常用多變量數(shù)值分析法在中藥質(zhì)量控制方面的研究概況

桂林市食品藥品檢驗(yàn)所，廣西 桂林 541012

多變量數(shù)值分析法是把具有時(shí)間和空間分布的信息向著符號(hào)所作映射的模式識(shí)別，其目的和作用在于面對(duì)某一具體事物時(shí)將其正確地歸入某一類別[1]。常用的多變量數(shù)值分析法有主成分分析法、聚類分析法、判別分析法、因子分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法。將常規(guī)的檢測方法(如色譜法等)分析得到的數(shù)據(jù)信息，用模式識(shí)別轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的量化數(shù)據(jù)，再借助統(tǒng)計(jì)軟件的分析和評(píng)價(jià)，從而達(dá)到藥材的真?zhèn)舞b別、分類和質(zhì)量評(píng)價(jià)的目的。目前其理論和方法已廣泛應(yīng)用于中藥質(zhì)量控制方面，為中藥的真?zhèn)舞b別和質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)。本文就近10年來常用的多變量數(shù)值分析法在中藥質(zhì)量控制方面的研究報(bào)道作綜述性研究。

1 主成分分析法

將研究多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)互相無關(guān)的綜合指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方法叫做主成分分析[2]。主成分分析法利用降維思想，將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為具有代表性的少數(shù)指標(biāo)，化繁為簡的同時(shí)又能使轉(zhuǎn)化后的少數(shù)指標(biāo)盡可能地反應(yīng)原來多個(gè)指標(biāo)所能反應(yīng)的信息，因而具有顯著的優(yōu)勢(shì)。郝燕等[3]對(duì)10批次不同產(chǎn)地的當(dāng)歸指紋圖譜的37個(gè)多維多息特征參數(shù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了4個(gè)主成分能夠反應(yīng)中藥色譜指紋圖譜信息的規(guī)律，證實(shí)主成分分析能達(dá)到降維目的，使繁多的求解目標(biāo)簡化。李曉紅等[4]基于主成分分析的骨碎補(bǔ)藥材乙醇和環(huán)己烷提取物的高效液相色譜指紋圖譜，該法全面地反應(yīng)了骨碎補(bǔ)藥材的化學(xué)成分信息，并能從定性和定量兩方面控制骨碎補(bǔ)藥材的內(nèi)在質(zhì)量。陳蓉等[5]使用主成分分析結(jié)合聚類判別所建立的不同產(chǎn)地芡實(shí)HPLC指紋圖譜及定量分析方法均具有快速穩(wěn)定的特點(diǎn)。用主成分分析結(jié)合支持向量機(jī)方法對(duì)三種冰片的分類鑒別準(zhǔn)確率均為100%[6]。姚超等[7]報(bào)道16批梔子樣品的指紋圖譜經(jīng)主成分分析，發(fā)現(xiàn)京尼平龍膽雙糖苷、西紅花苷Ⅰ和西紅花苷Ⅱ含量差異較大，為浙江道地梔子的質(zhì)量控制及品質(zhì)評(píng)價(jià)提供了更全面的參考。羅益遠(yuǎn)等[8]應(yīng)用主成分分析法發(fā)現(xiàn)何首烏中二苯乙烯苷的量及結(jié)合蒽醌的總量在厚片曬干中最高，游離蒽醌的總量在厚片70 ℃烘干中最高，兒茶素的量在薄片40 ℃烘干中較高，而且厚片曬干綜合評(píng)價(jià)指數(shù)明顯高于其他加工樣品，可根據(jù)目標(biāo)成分優(yōu)選何首烏適宜產(chǎn)地加工方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)[9]92批11種不同來源的陳皮中橙皮苷、川陳皮素和橘皮素含量通過主成分分析，發(fā)現(xiàn)紅橘與茶枝柑的3種黃酮類成分含量比值相近，為廣陳皮的道地性鑒別提供了新的研究思路。另外，從礦質(zhì)元素角度，李金玲等基于主成分分析了30份天麻資源，發(fā)現(xiàn)貴州、云南天麻藥材質(zhì)量較好[10]。

2 聚類分析法

聚類分析又稱群分析，它是研究(樣品或變量)分類問題的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，所謂類，通俗地說，就是指相似元素的集合[2]。王晶娟等[11]報(bào)道用近紅外光譜與聚類分析相結(jié)合的方法可以達(dá)到90%的識(shí)別復(fù)方中藥牽正散。利用南北五味子中五味子醇甲、五味子醇乙、五味子酯甲、五味子甲素和五味子乙素含量的顯著性差異，可聚為兩大類，完全區(qū)分南北五味子[12]。朱雪梅等[13]用紅外光譜結(jié)合聚類分析法對(duì)牛蒡子生品和炮制品進(jìn)行分析，結(jié)果識(shí)別率和拒絕率達(dá)到97%以上，預(yù)測正確率可達(dá)100%。為了取得更好的預(yù)期效果，通常聯(lián)合主成分分析、回歸分析、判別分析等方法進(jìn)行分析。蔡君龍等[14]采用HS-SPME-GC-MS方法并結(jié)合主成分分析及聚類分析法，能有效區(qū)分4個(gè)產(chǎn)地的丁香。鄭孟凱等[15]通過HPLC梯度洗脫建立了28批不同地區(qū)市售麻黃藥材的指紋圖譜，然后結(jié)合主成分分析和聚類分析，結(jié)果，所有批次麻黃藥材共分為3類，可對(duì)麻黃藥材的質(zhì)量進(jìn)行客觀、有效地評(píng)價(jià)。楊沮勤等[16]結(jié)合主成分分析和聚類分析，發(fā)現(xiàn)去氫木香內(nèi)酯和木香烴內(nèi)酯在不同煨制方法的川木香中含量差異較大，從而區(qū)分川木香生品和煨品。李琦等[17]通過HPLC法測定廣西不同產(chǎn)地的12批余甘子中5種多酚類成分的含量，結(jié)合主成分分析和聚類分析，從而發(fā)現(xiàn)廣西產(chǎn)余甘子質(zhì)量的優(yōu)劣和產(chǎn)地的規(guī)律性。

3 判別分析法

判別分析是判斷樣本歸屬類型的一種統(tǒng)計(jì)方法。吳偉建等[18]對(duì)33個(gè)不同來源的海龍乙醇提取物的紅外指紋圖譜進(jìn)行了判別分析等模式識(shí)別，該法鑒別正品海龍和偽品海龍的正確率達(dá)98%以上，可快速、準(zhǔn)確地區(qū)分不同種類的海龍。王璠等[19]應(yīng)用聚類分析法、主成分分析法和判別分析法對(duì)33批蒼術(shù)藥材的氣相色譜-質(zhì)譜指紋圖譜進(jìn)行了模式識(shí)別，結(jié)果能很好地區(qū)分道地茅蒼術(shù)、非道地茅蒼術(shù)和北蒼術(shù)。陳粲文等[20]通過主成分分析、聚類分析和判別分析法發(fā)現(xiàn)12批安胎丸中阿魏酸、黃芩素等5個(gè)成分差異較大。陳文靜等[21]應(yīng)用主成分分析和聚類分析法對(duì)11批毛訶子藥材的HPLC指紋圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了模式識(shí)別研究。該法將樣品分為3類，并結(jié)合判別分析法發(fā)現(xiàn)毛訶子樣品的5個(gè)標(biāo)志性成分。

4 因子分析法

因子分析法采用與主成分分析相似的降維模式，可將錯(cuò)綜復(fù)雜的變量關(guān)系轉(zhuǎn)化為代表性的少數(shù)因子，同時(shí)這些代表性的少數(shù)因子還可對(duì)復(fù)雜的變量進(jìn)行分類。多杰扎西等[22]利用模型的因子得分證實(shí)不同產(chǎn)地枸杞子中所含的復(fù)雜微量元素與藥效之間存在相關(guān)性。在黃連及其炮制品鑒別研究中采用判別因子分析模型進(jìn)行區(qū)分識(shí)別，正確判別率為100%[23]。周霞等[24]在黃連及其炮制品的鑒別研究中采用判別因子分析模型進(jìn)行區(qū)分識(shí)別，正確率達(dá)100%。黃勤挽等[25]運(yùn)用電子舌技術(shù)對(duì)10味附子炮制品的判別因子分析模型三維圖譜辨別效率可達(dá)99%。

5 灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色系統(tǒng)理論作為新興的邊緣學(xué)科，是對(duì)因素、關(guān)系、結(jié)構(gòu)和作用原理不明了的系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)在關(guān)系的梳理，找出系統(tǒng)內(nèi)的相互關(guān)系和規(guī)律。李少泓等[26]通過灰色關(guān)聯(lián)分析法，發(fā)現(xiàn)21份不同產(chǎn)地的當(dāng)歸藥材樣品的質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果與道地藥材的基本內(nèi)涵相符合。李碩等[27]采用灰色關(guān)聯(lián)度法，發(fā)現(xiàn)不同商品來源的防風(fēng)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果與商品等級(jí)劃分相符。許俊潔等[28]報(bào)道15批次神農(nóng)香菊的GC-MS指紋圖譜中15個(gè)共有色譜峰與抗氧化活性均存在一定的關(guān)聯(lián)度。王勝男等[29]用灰色關(guān)聯(lián)度分析了不同加工方法對(duì)玄參藥材中多元功效成分含量的影響，結(jié)果顯示陰干法和完整藥材蒸后烘干的樣品綜合質(zhì)量較好。呂偉奇等[30]基于灰色關(guān)聯(lián)度分析了云南10個(gè)不同地區(qū)的滇龍膽樣品，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大理鶴慶的質(zhì)量最優(yōu)。

6 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法可以模擬大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可將大量的基本單元連接成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，簡化大量的抽象信息，提取得到樣本特征，最終達(dá)到全面反應(yīng)樣品原始數(shù)據(jù)大量信息的目的。目前，在中藥材產(chǎn)地鑒別[31]、品種鑒別[32-33]、真?zhèn)舞b別[34]等方面取得了很好的效果。

7 結(jié)語與展望

常用的多變量數(shù)值分析法在中藥質(zhì)量控制方面取得了較好的效果。筆者認(rèn)為今后可在以下三個(gè)方面加強(qiáng)和深入研究：第一，中藥種類繁多、成分復(fù)雜，同科屬中藥材不同藥用部位所含藥效成分種類、含量也不盡相同。傳統(tǒng)的分析方法往往只是對(duì)中藥中某一成分進(jìn)行定性、定量分析，而結(jié)合多變量數(shù)值分析的模式識(shí)別，更貼合中藥的復(fù)雜性，可更全面地分析多組分間的質(zhì)量差異及相互關(guān)系，為今后中藥質(zhì)量控制評(píng)價(jià)體系的建立提供新的思路。第二，現(xiàn)有的中藥指紋圖譜研究能借助大型精密儀器的檢測，從而獲得專屬性好的方法，但是普遍存在指紋圖譜與藥效研究相脫節(jié)的問題。在建立中藥指紋圖譜時(shí)，對(duì)獲取的指紋圖譜量化特征和相關(guān)藥效學(xué)數(shù)據(jù)，可采用合適的多變量數(shù)值分析法(如灰色關(guān)聯(lián)分析法)來分析各組分間復(fù)雜的相互作用，這種關(guān)系分析符合中藥總體效應(yīng)的研究模式，更符合中醫(yī)理論體系的研究特點(diǎn)。第三，隨著多變量數(shù)值分析法的不斷運(yùn)用和發(fā)展，一些新的研究模式不斷涌現(xiàn)，如借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差，可客觀確定灰色關(guān)聯(lián)分析法中的分辨系數(shù)，給出了一種確定權(quán)重的新方法[35]，為多變量數(shù)值分析法的完善提供了新的參考和理論基礎(chǔ)。