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摘 要： 基于近紅外光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)，建立半夏配方顆粒生產(chǎn)廠家及炮制方法的快速判別模型。采集不同生產(chǎn)廠家或不同炮制方法的半夏配方顆粒近紅外光譜，結(jié)合合格性測(cè)試方法，優(yōu)化建模參數(shù)，建立半夏配方顆粒的生產(chǎn)廠家及不同炮制方法快速判別模型。通過(guò)篩選適宜的光譜預(yù)處理方法及最優(yōu)建模參數(shù)，建立的模型能夠?qū)Π胂呐浞筋w粒的生產(chǎn)廠家及炮制方法進(jìn)行快速有效地區(qū)分，判別正確率均為100%。所建立的判別模型簡(jiǎn)便、無(wú)損、綠色、有效，為半夏炮制品配方顆粒鑒別及生產(chǎn)廠家快速區(qū)分提供了新的方法參考，同時(shí)也為近紅外光譜技術(shù)在中藥配方顆粒定性定量研究領(lǐng)域應(yīng)用的可行性進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞： 近紅外光譜法； 半夏配方顆粒； 炮制品； 合格性測(cè)試模型； 快速判別

 

半夏為天南星科植物半夏的干燥塊莖，夏、秋二季采挖，洗凈，除去外皮和須根，曬干。半夏具有燥濕化痰、降逆止嘔、消痞散結(jié)等功效，應(yīng)用于濕痰寒痰，咳喘痰多，痰飲眩悸等[1]。《中華人民共和國(guó)藥典》（2020年版）收載了3種半夏炮制品，即法半夏、姜半夏、清半夏[2]。法半夏所用輔料為甘草和生石灰，姜半夏所用輔料為生姜，清半夏所用輔料為白礬。通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，全國(guó)還有17個(gè)地方中藥飲片炮制規(guī)范對(duì)半夏的炮制方法、輔料和用量進(jìn)行了規(guī)定。皂角、薄荷、陳皮、竹瀝液等也被作為炮制半夏的輔料[3]，半夏炮制品還有竹瀝半夏和半夏曲等。

生半夏味辛辣，麻舌而刺喉，有毒，因此臨床上一般使用其炮制品，主要含有生物堿、甾醇類、有機(jī)酸、多糖等化學(xué)成分，主要活性成分為生物堿，具有止咳平喘、抗炎、抗腫瘤、止嘔等藥理作用[3]。清半夏長(zhǎng)于燥濕化痰，多用于濕痰咳嗽、胃脘痞滿等，主要含有生物堿、核苷、淀粉、纖維素、氨基酸等化學(xué)成分，其中核苷類成分是抗感染的主要活性成分；姜半夏長(zhǎng)于溫中化痰和止嘔降逆，多用于寒飲嘔吐、脾胃虛寒嘔吐和溫?zé)嵝透文懖?，主要包括揮發(fā)油、黃酮類、多糖類、生物堿、甾醇類、萜烯類化合物等化學(xué)成分（主要活性成分揮發(fā)油）；法半夏長(zhǎng)于祛寒痰和調(diào)和脾胃，多用于痰多咳嗽、痰涎壅盛和治療新型冠狀病毒感染肺炎的方劑中[4]，主要包括生物堿、多糖、黃酮類、揮發(fā)油等化學(xué)成分[5]（主要活性成分為生物堿）。半夏及其炮制品生物堿含量依次為生半夏>法半夏>姜半夏>清半夏。綜上所述，半夏的炮制品雖均有治療寒痰咳嗽的功效，但在化學(xué)成分及應(yīng)用中均有一定差異，因此在鑒別與使用過(guò)程中應(yīng)注意區(qū)分，不宜相互混用。同時(shí)，為防止假冒樣品，方便市場(chǎng)部門(mén)的監(jiān)管，建立一廠一標(biāo)的快速篩查模型，對(duì)不同廠家的樣品進(jìn)行區(qū)分，是保證公眾用藥安全的重要途徑[6?7]。綜上，建立快速有效的半夏配方顆粒不同生產(chǎn)廠家或不同炮制方法的判別模型，能夠?qū)Π胂呐浞筋w粒的質(zhì)量進(jìn)行全面、快速、有效的篩查，為市場(chǎng)監(jiān)管提供技術(shù)支撐。

中藥配方顆粒作為我國(guó)中藥傳統(tǒng)湯劑劑型積極“轉(zhuǎn)型”的適配產(chǎn)物[8] ，具有服用簡(jiǎn)單、攜帶方便、療效可靠等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)防治疫病中起到了重要的作用。對(duì)于傳統(tǒng)中藥材及飲片來(lái)講，其真?zhèn)渭百|(zhì)量考察的方法主要有性狀、鑒別、檢查與含量測(cè)定，而對(duì)于同一中藥不同炮制品的鑒別，主要通過(guò)性狀、薄層色譜、特征圖譜、指紋圖譜等方式。以上方法雖然適用范圍廣、專屬性強(qiáng)，但也相對(duì)耗時(shí)耗力，受到人員、儀器設(shè)備、環(huán)境的制約，還可能對(duì)環(huán)境造成污染。同時(shí)，部分方法對(duì)炮制品鑒別效果不佳，尤其對(duì)于失去“外貌”特征的中藥配方顆粒，傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)鑒別，完全不能適用。

通過(guò)對(duì)半夏炮制品配方顆粒的地方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行查閱與研究發(fā)現(xiàn)，可知半夏炮制品配方顆粒標(biāo)準(zhǔn)主要為：性狀、薄層色譜、特征圖譜、水麥冬酸檢查、浸出物以及顆粒劑檢查項(xiàng)等。其中，在薄層色譜鑒別中，法半夏配方顆粒對(duì)照為甘草次酸；清半夏配方顆粒對(duì)照為精氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸；姜半夏配方顆粒對(duì)照為半夏對(duì)照藥材、干姜對(duì)照藥材。在特征圖譜中，法半夏配方顆粒對(duì)照品為鳥(niǎo)苷、尿苷、色氨酸、甘草素、甘草酸；清半夏配方顆粒對(duì)照品為鳥(niǎo)苷、尿苷、色氨酸；姜半夏配方顆粒對(duì)照品為鳥(niǎo)苷、尿苷、色氨酸、6-姜辣素。綜上，在法半夏配方顆粒的薄層及特征圖譜中，均對(duì)甘草中的部分指標(biāo)進(jìn)行了考察，而姜半夏配方顆粒中，均在對(duì)半夏進(jìn)行鑒別的基礎(chǔ)上，也對(duì)生姜的部分成分進(jìn)行了測(cè)定。說(shuō)明半夏炮制品配方顆粒地方質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，均針對(duì)半夏炮制的輔料進(jìn)行檢查，以此對(duì)不同方法的炮制品配方顆粒進(jìn)行區(qū)分，但上述方法具有一定的局限性，并且耗時(shí)耗力、成本高、周期長(zhǎng)、對(duì)色譜柱及儀器要求較高。與此同時(shí)，以上方法也不能快速區(qū)分鑒別不同廠家的半夏配方顆粒。

近年來(lái)，近紅外光譜技術(shù)以其分析速度快、分析成本低、操作簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)[9?11] ，在石油、化工、藥品等領(lǐng)域，被廣泛應(yīng)用。一些專家學(xué)者也嘗試將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于配方顆粒的定性[12?14] 、定量[15?17]分析中。綜上，應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)，以市場(chǎng)上流通較為廣泛的清半夏配方顆粒和法半夏配方顆粒作為研究對(duì)象，建立半夏配方顆粒炮制方法與生產(chǎn)廠家的快速判別模型。通過(guò)模型的建立與驗(yàn)證，對(duì)未知樣品進(jìn)行比較，可快速準(zhǔn)確地獲取半夏配方顆粒的炮制及生產(chǎn)廠家信息，可視化表征半夏配方顆粒的基本情況，為半夏配方顆粒的臨床用藥，安全、穩(wěn)定、可靠，提供保障，也為失去傳統(tǒng)飲片外形的配方顆粒的快速鑒別提供了方法參考。

 

1. 實(shí)驗(yàn)儀器與樣品

 

1.1 主要儀器與樣品

近紅外光譜儀：MPA型，帶OPUS軟件，德國(guó)布魯克公司。

市場(chǎng)上，目前有清半夏、法半夏、姜半夏，以及竹瀝半夏4種半夏炮制品生產(chǎn)的配方顆粒。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用布魯克近紅外光譜對(duì)收集到的5家企業(yè)的17批樣品進(jìn)行測(cè)定。其中，其中清半夏配方顆粒9批，法半夏配方顆粒8批，樣品信息見(jiàn)表1。

表1   樣品信息

Tab. 1   Sample information

 

1.2 儀器工作條件

掃描范圍：3 600～12 500 cm-1；掃描次數(shù)：64次；分辨率：16 cm-1 。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

（1）采集樣品。將1.1中樣品分別置于石英樣品杯中，每批樣品重復(fù)取樣2次，每次取樣重復(fù)采集光譜5張，以增加建模樣本量，提升模型穩(wěn)定性。

（2）建立模型。分別以原始光譜及不同方法預(yù)處理后的近紅外光譜結(jié)合合格性測(cè)試模型，建立相應(yīng)的判別模型，并篩選最優(yōu)建模參數(shù)。

（3）驗(yàn)證模型。最后通過(guò)預(yù)測(cè)集樣品，對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證，評(píng)價(jià)優(yōu)化后的建模參數(shù)，驗(yàn)證模型的判別性能。

 

2. 結(jié)果與討論

 

2.1 清半夏、法半夏配方顆粒近紅外原始光譜圖

不同生產(chǎn)廠家或不同炮制方法的半夏配方顆粒近紅外光譜之間差異微小，光譜重疊較為嚴(yán)重，難以通過(guò)肉眼對(duì)其生產(chǎn)廠家與炮制方法進(jìn)行判斷，故而需要通過(guò)建立的合格性測(cè)試模型，對(duì)各樣品信息進(jìn)行快速、有效地判別。

 

2.2 模型的建立與驗(yàn)證

2.2.1 清半夏配方顆粒生產(chǎn)廠家合格性測(cè)試模型的建立與驗(yàn)證

將不同廠家的清半夏配方顆粒隨機(jī)劃分為參考集和預(yù)測(cè)集，分別以1#、2#、4#（廣東一方制藥有限公司）樣品光譜作為參考集，建立清半夏配方顆粒生產(chǎn)廠家判別模型；以3#（廣東一方制藥有限公司）樣品光譜對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證；5#、6#、7#（江陰天江藥業(yè)有限公司）、8#（四川新綠色藥業(yè)科技發(fā)展有限公司）、9#（甘肅佛慈紅日藥業(yè)有限公司）共5批樣品作為未知樣品，通過(guò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。首先以原始光譜進(jìn)行建模，將所有樣品光譜導(dǎo)入合格性測(cè)試模型?；谠脊庾V建立的模型未能將廣東一方制藥有限公司的樣品與其余廠家樣品進(jìn)行有效區(qū)分，這可能由于光譜差異較小、噪聲干擾嚴(yán)重等原因?qū)е?。分別采用5種光譜預(yù)處理方法（矢量歸一化、一階導(dǎo)數(shù)、一階導(dǎo)數(shù)加矢量歸一化、二階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)加矢量歸一化）對(duì)原始光譜預(yù)處理后建模，篩選最佳光譜預(yù)處理方法，同時(shí)對(duì)建模參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，選用全波長(zhǎng)掃描和兩段差異比較大的光譜參數(shù)范圍掃描，考察模型穩(wěn)定性和可靠性，最終選擇以一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化法預(yù)處理后的光譜建立最佳合格性測(cè)試模型，建模光譜波數(shù)為3 996～10 005.5 cm-1，平滑點(diǎn)為17，CI值為8，此時(shí)模型判別正確率為100%。不同生產(chǎn)廠家的清半夏配方顆粒在合格性測(cè)試模型中的CI值存在明顯差異。

在無(wú)光譜預(yù)處理及5種光譜預(yù)處理方法下，不同廠家清半夏配方顆粒的CI值范圍見(jiàn)表2。由表2可知，選用一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化光譜預(yù)處理技術(shù)后，廣東一方制藥有限公司清半夏配方顆粒的CI值在1.26～6.70范圍內(nèi)，江陰天江藥業(yè)有限公司清半夏配方顆粒的CI值為在17.55～22.67范圍內(nèi)，甘肅佛慈紅日藥業(yè)有限公司清半夏配方顆粒的CI值在28.94～31.44范圍內(nèi)，四川新綠色藥業(yè)科技發(fā)展有限公司清半夏配方顆粒的CI值在51.34～53.95范圍內(nèi)，該技術(shù)下CI值差距最大，即選用一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化預(yù)處理技術(shù)結(jié)合合格性測(cè)試得到的最優(yōu)模型，能夠?qū)η灏胂牟煌瑥S家的配方顆粒進(jìn)行有效地區(qū)分，這可能由于該光譜預(yù)處理放大了不同廠家清半夏配方顆粒之間的差異性信息，消除了由于光程變化等對(duì)光譜產(chǎn)生的影響，提高了所建模型的預(yù)測(cè)能力，模型判別正確率為100%。

表2   不同廠家清半夏配方顆粒的CI值范圍

Tab. 2   CI value range of Pinellia formula granules from different manufacturers

 

2.2.2 法半夏配方顆粒生產(chǎn)廠家合格性測(cè)試模型的建立與驗(yàn)證

將10#、11#、12#（廣東一方制藥有限公司）樣品光譜作為參考集，建立法半夏配方顆粒生產(chǎn)廠家判別模型。

以13#（廣東一方制藥有限公司）樣品光譜對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，17#（江陰天江藥業(yè)有限公司）、16#（四川新綠色藥業(yè)科技發(fā)展有限公司）、15#（甘肅佛慈紅日藥業(yè)有限公司）、14#（北京同仁堂藥業(yè)有限公司）共5批樣品作為未知樣品，通過(guò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。最終選擇以一階導(dǎo)數(shù)預(yù)處理后的光譜建立最佳合格性測(cè)試模型。建模光譜波數(shù)范圍為3 996～10 005.5 cm-1，平滑點(diǎn)為17，CI值為4.8。不同生產(chǎn)廠家法半夏配方顆粒合格性測(cè)試模型見(jiàn)圖3。從圖3中可直觀地看出，不同廠家的法半夏配方顆粒的CI值存在明顯差異。5家不同生產(chǎn)廠家法半夏配方顆粒CI值范圍見(jiàn)表3。

Fig. 3   Test model of granule qualification of Pinellia formulae formulated by different manufacturers

1—廣東一方制藥有限公司；2—甘肅佛慈紅日藥業(yè)有限公司；3—江陰天江藥業(yè)有限公司；4—北京同仁堂藥業(yè)有限公司；5—四川新綠色藥業(yè)科技發(fā)展有限公司；圖 3　不同生產(chǎn)廠家法半夏配方顆粒合格性測(cè)試模型

 

表3   不同廠家法半夏配方顆粒的CI值范圍

Tab. 3   CI value range of Pinellia formula granules from different manufacturers

 

由表3可知，選用一階導(dǎo)數(shù)預(yù)處理技術(shù)結(jié)合合格性測(cè)試得到的最優(yōu)模型，能夠?qū)Ψò胂牟煌瑥S家的配方顆粒進(jìn)行有效地區(qū)分，這可能是由于該光譜預(yù)處理放大了不同廠家法半夏配方顆粒間的差異性信息，從而提高了所建模型的預(yù)測(cè)能力，模型判別正確率為100%。

2.2.3 半夏配方顆粒不同炮制方法合格性測(cè)試模型的建立與驗(yàn)證

將清半夏配方顆粒 3#、4#（廣東一方制藥有限公司）、5#、6#、7#（江陰天江藥業(yè)有限公司）、8（四川新綠色藥業(yè)科技發(fā)展有限公司）、（甘肅佛慈紅日藥業(yè)有限公司）樣品光譜作為參考值，建立半夏配方顆粒不同炮制方法判別模型。以清半夏配方顆粒1#、2#（廣東一方制藥有限公司）樣品光譜對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，法半夏配方顆粒 10#、11#、12#、13#（廣東一方制藥有限公司）、14#（北京同仁堂藥業(yè)有限公司）、15#（甘肅佛慈紅日藥業(yè)有限公司）、16#（四川新綠色藥業(yè)科技發(fā)展有限公司）、17#（江陰天江藥業(yè)有限公司）共8批樣品作為未知樣品，通過(guò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。最終選擇以一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化法預(yù)處理后的光譜建立最佳合格性測(cè)試模型。建模光譜波數(shù)范圍為3 996～10 005.5 cm-1，平滑點(diǎn)為17，CI值為 4.7。

炮制方法不同的半夏配方顆粒合格性測(cè)試模型見(jiàn)圖4。從圖4中可直觀地看出，不同炮制方法半夏配方顆粒的CI值存在明顯差異。

圖4   炮制方法不同的半夏配方顆粒合格性測(cè)試模型

Fig. 4   Qualification test models of pinellia formula granules with different processing methods

不同炮制方法下半夏配方顆粒的CI值范圍見(jiàn)表4。

表4   不同炮制方法半夏配方顆粒的CI值范圍

Tab. 4   CI value range of Pinellia formula granules with different processing methods

 

從表4可以看出，選用一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化法預(yù)處理技術(shù)結(jié)合合格性測(cè)試得到的最優(yōu)模型，CI值差最大，能夠?qū)Π胂牟煌谥品椒ǖ呐浞筋w粒進(jìn)行有效區(qū)分，這可能是由于該光譜預(yù)處理放大了不同炮制方法半夏配方顆粒之間的差異性信息，消除了由于光程變化等對(duì)光譜產(chǎn)生的影響，從而提高了所建模型的預(yù)測(cè)能力，模型判別正確率為100%。

2.3 建模結(jié)果與分析

針對(duì)半夏不同廠家及不同炮制品的配方顆?？偣步⒘?個(gè)模型，分別是清半夏配方顆粒生產(chǎn)廠家合格性測(cè)試模型、法半夏配方顆粒生產(chǎn)廠家合格性測(cè)試模型、半夏配方顆粒不同炮制方法合格性測(cè)試模型，具體建模參數(shù)結(jié)果與分析見(jiàn)表5。

表 5   建模結(jié)果與分析

Tab. 5   Modeling results and analysis

由表5可知，3種模型均采用選用一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸一化法預(yù)處理技術(shù)，光譜波數(shù)均為3 996～10 005.5 cm-1，平滑點(diǎn)均為17，CI值為4.7~8，模型判別正確率均為100%。通過(guò)建立模型，可以快速、有效、無(wú)損、綠色地對(duì)半夏不同廠家及不同炮制品的配方顆粒進(jìn)行鑒別與判斷。

 

3. 結(jié)論

 

對(duì)于不同生產(chǎn)廠家或炮制方法不同的半夏配方顆粒而言，所使用的主藥和輔料的質(zhì)量、種類及制備工藝均具有一定的差異。近紅外光譜結(jié)合合格性測(cè)試方法所建立的半夏配方顆粒生產(chǎn)廠家及炮制方法快速判別模型，可以對(duì)生產(chǎn)廠家及炮制方法不同的配方顆粒樣品進(jìn)行快速有效的區(qū)分，也可對(duì)同一廠家生產(chǎn)樣品的一致性及批間差異進(jìn)行考察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于近紅外光譜技術(shù)結(jié)合合格性測(cè)試模型，能夠?qū)Π胂牟煌瑥S家和不同炮制品（清半夏或法半夏）生產(chǎn)的配方顆粒，進(jìn)行快、準(zhǔn)、精的判別，判別正確率為100%。近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于半夏不同廠家及炮制方法生產(chǎn)的配方顆?？焖勹b別，不僅操作簡(jiǎn)單、分析速度快捷，鑒別周期比其他常見(jiàn)檢測(cè)方法短，而且環(huán)保無(wú)損成本低，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半夏不同廠家及炮制方法的配方顆粒有效鑒別，減少傳統(tǒng)檢測(cè)方法所帶來(lái)的人力、物力等資源的消耗。研究所用的近紅外光譜快速鑒別方法為其他中藥配方顆粒的快速鑒別提供了參考，也可將此方法用于其他中藥制劑新領(lǐng)域的快速鑒別。

近紅外光譜結(jié)合合格性測(cè)試模型能夠?qū)ε浞筋w粒的質(zhì)量、炮制與否等信息，進(jìn)行初步的篩查，也為近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于其他配方顆粒炮制品的質(zhì)量、真?zhèn)?、穩(wěn)定性等研究奠定了基礎(chǔ)?；诮t外光譜快速、便攜、無(wú)損的特性，該技術(shù)適用于配方顆粒生產(chǎn)中，各環(huán)節(jié)的質(zhì)量在線監(jiān)控與實(shí)時(shí)控制，為配方顆粒的質(zhì)量穩(wěn)定可靠、均一可控，提供技術(shù)保障。近紅外光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)建立相關(guān)的定性定量分析模型，能夠?yàn)樘嵘浞筋w粒生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，減少不合格產(chǎn)品的出現(xiàn)，提供助力。

 

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引用本文： 何懷情，蘇蕊，朱旭江，等 . 基于近紅外光譜的半夏配方顆?？焖倥袆e模型的建立［J］. 化學(xué)分析計(jì)量，2024，33（12）：107. (HE Huaiqing, SU Rui, ZHU Xujiang, et al. Establishment of rapid identification model of Pinellia formula granules based on near infrared spectroscopy[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(12): 107.)