在线近红外光谱在我国中药研究和生产中应用现状与展望

中药生产过程具有多单元复杂性特点,制剂生产的各个环节均会影响中药产品的最终质量,在线近红外光谱技术具有快速、无损和不污染环境等优势,能够作为一种快速评价中药生产过程中关键质量属性的分析技术。以院校相关研究为切入点,系统阐述了在线近红外光谱技术在中药生产过程分析与控制方面的应用,并结合院校中药生产在线近红外光谱分析平台搭建为例,以此为依据阐明中药在线近红外光谱分析技术应用的可行性。进而,从企业应用角度出发,较为全面的综述了目前国内大多数应用在线近红外光谱技术的中药生产企业的研究成果及其中药产品。按照中药产品的两大剂型(液体制剂与固体制剂)进行分类,以液体制剂不同生产环节(提取、浓缩及醇沉等)为区分点,以固体制剂不同成品剂型(片剂、胶囊剂及膏剂等)为区分点,分别对近10年来中药生产过程中在线近红外应用进行系统综述,阐明中药生产全过程在线近红外技术应用的可靠性,为中药生产现代化提供有效的技术支撑。     

近红外光谱技术在奶酪品质评价中的应用

近红外光谱技术是一种快速、无损的分析方法,国外将该技术应用于奶酪品质的检测已有多年,国内在这方面的研究较少。通过本文介绍了近红外光谱技术分析奶酪成分和在奶酪的加工生产、缩水收缩控制、成熟过程、货架期、组成成分和品牌分类鉴别等几个方面的应用,表明近红外光谱技术在奶酪品质分析中应用潜力巨大,促进近红外光谱技术的应用和我国奶酪行业的发展是一项紧迫的任务。     

近红外光谱技术在牛奶及其制品品质检测中的应用

牛奶及其制品作为一类营养全面的理想食品,已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。但与此同时人们也越来越关注乳制品的质量和品质,实时、快速、准确地检测牛奶及其制品成分和其他物质含量是提高乳制品质量,进行牛奶及其制品质量控制的首要条件。近红外光谱技术作为一种新型的分析检测技术,由于其快速、准确、无损的特点在乳及其制品产品检测和生产监控中有着巨大的应用潜力和前景。文章介绍了近红外光谱技术的原理、优点以及在牛奶及其制品营养成分含量测定、质量评定、在线检测等方面的研究进展,综合阐述了近红外光谱技术在牛奶及其制品品质检测中的应用现状,并对其前景进行了展望。证明近红外光谱技术可以有效地对乳及其制品的营养成分含量以及掺假物、残留物和防腐剂等进行快速、准确、无损的测定,从而实现对牛奶及其制品质量的检测和评定,以及生产过程的有效控制。随着近红外技术的不断发展,近红外检测技术将更加广泛地应用于牛奶及其制品的品质检测。     

近红外光谱技术在肉品检测中的应用和研究进展

近红外光谱(NIRS)作为新型光学检测技术在食品行业中得到广泛应用。该技术能实现肉品在线、快速、无损检测,是肉和肉制品品质分析的重要技术之一。文章综述了近红外光谱技术在肉类行业中的重要应用以及近年来的研究进展,主要包括蛋白质、脂肪及水分等影响肉类品质的化学组成成分分析,肉品感官品质如嫩度、保水性、肉色及新鲜度等指标的评价以及肉品的产地、品种等方面的鉴定。同时列举了近红外光谱技术在几种常见肉制品品质检测中的应用实例,并针对目前发展趋势展望了该技术的前景：近红外光谱技术在进一步深入研究提高肉品检测精度的基础上,通过与机器视觉技术等新型无损检测技术的融合以实现全面评价肉类品质的目标。     

近红外光谱与多元统计方法用于生产过程实时分析

近红外漫反射光谱快速、无损且适用于实际复杂样品分析等特点被广泛应用于在位和在线分析。基于近红外光谱漫反射技术和多元统计过程分析方法建立了一种适用于生产过程分析与在线实时监测新方法。该方法实时采集生产过程中物料的近红外光谱,并利用已建立的模型计算统计量Hotelling T2对生产过程进行实时评价。模型的建立采用了主成分分析,统计量根据实时光谱在主成分模型上投影进行计算。实际应用表明,利用该方法可以根据统计量实时监测生产过程中物料的变动情况,并根据不同批次统计量的进一步统计实现批次间的相对稳定性分析。因此,该方法可作为生产过程质量控制的良好手段。     

近红外光谱分析技术在农产品/食品品质在线无损检测中的应用研究进展

农产品/食品品质问题一直受到人们的广泛关注,而由品质问题引起的农产品/食品安全事故越来越多,所以急需对农产品/食品品质进行快速无损检测。目前常用的快速检测方法有化学比色分析法、近红外光谱法、免疫学分析法、生物传感器技术、生物芯片检测法以及生物学发光检测法等。近红外光谱分析技术因具有分析时间短、无需样品预处理、非破坏性、无污染以及成本低等特点, 已成为一种快速的现代分析技术, 广泛应用于农产品/食品领域的品质检测。国内外许多学者对其进行了深入的研究,并且从实验室的静态研究向在线检测研究方向发展。文章概述了近红外光谱分析技术在水果、鱼类、畜肉类、牛奶、谷物以及奶酪酒精发酵上的在线品质检测/监控应用上的研究进展,指出了近红外光谱分析技术尚存在的问题,并对今后的近红外光谱分析技术作了展望。提出近红外光谱分析技术将会与网络技术相结合,实现近红外分析模型的在线更新与升级, 指出光谱成像技术将成为21世纪近红外光谱分析技术的发展趋势。     

应用在线近红外光谱分析复烤前后原烟及片烟的质量特性

应用在2012年"中华"专用分拣复烤生产线中采集的7个产地的复烤前原烟和复烤后片烟的在线近红外光谱为试验资料,通过建立不同产地近红外光谱的投影分析模型,并结合方差及相关分析等,研究烟叶复烤前后的均一性及相似性等品质特征的变化,为客观的掌握烟叶原料质量及卷烟产品配方提供技术支撑。本研究结果表明,从数量庞大的在线近红外光谱中,按等间隔采样时间筛选约1万条左右用于建模分析可行,取样代表性充分;经人工分拣、打叶、复烤后的各产地烟叶近红外光谱的均一性提高幅度可达10%~35%,烟叶品质的均质化程度显著提高;同时复烤后各产地烟叶所体现的相似性关系亦发生了变化,从整体上其相似性显著降低,即由产地体现的风格品质差异显著提升,为优质卷烟的原料配方设计提供了更大空间,体现了我国烟草企业生产优质中式卷烟需要消耗大量财力、人力进行烟叶复烤加工的必要性。传统的化学分析等手段需要花费大量的时间和精力,难以对整个加工环节进行控制,近红外光谱技术以其快速、无损的优势,不仅能够实现待测样品成分含量等的实时检测与质量控制,而且应用生产过程中的大量近红外光谱,可以从多角度进行有关产品品质信息的充分挖掘,是一种在众多行业特别是农产品和食品加工行业中极具应用前景的在线分析检测技术。     

近红外光谱技术快速测定农药有效成分的研究

农药有效成分含量不足和农药有效成分滥用是农药质量不合格的最主要问题,但是缺乏农药的快速现场分析方法。采用傅里叶近红外光谱技术结合偏最小二乘法(PLS),定量分析了乳油中有效成分高盖的含量,模型的决定系数R2大于0.999 9,SEC小于0.019,SEP小于0.030;同时对影响模型的因素进行了研究,并用实际样品进行了验证。结果表明：近红外光谱技术可以准确地定量分析农药乳油中有效成分含量,仪器分辨率、助剂含量变化对模型的影响不显著。近红外光谱法测量商品农药制剂中有效成分的含量,方便快速,特别适合现场、在线分析,对生产企业的连续在线检测、监督部门进行农药质量控制和农产品安全具有重要意义。     

近红外技术在我国药品流通领域的应用进展

药品是直接关系到每一个公民身体健康与生命安危的特殊商品,其生命周期内的每一个环节都需要进行严密的质量监控。 近红外光谱分析技术由于快速、 非破坏性和无污染等特点,十分适合于流通领域药品的质量监测。 因此,将我国1997年以来,应用近红外技术进行药品终产物快速分析的文献进行了总结、 整理,从分析对象、 分析方法和分析仪器等方面综述了该领域的研究进展,并阐述了亟待解决的问题和发展前景。     

近红外光谱快速分析技术及其在动物饲料和产品品质检测中的应用

近红外光谱是近年来发展最快、最引人注目的光谱学技术。主要介绍了近红外光谱技术的基本原理和发展, 包括近红外光谱预处理技术如微分处理、信号平滑等技术的发展和近红外光谱分析模型如多元线性回归、主成分分析、偏最小二乘法和人工神经网络等的发展。综述了国内外近几年来此技术在动物饲料和产品品质检测中的应用。文献调查显示, 近红外光谱分析技术以其快速、无损、不污染环境等诸多优点在国内外饲料和动物产品检测方面得到广泛应用。在饲料分析方面,近红外不仅能用于其常量成分干物质、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪等的测定,而且能用于微量成分、有毒有害成分的测定。在动物产品分析方面,该技术已用于禽蛋、牛肉、羊肉、猪肉等的各种物理和化学指标的测定。文中详细给出了已经报道的利用近红外光谱技术测定饲料和动物产品测定指标和光谱处理以及模型建立的情况, 并讨论了近红外光谱快速检测技术的在饲料分析和动物产品分析领域的应用新趋势和局限性。     

红参提取物总皂苷近红外定量分析建模中的变量筛选

注射用益气复脉（冻干）是由红参、麦冬、五味子3种药材制成的新型冻干粉针制剂。红参提取物总皂苷是注射用益气复脉（冻干）生产过程的重要质控指标,传统分析方法分析结果具有滞后性,无法快速反馈生产过程质量信息。近红外光谱(NIR)作为一种快速无损的过程监控工具已经广泛应用于中药质量控制领域。中药成分复杂且近红外光谱吸收强度弱、谱区重叠严重,如何从干扰严重的复杂光谱中提取有效信息是提高测量准确度的关键。模型集群分析（MPA）通过随机采样,最大限度地提取了样本信息,打破了传统一次性建模思路,为变量筛选方法提供了新的思想。采集了55批红参提取物近红外光谱数据,运用多元散射校正（MSC）进行光谱数据预处理,并将MPA衍生的随机蛙跳法（RF）、竞争自适应重加权（CARS）、变量组合集群分析法（VCPA）、VCPA联合迭代保留信息变量（IRIV）方法与OPUS软件自带的变量筛选方法分别用于总皂苷含量偏最小二乘（PLS）定量分析模型的建立中。结果表明,OPUS软件、CARS-PLS与RF-PLS所建模型校正集相关系数（R_c）仅为0.601 3,0.565 3与0.644 0,拟合效果不理想。VCPA-PLS法所建模型的R_c为0.951 2,是几种变量筛选方法中最高的,但是其预测性能不佳,模型稳健性不理想。VCPA-IRIV-PLS模型具有最好的预测效果,R_c为0.928,RSEP%为7.99%。     

红外光谱应用新进展及其与色谱指纹图谱对比分析

综述了红外光谱技术在常用中药材鉴定、地方民族药识别、中药炮制、中药注射剂四方面应用最新进展,这些包括加强计算机解析深度,增加药材前处理,利用二维相关红外光谱进行炮制监控等;另外,简述了色谱指纹图谱多组分含量分析框架体系的构建;分析比较红外光谱与色谱指纹图谱技术在中药质量控制领域应用的共性与差异点。     

红外光谱在中药定性定量分析中的应用

红外光谱灵敏度高、操作简便、谱带的专属性强,特别适合于中药材的无损快速鉴别和定量分析,它正在成为中药质量控制方面的一种有效手段。文章综述了红外光谱在中药定性和定量研究中的应用现状,对红外光谱在中药材(同一药材不同部位,不同产地、品种的同种中药材,易混淆、真伪中药材等)和中成药(中药配方颗粒和注射剂等)的鉴别分析与有效成分含量测定等方面的应用进行了详细评述。随着傅里叶变换红外光谱和计算机技术的不断发展,它必将在中国中药的现代化和国际化道路上起到关键作用。     

Near-infrared spectroscopy to assess typhaneoside and isorhamnetin-3-O-glucoside in different processed products of pollen typhae

With the ever increasing importance of testing drug quality, rapid analytical methods are needed for supervision of Chinese herbal medicines. Near-infrared spectroscopy is one of the most powerful tools in quality assessment of Chinese herbal medicines. In this work, near-infrared spectroscopy was applied to develop a rapid method for quantitative determination of typhaneoside and isorhamnetin-3-O-glucoside in different processed products of Pollen Typhae. A total of 71 batches of samples were collected from different regions in China. After acquisition of near-infrared spectra, different pre-processing methods were compared, and a competitive adaptive reweighted sampling algorithm was used to perform the variable selection. Then a partial least squares regression algorithm was applied to build the quantitative models. The root mean square error of calibration, root mean square error of cross validation, and root mean square error of prediction were 0.0190, 0.0364, and 0.0158%, respectively, for a quantitative model of typhaneoside. The root mean square error of calibration, root mean square error of cross validation, and root mean square error of prediction were 0.0190, 0.0377, and 0.0170%, respectively, for a quantitative model of isorhamnetin-3-O-glucoside. Moreover, the relative prediction deviation values of both quantitative models were larger than 3, indicating good performance of the partial least squares (PLS) models. The results demonstrated that high accuracy prediction of typhaneoside and isorhamnetin-3-O-glucoside could be obtained by near-infrared spectroscopy, to allow an alternative method for quality assessment of different processed products of Pollen Typhae.     

Recent Applications of Fourier Transform Infrared Spectrophotometry in Herbal Medicine Analysis

Abstract

Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) is a fast and nondestructive analytical method. Associated with chemometrics, it is a powerful tool for the pharmaceutical industry. It is becoming a suitable technique for analysis of herbal medicine. This review focuses on the recent developments and updates for the qualitative and quantitative analysis of herbal medicine using FTIR. Moreover, it can be implemented during herbal drug development, in production for process monitoring, or in quality control laboratories.     

Application of Vibrational Spectroscopy in Combination with Chemometrics Techniques for Authentication of Herbal Medicine

Abstract: One of the emerging issues in herbal medicine is its authenticity. The substitution of highly valuable materials in herbal medicine with lower ones is common practice in the herbal medicine industry. This practice can cause serious effects or be harmful to human health; therefore, the authentication of herbal medicine using analytical techniques is necessary. Due to its capability as fingerprint technique, vibrational spectroscopy (infrared and Raman), especially in combination with several chemometrics techniques, is the method of choice for authentication purposes. This review highlights the use of mid-infrared, near-infrared, and Raman spectroscopy for authentication of herbal medicine, either in raw materials or in final products.     

红参类中药注射剂红外光谱法宏观质量控制标准的研究

采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)并结合二阶导数谱和二维相关红外光谱技术(2D-IR),对三种红参类中药注射剂(参附、参麦、生脉)进行了三级鉴定(别)研究。跟踪并找出了批次间、种类间以及中药注射剂与原药材之间谱图的变化规律,根据混合物体系主体成分掩盖的特点,进行了谱图的整体解析,指出了红参类中药注射剂的共有峰和差异特征峰,初步建立了红参类中药注射剂的宏观质量控制标准。提供了宏观质量控制的重要参考数据和评价依据。     

不同产地虎杖根FTIR主成分分析研究

借助于傅里叶变换红外光谱分析仪,采用主成分分析法对来自7个产地的虎杖根在植化组成上的相似性进行了聚类分析。结果表明：虎杖样品在4000～1700cm-1区域有相似的红外光谱特征,而在1700～900cm-1区域不同产地的样品又存在一定的差异。据此将虎杖的产地分为6个区,分区与各产地的地理位置和气候条件有一定的相关性,同一区内虎杖的化学组分相似。红外光谱法可以快速、简便、直观地对中药材进行聚类分析和质量鉴别。     

基于太赫兹谱分析中药材鉴别

中草药分析与鉴定对中草药质量控制意义重大,以飞秒激光为基础的太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)是一种新型相干远红外光谱测量技术。为了研究基于太赫兹谱的中药材鉴别可行性,应用THz-TDS研究了室温下黄芪、当归、杜仲及三种掺杂的黄芪在0.2~2.2 THz范围内的光学特性,得到了对应的时域谱、频域谱和吸收谱。结果表明在此波段三种中草药的时域谱、频域谱及吸收谱存在显著差异;三种掺杂黄芪的频域谱、吸收谱虽相似但也有明显不同。利用太赫兹时域光谱技术鉴别中药材是可行的,它可为中草药质量控制提供一种新的方法。