CN109709200A - 一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法 - Google Patents

一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法 Download PDF

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刘汉伟
杨健
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Abstract

本发明公开了一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，具体涉及产地鉴别领域，该方法包括如下步骤：S01、选取多组不同真实产地的白术样本。S02、测定每个所述白术样本的稳定同位素比值A，构建真实产地白术样本的稳定同位素比值数据库。S03、根据真实产地白术样本的稳定同位素比值数据库，利用统计软件对其进行正交偏最小二乘法判别分析，建立产地溯源模型。S04、选取未知真实产地的待测白术样本，测定得到未知产地白术样本的稳定同位素比值B。S05、将上述得到的稳定同位素比值B作为输入值，输入至产地溯源模型，输出得到相应的产地判别结果。本发明具有判别准确率高、检测指标少、样品前处理简单以及样品需要量少的优点。

Description

一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法
技术领域
本发明涉及产地鉴别，具体为一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法。
背景技术
白术为菊科植物白术(Atractylodes macrocephala Koidz.)的干燥根茎，是著名中药“浙八味”之一，具有健脾益气、燥湿利水、止汗、安胎的功效，为常用补益类中药，俗有“北参南术”之说。白术主产于浙江、安徽、湖南、湖北等省，江西、福建、四川等省亦有栽培，全国范围内栽培白术的县市超过了200个，但品质良莠不齐。自宋代以来，浙江於潜、新昌、磐安等地由于出产的白术品质优良，逐渐发展为白术道地产区。由于道地药材自古以来就被视为优质药材，其价格通常高于非道地药材，受经济利益驱使，目前市场上充斥着假冒的道地药材，大大影响了我国中医药行业的健康发展，损害了消费者的利益。因此，对白术进行原产地鉴别意义重大。
白术产地鉴别一直以来是一大难题，传统的人工鉴别法需要依赖专家的个人经验，无法大规模推广，目前常用的分子生物学方法和化学成分分析法(如：DNA条形码技术、高效液相色谱指纹图谱、气相色谱指纹图谱、红外光谱指纹图谱)各有局限。其中分子生物学方法能准确地区分某种特定中药材内部不同种质间的微小差异，但若种源相同则无法区分，而非道地产区的白术其种源很可能是来自道地产区，在这种情况下分子标记技术将无能为力。化学成分分析法的准确性不够高，现有的报道显示不同地区所产白术在一些化学成分上有时会存在差异，但却无法直接根据这些数据推测白术原产地，且化学成分容易受产地以外的因素(如：种源)的影响。因此，我们亟需一种直接、可靠的方法对白术原产地进行鉴定。
发明内容
本发明提供了一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，该方法具有判别准确率高、检测指标少、样品前处理简单以及样品需要量少的优点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，该方法包括如下步骤：
S01、选取多组不同真实产地的白术样本；
S02、测定每个所述白术样本的稳定同位素比值A，构建真实产地白术样本的稳定同位素比值数据库；
其中，所述的稳定同位素比值A包括：δ13C、δ15N、δ2H、δ18O以及δ34S中的至少一种；
S03、根据真实产地白术样本的稳定同位素比值数据库，利用统计软件对其进行正交偏最小二乘法判别分析，建立产地溯源模型；
S04、选取未知产地的待测白术样本，测定得到待测白术样本的稳定同位素比值B；
其中，所述的稳定同位素比值B包括：δ13C’、δ15N’、δ2H’、δ18O’以及δ34S’中的至少一种；
S05、将上述得到的稳定同位素比值B作为输入值，输入至产地溯源模型，输出得到相应的产地判别结果。
其中，构成生物体的主要元素有碳、氢、氧、氮、硫等，来自不同地区的农产品，其稳定同位素比值(如：δ13C,δ15N,δ2H,δ18O和δ34S)受气候条件和地理环境影响会有所不同，这种差异源自于当地的光照、温度、大气、降水、土壤等自然条件，是农产品自带的天然指纹标签，不受农产品后期加工的影响，能真实地反映它们的原产地。
作为优选，在步骤S01和S02之间，还包括步骤S01.1，所述步骤S01.1为：
(1)将白术样本在50℃～70℃的温度条件下放置5～7h，冷却至室温后，碾碎，过50～80目筛，得到白术样本粉末；
(2)将所述的白术样本粉末用锡杯包好，置于元素分析-稳定同位素质谱仪的样品盘上即可用于步骤S02对稳定同位素比值A的测定。
作为优选，步骤(1)具体为：将白术样本在60℃的温度条件下放置6h，冷却至室温后，碾碎，过60目筛，得到白术样本粉末。
作为优选，用于测定稳定同位素比值A的仪器为元素分析-稳定同位素质谱仪。
作为优选，在稳定同位素比值A中，δ13C、δ15N以及δ34S的测试条件为：元素分析-稳定同位素质谱仪的氦气吹扫流量为：230mL/min；氧化炉和还原炉的温度分别为1150℃和850℃；进入元素分析-稳定同位素质谱仪氦载气流量为100mL/min；在稳定同位素比值B中,δ13C’、δ15N’以及δ34S’的测试条件同上。
作为优选，在稳定同位素比值A中，δ2H以及δ18O的测试条件为：元素分析-稳定同位素质谱仪的氦气吹扫流量为200mL/min；反应管温度为1400℃，进入元素分析-稳定同位素质谱仪氦载气流量为110mL/min；在稳定同位素比值B中，δ2H’以及δ18O’的测试条件同上。
作为优选，在步骤S05中，统计软件选用simca-P。
本发明的有益效果为：
本发明通过检测碳、氢、氧、氮、硫五种元素的稳定同位素比值，结合正交偏最小二乘法判别分析，建立了一种白术产地鉴别方法，具有判别准确率高，检测指标少，样品前处理简单，样品需要量少的优点。且相较于传统的人工鉴定法，本方法无需依赖专家的个人经验，可操作性强，有利于推广。
具体实施方式
本实施例提供一种技术方案：
一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，该方法包括如下步骤：
S01、选取多组不同真实产地的白术样本，样本数量分别为：浙江11个、陕西8个以及河北9个；
S02、测定已知产地的白术样本的稳定同位素比值A，构建真实产地白术样本的稳定同位素比值数据库，见表1。其中，所述的稳定同位素比值A包括：δ13C、δ15N、δ2H、δ18O以及δ34S。
S03、根据真实产地白术样本的稳定同位素比值数据库，利用统计软件对其进行正交偏最小二乘法判别分析，建立产地溯源模型。经七折交叉验证后，该模型的判别正确率见表2。
S04、选取未知产地的待测白术样本，测定得到待测白术样本的稳定同位素比值B，见表3。其中，稳定同位素比值B包括：δ13C’、δ15N’、δ2H’、δ18O’以及δ34S’。
S05、将S04得到的稳定同位素比值B作为输入值，输入至S03的产地溯源模型，输出得到相应的产地判别结果。
表1稳定同位素比值A
编号 产地 δ<sup>13</sup>C δ<sup>15</sup>N δ<sup>2</sup>H δ<sup>18</sup>O δ<sup>34</sup>S
1 陕西 -25.90 1.92 -50.28 24.65 10.15
2 陕西 -25.18 2.75 -53.56 25.02 6.56
3 陕西 -25.14 -1.29 -50.48 25.16 12.86
4 陕西 -25.60 1.87 -50.89 24.81 8.88
5 陕西 -24.82 4.24 -59.16 23.83 7.97
6 陕西 -25.30 2.78 -63.70 21.98 7.57
7 陕西 -25.02 -1.26 -66.22 22.65 5.38
8 陕西 -25.20 3.92 -60.33 23.06 3.47
9 河北 -26.17 -0.90 -56.78 26.89 6.15
10 河北 -25.67 -0.85 -55.10 26.45 3.95
11 河北 -25.68 0.65 -56.16 24.97 6.86
12 河北 -25.49 -0.64 -52.46 27.02 7.62
13 河北 -26.03 0.31 -52.58 25.54 8.58
14 河北 -24.37 1.36 -44.80 24.63 -1.95
15 河北 -24.89 1.83 -41.74 25.48 1.74
16 河北 -25.45 0.28 -42.76 25.59 -1.02
17 河北 -24.38 1.20 -43.68 25.93 0.92
18 浙江 -24.37 4.69 -45.33 22.78 -4.41
19 浙江 -24.15 7.87 -50.25 24.27 -2.81
20 浙江 -23.72 3.48 -45.84 26.01 -0.76
21 浙江 -23.41 2.95 -43.67 25.16 -0.33
22 浙江 -24.44 3.02 -42.80 23.76 -0.29
23 浙江 -23.58 4.58 -49.54 24.37 0.60
24 浙江 -24.14 4.59 -49.44 24.12 -4.27
25 浙江 -23.90 4.70 -46.04 24.16 -1.48
26 浙江 -24.18 1.27 -56.97 23.43 -0.74
27 浙江 -24.70 2.35 -51.18 23.57 -2.10
28 浙江 -24.59 3.15 -52.12 23.86 3.27
表2白术产地溯源模型判别结果
在本实施例中，通过对不同真实产地白术样本的稳定同位素比值数据库进行正交偏最小二乘法判别分析，建立白术产地溯源模型，经七折交叉验证后，该模型对浙江省、陕西省和河北省三个产地白术的判别正确率分别达到了100％、100％和88.89％，整体判别正确率达到96.43％，具体结果见表2。需要说明的是，在实际检验过程中，样本数量非常多，本实施例仅仅截取部分。本例中虽有1个河北样本被错判为浙江，但该模型的整体判别正确率相比其他现有手段仍是相当高的，几乎接近100％，因此可准确用于白术产地的溯源。
在上述得到的白术产地溯源模型可用于准确追溯白术产地的基础上，实验人员做下一步实例：选取未知真实产地的白术盲样2个，测得其稳定同位素比值(即稳定同位素比值B)如表3所示，将其输入至S03中建立的产地溯源模型，对两组数据进行产地判别分析，结果显示，第一个样本“未知-1”的产地为浙江，第二个样本“未知-2”的产地为陕西。因此，实验人员采用上述方法判别白术的原产地时，具有判别准确率高，检测指标少以及样品前处理简单的优点。可适用于对批量样本的判别，提高实验人员的效率。
表3稳定同位素比值B
编号 δ<sup>13</sup>C δ<sup>15</sup>N δ<sup>2</sup>H δ<sup>18</sup>O δ<sup>34</sup>S
未知-1 -24.43 3.94 -50.44 24.48 -0.71
未知-2 -25.34 0.88 -55.86 22.67 10.57

Claims (7)

1.一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01、选取多组不同真实产地的白术样本；
S02、测定每个所述白术样本的稳定同位素比值A，构建真实产地白术样本的稳定同位素比值数据库；
其中，所述的稳定同位素比值A包括：δ13C、δ15N、δ2H、δ18O以及δ34S中的至少一种；
S03、根据真实产地白术样本的稳定同位素比值数据库，利用统计软件对其进行正交偏最小二乘法判别分析，建立产地溯源模型；
S04、选取未知产地的待测白术样本，测定得到待测白术样本的稳定同位素比值B；
其中，所述的稳定同位素比值B包括：δ13C’、δ15N’、δ2H’、δ18O’以及δ34S’中的至少一种；
S05、将上述得到的稳定同位素比值B作为输入值，输入至产地溯源模型，输出得到相应的产地判别结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，其特征在于，在步骤S01和S02之间，还包括步骤S01.1，所述步骤S01.1为：
(1)将白术样本在50℃～70℃的温度条件下放置5～7h，冷却至室温后，碾碎，过50～80目筛，得到白术样本粉末；
(2)将所述的白术样本粉末用锡杯包好，置于元素分析-稳定同位素质谱仪的样品盘上，即可用于步骤S02对稳定同位素比值A的测定。
3.根据权利要求2所述的一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，其特征在于，步骤(1)具体为：将白术样本在60℃的温度条件下放置6h，冷却至室温后，碾碎，过60目筛，得到白术样本粉末。
4.根据权利要求1所述的一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，其特征在于，用于测定稳定同位素比值A的仪器为元素分析-稳定同位素质谱仪。
5.根据权利要求4所述的一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，其特征在于，在稳定同位素比值A中，δ13C、δ15N以及δ34S的测试条件为：元素分析-稳定同位素质谱仪的氦气吹扫流量为：230mL/min；氧化炉和还原炉的温度分别为1150℃和850℃；进入元素分析-稳定同位素质谱仪氦载气流量为100mL/min；
在稳定同位素比值B中,δ13C’、δ15N’以及δ34S’的测试条件同上。
6.根据权利要求4所述的一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，其特征在于，在稳定同位素比值A中，δ2H以及δ18O的测试条件为：元素分析-稳定同位素质谱仪的氦气吹扫流量为200mL/min；反应管温度为1400℃，进入元素分析-稳定同位素质谱仪氦载气流量为110mL/min；
在稳定同位素比值B中，δ2H’以及δ18O’的测试条件同上。
7.根据权利要求4所述的一种基于稳定同位素比值鉴别白术产地的方法，其特征在于，在步骤S05中，统计软件选用simca-P。
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