基于數據化表達的中藥“形色氣味”研究進展及思考

趙雷蕾，周洋，黎茂，指導教師:周霞，蘭澤倫，萬軍

(1.西南交通大學生命科學與工程學院，四川成都610031；2.國家中醫藥管理局中藥炮制技術重點研究室，四川成都610036)

基于數據化表達的中藥“形色氣味”研究進展及思考

趙雷蕾1，周洋1，黎茂1，指導教師:周霞1，蘭澤倫2，萬軍1

(1.西南交通大學生命科學與工程學院，四川成都610031；2.國家中醫藥管理局中藥炮制技術重點研究室，四川成都610036)

“辨狀論質”經驗鑒別方法在中藥材品質評價中發揮著重要作用，但其對于中藥材及飲片“形色氣味”的辨識主觀性較強，客觀性不足。本文在傳統辨狀論質觀點基礎上，認為形色氣味是辨狀論質的核心，并闡述了近年來建立在機器視覺技術、機器嗅覺技術、機器味覺技術基礎上的中藥“形色氣味”研究進展，對傳統和現代方法的優缺點進行了比較，提出基于數據化表達的中藥“形色氣味”的研究構想。

辨狀論質；中藥；形色氣味；數據化

中藥在我國沿用千年，歷史悠久，其品質的優劣體現在臨床療效的好壞?！氨鏍钫撡|”這一傳統性狀鑒別方法運用在很多中藥材和飲片辨別上，意義重大，但其主觀性較強，傳承較困難。近年來，機器視覺、嗅覺、味覺技術在客觀化表達中藥“形色氣味”方面開展了較多研究，這些新技術的出現，使得中藥傳統品質評價經驗指標“形色氣味”的數據化成為可能，彌補了經驗鑒別主觀性較強的缺陷。本文擬對新技術在中藥領域的應用作一綜述，并對建立中藥性狀質量評價新技術提出構想。

1 “辨狀論質”是中藥經驗鑒別的精髓

中藥的經驗鑒別從遠古時期“神農嘗百草”即拉開序幕，幾千年來，一直是判斷藥材及飲片真偽優劣的主要手段。我國著名中藥學家謝宗萬教授概括提出了“辨狀論質”是中藥品質傳統經驗鑒別之精髓的觀點[1]19。所謂“辨狀論質”是根據藥材外觀性狀特點來判斷藥材的真偽優劣，其簡單易行、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、藥材經營單位和醫療單位中藥房[2]，廣大消費者在購買中藥時也依靠經驗辨狀論質，體現了其實用性。一個具有豐富經驗的中藥師，不但能通過外觀性狀觀察鑒定藥材的真偽優劣，還能說出它的產地，是野生品還是栽培品以及評估其生長年限和生長環境[3]。

2 “形色氣味”研究是“辨狀論質”的核心

由于生物物種遺傳上的原因，任何動、植物、礦物藥都有獨特的外觀性狀及其他某些特性，中藥的真偽優劣會通過“形色氣味”表現出來[4]。經驗鑒別主要根據藥材的形、色、氣、味直接利用看、摸、聞、嘗，必要時加用水試與火試法來鑒別藥材[5]。現分述如下。

2.1 中藥之“形”

中藥的形狀是呈現給人的第一特征，長直、扁平、紋理等是對其的直觀描述，老藥工用“取象比類”生動地描述藥物獨特性狀，使鑒別更為準確、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，環紋深密生，肩膀圓下垂，皮緊細光潤，腿短二三個，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”；茅蒼術有“朱砂點”；大黃有“星點”；何首烏有“云錦紋”等特點[6-7]。

2.2 中藥之“色”

對光線中不同波長的光波均勻吸收或選擇吸收表現的性質體現為中藥材外觀顏色，這與其內在化學物質含量密切相關，并與其物理性質相統一。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；紅花，丹參，茜草色紅質優，與其所含的紅花苷、丹參醌、茜草素密切相關；紫草要求色紫，與紫草素及其衍生物含量有關[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個鄰位酚羥基，易氧化成醌類而顯綠色，故黃芩變綠后質量降低等等。“色變則味變、味變則質變”顏色的變異在一定程度上反映了藥材內源物質的變化，故顏色亦是鑒別中藥材真偽及品質優劣的重要標志之一。

2.3 中藥之“氣”

人體的嗅覺器官會感受到氣味的刺激而作出反應，中藥的氣味多來源于所含的揮發性成分，具有特殊氣味，而氣味的濃淡一般與揮發性成分的含量成正相關，由此可辨其品質。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、當歸、辛夷、肉桂、陳皮。阿魏有強烈大蒜樣惡臭氣，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”

“神農嘗百草之味，水泉之甘苦，令民知所避就?！边@是我國最早用味道來辨別藥物的實例[9]。通過口嘗嘴嚼，感受到中藥材的酸、苦、甘、辛、咸、澀、淡等。酸味多與有機酸有關，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，黃連、黃柏則越苦越好。甘味與糖類、淀粉有關，甘草、黨參以味甜為好。辛味與揮發油、辣素、皂苷等有關[11]，咸味與鹽類有關，澀味與鞣酸有關等。

筆者認為，中藥的形色氣味是辨狀論質的核心內容，但由于個體的主觀差異，辨狀論質評價藥材的真偽優劣尚存在一定局限性，謝宗萬教授在闡述辨狀論質的觀點時，亦提到采用現代科技彌補經驗鑒定的缺陷[1]。因此，在傳承傳統經驗的基礎上，引入新技術新方法，開展經驗鑒別的客觀量化研究，可完善和豐富以辨狀論質為核心的傳統經驗品質評價方法。

3 中藥形色氣味的數據化表達及應用研究進展

3.1 機器視覺技術的應用

機器視覺技術是一種利用計算機模擬人視覺的技術，一般稱為電子眼，利用圖像傳感器將客觀事物圖像轉化成數字圖像，并利用模擬人辨別的計算機去處理和分析圖像進而得出結論[12]。電子眼主要針對中藥材及飲片的形和色進行處理檢識。如CCD攝像機，將被檢測的目標轉化成圖像信號，對圖像進行識別并提取如面積、數量、位置、長度及紋理等目標特征，實現自動識別，馬學武等[13]利用機器視覺技術對紅棗進行分級處理。再如色彩色差計，一些學者利用色彩色差計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飲片的外觀顏色差異，為防風飲片分級的建立奠定了基礎。黃學思等[18]提出將“電子眼”技術應用在中藥炮制中，利用色彩裝置設備對炮制后的藥材進行顏色自動分析，采用基于人類色感的三度色彩空間CIE L?a?b(CIE即國際照明委員會，其中L?代表亮度，a?代表紅-綠色軸，b?代表藍-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，通過采集4種紋理特征不同的完整和不完整中藥飲片在旋轉任意4個方向后所得到的圖像，于像素間距d＝3，θ＝00時，基于灰度共生矩陣提取11個紋理特征參數，基于灰度梯度共生矩陣提取15個共生特征參數，將這些特征參數歸一處理后，發現這種方法可科學、定量的表示一些中藥材模糊的紋理特征，并且采樣方向不會影響完整中藥飲片的橫切面圖像紋理特征參數，但會影響不完整中藥飲片的橫切面圖像紋理特征參數。這些發現為建立中藥飲片紋理特征參數的自動識別奠定了基礎。

3.2 機器嗅覺技術的應用

機器嗅覺技術是一種模擬人嗅覺的技術，一般稱為電子鼻，又稱氣味掃描儀，其系統由具有部分特異性和非特異性的傳感器陣列和適當計算機模式組成，用于辨識中藥材及飲片氣味[23-24]。 鄒慧琴[25]采用 α-Fox3000電子鼻對砂仁的揮發油進行提取和測定，通過正交試驗確定了最佳參數。電子鼻實現了對中藥氣味評價的客觀化、規范化、數字化，特別是對多味混合藥材的檢識能起到精確作用，彌補了人類嗅覺鑒別本身存在的生理性盲區、客觀局限性和歷史選擇性。Di 等[26]利用“生物電子鼻”對辛烯醇和香芹酮分子進行區分。Huang[27]基于電子鼻檢測蘋果汁中愈創木酚的檢出限低于GC-MS的檢測限，其敏感度顯著高于GCMS。此外，Zhuang[28]建立 M/TS數組的多維分析模型，能根據采集足夠多的信息來辨別氣味，是在體內安裝生物嗅覺和人造設備的第一步。

3.3 機器味覺技術

機器味覺技術是一種模擬味覺感受機制的技術，一般稱為電子舌，通過傳感陣列采集化學物質的信號，經過計算機分析處理，給出物質的感官信息，主要用于中藥材及飲片滋味的辨識[29]。劉瑞新等[30]采用電子舌評價不同掩味劑對苦味中藥穿心蓮掩味的效果，探索電子舌用于評價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價的結論。Luo等[31]通過電子舌和支持向量機(SVM)對白豆蔻、白術、獨活、益智仁、姜黃5種中藥材進行基礎實驗評估，認為電子舌在區分和識別不同中藥材及對中藥材進行質量分析時有巨大潛力，并且支持向量機方法在區分選定的中藥材上具有良好的重復性和準確性。杜瑞超等[32]利用電子舌對具有苦、甜、酸、咸的22種常用中藥的水煎液進行檢測，利用主成分分析法和判別因子分析法對采集信號進行分析處理，最終得出電子舌能夠對中藥滋味進行精確區分辨識的結論。電子舌不僅能對藥材氣味進行客觀性評價，還可應用于中藥炮制過程中。炮制中火候是關鍵因素，氣味反應火候。電子舌可定性定量分析藥材味道，從而較好地控制炮制過程中火候，提高中藥材炮制質量[33]。

4 存在的問題及思考

由以上的研究可看出，機器視覺、嗅覺、味覺技術作為量化形色氣味的主要手段，已在中藥的質量評價中有所運用。和傳統經驗比較，其在客觀量化形色氣味方面有一定優勢，是對傳統經驗鑒別的一種有益補充。筆者在反復分析傳統經驗鑒別以及以上檢測技術的基礎上，發現存在以下問題:①傳統辨狀論質的局限在于不能量化中藥形、色、氣、味，對辨識人員的經驗要求較高，對大批藥材檢測則耗時費力。另外，對混合藥材如不同品種、不同年份無法有效辨別，尤其對辨識度不高的藥材的檢測顯得無力等；②基于數據化表達的品質檢測新技術建立在傳統方法上，其評價指標依賴于形色氣味。盡管具有快速、無損、準確率高等優點，但其儀器昂貴，檢測成本較高，應用的便捷性不如傳統經驗鑒別，普及較為困難；③目前關于形色氣味的研究，往往依靠某一種或兩種技術對形狀或顏色或氣味或味道展開實驗，而相互結合綜合評價或鑒別中藥材或飲片品質的較少，實驗研究更少，大多停留在構想階段[34]；④已經認識到形色氣味是中藥材或飲片內外質量的關聯點，但是對形色氣味對應的物質基礎，特別是氣味所對應的物質基礎研究較少。

通過對現有中藥材及飲片形色氣味研究的分析，筆者認為可開展機器視覺、嗅覺、味覺技術在中藥材及飲片的品質評價方面的方法學研究，以使檢測結果更加穩定。充分采集各個產區樣本的形色氣味數據，建立數據庫，引入化學計量學手段及模式識別的方法，整合形色氣味數據，形成完整的外觀性狀數據化模型，構建中藥材及飲片的識別系統。同時，以形色氣味作為切入點，重點考察與其相關的內在化學成分，并研究二者的相關性。

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在完成了系統的設計和初步調試之后，對系統進行了運行調試。在調試過程中，運行了6套數控系統(由于每臺機床均有2套數控系統，故實際運行了3臺機床)，在完成各個數控系統MiniWeb的配置后，連接服務器，機床運行，實際運行效果如圖5所示(以3#數控系統為例)。

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(責任編輯: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

四川省中醫藥管理局應用基礎研究項目(2014-F-075)；四川省大學生科研創新訓練計劃項目(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。

時間:2015-09-10 9:10

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