近红外光谱技术在中药质量监控中的研究进展

摘要 我国是中药用药大国，但我国的中药市场混乱，劣质、掺假事件时有发生。建立一种快速、高效的中药质量鉴别方法是改善中药市场混乱现状的有效方法。近红外光谱技术以快速、高效、便捷、无污染等优势受到中药行业研究者的青睐，目前已广泛运用于中药材的鉴别、定量分析以及在线监控等多个领域。综述了近年来近红外光谱技术在中药质量控制中的研究进展，以期为后续研究奠定基础。

关键词 中药材;近红外光谱技术;质量监控

中图分类号 R288  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）01-0008-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.002

Research Progress of Near Infrared Spectroscopy in Quality Control of Traditional Chinese Medicine

HU Yang1， LI Xian-zhi1，2， LIU Yang1 et al

（1.Jing Brand Co.， Ltd.，Daye，Hubei 435100;2.Hubei Provincial Key Lab for Quality and Safety of Traditional Chinese Medicine Health Food，Daye，Hubei  435100）

Abstract China is a big country in the use of traditional Chinese medicines， but China traditional Chinese medicine market is chaotic， and incidents of inferior quality and adulteration occur from time to time. Establishing a fast and efficient method for identifying the quality of Chinese medicine is an effective way to improve the current chaotic situation of the Chinese medicine market. Near-infrared spectroscopy technology is favored by researchers in the traditional Chinese medicine industry due to its advantages of speed， efficiency， convenience， and pollution free. It has been widely used in many fields such as identification， quantitative analysis， and online monitoring of traditional Chinese medicines. The research progress of near-infrared spectroscopy in the quality control of traditional Chinese medicine in recent years is reviewed in order to lay the foundation for follow-up research.

Key words Chinese medicinal materials;Near-infrared spectroscopy technology;Quality monitoring

基金项目 湖北省科技计划项目（2018ACA125）。

作者简介 胡杨（1993—），男，湖北大冶人，硕士研究生，研究方向：产品质量控制。

通信作者，硕士，从事产品质量控制研究。

收稿日期 2021-04-20

我国是中药种植生产消费大国，具有悠久的中药用药历史。中药是我国的传统药物，在防病治病中扮演着重要角色，而中药质量的控制是保证中药安全和发挥疗效作用的前提。随着科技的快速发展，各种新技术、新手段不断应用于传统中药生产与质量控制。中药质量控制的方法有液相色谱法、气相色谱法、紫外分光光度法、薄层色谱法等，但这些方法通常需要花费大量时间用于样品处理，不能同步于中药的生产过程，具有一定的滞后性。近年来，以近红外光谱技术（near infrared reflectance spectroscopy，NIRS）为代表的中药检测分析技术被广泛运用于中药质量控制。近红外光谱技术是一种把化学计量学算法与近红外光谱检测技术融合到一起，利用有机化学物质在近红外谱区内的光学特性快速判定物质化学组分及测定含量的光谱技术[1-2]。该技术具有操作简单、快速分析、无污染以及在线控制等优势，最重要的是可以直接对样品进行测定，基本不需对样品进行处理或仅需简单的处理，对于解决中药质量控制的滞后问题具有明显的优势。因此，近红外光谱技术在中药的定性、定量分析以及在线控制方面得到广泛应用，在筛查假冒伪劣药材中发挥着越来越重要的作用。笔者就近红外光谱技术在中药定性分析、定量分析、在线监控3个方面进行综述，以期为后续研究奠定基础。

1 近红外光谱技术在中药定性分析方面的研究与应用

对中药材的定性鉴别是保障中药材质量的主要手段之一，如何快速有效地鉴别出中药材的产地、真伪等信息是中药材质量控制过程中急需解决的问题。传统的鉴别方法存在耗时长、时效慢等缺陷，而近红外光谱分析技术在中药材定性鉴别方面因具有操作简单、快速、实时监测鉴别等优点而逐渐成为中药材定性鉴别的重要手段。

1.1 产地鉴别

我国中药材产地分布广泛，大多数中药材具有多个产地，同种药材在不同的产地会因气候及生长环境等因素影响呈现出不同的药用价值和疗效，因此中药材产地的鉴别是以确保中药疗效及用药安全为前提。对中药材产地的鉴别是近红外光谱技术的一大亮点，同传统鉴别技术相比，近红外光谱技术能够准确鉴别出中药材是否来源于道地药材产区。

高鸿彬等[3]采用近红外光谱技术对不同产地的覆盆子药材进行检测，通过结合聚类分析、相似度计算和主成分分析多种模式识别技术对样品进行定性分析，实现了不同产地覆盆子药材的快速无损鉴别。马天翔等[4]利用近红外漫反射光谱技术并结合二阶导数光谱、化学计量学技术，快速鉴别5个不同产地的锁阳，结果表明该方法可以准确鉴别出不同产地的锁阳，同时也研究出了区分不同产地锁阳的差异波数。姜亦南等[5]采用傅里叶变换近红外光谱法结合SIMCA模式识别技术对10个不同产地共50批次的三七样品进行了产地鉴别，建立的模型对样品的识别率高达100%，能够很好地鉴别出三七药材的产地。同时，郑洁等[6]以不同产地的苦杏仁和桃仁药材为研究对象，基于高光谱成像技术采集苦杏仁、桃仁药材的光谱信息，利用偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）、支持向量机（SVM）和随机森林（RF）方法分别建立分类模型，建立的模型能准确鉴别不同产地苦杏仁、桃仁药材。此外，王磊等[7]采用近红外高光谱图像系统采集了多批不同产地的宁夏枸杞的检测数据，利用ZCA白化、支持向量机、Fisher线性判别分析及Softmax分类等处理方法建立模型，试验结果表明该模式可以有效鉴别宁夏枸杞的产地。

1.2 真伪鉴别

随着中药材市场的蓬勃发展，对中药材的需求量日渐增大，甚至出现供不应求的现象。一些不法商人为了谋取利益在中药材中掺假的现象时有发生。目前，我国中药材质量参差不齐、难以控制的一个重要原因是中药材真伪难以鉴别。传统的中药材鉴别方法主要有经验鉴别、理化鉴别、显微鉴别、色谱法等手段，然而这些鉴别手段需要耗费较长的时间，且过程烦琐复杂。因此，建立一种快捷有效的鉴别方法迫在眉睫。近红外光谱技术以其快捷、高效、无污染等优势，逐渐成为中药材真伪鉴别的重要手段。

李春美等[8]利用近红外光谱以及 TQ Analyst 软件建模相结合的方式，建立三七药材的样品模型，实现了中药三七的真伪识别与产地分析的预测，建立的模型对三七药材的识别率高于80%，能有效实现中药三七的真伪识别。李庆等[9]利用云端-互联便携式近红外技术结合化学计量学对名贵药材西红花与其常见伪品（红花、玉米须、莲须、菊花、纸浆）和掺伪品进行现场快速真伪鉴别及掺伪量的定量预测，采用偏最小二乘判别分析分步建立西红花与其伪品、西红花与其掺伪品鉴别模型，试验结果表明：建立的模型能较好地预测西红花掺伪品的掺伪量。同时，韩莹等[10]采集多份不同地区的何首乌和制首乌样品以及其伪品白首乌、冀蓼、毛脉蓼的近红外光谱图，利用近红外光谱技术结合化学计量学方法，建立一致性检验模型，并对不同产地何首乌进行聚类分析。结果表明，所建模型能够准确快速识别何首乌的伪品，且鉴别的准确率较高。Sun等[11]通过使用近红外（NIR）光谱结合化学计量学方法，探索了鉴定功能食品山楂果实粉（HFP）中的2种廉价掺杂物（麦芽糖糊精和淀粉）的可行性。通过建立的偏最小二乘判别分析（PLS-DA）模型，可将掺假的HFP与真实的HFP区别开来，同时使用偏最小二乘回归（PLSR）模型来确定掺假物的含量。与此同时，刘征辉等[12]利用近红外光谱方法识别了金银花和山银花的差异性，在主成分分析的基础上利用 SIMCA模式识别原理对金银花和山银花分别建立了类模型，模型基本能正确识别金银花和山银花，结论充分表明了近红外光谱结合 SIMCA 模式识别方法在金银花和山银花分类识别中的可行性。

1.3 炮制品鉴别

中药炮制是中医临床用药必备的一道工序，是根据临床用药要求和中药自身差异性的特点而发展起来的一种制药技术。中药经炮制后，可使其化学成分、含量发生变化，例如降低毒性[13]、增强疗效[14]、改变药性[15]等，从而改变其药理作用。但经炮制后的药材其炮制程度、炮制后的药效如何，无法用肉眼观察，近红外光谱技术可快速鉴别出炮制药材的真伪、炮制后含量的变化。

钟永翠等[16]以96批栀子不同炮制品为研究对象、高效液相色谱测定栀子苷含量为参考值，利用近红外光谱仪积分球漫反射测定其光谱图，采用偏最小二乘法对83批栀子样品建立栀子苷的定量校正模型，以13批栀子不同炮制品对模型进行验证，试验结果表明模型预测性较好。邓芳等[17]通过近红外光谱法与HPLC技术结合，采用偏最小二乘法建立了快速测定附子中双酯型生物碱含量的分析模型，结果表明该方法可实现大批量样品的快速分析，为毒性药材附子双酯型生物碱的在线检测与快速筛查提供了新思路和新方法。张晓冬等[18]利用主成分判别分析和聚类分析建立炉甘石生品、伪品和炮制品的近红外光谱鉴别模型，结果显示所建立的近红外主成分判别分析模型和聚类分析模型均可用于炉甘石生品、伪品和炮制品的鉴别。此外，张佳欢等[19]建立了薏苡仁主要成分甘油三油酸酯的近红外定量模型和薏苡仁生品与麸炒炮制品的近红外定性鉴别模型。结果表明，建立的近红外定量定性模型可用于薏苡仁甘油三油酸酯含量的快速测定和薏苡仁不同炮制品的快速鉴定。马丹等[20]采用近红外光谱分析技术采集了多批唐古特大黄及其不同炮制品图谱数据，并建立正交偏最小二乘-判别分析（OPLS-DA）模型对样品光谱进行模式识别，结果显示所建的OPLS-DA 模型能够较为准确地对唐古特大黄及其炮制品进行鉴别。

1.4 品种鉴别

同属中药材之间亲缘关系较近，其化学成分也非常接近，但是彼此之间化学成分的种类及其含量存在一定的差异性。然而采用传统手段对这些差异性的鉴别耗时长、效率低，利用近红外光谱技术与化学计量学方法相结合的方法可快速准确应用于药用植物近缘种之间的分类鉴定。