达中药内部整体性特征,目前已成为鉴别中药品种和控制中药或者天然药物的高效手段之一。第二,能够较好的反应中药成分的相关性和复杂性,可以在一定程度上对样品进行量化分析。再者,指纹图谱可以实现中药生产过程中的质量监控。最后,介绍了常用的构建指纹图谱方法,以及常用的几种分析指纹图谱的化学计量学方法。在以牙膏样品作为分析对象的实验中,采用了近红外光谱法结合模式识别方法对不同品牌牙膏进行质量控制。现在市场上牙膏品种繁多,尽管牙膏的成分大致相同,但是不同品牌牙膏间的质量会存在差异,而同一品牌的牙膏质量也可能不稳定,因此对不同品牌牙膏进行质量监控是相当必要的。采用了近红外光谱作为一种快速的鉴定方法,在将测定光谱变量进行预处理后,结合模式识别方法,对各个品牌牙膏进行较快速的品牌分类,以此达到对各品牌牙膏内部质量监控和评估的目的。在以中药羌活为研究对象的实验中,采用高效液相色谱法结合化学计量学对中药羌活产地进行了区分。中药羌活的主产地是四川、河北和甘肃,四川羌活是道地药材,疗效最好。因此,很多不法商人采用其他产地的羌活来冒充道地羌活,因此,对羌活药材产地的区分就显得尤为重要。本文创新点在于,采用羌活样品的所有色谱指纹图谱数据来代替仅对共有峰进行分析,在分析色谱数据前,由于色谱数据保留时间的漂移,本文首先采用了相关优化翘曲(COW)和多项式函数对所有色谱数据进行了校正,最后,结合化学计量学方法,结合了主成分分析(PCA),最小二乘支持向量机(LS-SVM),人工神经网络(ANN)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)对羌活的产地进行了区分,达到了鉴别羌活道地药材的目的。在区分天然木耳和人工栽培木耳的实验中,采用近红外光谱法结合化学计量学来分析。利用近红外光光谱仪,获得光谱数据后,结合化学计量学来提取特征波长,从而达到区分野生木耳和栽培木耳的目的。特征波长的提取方法包括独立成分分析(ICA)、遗传算法(GA)和连续投影算法(SPA),接着用提取的变量用于主成分分析法来将分类结果可视化并进行对比,最后采用有监督模式识别,最小二乘支持向量机(LS-SVM), K最近邻法(KNN),以及偏最小二乘判别法(PLS-DA)来对所选变量的分类结果进行对比。结果显示,采用ICA-LS-SVM和GA-KNN模型得到了最好的预报结果。在对不同种类的柴胡进行鉴别的实验中,采用高效液相色谱结合气相色谱对南北柴胡品种进行了鉴定和质量评价。本实验采用了高效液相色谱和气相色谱,获得了能反映柴胡样品内部成分的全面指纹图,比较了一维色谱指纹图谱和二维指纹图谱数据的主成分分析投影判别图,同时也采用了三种有监督模式识别方法,包括最小支持向量机(LS-SVM),线性判别法(LDA)和K-最近邻法(KNN)对一维数据和二维数据的对各产地柴胡预报结果进行了比较。结果显示,二维数据对南北柴胡及各产地柴胡的区分和预报能力要明显优于一维数据。通过不同测量方法建立的指纹图谱,并且结合化学计量学模式识别方法,成功地对4个品牌的牙膏,不同产地的羌活,人工和栽培木耳以及南北柴胡进行了判别和区分,同时,对各品牌牙膏的内在质量进行了评估,对羌活样品中的异常样品进行了可能的解释,对三维色谱能将南北柴胡区分的原因进行了讨论。在对羌活产地进行区分的实验中,没用采用传统的仅以共有峰作为输入变量,而是以全部色谱数据作为输入变量,并且获得了更好的分类结果。在对南北柴胡进行区分是,采用了液相色谱和气相色谱两种分析方法构建了二维指纹图谱来,得到了比一维指纹图谱更好的分类效果。本论文存在的主要不足之处是未能对样品内部的某些有效成分进行分析和鉴定,因此,在以后的工作中,要尽力去完善,突出化学方面的内容。
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