基于數(shù)據(jù)化表達(dá)的中藥“形色氣味”研究進(jìn)展及思考

趙雷蕾，周洋，黎茂，指導(dǎo)教師:周霞，蘭澤倫，萬(wàn)軍

(1.西南交通大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610031；2.國(guó)家中醫(yī)藥管理局中藥炮制技術(shù)重點(diǎn)研究室，四川成都610036)

基于數(shù)據(jù)化表達(dá)的中藥“形色氣味”研究進(jìn)展及思考

趙雷蕾1，周洋1，黎茂1，指導(dǎo)教師:周霞1，蘭澤倫2，萬(wàn)軍1

(1.西南交通大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川成都610031；2.國(guó)家中醫(yī)藥管理局中藥炮制技術(shù)重點(diǎn)研究室，四川成都610036)

“辨狀論質(zhì)”經(jīng)驗(yàn)鑒別方法在中藥材品質(zhì)評(píng)價(jià)中發(fā)揮著重要作用，但其對(duì)于中藥材及飲片“形色氣味”的辨識(shí)主觀性較強(qiáng)，客觀性不足。本文在傳統(tǒng)辨狀論質(zhì)觀點(diǎn)基礎(chǔ)上，認(rèn)為形色氣味是辨狀論質(zhì)的核心，并闡述了近年來(lái)建立在機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、機(jī)器嗅覺(jué)技術(shù)、機(jī)器味覺(jué)技術(shù)基礎(chǔ)上的中藥“形色氣味”研究進(jìn)展，對(duì)傳統(tǒng)和現(xiàn)代方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，提出基于數(shù)據(jù)化表達(dá)的中藥“形色氣味”的研究構(gòu)想。

辨狀論質(zhì)；中藥；形色氣味；數(shù)據(jù)化

中藥在我國(guó)沿用千年，歷史悠久，其品質(zhì)的優(yōu)劣體現(xiàn)在臨床療效的好壞?！氨鏍钫撡|(zhì)”這一傳統(tǒng)性狀鑒別方法運(yùn)用在很多中藥材和飲片辨別上，意義重大，但其主觀性較強(qiáng)，傳承較困難。近年來(lái)，機(jī)器視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)技術(shù)在客觀化表達(dá)中藥“形色氣味”方面開(kāi)展了較多研究，這些新技術(shù)的出現(xiàn)，使得中藥傳統(tǒng)品質(zhì)評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)“形色氣味”的數(shù)據(jù)化成為可能，彌補(bǔ)了經(jīng)驗(yàn)鑒別主觀性較強(qiáng)的缺陷。本文擬對(duì)新技術(shù)在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用作一綜述，并對(duì)建立中藥性狀質(zhì)量評(píng)價(jià)新技術(shù)提出構(gòu)想。

1 “辨狀論質(zhì)”是中藥經(jīng)驗(yàn)鑒別的精髓

中藥的經(jīng)驗(yàn)鑒別從遠(yuǎn)古時(shí)期“神農(nóng)嘗百草”即拉開(kāi)序幕，幾千年來(lái)，一直是判斷藥材及飲片真?zhèn)蝺?yōu)劣的主要手段。我國(guó)著名中藥學(xué)家謝宗萬(wàn)教授概括提出了“辨狀論質(zhì)”是中藥品質(zhì)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)鑒別之精髓的觀點(diǎn)[1]19。所謂“辨狀論質(zhì)”是根據(jù)藥材外觀性狀特點(diǎn)來(lái)判斷藥材的真?zhèn)蝺?yōu)劣，其簡(jiǎn)單易行、方便快捷、直觀，作為主要理論指南特別適用于基層藥檢單位、藥材經(jīng)營(yíng)單位和醫(yī)療單位中藥房[2]，廣大消費(fèi)者在購(gòu)買中藥時(shí)也依靠經(jīng)驗(yàn)辨狀論質(zhì)，體現(xiàn)了其實(shí)用性。一個(gè)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的中藥師，不但能通過(guò)外觀性狀觀察鑒定藥材的真?zhèn)蝺?yōu)劣，還能說(shuō)出它的產(chǎn)地，是野生品還是栽培品以及評(píng)估其生長(zhǎng)年限和生長(zhǎng)環(huán)境[3]。

2 “形色氣味”研究是“辨狀論質(zhì)”的核心

由于生物物種遺傳上的原因，任何動(dòng)、植物、礦物藥都有獨(dú)特的外觀性狀及其他某些特性，中藥的真?zhèn)蝺?yōu)劣會(huì)通過(guò)“形色氣味”表現(xiàn)出來(lái)[4]。經(jīng)驗(yàn)鑒別主要根據(jù)藥材的形、色、氣、味直接利用看、摸、聞、嘗，必要時(shí)加用水試與火試法來(lái)鑒別藥材[5]?，F(xiàn)分述如下。

2.1 中藥之“形”

中藥的形狀是呈現(xiàn)給人的第一特征，長(zhǎng)直、扁平、紋理等是對(duì)其的直觀描述，老藥工用“取象比類”生動(dòng)地描述藥物獨(dú)特性狀，使鑒別更為準(zhǔn)確、方便、快捷。如野山參形如“馬牙雁脖蘆，下伸棗核艼，身短體橫靈，環(huán)紋深密生，肩膀圓下垂，皮緊細(xì)光潤(rùn)，腿短二三個(gè)，分襠八字形，須疏根疣密”；三七外形有“獅子頭、銅皮、鐵骨”；海馬形如“馬頭蛇尾瓦楞身”；藥材橫斷面之特征如黃芪的“菊花心”；粉防己的“車輪紋”；茅蒼術(shù)有“朱砂點(diǎn)”；大黃有“星點(diǎn)”；何首烏有“云錦紋”等特點(diǎn)[6-7]。

2.2 中藥之“色”

對(duì)光線中不同波長(zhǎng)的光波均勻吸收或選擇吸收表現(xiàn)的性質(zhì)體現(xiàn)為中藥材外觀顏色，這與其內(nèi)在化學(xué)物質(zhì)含量密切相關(guān)，并與其物理性質(zhì)相統(tǒng)一。如黃柏折斷面以色黃者為佳，與所含黃色小檗堿的含量有關(guān)；紅花，丹參，茜草色紅質(zhì)優(yōu)，與其所含的紅花苷、丹參醌、茜草素密切相關(guān)；紫草要求色紫，與紫草素及其衍生物含量有關(guān)[8]；黃芩苷在黃芩酶作用下水解成葡萄糖醛酸與黃芩素，黃芩素具3個(gè)鄰位酚羥基，易氧化成醌類而顯綠色，故黃芩變綠后質(zhì)量降低等等?！吧儎t味變、味變則質(zhì)變”顏色的變異在一定程度上反映了藥材內(nèi)源物質(zhì)的變化，故顏色亦是鑒別中藥材真?zhèn)渭捌焚|(zhì)優(yōu)劣的重要標(biāo)志之一。

2.3 中藥之“氣”

人體的嗅覺(jué)器官會(huì)感受到氣味的刺激而作出反應(yīng)，中藥的氣味多來(lái)源于所含的揮發(fā)性成分，具有特殊氣味，而氣味的濃淡一般與揮發(fā)性成分的含量成正相關(guān)，由此可辨其品質(zhì)。植物類中藥中以唇形科、傘形科、木蘭科、樟科、蕓香科等科的中藥材尤為特殊，如薄荷、當(dāng)歸、辛夷、肉桂、陳皮。阿魏有強(qiáng)烈大蒜樣惡臭氣，白鮮皮有似羊膻氣，檀香有特異芳香氣，氣腥香如虎骨、豹骨等。

2.4 中藥之“味”

“神農(nóng)嘗百草之味，水泉之甘苦，令民知所避就?！边@是我國(guó)最早用味道來(lái)辨別藥物的實(shí)例[9]。通過(guò)口嘗嘴嚼，感受到中藥材的酸、苦、甘、辛、咸、澀、淡等。酸味多與有機(jī)酸有關(guān)，烏梅、木瓜、山楂以味酸者為佳[10]；苦味與生物堿、苦味素、苷類有關(guān)，黃連、黃柏則越苦越好。甘味與糖類、淀粉有關(guān)，甘草、黨參以味甜為好。辛味與揮發(fā)油、辣素、皂苷等有關(guān)[11]，咸味與鹽類有關(guān)，澀味與鞣酸有關(guān)等。

筆者認(rèn)為，中藥的形色氣味是辨狀論質(zhì)的核心內(nèi)容，但由于個(gè)體的主觀差異，辨狀論質(zhì)評(píng)價(jià)藥材的真?zhèn)蝺?yōu)劣尚存在一定局限性，謝宗萬(wàn)教授在闡述辨狀論質(zhì)的觀點(diǎn)時(shí)，亦提到采用現(xiàn)代科技彌補(bǔ)經(jīng)驗(yàn)鑒定的缺陷[1]。因此，在傳承傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引入新技術(shù)新方法，開(kāi)展經(jīng)驗(yàn)鑒別的客觀量化研究，可完善和豐富以辨狀論質(zhì)為核心的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)品質(zhì)評(píng)價(jià)方法。

3 中藥形色氣味的數(shù)據(jù)化表達(dá)及應(yīng)用研究進(jìn)展

3.1 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)模擬人視覺(jué)的技術(shù)，一般稱為電子眼，利用圖像傳感器將客觀事物圖像轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像，并利用模擬人辨別的計(jì)算機(jī)去處理和分析圖像進(jìn)而得出結(jié)論[12]。電子眼主要針對(duì)中藥材及飲片的形和色進(jìn)行處理檢識(shí)。如CCD攝像機(jī)，將被檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)化成圖像信號(hào)，對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別并提取如面積、數(shù)量、位置、長(zhǎng)度及紋理等目標(biāo)特征，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，馬學(xué)武等[13]利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)紅棗進(jìn)行分級(jí)處理。再如色彩色差計(jì)，一些學(xué)者利用色彩色差計(jì)客觀量化中藥材及其飲片的顏色[14-16]。陳粱等[17]利用色彩色差儀客觀量化不同種植方式的防風(fēng)飲片的外觀顏色差異，為防風(fēng)飲片分級(jí)的建立奠定了基礎(chǔ)。黃學(xué)思等[18]提出將“電子眼”技術(shù)應(yīng)用在中藥炮制中，利用色彩裝置設(shè)備對(duì)炮制后的藥材進(jìn)行顏色自動(dòng)分析，采用基于人類色感的三度色彩空間CIE L?a?b(CIE即國(guó)際照明委員會(huì)，其中L?代表亮度，a?代表紅-綠色軸，b?代表藍(lán)-黃色軸)確定獲取顏色的基本信息。陶歐等[19-22]研究中藥飲片橫切面圖像紋理特征參數(shù)，通過(guò)采集4種紋理特征不同的完整和不完整中藥飲片在旋轉(zhuǎn)任意4個(gè)方向后所得到的圖像，于像素間距d＝3，θ＝00時(shí)，基于灰度共生矩陣提取11個(gè)紋理特征參數(shù)，基于灰度梯度共生矩陣提取15個(gè)共生特征參數(shù)，將這些特征參數(shù)歸一處理后，發(fā)現(xiàn)這種方法可科學(xué)、定量的表示一些中藥材模糊的紋理特征，并且采樣方向不會(huì)影響完整中藥飲片的橫切面圖像紋理特征參數(shù)，但會(huì)影響不完整中藥飲片的橫切面圖像紋理特征參數(shù)。這些發(fā)現(xiàn)為建立中藥飲片紋理特征參數(shù)的自動(dòng)識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。

3.2 機(jī)器嗅覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)器嗅覺(jué)技術(shù)是一種模擬人嗅覺(jué)的技術(shù)，一般稱為電子鼻，又稱氣味掃描儀，其系統(tǒng)由具有部分特異性和非特異性的傳感器陣列和適當(dāng)計(jì)算機(jī)模式組成，用于辨識(shí)中藥材及飲片氣味[23-24]。 鄒慧琴[25]采用 α-Fox3000電子鼻對(duì)砂仁的揮發(fā)油進(jìn)行提取和測(cè)定，通過(guò)正交試驗(yàn)確定了最佳參數(shù)。電子鼻實(shí)現(xiàn)了對(duì)中藥氣味評(píng)價(jià)的客觀化、規(guī)范化、數(shù)字化，特別是對(duì)多味混合藥材的檢識(shí)能起到精確作用，彌補(bǔ)了人類嗅覺(jué)鑒別本身存在的生理性盲區(qū)、客觀局限性和歷史選擇性。Di 等[26]利用“生物電子鼻”對(duì)辛烯醇和香芹酮分子進(jìn)行區(qū)分。Huang[27]基于電子鼻檢測(cè)蘋(píng)果汁中愈創(chuàng)木酚的檢出限低于GC-MS的檢測(cè)限，其敏感度顯著高于GCMS。此外，Zhuang[28]建立 M/TS數(shù)組的多維分析模型，能根據(jù)采集足夠多的信息來(lái)辨別氣味，是在體內(nèi)安裝生物嗅覺(jué)和人造設(shè)備的第一步。

3.3 機(jī)器味覺(jué)技術(shù)

機(jī)器味覺(jué)技術(shù)是一種模擬味覺(jué)感受機(jī)制的技術(shù)，一般稱為電子舌，通過(guò)傳感陣列采集化學(xué)物質(zhì)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理，給出物質(zhì)的感官信息，主要用于中藥材及飲片滋味的辨識(shí)[29]。劉瑞新等[30]采用電子舌評(píng)價(jià)不同掩味劑對(duì)苦味中藥穿心蓮掩味的效果，探索電子舌用于評(píng)價(jià)穿心蓮掩味效果的可行性，并得出電子舌可用于中藥掩味評(píng)價(jià)的結(jié)論。Luo等[31]通過(guò)電子舌和支持向量機(jī)(SVM)對(duì)白豆蔻、白術(shù)、獨(dú)活、益智仁、姜黃5種中藥材進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)評(píng)估，認(rèn)為電子舌在區(qū)分和識(shí)別不同中藥材及對(duì)中藥材進(jìn)行質(zhì)量分析時(shí)有巨大潛力，并且支持向量機(jī)方法在區(qū)分選定的中藥材上具有良好的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。杜瑞超等[32]利用電子舌對(duì)具有苦、甜、酸、咸的22種常用中藥的水煎液進(jìn)行檢測(cè)，利用主成分分析法和判別因子分析法對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析處理，最終得出電子舌能夠?qū)χ兴幾涛哆M(jìn)行精確區(qū)分辨識(shí)的結(jié)論。電子舌不僅能對(duì)藥材氣味進(jìn)行客觀性評(píng)價(jià)，還可應(yīng)用于中藥炮制過(guò)程中。炮制中火候是關(guān)鍵因素，氣味反應(yīng)火候。電子舌可定性定量分析藥材味道，從而較好地控制炮制過(guò)程中火候，提高中藥材炮制質(zhì)量[33]。

4 存在的問(wèn)題及思考

由以上的研究可看出，機(jī)器視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)技術(shù)作為量化形色氣味的主要手段，已在中藥的質(zhì)量評(píng)價(jià)中有所運(yùn)用。和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)比較，其在客觀量化形色氣味方面有一定優(yōu)勢(shì)，是對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)鑒別的一種有益補(bǔ)充。筆者在反復(fù)分析傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)鑒別以及以上檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題:①傳統(tǒng)辨狀論質(zhì)的局限在于不能量化中藥形、色、氣、味，對(duì)辨識(shí)人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，對(duì)大批藥材檢測(cè)則耗時(shí)費(fèi)力。另外，對(duì)混合藥材如不同品種、不同年份無(wú)法有效辨別，尤其對(duì)辨識(shí)度不高的藥材的檢測(cè)顯得無(wú)力等；②基于數(shù)據(jù)化表達(dá)的品質(zhì)檢測(cè)新技術(shù)建立在傳統(tǒng)方法上，其評(píng)價(jià)指標(biāo)依賴于形色氣味。盡管具有快速、無(wú)損、準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)，但其儀器昂貴，檢測(cè)成本較高，應(yīng)用的便捷性不如傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)鑒別，普及較為困難；③目前關(guān)于形色氣味的研究，往往依靠某一種或兩種技術(shù)對(duì)形狀或顏色或氣味或味道展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，而相互結(jié)合綜合評(píng)價(jià)或鑒別中藥材或飲片品質(zhì)的較少，實(shí)驗(yàn)研究更少，大多停留在構(gòu)想階段[34]；④已經(jīng)認(rèn)識(shí)到形色氣味是中藥材或飲片內(nèi)外質(zhì)量的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，但是對(duì)形色氣味對(duì)應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，特別是氣味所對(duì)應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)研究較少。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有中藥材及飲片形色氣味研究的分析，筆者認(rèn)為可開(kāi)展機(jī)器視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)技術(shù)在中藥材及飲片的品質(zhì)評(píng)價(jià)方面的方法學(xué)研究，以使檢測(cè)結(jié)果更加穩(wěn)定。充分采集各個(gè)產(chǎn)區(qū)樣本的形色氣味數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，引入化學(xué)計(jì)量學(xué)手段及模式識(shí)別的方法，整合形色氣味數(shù)據(jù)，形成完整的外觀性狀數(shù)據(jù)化模型，構(gòu)建中藥材及飲片的識(shí)別系統(tǒng)。同時(shí)，以形色氣味作為切入點(diǎn)，重點(diǎn)考察與其相關(guān)的內(nèi)在化學(xué)成分，并研究二者的相關(guān)性。

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在完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和初步調(diào)試之后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)行調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中，運(yùn)行了6套數(shù)控系統(tǒng)(由于每臺(tái)機(jī)床均有2套數(shù)控系統(tǒng)，故實(shí)際運(yùn)行了3臺(tái)機(jī)床)，在完成各個(gè)數(shù)控系統(tǒng)MiniWeb的配置后，連接服務(wù)器，機(jī)床運(yùn)行，實(shí)際運(yùn)行效果如圖5所示(以3#數(shù)控系統(tǒng)為例)。

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(責(zé)任編輯:王昌棟)

Progress and idea on TCM′s shape，color，smell and taste based on datamation

ZHAO Leilei1，ZHOU Yang1，LI Mao1，ZHOU Xia1，LAN Zelun2，WAN Jun1
(1.School of Life Science＆Engineering College，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；2.State Administration of Traditional Chinese Medicine，Key Research Laboratory of Traditional Chinese Medicine Processing Technology，Chengdu 610036，China)

Qualitative assessment based on analyzing properties has been played an important role in traditional Chinese medicine(TCM)′s quality evaluation for a long time.It strongly depends on the person with experience on identification of the shape，color，smell and taste of TCM.And these are the core in the quality evaluation through morphological identification，which is put forward by the authors in this article. Electronic vision technology，electronic olfactory technology and electronic taste technology used in the TCM research field in recent years are analyzed.The traditional and modern methods and the datamation about shape，color，smell and taste of the TCM are also discussed in this article.

quality evaluation through morphological identification；traditional Chinese medicine；shape，color，smell and taste；datamation

R282.71

:A

10.3969/j.issn.1006-8783.2015.05.030

1006-8783(2015)05-0692-04

2015-04-25

四川省中醫(yī)藥管理局應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2014-F-075)；四川省大學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2015102)

趙雷蕾(1994—)，女，在讀制藥工程本科生，Email:zhaoll0205＠126.com；通信作者:萬(wàn)軍(1980—)，男，副教授，博士，主要從事中藥制劑與炮制研究工作，Email:wwangyidi＠126.com。

時(shí)間:2015-09-10 9:10

http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1413.R.20150910.0910.002.html