基于拉曼光谱的中药甘味辨识方法研究

2022-09-20 03:56:58, oceanhood 上海如海光电科技有限公司


北京中医药大学团队使用如海SEED3000便携式拉曼光谱仪对甘味与非甘味中药进行拉曼光谱检测,将测得的拉曼图谱进行比较及特征筛选,结合随机森林[1]算法高效、准确地进行判别分析。

当以MDG前300的拉曼数据建立模型时,AUC为最高值0.883,具有最好的识别效果,且其对应的准确率为81.5%。

[1]随机森林(Random Forest,简称RF)作为新兴起的、高度灵活的一种机器学习算法,是以决策树为基学习器的集成学习算法。

其原理是从原始训练样本集N中有放回地重复随机抽取k个样本生成新的训练样本集合,然后根据自助样本集生成k个分类树组成随机森林,新数据的分类结果按分类树投票多少形成的分数而定。

因为在分类和回归上表现出非常惊人的性能,因此,随机森林被誉为“代表集成学习技术水平的方法“。



研究背景

“五味”是中药药性理论的重要组成部分,具体是指“酸”、“苦”、“辛”、“甘”、“咸”。酸味入肝、苦味入心、辛味入肺、甘味入脾、咸味入肾,以五味之性去纠正脏腑之偏,对于临床遣方用药、功效比类归属、药性学术研究等具有重要意义。由于现阶段研究存在单味,分析样本量小以及以元素、单一或少数物质成分及其靶点效应作为整个中药的表征的局限性,忽略了中药的宏观整体性,北京中医药大学团队以“五味”之“甘”[2]为研究对象,对巴戟天、大枣、当归、甘草、防风、黄芪、山药、鹿茸、金银花、麦冬、艾叶、大黄、防己、枸骨叶、麻黄、羌活、益母草等中药共计330种(甘味中药139种,非甘味中药191种)进行甘味辨识方法研究。

[2]《黄帝内经》曰:“甘入脾,甘走肉,肉病无多食甘。中医认为,甘味食物有补气血、解除肌肉紧张以及解毒作用。


研究结果

以当归、冰片、枸杞子、山药、天花粉为例,检测拉曼图谱如下,不同中药因性质的差异表现出各异的拉曼谱图,且峰形良好,对中药进行拉曼检测无明显荧光干扰。

中药拉曼谱图


识别模型建立与评价筛选

基于甘味中药组与非甘味中药组的拉曼谱图表现出显著性差异,建立甘味的辨识模型。分别利用MDG前100、200 … 900、1000的拉曼数据,结合随机森林(RF),经参数自动寻优法建立针对中药甘味的识别模型,并基于十折交叉验证的准确率(CA)、AUC和精确度等进行模型评价筛选。

RF模型准确率趋势图

RF模型的AUC趋势图

当以MDG前300的拉曼数据建立模型时,AUC为最高值0.883,具有最好的识别效果,且其对应的准确率为81.5%,既保证了良好的识别效果,又具有较高的准确率。基于MDG前300拉曼数据的RF模型,可实现对甘味与非甘味中药的高效、准确辨识。

参考文献:

沙晗,刘淑明,王慧,田雪梅,王耘.基于拉曼光谱的中药甘味辨识方法研究[J].中南药学,2022,20(08):1824-1828.

研究使用仪器

便携式拉曼光谱仪SEED3000是一款高性价比的785nm小型化拉曼光谱仪;结构简单,快速检测,可满足实验室、野外以及工业现场等多种实验场景。预留USB和串口通信,方便多功能系统集成。便携式拉曼光谱仪广泛应用于食品安全、国防安全、珠宝鉴定、医药等需对原材料快速筛选、现场快速检测及物质分析鉴定等行业。

  • 高度集成,应用灵活,轻巧便捷,方便携带;

  • 可适配光谱范围在200-3100cm-1

  • 配探头帽,液体样品支架等多种采样附件;

  • 高稳定性,光谱响应稳定性<2%P-P@2hrs;

  • 高分辨率,分辨率最佳可达6cm-1

关于我们

上海如海光电科技有限公司是一家专业从事光学仪器、光电类模组、光学部件等自主研发与生产的科技型企业, 拥有光、机、电、软、理化应用等专业科研团队,可实现年产2000套以上光谱仪的生产能力,拥有光纤光谱仪、拉曼光谱仪、近红外光谱仪、紫外光谱仪、荧光光谱仪、地物光谱仪、激光器、汞氩灯,氘钨灯光源、光纤探头、各种采样支架,标准板等十余条产品线。

公司先后被授予“高新技术企业”“专精特新”“研发机构”等多项国级省级荣誉认定,和国内多家主流研究机构和高校常年保持深度科研合作,并将继续保持持续创新性竞争优势,坚持自主创新能力和高端科研开发能力,与社会各界共创辉煌。

点击下方链接关注我们~

  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018
  • 客服电话: 400-6699-117 转 1000
  • 京ICP备07018254号
  • 电信与信息服务业务经营许可证:京ICP证110310号
  • 京公网安备1101085018

Copyright ©2007-2022 ANTPEDIA, All Rights Reserved