利用近红外光谱和高效液相色谱（HPLC）对不同加工方式的Rubi Fructus（Rubus chingii Hu.）进行品质评估

《LWT》：Quality assessment of differentially processed Rubi Fructus ( Rubus chingii Hu.) using near-infrared spectroscopy and HPLC

福pen子加工工艺对化学成分及近红外光谱特征影响研究。采用HPLC指纹分析和NIR光谱结合PLS-DA、si-PLS等化学计量学方法，发现浸渍-晾干（IAR）工艺使椭圆酸含量最高增加61.76%，且通过MSC预处理后的NIR数据PLS-DA模型能有效区分IAR与直接干燥（OTDD）样品，同时si-PLS模型将椭圆酸测试集Rp2提升至0.9930。研究建立了快速鉴别加工状态的NIR-HPLC联用技术体系。

　　### 一种传统中药的化学成分与加工方法研究

#### 研究背景与意义

在中药领域，加工方法对药材的化学成分和药效有着深远的影响。传统中药“Rubus chingii” Hu（别名“福盆子”）是一种具有特殊药用价值的植物，其未成熟果实经过干燥处理后成为一种常用的中药材。这种药材富含多种活性成分，包括黄酮类、多酚类、生物碱等，其中椭果酸（ellagic acid）和山柰酚-3-O-芸香糖苷（kaempferol-3-O-rutinoside, KR）被广泛用于评估其质量标准。椭果酸具有抗氧化和抗炎作用，而KR则具有降血脂和神经保护功能，因此其含量成为衡量RF药效的重要指标。

然而，随着对药材质量要求的提高，传统加工方式与现代加工技术之间的差异逐渐显现。例如，直接干燥（OTDD）是一种常见的处理方式，但这种方法可能无法充分提取药材中的活性成分，导致其含量较低，难以满足药典标准。相比之下，一种名为“浸渍-复干”（infiltration-and-redrying, IAR）的加工方法在提高椭果酸含量方面表现突出，能够将椭果酸含量提升至OTDD对照组的61.76%。然而，IAR方法在传统中药加工中尚未被广泛认可，且其对药材质量的长期影响仍需进一步研究。

此外，RF的加工过程中，果实的成熟度和处理时间也会影响其化学成分的变化。研究表明，随着果实的成熟，椭果酸的含量会显著下降，而其他成分如KR的变化则相对较小。因此，如何在不影响药材品质的前提下，提高关键活性成分的含量，成为中药加工研究的重要课题。同时，如何快速、准确地评估加工后的药材质量，也成为亟需解决的问题。

#### 材料与方法

本研究选取了92个RF样本，其中包括直接干燥的OTDD样本（S1-S46）和浸渍-复干处理的IAR样本（S47-S92）。OTDD样本是在其自然成熟状态下直接干燥获得的，而IAR样本则在果实未完全成熟时先进行浸渍处理，随后在室温下密封一段时间（内部温度约为40°C），再进行干燥处理。浸渍处理的时间对椭果酸含量的影响尤为显著，其含量先上升后下降，呈现出一个时间依赖的变化趋势。

为了准确评估这些样本的化学成分，研究采用了高效液相色谱（HPLC）指纹分析和近红外光谱（NIRS）技术。HPLC用于检测样本中椭果酸和KR的含量，而NIRS则用于构建预测模型。通过对NIRS数据进行预处理，如标准化、平滑、多散射校正等，研究者能够有效去除光谱数据中的噪声和干扰因素，从而提高模型的准确性和稳定性。此外，研究还结合了部分最小二乘判别分析（PLS-DA）和协同区间PLS（si-PLS）方法，以进一步优化模型的预测性能。

#### 结果分析

通过HPLC分析，研究者发现IAR处理的RF样本中椭果酸的平均含量比OTDD样本高出71.91%。这一结果表明，IAR处理在提升椭果酸含量方面具有显著优势。然而，由于IAR方法尚未被正式认可，研究者希望通过建立快速、非破坏性的检测方法，来区分这些加工不当的样本。

NIRS技术在本研究中展现出良好的应用前景。通过比较不同预处理方法对NIRS数据的影响，研究发现多散射校正（MSC）方法在区分IAR和OTDD样本方面效果最佳。PLS-DA模型在MSC预处理后的NIRS数据上表现出较高的分类准确性，其R2Y值为0.8280，Q2值为0.6220。这一结果说明，NIRS结合PLS-DA模型可以有效地识别不同加工方式的RF样本。

在定量分析方面，研究者发现Savitzky-Golay（SG）平滑方法在预测椭果酸和KR含量方面表现最优。SG预处理后的PLS模型在测试集上的相关系数（Rp2）分别为0.9859和0.6782，而均方根误差（RMSEP）则分别为0.0197和0.0030。这些结果表明，SG方法能够有效减少数据中的噪声，提高模型的预测精度。进一步应用si-PLS方法后，椭果酸和KR的测试集相关系数分别提升至0.9930和0.7954，说明通过选择特定的光谱区间，可以显著提高模型的稳定性和预测能力。

#### 讨论与分析

RF的加工过程对其化学成分和药效具有重要影响。IAR处理能够显著提高椭果酸的含量，但同时也可能带来其他成分的损失。例如，椭果酸在果实成熟过程中会从游离状态逐渐转化为结合状态，而这种变化在浸渍处理后被逆转。因此，IAR处理不仅能够提高椭果酸的含量，还可能改善其生物利用度，从而增强药效。

此外，研究还发现，不同预处理方法对NIRS数据的分析结果存在显著差异。例如，标准化（SNV）和多散射校正（MSC）在区分不同处理的样本方面表现出良好的效果，而SG平滑方法则在定量分析中具有更高的准确性。这些结果表明，选择合适的预处理方法对于提高模型的性能至关重要。

在模型构建方面，研究者发现PLS模型在分析具有较大化学成分差异的样本时表现更优，而BPNN模型则在处理非线性数据时具有一定的优势。然而，BPNN模型的训练过程较为复杂，耗时较长，因此在实际应用中，PLS模型可能更具操作性和效率。同时，通过si-PLS方法选择特定的光谱区间，可以进一步优化模型的预测性能，提高分析的准确性和可靠性。

#### 模型的应用与意义

本研究构建的NIRS结合PLS-DA和si-PLS的模型，为RF的质量评估提供了一种快速、非破坏性的方法。这种方法不仅能够有效区分不同加工方式的样本，还能够准确预测椭果酸和KR的含量。相较于传统的HPLC分析方法，NIRS技术具有操作简便、成本低廉、分析速度快等优势，适合在大规模生产中应用。

此外，研究还指出，随着中药加工技术的发展，传统的加工方式可能已无法满足现代药典对药材质量的要求。因此，建立一套科学、高效的检测方法，对于提升中药质量控制水平、保障药效具有重要意义。同时，这种检测方法还可以用于监测药材的加工过程，确保其符合药典标准。

#### 结论

综上所述，浸渍-复干处理显著提高了RF中椭果酸的含量，但其对其他成分的影响尚需进一步研究。通过NIRS结合PLS-DA和si-PLS模型，研究者能够有效区分不同加工方式的样本，并准确预测关键活性成分的含量。这一研究不仅为RF的质量评估提供了新的技术手段，也为其他中药材的加工研究提供了参考。未来，研究者可以进一步探索多源数据融合策略，以提高模型的泛化能力，推动该技术在中药质量控制中的广泛应用。