仿生技术应用于太子参的气味研究进展

闫景辉 余银芳 李 泽 马绍龙 钟地长 胡俊杰

太子参为石竹科植物孩儿参Pseudostellariaheterophylla(Miq.) Pax ex Pax et Hoffm.的干燥块根，有益气健脾、生津润肺的功效，临床上常用于治疗脾虚、乏力、食欲不振、病后虚弱、气阴两虚等症[1]。因其具有良好的补益作用，被广泛应用于中成药的开发研究，其中最具代表性的产品有健胃消食片、复方太子参口服液、复方太子参颗粒等[2]。

太子参作为一味大宗药材，早已经形成了以辨状论质做先导[3]，以产地为佐证，以生长期、贮藏期为依据，以安全有效为根本的评判产品品质的经验方法。传统“辨状论质”通过目视、嗅觉、口尝等方式具有较强的个人主观性，不能精确地判断药材整体质量[4]。因此将仿生技术应用于太子参的质量控制研究是有必要的，它以传统中药质量控制指标为基础，一方面着眼于太子参所含的重要化学成分(如环肽类、多糖、皂苷等)的含量测定，其次可以从现代化传感器等新技术方面对太子参质量进行更为精确快捷的把控。

1 现代仿生技术

仿生视觉系统又名机器视觉系统，是利用计算机技术模拟人的视觉功能，一般被称为电子眼；仿生嗅觉系统也称为电子鼻，是能够感知和识别气味的电子系统；仿生嗅觉系统也称为电子舌，是20世纪后期发展起来的一种可分析、识别液体成分的智能仪器，主要由传感器阵列、信号处理和模式识别系统组成。

四气五味是中药最重要的药性理论之一[5]，应用现代仿生技术阐释中药性味的科学内涵是中药现代化研究的重要内容。随着各种新型传感器不断发展，仿生嗅觉和味觉系统在中医药领域得到了广泛应用。

电子鼻常用来研究含有较强挥发性物质的中药[6,7]，现已建立利用电子鼻研究中药挥发性成分的气味来评估中药质量的方法[6，8-12]，比如对特定中药气味的识别，找出不同气味之间的差异和相关性，建立相应的气味指纹图谱[13-17]；针对同种药材的不同产区[11,18]、采收时间[19]，电子鼻也可以根据其响应值做出判别，以此对多种中草药进行分类评价。电子舌常用来筛选掩味剂[20,21]、甜味剂等辅料[22,23]，研究中药中的味觉成分与其功效的关联时，可以用电子舌建立判别模型[24]。电子舌也根据中药的不同种类、不同产地建立相关味道的指纹图谱[25,26]，用于中药的质量控制研究。电子舌具有快速、低成本的优点，以藏红花中藏红花素含量的检测为例，建立的方法准确、高效，优于含量测定的方法去评价藏红花的质量[27]。

电子鼻和电子舌实现了“气”与“味”的客观表达，使气、味成为一个可量化的指标[28]，同时具有实时信息处理的特性，极大地方便了对不同分子结构成分的快速监测[29]，在客观表达和控制中药外观特征方面有着巨大的应用潜力[30]。

2 基于化学成分的研究

太子参的化学成分较为复杂[31]，但其质量控制主要集中一些指标性化合物的含量测定。目前从太子参中主要化学成分有：环肽类、多糖类、皂苷类、氨基酸类以及其他一些微量元素[32]。仿生技术则可利用这些化合物的味道或气味等特性进行更快捷的测定分析。

2.1 环肽类目前已报道的太子参中环肽类化合物有16种[33]，具有酪氨酸酶抑制活性[34]、控制慢性阻塞性肺炎[35]和免疫调节的作用[36]，这是目前太子参环肽类化合物研究的热点[37]。环肽类化合物是太子参苦味的来源之一，根据市面上已知的太子参提取物味觉值，利用电子舌进行矫味研究，改善其苦味，可以更有效地节约成本。

2.2 多糖类太子参中多糖化合物包括蔗糖、麦芽糖、葡聚糖PHP-A和PHP-B、α-槐糖等[38]。早在20世纪80—90年代，就从太子参中离得到蔗糖、麦芽糖及 α-槐糖等众多糖类[39,40]。现代药理研究发现，太子参多糖可通过调节血糖血脂功能来保护肾脏[41,42]，改善和治疗糖尿病及其并发症[43,44]，还具有抗应激和增强免疫的作用，如H-1-2多糖能明显增加细胞葡萄糖消耗和细胞葡萄糖摄取， H-1-2能增加肌肉和脂肪细胞对葡萄糖的摄取和利用[45-47]。太子参的多糖类成分是其“甘”味产生的主要原因，根据其中已知的多糖类成分，可运用现代仪器方法确定其浓度，之后利用电子舌模拟感官评价，确定其响应值，以响应值为指标建立判别模型，以达到有效区分不同产地太子参的目的。

2.3 皂苷类和氨基酸类皂苷类成分是中药的主要药效成分之一[48]。太子参的苷类化合物是其发挥抗病毒，抗疲劳、抗缺氧、抗应激、抗衰老、增强免疫等作用的有效成分[49,50]。

太子参中含有丰富的氨基酸，除人体必需的8种氨基酸外[38]，还有精氨酸、门冬氨酸、胱氨酸、脯氨酸、半胱氨酸等多种氨基酸，这些氨基酸对人体病后恢复以及消化等功能有良好的作用[49]，其中，精氨酸在临床上经常被用于治疗肝昏迷[51]。氨基酸含量也是太子参药材质量控制的重要指标之一[52]。皂苷类成分和氨基酸类是太子参“苦”味的物质基础。据研究报道，氨基酸中除苏氨酸和赖氨酸呈甜味外，其余都呈苦味。可利用电子舌对其进行感官评价研究，来进行科学矫味。

2.4 仿生技术在太子参质量上的应用电子传感技术已逐渐应用于太子参的现代研究中，但在技术成果方面，电子鼻技术比电子舌技术较成熟。

黄特辉等[53]采用电子鼻对不同产地、不同加工方式的太子参进行检测，依据气味特异性建立太子参不同产区的判别模型，为太子参的质量控制提供了新的思路；之后其利用顶空固相微萃取联用气相色谱-质谱技术与电子鼻技术融合测评，建立了太子参电子鼻分析测定方法，为电子鼻应用于太子参的质量控制研究奠定基础[54]。电子舌应用于太子参的质量控制研究鲜有文献材料，可能由于电子舌分析中药材的响应数据区分不理想，这类问题需要进一步深入研究解决[55]。

3 总结与展望

传统质检技术在太子参的质量控制应用较为完善，这些方法提供了太子参中活性药物成分的准确识别和定量，但不能提供单个成分的空间分布信息。因此，在太子参传统质量控制的基础上，新技术应用于其质量控制的研究也应运而生，质量控制方法与前景有诸多的可能性。例如：传感器领域的一个新趋势是将多维传感器与先进的信息处理策略相结合，如近红外(NIR)、电子鼻(EN)、电子舌(ET)和化学成像(CI)。这些新型传感器具有快速、简便、价格低廉等特点，逐渐成为中药鉴别和质量控制的有效手段。

电子鼻和电子舌逐渐地结合或取代传统的感官分析技术，包括感官面板、光谱感官分析等。其产品特性更贴合中药的香气和基质较为简单的特性[56]。电子感官在中药分析实践中的应用，如在药物配制、质量控制、味觉掩蔽、溶出度检测等方面的应用，正逐渐成为一种现实的前景。作者认为仿生技术应该和其他已成熟的技术分析评价方法联合应用，比如SPME-GC-MS，摸索其使用的最佳条件，做到精确和快速地分析，逐步成为一种替代耗时、复杂分析技术的方法[57]。

目前电子鼻和电子舌在食品工业中被广泛应用于典型的质量控制[58]，但将其应用于中药质量控制的报道还很有限。但其作为近年来化学传感器科学中的新兴领域，具有广阔的应用前景。随着研究的深入与仿生技术的发展，其应用于太子参等中药的质量控制也在逐渐完善和发展起来，势必为中药质量控制的研究工作者提供更可靠的参考和依据。本课题组拟在此研究的基础上，进一步分析太子参的“气”与“味”及其物质基础，以更深入研究，建立太子参电子舌指纹图谱，快速区分不同产区的太子参，以及相关品种真伪优劣的鉴别。