易科泰中藥材品種品質(zhì)高通量無損檢測技術(shù)方案

易科泰公司生態(tài)健康研究中心依托Ecolab光譜成像實(shí)驗(yàn)室，在近20年的儀器技術(shù)服務(wù)與研發(fā)集成經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對中藥材品種品質(zhì)鑒定進(jìn)行了系列研究探索，推出基于光譜成像技術(shù)的中藥材品種品質(zhì)鑒定、質(zhì)量控制全面解決方案，并提供SpectrAPP光譜成像技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用項(xiàng)目合作與技術(shù)服務(wù)。

1.實(shí)驗(yàn)室SpectraScan-TCM客戶定制化光譜成像技術(shù)方案

SpectraScan-TCM實(shí)驗(yàn)室光譜成像為客戶定制化解決方案，采用Specim高光譜成像技術(shù)，結(jié)合高分辨率RGB彩色成像分析技術(shù)，客戶定制自動掃描成像分析平臺（主機(jī)系統(tǒng)），其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

ü著名Specim高光譜成像技術(shù)，可選配VISIR（400-1000nm）可見光近紅外波段、SWIR（900-1700nm或1000-2500nm）短波紅外波段、MWIR中波紅外波段、LWIR長波紅外波段高光譜成像

ü自主設(shè)計(jì)研發(fā)3D掃描平臺，集多鏡頭成像、高精度移動掃描、光源控制、遠(yuǎn)程無線控制于一體，可根據(jù)不同需求定制規(guī)格大小

ü專為科研及商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)，滿足實(shí)驗(yàn)室檢測鑒定和工業(yè)應(yīng)用的需求，可根據(jù)客戶需求定制中成藥自動化品質(zhì)檢測系統(tǒng)，自動傳送藥品（飲片）、自動采集高光譜成像數(shù)據(jù)、在線檢測（需客戶定制）

ü可選配多光譜熒光成像分析，高通量非損傷定量化分析莖葉及根生中藥材葉綠素、花青素、胡蘿卜素、阿維酸、酚類、芪類、類黃酮、槲皮素等總量（下圖為銀杏葉化學(xué)成分做圖，SpectrAPP項(xiàng)目）

ü自動化數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，可選配軟件及數(shù)據(jù)分析服務(wù)器

ü模塊化設(shè)計(jì)，友好的PC端GUI軟件界面，用戶可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控

ü可選配SisuCHEMA高光譜化學(xué)成像分析平臺，樣品大可達(dá)200x300x45mm，大分辨率可達(dá)30微米，10毫米或更小的樣品（下圖2為黃芪-甘草光譜特征曲線，SpectrAPP項(xiàng)目；圖4為泡罩（膠囊）質(zhì)量檢查：紅色為空泡，綠色為正常泡，藍(lán)色為假冒產(chǎn)品）

案例1、兩種“防己”中藥的鑒別

漢防己（Stephania tetrandra）與廣防己（Aristolochia fangchi）在形態(tài)上有許多相似之處，因而經(jīng)常被錯(cuò)誤地取代。廣防己屬于馬兜鈴屬植物，在中藥中通常用其木質(zhì)根干燥炮制后入藥，具有利水消腫，祛風(fēng)止痛之功用。但因其含有致癌物質(zhì)馬兜鈴酸，可導(dǎo)致尿路上皮癌和馬兜鈴酸腎病(AAN)。

茨瓦內(nèi)科技大學(xué)中藥研究中心的研究人員利用SisuCHEMA高光譜化學(xué)成像工作站，無損獲取900-2500nm波段范圍內(nèi)的高光譜影像，通過選擇識別信息范圍（964-1774nm）對數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪降維處理，結(jié)合偏小二乘判別分析(PLS-DA)，建立了判別系數(shù)R2=0.9，預(yù)測均方根誤差(RMSEP=0.23的判別模型。成功識別了作為外部驗(yàn)證集插入模型的廣防己和漢防己樣品。

圖1.1 兩種“防己”中藥的根物質(zhì)：a）廣防己；b）漢防己

圖1.2 主成分分析得分圖：a）PC得分散點(diǎn)圖；b）指示兩種粒子分布的得分影像

此外，通過制備增量摻假混合物，對摻入廣防己(10-90%)的防己混合物樣品進(jìn)行了檢測研究。分析結(jié)果顯示，高光譜成像可準(zhǔn)確檢測低至10%的摻假量。由此可見，高光譜成像對中藥材品質(zhì)檢測及質(zhì)量控制方面具有巨大的應(yīng)用潛力，可有效預(yù)防馬兜鈴酸腎病的發(fā)生。

圖1.3（左）：a）PLS-DA得分散點(diǎn)圖；

b）根據(jù)分類（紅色=廣防己，綠色=漢防己）著色的得分圖像

圖1.4（右）：不同增量摻假樣品的得分影像：a）6.5%廣防己；b）15%廣防己；c）24%廣防己；d）30%廣防己；e）49%廣防己；f）58%廣防己；g）76%廣防己；h）85%廣防己；i）93%廣防己

案例2、花草茶混合檢測

在南非，當(dāng)?shù)氐幕ú莶枰蚱?的味道和香氣而備受歡迎。花草茶廣受贊譽(yù)的健康益處包括對高血壓和糖尿病等慢性疾病的治療。由于不同品牌、不同質(zhì)量的茶以及混合茶的生產(chǎn)，草藥茶的質(zhì)量控制變得非常重要。

Majolie Djokam等人利用SisuCHEMA對由路易波士茶(Aspalathus linearis)、蜜樹茶(Cyclopia intermedia)、合香葉((Agathosma Betulina)和癌藤(Sutherlandia frutescens)混合而成的花草茶進(jìn)行了研究。通過獲取900-2500nm波段范圍的原料和完整茶包的高光譜圖像，使用主成分分析(PCA)和偏小二乘判別分析(PLS-DA)模型，顯示出花草茶原材料的明顯區(qū)別，準(zhǔn)確預(yù)測了各混合料的原料組成和相對比例。

圖2.1（左）：a）rooibos和buchu原材料的高光譜(RGB)圖像；b）t2的主成分分析(PCA)分?jǐn)?shù)圖像；

c）兩種粒子的得分散點(diǎn)圖(t2 vs. t3)，根據(jù)兩種茶對應(yīng)的分?jǐn)?shù)值進(jìn)行著色

圖2.2（右）：a）偏小二乘-判別分析y -圖像，顯示校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中原材料的分類；

b）預(yù)測數(shù)據(jù)集，顯示根據(jù)預(yù)測類著色的原材料成分比例

該結(jié)果被超高效液相色譜聯(lián)用質(zhì)譜(UHPLC-MS)方法驗(yàn)證，證明了高光譜成像結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)建模的應(yīng)用可用于準(zhǔn)確鑒定花草茶混合物和確定茶包中各成分相對比例，是一種可靠、快速和無損的中藥材及保健品質(zhì)量控制方法。

2.野外便攜式光譜成像技術(shù)方案

野外便攜式光譜成像技術(shù)方案可以選配IQ智能高光譜成像儀或PhenoPlot輕便型光譜成像技術(shù)方案，用于野外中草藥性狀檢測、品質(zhì)識別鑒定等。

üIQ一體式智能高光譜儀：集數(shù)據(jù)采集、處理分析、結(jié)果顯示于一體，可實(shí)現(xiàn)延時(shí)采集，遠(yuǎn)程無線操控，現(xiàn)場快速檢測，應(yīng)用分析

ü適用性強(qiáng)：整機(jī)小巧輕便，結(jié)構(gòu)緊湊，防護(hù)級別高，全自動采集

ü應(yīng)用多樣：可根據(jù)客戶的應(yīng)用需求，創(chuàng)建App，直接調(diào)用

ü地理定位：內(nèi)置GPS，可記錄采集位置

ü模塊式結(jié)構(gòu)：輕便、可擴(kuò)展，單人即可拿到野外對Plot樣地中藥材進(jìn)行表型性狀成像測量分析

ü可定制單軸樣帶式掃描成像或XYZ三維掃描成像臺架，以適應(yīng)不同需求

ü可選配側(cè)面（垂直）光譜成像分析，還可選配旋轉(zhuǎn)式高光譜掃描成像平臺

ü可選配RGB、多光譜、高光譜、紅外熱成像、Thermo-RGB融合成像等不同成像單元

ü廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：農(nóng)作物表型研究、植被病害研究、遺傳育種、食品藥品檢測、藝術(shù)品鑒定、考古文博應(yīng)用、健康醫(yī)學(xué)、動物行為研究

蟲草識別：左為蟲草菌體部RGB圖，右下圖中紅色為蟲草（蟲體部和菌體部）

易科泰生態(tài)技術(shù)公司致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究發(fā)展與創(chuàng)新應(yīng)用，為中藥材研究檢測及品質(zhì)品種檢測鑒定應(yīng)用提供高光譜成像技術(shù)全面解決方案。Ecolab實(shí)驗(yàn)室擁有便攜式高光譜成像儀、SpectraScan實(shí)驗(yàn)室臺式高光譜成像系統(tǒng)及野外用高通量掃描式高光譜成像設(shè)備，結(jié)合RGB成像分析、科研級紅外熱成像技術(shù)、多光譜熒光成像技術(shù)，可提供中藥材性狀表型分析與種質(zhì)資源檢測、食品檢測、中藥產(chǎn)品及保健品有效成分檢測等技術(shù)服務(wù)和實(shí)驗(yàn)合作。