近红外光谱法鉴别常见海洋贝壳类中药饮片的研究(1)
[摘要]该研究以《中国药典》收载的5种海洋贝壳类中药饮片为研究对象，采用近红外光谱技术并结合主成分分析法研究该类饮片的鉴别。结果表明，该法能很好地区分牡蛎、石决明、珍珠母，但蛤壳与瓦楞子没有得到区分；牡蛎与其他样品在第一主成分上有明显区别，其中4 236，5 263，7 142 cm-1等处载荷系数较大，提示第一主成分可能与药材中碳酸钙、水分含量等有关；蛤壳及瓦楞子与其他样品在第二主成分上有较大差异，其中5 000～ 4 430 cm-1等处载荷对此贡献较大，提示第二主成分可能与药材中含NH，CH基团的蛋白质等有机物密切相关。分析贝壳类药材的功效与其在近红外光谱PCA分析图中分布的相关性，发现两者较为一致。蛤壳与瓦楞子均为化痰止咳药，在PCA分析图中位于相同区域；牡蛎、石决明和珍珠母同为平肝潜阳药，但石决明与珍珠母均能明目，在PCA分析图中相距较近；牡蛎具软坚散结之功，在PCA分析图中与前两者有较大差距。以上结果提示，有机质小分子是海洋贝壳类中药不可忽略的重要药效物质基础。
[关键词]贝壳类中药；海洋中药；近红外光谱技术；主成分分析；谱效关系
, http://www.100md.com
贝壳类中药是指来源于软体动物门，药用部位为贝壳的一类中药。贝壳类中药是海洋中药的重要组成部分，在《中国药典》2010年版收载的12种海洋中药(牡蛎、石决明、珍珠母、瓦楞子、蛤壳、海藻、昆布、北沙参、海龙、海马、珍珠、海螵蛸)中就有5种为贝壳类中药。由于贝壳是软体动物的外骨骼，故该类中药的化学成分具有共同特征，即含有95%左右的无机物碳酸钙[1]。目前我国药典就是以碳酸钙含量为指标，进行贝壳类药材和饮片的质量控制。在实际生活中，市售贝壳类饮片多为粉末或细小薄片状，因此难以采用性状鉴别、一般理化鉴别等方法进行准确鉴定。
近红外光谱技术(near infrared spectroscopy，NIRS)是近年来发展较迅速的一种快速分析技术，有着光谱获取速度快、样品无需复杂预处理、操作简便、成本低等优点，目前在药物、食品、农产品等多个领域有着广泛应用[2-5]。该技术的主要原理是近红外光能反映含氢基团振动的倍频和组合频吸收，可用于含氢基团的有机物分析。由于无机物在近红外谱区吸收较弱且较难解释，因此对于无机物的分析少见报道[6-7]。
, 百拇医药
生物矿化学研究表明，贝壳实际是一种排列有序的天然有机-无机复合材料。例如在珍珠层中，薄层有机质充填于无机相之间，层间有机质具三明治式夹心结构，中间为几丁质，外夹疏水的丝心蛋白质和亲水的酸性蛋白质[1，8-9]。去除碳酸钙后的研究表明，贝壳有机质含量可占壳干重的0.3%～5%，由蛋白质、多糖或糖蛋白、磷蛋白、类胡萝卜素等组成[9]。基于贝壳成分的报道，本文以药典收载的5种海洋贝壳类中药饮片为研究对象，采用近红外光谱技术并结合主成分分析法研究该类饮片的鉴别。
1 材料
DS 2500型近红外分析仪(丹麦福斯公司)；YP30001型电子天平(上海越平科学仪器有限公司)；FW 100型高速万能粉碎机(天津泰斯特仪器有限公司)；101-2AB型电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)。
牡蛎(生)饮片16批次、石决明(生)饮片9批次、珍珠母(生)饮片12批次、瓦楞子(生)饮片5批次、蛤壳(生)饮片9批次均购自全国各地药店(表1)，凭证保存于中国海洋大学医药学院生药标本室。采用The unscrambler 9.7分析软件进行统计学研究。
, 百拇医药
2 方法与结果
2.1 样品的预处理
分别取各批次样品，粉碎后过6号筛(《中国药典》标准检验筛，孔径0.150 mm)；烘箱60 ℃干燥3 h后，干燥器保存，供近红外光谱分析。
2.2 近红外数据采集
分别取各批次样品30 g，放入近红外光谱分析仪的样品池中，轻摇使均匀分布，将金属盖轻置于样品池之上，以保证各样品的装样条件一致[10]。采集参数：光谱分辨率0.5 nm，扫描区间1 100～2 500 nm，检测器为硫化铅检测器，每1 min扫描7个子样，光谱采集方式为漫反射。每批次样品采集3张图谱，求取平均光谱用于数据的处理。
2.3 近红外数据处理
, 百拇医药 2.3.1 数据预处理 由于该类药材95%左右的成分都是碳酸钙等无机盐，5种海洋贝壳类中药饮片的近红外原始光谱图极其相似(图1)，提示仅仅通过原始光谱难以进行定性鉴别。继而采用标准正则变换SNV[11]，二阶导数+Norris 3点平滑方法[12]对数据进行处理，发现谱图信息量显著增强，差异增大(图2)。
在PC1载荷图(图4 A)中可以看出，4 236，5 263，7 142 cm-1等处的载荷系数很大，主要影响第一主成分的抽取；其中，4 236 cm-1贡献最大，该处为CO32-的倍频振动[2]；7 142 ，5 263 cm-1分别为OH的一级倍频区和组合频区[2]，与样品所含的水分、多羟基化合物等成分相关。以上结果提示，第一主成分分析与药材中碳酸钙、水分含量密切相关。在PC2载荷图(图4 B)中，5 000～ 4 430 cm-1载荷贡献较大，该区域主要为NH，CH的组合频区[2]，推测第二主成分主要反映贝壳类药材中含上述基团的蛋白质等有机物的信息。
3 讨论
关于海洋贝壳类中药的鉴定，如果是完整药材很容易通过性状鉴别进行区分。但市售饮片为了煎煮方便，常常将该类药材打成细粉或是小薄片，此时这些粉状药材性状相似，主要化学成分相同，很难准确鉴定。本文利用近红外光谱技术对常见5种贝壳类样品进行分析，并结合主成分分析法处理数据，发现采用该法能很好地区分牡蛎、石决明、珍珠母，其中牡蛎与其他贝类药材差异最大；但本实验条件下蛤壳与瓦楞子没有得到区分。, 百拇医药(杨文哲 宫会丽 秦玉华 李玥嬴 杨雪 杨宁 管华诗 刘红兵)
[关键词]贝壳类中药；海洋中药；近红外光谱技术；主成分分析；谱效关系
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贝壳类中药是指来源于软体动物门，药用部位为贝壳的一类中药。贝壳类中药是海洋中药的重要组成部分，在《中国药典》2010年版收载的12种海洋中药(牡蛎、石决明、珍珠母、瓦楞子、蛤壳、海藻、昆布、北沙参、海龙、海马、珍珠、海螵蛸)中就有5种为贝壳类中药。由于贝壳是软体动物的外骨骼，故该类中药的化学成分具有共同特征，即含有95%左右的无机物碳酸钙[1]。目前我国药典就是以碳酸钙含量为指标，进行贝壳类药材和饮片的质量控制。在实际生活中，市售贝壳类饮片多为粉末或细小薄片状，因此难以采用性状鉴别、一般理化鉴别等方法进行准确鉴定。
近红外光谱技术(near infrared spectroscopy，NIRS)是近年来发展较迅速的一种快速分析技术，有着光谱获取速度快、样品无需复杂预处理、操作简便、成本低等优点，目前在药物、食品、农产品等多个领域有着广泛应用[2-5]。该技术的主要原理是近红外光能反映含氢基团振动的倍频和组合频吸收，可用于含氢基团的有机物分析。由于无机物在近红外谱区吸收较弱且较难解释，因此对于无机物的分析少见报道[6-7]。
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生物矿化学研究表明，贝壳实际是一种排列有序的天然有机-无机复合材料。例如在珍珠层中，薄层有机质充填于无机相之间，层间有机质具三明治式夹心结构，中间为几丁质，外夹疏水的丝心蛋白质和亲水的酸性蛋白质[1，8-9]。去除碳酸钙后的研究表明，贝壳有机质含量可占壳干重的0.3%～5%，由蛋白质、多糖或糖蛋白、磷蛋白、类胡萝卜素等组成[9]。基于贝壳成分的报道，本文以药典收载的5种海洋贝壳类中药饮片为研究对象，采用近红外光谱技术并结合主成分分析法研究该类饮片的鉴别。
1 材料
DS 2500型近红外分析仪(丹麦福斯公司)；YP30001型电子天平(上海越平科学仪器有限公司)；FW 100型高速万能粉碎机(天津泰斯特仪器有限公司)；101-2AB型电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)。
牡蛎(生)饮片16批次、石决明(生)饮片9批次、珍珠母(生)饮片12批次、瓦楞子(生)饮片5批次、蛤壳(生)饮片9批次均购自全国各地药店(表1)，凭证保存于中国海洋大学医药学院生药标本室。采用The unscrambler 9.7分析软件进行统计学研究。
, 百拇医药
2 方法与结果
2.1 样品的预处理
分别取各批次样品，粉碎后过6号筛(《中国药典》标准检验筛，孔径0.150 mm)；烘箱60 ℃干燥3 h后，干燥器保存，供近红外光谱分析。
2.2 近红外数据采集
分别取各批次样品30 g，放入近红外光谱分析仪的样品池中，轻摇使均匀分布，将金属盖轻置于样品池之上，以保证各样品的装样条件一致[10]。采集参数：光谱分辨率0.5 nm，扫描区间1 100～2 500 nm，检测器为硫化铅检测器，每1 min扫描7个子样，光谱采集方式为漫反射。每批次样品采集3张图谱，求取平均光谱用于数据的处理。
2.3 近红外数据处理
, 百拇医药 2.3.1 数据预处理 由于该类药材95%左右的成分都是碳酸钙等无机盐，5种海洋贝壳类中药饮片的近红外原始光谱图极其相似(图1)，提示仅仅通过原始光谱难以进行定性鉴别。继而采用标准正则变换SNV[11]，二阶导数+Norris 3点平滑方法[12]对数据进行处理，发现谱图信息量显著增强，差异增大(图2)。
在PC1载荷图(图4 A)中可以看出，4 236，5 263，7 142 cm-1等处的载荷系数很大，主要影响第一主成分的抽取；其中，4 236 cm-1贡献最大，该处为CO32-的倍频振动[2]；7 142 ，5 263 cm-1分别为OH的一级倍频区和组合频区[2]，与样品所含的水分、多羟基化合物等成分相关。以上结果提示，第一主成分分析与药材中碳酸钙、水分含量密切相关。在PC2载荷图(图4 B)中，5 000～ 4 430 cm-1载荷贡献较大，该区域主要为NH，CH的组合频区[2]，推测第二主成分主要反映贝壳类药材中含上述基团的蛋白质等有机物的信息。
3 讨论
关于海洋贝壳类中药的鉴定，如果是完整药材很容易通过性状鉴别进行区分。但市售饮片为了煎煮方便，常常将该类药材打成细粉或是小薄片，此时这些粉状药材性状相似，主要化学成分相同，很难准确鉴定。本文利用近红外光谱技术对常见5种贝壳类样品进行分析，并结合主成分分析法处理数据，发现采用该法能很好地区分牡蛎、石决明、珍珠母，其中牡蛎与其他贝类药材差异最大；但本实验条件下蛤壳与瓦楞子没有得到区分。, 百拇医药(杨文哲 宫会丽 秦玉华 李玥嬴 杨雪 杨宁 管华诗 刘红兵)