基于電子舌技術(shù)的不同來源黃芩藥材味覺信息分析及味覺信息與主要化學成分的相關(guān)性研究△

曾燕，郭蘭萍，王繼永*，黃璐琦*，田壯，焦連魁，鄧庭偉

(1.中國中藥公司，北京 102600；2.中國中醫(yī)科學院 中藥資源中心，北京 100700)

·基礎(chǔ)研究·

基于電子舌技術(shù)的不同來源黃芩藥材味覺信息分析及味覺信息與主要化學成分的相關(guān)性研究△

曾燕1，郭蘭萍2，王繼永1*，黃璐琦2*，田壯1，焦連魁1，鄧庭偉1

(1.中國中藥公司，北京 102600；2.中國中醫(yī)科學院 中藥資源中心，北京 100700)

目的：采用電子舌技術(shù)考察不同來源黃芩藥材味覺信息和主要化學成分之間的相關(guān)性。方法：采集不同栽培區(qū)域和不同生長年限的黃芩，采用TS-5000Z電子舌系統(tǒng)分析不同來源黃芩味覺信息，采用高效液相色譜儀分析黃芩中主要化學成分含量，考察不同來源黃芩的味覺信息差異性，同時分析味覺信息和化學成分之間的相關(guān)性。結(jié)果：不同來源黃芩的口味主要是苦味，其次是澀味、鮮味及其相應的回味和咸味；味覺分析信息可以對不同來源黃芩進行分類；黃芩的苦味、澀味、苦回味、澀回味、酸味與黃芩苷含量呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)。結(jié)論：基于電子舌技術(shù)的味覺分析方法可以量化不同來源黃芩的特征，從而對黃芩藥材進行分類，其聚類結(jié)果與化學成分的聚類結(jié)果并不完全一致，電子舌在反應藥材的總體特征上有一定優(yōu)勢；同時，可通過電子舌味覺分析信息推測出黃芩藥材中黃芩苷的含量。

黃芩；電子舌；感官分析；品質(zhì)相關(guān)性

感官評價是用于喚起、測量、分析和解釋產(chǎn)品通過視覺、嗅覺、觸覺、味覺和聽覺所引起反應的一種科學方法。模擬人的感覺器官的傳感器技術(shù)是一項20世紀80年代發(fā)展起來的新技術(shù)，如模擬人的嗅覺的電子鼻、模擬人的味覺的電子舌等。

電子舌(Electronic-Tongue，E-Tongue)可以模擬人體味覺系統(tǒng)，從味覺傳感器的化學信號分析出“味道”的信息進行識別檢測。它得到的不是單個成分的定量或定性的結(jié)果，而是整個體系的評價分析，因此又稱為“指紋”分析。電子舌通過表面敏感膜對特定味覺物質(zhì)的吸收，引起表面電荷密度的改變或者膜表面附近離子分布的改變，進而獲得表面電位響應的變化。利用具有獨特選擇性和廣域選擇性的人工雙層脂質(zhì)膜，直接輸出食品的酸味、甜味、苦味、澀味、鮮味、咸味、苦味回味、澀味回味、豐富度(鮮味回味)等味覺數(shù)值。與人體舌感覺器官相比，人工電子舌具有客觀性強、重復性好、抗疲勞工作、檢測響應快、標準化控制、對人健康危害小的優(yōu)點，因此被廣泛地用于航天、環(huán)境、食品、醫(yī)學、藥物分析等多個領(lǐng)域。與食品相似，中藥同樣來源于自然界的植物、動物或部分礦物質(zhì)，因此，基于電子舌在食品行業(yè)的研究基礎(chǔ)，將電子舌應用于中藥的研究具有較強的可行性[1-6]。目前使用較多的電子舌設(shè)備主要有兩種[7-9]，即法國Alpha M.O.S公司的Astree和日本Insent公司的TS-5000Z。

傳統(tǒng)中藥研究認為，藥材味道是藥材品質(zhì)評定的重要標準。近些年來電子舌在中藥領(lǐng)域的研究逐年增多，比如在藥品質(zhì)量控制方面[10]、預測未知中藥提取液濃度[11]、中藥苦味與藥效品質(zhì)相關(guān)性研究[12]、不同中藥材質(zhì)量評價[13]、藥材味道區(qū)分與判別分析研究[14]、藥材產(chǎn)地區(qū)分與判別研究[15]等均有涉及。

黃芩ScutellariabaicalensisGeorgi為唇形科多年生藥用植物，以干燥根入藥，味苦，寒。具有清熱燥濕、瀉火解毒、止血、安胎的作用[16]。臨床應用已有2000多年的歷史，為常用大宗中藥材之一。現(xiàn)有研究顯示，不同來源黃芩，包括產(chǎn)地、生長年限等方面的差異會導致黃芩質(zhì)量差異[17-23]，這種差異是否在味道上有所體現(xiàn)？或者說能否用電子舌技術(shù)對不同來源黃芩藥材進行區(qū)分？黃芩的味覺“指紋圖譜”和黃芩藥效成分是否有相關(guān)性？尋找它們之間的聯(lián)系可拓寬我們對中藥“味道”的認識，也為中藥質(zhì)量評價提供新思路和新方法。

基于此，我們收集了不同產(chǎn)地、不同生長年限的19份黃芩樣品，采用TS-5000Z電子舌系統(tǒng)開展不同來源黃芩藥材味道分析，并考察味道與黃芩藥材主要化學成分的相關(guān)性。

1 儀器與材料

1.1 儀器

TS-5000Z系列智能味覺分析系統(tǒng)(日本Insent公司)；Waters2695高效液相色譜儀，DAD2998檢測器；METTLER TOLEDO XS205DU型電子分析天平；KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器。

1.2 材料

甲醇、乙腈為FISHER色譜純；乙醇、甲酸為分析純；黃芩苷對照品(中國食品藥品檢定研究院，含量測定用，批號：110715-201117)；黃芩素對照品(中國食品藥品檢定研究院，含量測定用，批號：111595-200905)；漢黃芩苷對照品(上海源葉生物科技有限公司，含量測定用，批號：20111213，純度：98%)；漢黃芩素對照品(北京恒元啟天化工技術(shù)研究院，含量測定用，批號：MUST-11040501，純度：98%)。黃芩藥材：2013年11月下旬，采集不同產(chǎn)地栽培黃芩，每個采集點采挖30～50株作為一個混合樣本。藥材采集后55 ℃烘干，粉碎，過四號篩。藥材樣品共19份，采集信息見表1。

表1 黃芩藥材采集信息

2 方法

2.1 電子舌測定

2.1.1 正極清洗液配制 準確稱量7.46 g氯化鉀，用500 mL蒸餾水攪拌溶解，然后準確加入300 mL無水乙醇溶液，邊攪拌邊加入準確稱量的0.56 g氫氧化鉀，溶解完畢后，轉(zhuǎn)移到1000 mL的容量瓶，定容。

2.1.2 負極清洗液配制 準確量取300 mL無水乙醇，與500 mL蒸餾水震蕩混合，然后加入8.3 mL的濃鹽酸攪拌混合轉(zhuǎn)移到1000 mL的容量瓶，定容。

2.1.3參比液配制 準確稱量2.24 g氯化鉀和0.045 g酒石酸，用500 mL水溶解，然后轉(zhuǎn)移到1000 mL的容量瓶，定容[24]。

2.1.4待測樣品制備 將黃芩藥材樣品烘干、粉碎、過篩后，取約2 g樣品，置于100 mL蒸餾水中，超聲波溶解30 min，補足超聲損失的重量，濾紙過濾。取濾液，直接測試。各樣品的濃度相同。

2.1.5電子舌測試方法 TS-5000Z味覺分析系統(tǒng)測量程序：首先在清洗液中清洗90 s，接著用2.1.3中的參比液清洗2次，傳感器在平衡位置歸零30 s，達到平衡條件后，開始測試，測試時間30 s；在兩組參比液中分別短暫清洗3 s，傳感器插入新的參比液中測試回味30 s循環(huán)測試4次，去掉第一循環(huán)，取后3次平均數(shù)據(jù)作為測試結(jié)果。每次清洗、平衡和測試回味的液體均分布在不同樣品杯中[25]。

2.2 化學成分測定

2.2.1 色譜條件 色譜柱：ThermoHypersil GOLD C18(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流動相：乙腈-水-甲酸(15∶85∶0.1)，梯度洗脫；檢測波長：278 nm；流速：0.8 mL·min-1；柱溫：30 ℃；進樣量：6 μL。含量測定梯度洗脫時間程序見表2。

表2 流動相梯度洗脫時間程序

2.2.2 對照品溶液制備 精密稱取黃芩苷對照品21.71 mg置于10 mL容量瓶內(nèi)，加入甲醇至刻度線定容，制成2.171 mg·mL-1黃芩苷對照品溶液。精密稱取漢黃芩苷對照品9.76 mg置于10 mL容量瓶內(nèi)，加入甲醇至刻度線定容，制成0.976 mg·mL-1漢黃芩苷對照品溶液。精密稱取黃芩素對照品1.06 mg置于10 mL容量瓶內(nèi)，加入甲醇至刻度線定容，制成1.06 mg·mL-1黃芩素對照品溶液。精密稱取漢黃芩素對照品適量，加入甲醇至刻度線定容，分別配制成各適量濃度對照品溶液。精密吸取以上各對照品適量以甲醇定容至刻度線，混勻即得黃芩混合對照品溶液。

2.2.3 供試品溶液制備 取黃芩細粉0.1 g，精密稱定，置100 mL具塞三角瓶中，加入70 %乙醇25 mL，搖勻，超聲30 min，靜置澄清，取上清液以0.45 μm濾膜濾過，即得。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

運用電子舌自帶的DBMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對傳感器采集的原始數(shù)進行味覺特征。使用SPSS 19.0對感官評價數(shù)據(jù)進行主成分分析、聚類分析和相關(guān)性分析。

3 結(jié)果

3.1 不同來源黃芩的電子舌分析

每個樣品響應的雷達圖，能直觀地反應樣品各電極的響應值大小，便于對樣品響應值情況進行比較?？梢哉w把握味覺情況。1～19號樣品原始雷達圖見圖1、2。以5號樣品為標準的有效評價指標雷達圖(圖3)顯示，19個黃芩樣品中，口味的差異主要體現(xiàn)在苦味、澀味、苦味回味、澀味回味、咸味和鮮味上，豐富性差異較小。

黃芩樣品的苦味和澀味相關(guān)性如圖4所示，苦味和澀味呈正相關(guān)，苦味小的樣品澀味也弱，如1～3號，苦味大的澀味也強，如13號，但是7號比較特殊，苦味最大，但是澀味屬于中等水平?？辔叮?≥13≥19≥15≥9≥8≥4≥6≥11≥10≥16≥18≥14≥17≥12≥1≥5≥3≥2；澀味：13≥15≥19≥6≥9≥4≥10≥14≥11≥8≥5≥16≥7≥18≥17≥12≥1≥2≥3。

黃芩樣品鮮味和豐富性相關(guān)性如圖5所示，19個樣品的豐富性差異在1個刻度內(nèi)，不經(jīng)過專業(yè)訓練的普通人感覺不到差異。鮮味：8≥7≥1≥4≥2≥6≥12≥11≥3≥16≥9≥10≥14≥13≥17≥18≥15≥5≥19。

黃芩樣品氣泡圖如圖6所示，苦味回味和澀味回味大小幾乎呈正比例關(guān)系，兩個指標最大的是13號，其次是19號，1、2、3號最小，7號的澀味回味也較小，但是苦味回味屬于中等水平；氣泡大小代表了咸味的強弱，最大的是13號和14號，最小的是3號。

注：Sourness酸味，Bitterness苦味，Astringency澀味，Aftertaste-B苦味回味，Aftertaste-A 澀味回味，Umami鮮味，Saltiness咸味，Richness豐富性；下同。圖1 以RefSol參比溶液為基準的1～10號樣品雷達圖

圖2 以RefSol參比溶液為基準的11～19號樣品雷達圖

圖3 以5號樣品為標準的有效評價指標雷達圖

對味覺信息進行主成分分析(見圖7)，第一主成分(PCA1)和第二主成分(PCA2)共占了所有味覺信息的81.41%，方差貢獻率分別為56.99%和24.42%。分別以主成分1和主成分2為橫、縱坐標軸作圖分析，結(jié)合聚類分析結(jié)果(見圖8)，發(fā)現(xiàn)在PCA1和PCA2上均很接近的樣品有：1、2、3號(均為河北圍場縣育苗移栽2年生樣品)，10號、11號、14號和16號(10號和11號為山西聞喜縣3年生樣品，14和16號為山東莒縣2年生樣品)，5號、17號和18號(5號為河北承德縣4年生樣品，17號和18號為山東莒縣育苗移栽2年生樣品)，15號和19號(15號為山東莒縣2年生樣品，19號為河北承德縣5年生樣品)。7號和13號樣品與其他樣品相差較大。

圖4 1～19號黃芩樣品的苦味和澀味相關(guān)性

圖5 1～19號黃芩樣品的鮮味和豐富性相關(guān)性

圖6 1～19號黃芩樣品的氣泡圖

圖7 1～19號黃芩樣品味覺信息主成分分析圖

圖8 1～19號黃芩樣品味覺信息聚類分析圖

3.2 不同來源黃芩化學成分分析

3.2.1 不同來源黃芩主要化學成分含量分析 不同來源黃芩主要化學成分含量分析結(jié)果見表3，黃芩苷含量范圍為9.66%～16.74%，均值為13.18%；漢黃芩苷含量范圍為2.07%～3.42%，均值為2.61%；黃芩素含量范圍為0.89%～2.41%，均值為1.53%；漢黃芩素含量范圍為0.169%～0.414%，均值為0.302%；總黃酮含量(4種成分的加和)范圍為14.22%～22.39%，均值為17.62%。不同采集地點，不同生長年限的黃芩其主要化學成分差異較大。

3.2.2 不同來源黃芩主要化學成分主成分和聚類分析 以黃芩中黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素和漢黃芩素4種主要化學成分做主成分分析和聚類分析。主成分分析顯示，PCA1和PCA2共占了所有味覺信息的91.91%，方差貢獻率分別為64.85%和27.06%。分別以PCA1和PCA2為橫、縱坐標軸作圖分析，發(fā)現(xiàn)各樣品在PCA1和PCA2上各樣品彼此分開不是很明顯，主要是17號樣品在PCA1上和其他樣品有一定的距離(見圖9)。聚類分析結(jié)果顯示，大體上可以把19個樣品分成3大類，其中15、19、13、16號和5號歸為一類，10、14、11、18號和4號歸為一類，其他樣品歸為一類(見圖10)。

表3 不同來源黃芩藥材主要化學成分分析(n=30～50) (%)

圖9 不同來源黃芩主要化學成分主成分分析

圖10 不同來源黃芩主要化學成分聚類分析圖

3.3 電子舌評價與化學成分的相關(guān)性分析

分別考察電子舌味覺感應信息和黃芩苷含量、以及苦味和黃芩中各成分的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)：苦味、澀味、苦回味、澀回味、酸味與黃芩苷呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)；鮮回味與黃芩苷出現(xiàn)顯著的負相關(guān)；咸味和黃芩苷含量沒有相關(guān)性?？辔逗蜐h黃芩苷也出現(xiàn)顯著正相關(guān)。見圖11～21。

圖11 苦味評價與黃芩苷的相關(guān)性

圖12 澀味評價與黃芩苷的相關(guān)性

圖13 苦回味評價與黃芩苷的相關(guān)性

圖14 澀回味評價與黃芩苷的相關(guān)性

圖15 鮮味評價與黃芩苷的相關(guān)性

圖16 咸味評價與黃芩苷的相關(guān)性

圖17 酸味評價與黃芩苷的相關(guān)性

圖18 苦味評價與總黃酮的相關(guān)性

圖19 苦味評價與漢黃芩苷的相關(guān)性

圖20 苦味評價與黃芩素的相關(guān)性

圖21 苦味評價與漢黃芩素的相關(guān)性

4 結(jié)論

本研究通過電子舌味覺分析系統(tǒng)分析了不同栽培區(qū)域和不同生長年限的黃芩藥材味覺信息，通過其中酸味、苦味、澀味、苦味回味、澀味回味、鮮味、咸味和豐富性8項指標的對比分析，總結(jié)了不同來源黃芩藥材在味覺上的差異。同時通過對這些不同來源的黃芩藥材主要黃酮類化學成分進行含量測定，結(jié)合電子舌味覺分析信息，考察了黃芩藥材主要化學成分與味覺信息的相關(guān)性，得出如下結(jié)論：

①不同來源黃芩的口味主要是苦味、澀味、鮮味及其相應的回味和咸味。除了鮮味回味和豐富性的差異較小外，其他味道差異較大。

②1、2、3號樣品的苦味、澀味、苦味回味、澀味回味、咸味和豐富性均較小，整體味覺很接近，可較為明顯地聚為一類。7號樣品的苦味、鮮味較大；13號樣品的苦味、澀味、苦味回味、澀味回味、咸味最大；其他樣品之間具體味覺差異，均可以得到量化。

③對不同來源黃芩主要化學成分含量進行主成分分析和聚類分析發(fā)現(xiàn)，大體上可以所有樣品分成3大類。

④分析不同來源黃芩電子舌味覺感應信息和黃芩主要黃酮類化學成分含量發(fā)現(xiàn)，黃芩苷含量與苦味、澀味、苦回味、澀回味、酸味呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)，與鮮回味出現(xiàn)顯著的負相關(guān)。苦味和漢黃芩苷含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。

5 討論

近些年來，電子舌在醫(yī)藥領(lǐng)域的研究逐年增多，比如在藥物不同來源的差異性對比，預測未知中藥提取液濃度，對比中藥主成分的質(zhì)量優(yōu)劣等方面均有涉及[11]。電子舌能客觀評價味道，并把涉及到成分相互作用的內(nèi)在信息翻譯成不同味道和質(zhì)量之間關(guān)系，這使得它們在客觀表達和控制中藥材外觀信息氣味方面有著廣闊的應用前景[26]。

在中藥研究中，藥材味道是藥材品質(zhì)評定的重要標準。例如烏梅、木瓜、山楂以味酸為佳，黃連、黃柏以味苦為佳，甘草、黨參以味甜為佳等。傳統(tǒng)中醫(yī)理論認為苦味藥中苦味物質(zhì)即藥效物質(zhì)[27-29]，現(xiàn)代研究也多有證實[30-32]，電子舌在中藥苦味質(zhì)量相關(guān)性方面有過一些應用。梁曉光等[12]對黃連中的6種生物堿進行電子舌苦度評價和抑菌活性研究，發(fā)現(xiàn)其中的小檗堿、非洲防己堿和藥根堿苦度較大，木蘭堿苦度較小，并且發(fā)現(xiàn)其苦度與其對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑制呈顯著正相關(guān)，苦味化合物為黃連的主要藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。Kataoka等[13]也曾用過電子舌產(chǎn)品對多種中草藥進行質(zhì)量評估。電子舌技術(shù)在中藥分類判別方面也有一些研究實例，如電子舌技術(shù)可以區(qū)分不同滋味的藥材以及相同滋味的不同藥材[14]，鑒別未知產(chǎn)地來源的藥材等[15]。另外也用于掩味評價和質(zhì)量控制等[33]。

光學技術(shù)和色譜技術(shù)對中藥材進行品質(zhì)評價需要借助有機溶劑才能完成測定，而電子舌技術(shù)可以綜合評價藥材品質(zhì)，且節(jié)能環(huán)保。該技術(shù)在茶葉品質(zhì)評價中就多有使用[34-37]。

在進行中藥材味覺評價的同時，可結(jié)合“氣”的信息進行“氣味”融合技術(shù)進行中藥材信息的綜合評價，目前也有一些研究。如武琳[38]通過氣-味信息融合(電子鼻、電子舌)開展了對不同種類的中藥材的分類鑒別，發(fā)現(xiàn)“氣味融合”后使得分類效果更加顯著，識別率達100%，比單獨使用電子舌達到的中藥材分類鑒別效果更佳。此外，“氣味融合技術(shù)”也有助于解決中藥藥效物質(zhì)無法檢測、中西藥難以會通的難題[39]?；陔娮由嗉夹g(shù)的感官評價及其連用技術(shù)或可成為中藥質(zhì)量控制的新技術(shù)。

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StudyonTasteInformationofDifferentScutellariabaicalensisGeorgiandCorrelationbetweenTasteInformationandMainChemicalCompositionsBasedonTechnologyofElectronic-Tongue

ZENGYan1，GUOLanping2，WANGJiyong1*，HUANGLuqi1*，TIANZhuan1，JIAOLiankui1，DENGTingwei1

(1.ChinaNationalTraditionalChineseMedicineCorporation，Beijing100195，China； 2.NationalResourceCenterforChineseMateriaMedica，ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100700，China)

Objective：To study the taste information of differentScutellariabaicalensisGeorgi and the correlation between the taste information and main chemical composition using the technology of Electronic-Tongue.Methods：TheS.baicalensisGeorgi from different cultivated area were collected as the samples，the taste information difference between these samples used the TS-5000Z Electronic-Tongue system was analyzed.At the same time，the main chemical compositions were analyzed by HPLC，so to study the relationship between the taste information and chemical compositions.Results：The bitterness was the main taste，and followed by astringent，umami，aftertaste-B，aftertaste-A，and salty.We could classify the samples using the taste information.There existed a significant positive correlation between baicalin and the bitterness，astringency，aftertaste-B，aftertaste-A also the sourness.Conclusion：Thefeatures of theS.baicalensiscould be quantified by the TS-5000Z Electronic-Tongue system，and so the medicinal materials would be classified，but the results were not in accordance with the chemical analysis through the cluster analysis.The Electronic-Tongue system would be superior to response the whole characteristics of the medicinal material.At the same time，the baicalin would be inferred from the taste information.

ScutellariabaicalensisGeorgi；Electronic-Tongue system；sensory analysis；correlation analysis of medicinal materials quality

10.13313/j.issn.1673-4890.2015.11.007

2015-01-13)

中國中藥公司博士后專項(2013)；中藥材產(chǎn)地加工技術(shù)平臺[(工信部消費(2011)340)]；中醫(yī)藥行業(yè)科研專項(201407005-5)；中藥材種子種苗與種植(養(yǎng)殖)標準平臺(2012ZX09304006)；江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心項目(2013)

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王繼永，研究員，研究方向：中藥資源，Tel：(010)61251500，E-mail：wangjiyong75@163.com； 黃璐琦，研究員，研究方向：中藥資源與鑒定，Tel：(010)64011944，E-mail：huangluqi01@126.com