張 莉,孟 靖,2,茍春林,劉 志,袁玉偉*

(1.上海交通大學(xué) 分析測(cè)試中心,上海 200240;2.上海交通大學(xué) 藥學(xué)院，上海 200240;3.寧夏農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，寧夏 銀川 750002;4.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所，浙江 杭州 310021;5.農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品信息溯源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310021)

枸杞為茄科(Solanaceae)枸杞屬(Lycium)植物，全球約有80多個(gè)品種，在我國(guó)有7個(gè)品種和3個(gè)變種，是我國(guó)傳統(tǒng)藥食同源植物[1]?，F(xiàn)代研究表明，枸杞中含有多糖、黃酮、氨基酸、甜菜堿、類胡蘿卜素、酚酸、脂肪酸等有效成分[2]，有抗氧化、抗衰老、增強(qiáng)免疫力的作用[3]，并具有滋補(bǔ)肝腎、益精明目的功效。枸杞耐鹽耐旱，廣泛分布于我國(guó)的西北地區(qū)，包括寧夏、內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、青海、河北等省。據(jù)青海省商務(wù)廳和寧夏自治區(qū)林業(yè)局2015年的數(shù)據(jù)，兩省的枸杞種植面積分別達(dá)到45萬畝和85萬畝，年綜合產(chǎn)值超過80億元。同時(shí)，枸杞也是我國(guó)重要的地理標(biāo)識(shí)產(chǎn)品，已注冊(cè)的有寧夏枸杞、中寧枸杞、巨鹿枸杞、靖遠(yuǎn)枸杞、瓜州枸杞、精河枸杞、民勤枸杞、柴達(dá)木枸杞等。然而一些不法商販為了追求更高的利益，以次充好，使用虛假標(biāo)簽，破壞市場(chǎng)秩序。為使枸杞產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，維護(hù)企業(yè)品牌和消費(fèi)者權(quán)益，亟需建立有效的枸杞質(zhì)量控制和產(chǎn)地溯源分析技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過色譜技術(shù)、質(zhì)譜及其聯(lián)用技術(shù)、紅外光譜技術(shù)、礦質(zhì)元素分析技術(shù)等分析不同產(chǎn)地枸杞中化學(xué)成分和痕量元素的組成及含量，找出地域差異性特征，對(duì)枸杞進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)和產(chǎn)地溯源。本文對(duì)近年來枸杞特征組分檢測(cè)與溯源鑒別技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，為我國(guó)開展枸杞原產(chǎn)地保護(hù)的溯源和鑒別提供方法借鑒。

1 有機(jī)成分分析

1.1 分光光度法

分光光度法通過測(cè)定物質(zhì)在一定波長(zhǎng)范圍的吸光度，對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析。分光光度法的使用范圍廣，分析成本低，操作簡(jiǎn)單、快速。枸杞含有大量糖類，總糖量約占46.5%，枸杞多糖是一種水溶性多糖。作為枸杞的主要活性成分，多糖具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、降血脂、降血糖、降血壓和抗疲勞等作用，研究最為廣泛。中國(guó)藥典中采用紫外分光光度法測(cè)定枸杞多糖含量。劉萬倉等[4]通過水提醇沉法、脫蛋白制得寧夏中寧、銀川和青海精制枸杞多糖，采用紫外分光光度法在490 nm處測(cè)得其含量為2.92%～7.55%，不同產(chǎn)地枸杞的多糖含量差異較大，平均回收率為98.8%。

表1 分光光度法在各產(chǎn)地枸杞檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例Table 1 Application of spectrophotometry in the detection of wolfberry from different origins

*no data

此外，分光光度法還可對(duì)枸杞中的總黃酮、類胡蘿卜素這類抗氧化物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。李紅英等[5]采用分光光度法在510 nm處測(cè)定了寧夏、新疆、河北和青海等地枸杞的黃酮含量。寧夏同心和寧夏銀川南梁地區(qū)枸杞中的黃酮含量較高，平均含量為669.5 mg/100 g。孫波等[6]通過紫外分光光度法在465 nm處檢測(cè)了寧夏、內(nèi)蒙古、新疆和黑龍江產(chǎn)地枸杞的β-類胡蘿卜含量，發(fā)現(xiàn)寧夏中寧縣枸杞的β-類胡蘿卜含量最高，達(dá)到12.70 mg/g。分光光度法在各產(chǎn)地枸杞檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例見表1。

1.2 色譜技術(shù)

色譜技術(shù)具有強(qiáng)大的分離功能，且儀器成本較低，操作簡(jiǎn)便，能夠在簡(jiǎn)單預(yù)處理?xiàng)l件下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜基質(zhì)中多目標(biāo)組分的同時(shí)定量分析。傳統(tǒng)分光光度法不具備色譜的分離功能，因此對(duì)復(fù)雜體系中特征組分的分析能力較弱。色譜法的準(zhǔn)確度更高，在食用農(nóng)產(chǎn)品、食品和藥品的絕大多數(shù)領(lǐng)域中均有應(yīng)用，是較為普適的分析手段。

枸杞中含有大量有效成分，可通過色譜柱將其分離后，再進(jìn)行定性或定量分析。枸杞中的多糖、黃酮、氨基酸、甜菜堿、類胡蘿卜素及酚酸類等成分均可采用色譜法檢測(cè)，色譜技術(shù)是當(dāng)前用于枸杞質(zhì)量控制的主要分析技術(shù)。

1.2.1高效液相色譜高效液相色譜(HPLC)通過物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相之間的分配或通過物質(zhì)吸附作用不同進(jìn)行分離，通過標(biāo)準(zhǔn)品可對(duì)待測(cè)組分進(jìn)行定量或半定量分析。有學(xué)者采用HPLC測(cè)定了枸杞中維生素C[15]、東莨菪素及東莨菪苷[16]等的含量。枸杞中含有的色素主要為類胡蘿卜素，對(duì)眼部疾病如視網(wǎng)膜病變、黃斑變性等有一定功效。曲云卿等[17]采用分光光度法、HPLC法測(cè)定了8個(gè)產(chǎn)地枸杞干果中的類胡蘿卜素總量，以及玉米黃素、β-胡蘿卜素和玉米黃素雙棕櫚酸酯的含量，在20 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)3種類胡蘿卜素的定性定量，回收率為90.8%～103.9%。結(jié)果表明，類胡蘿卜素含量為0.41～2.10 mg/g，青海枸杞中含量最高，惠農(nóng)最低，且玉米黃素雙棕櫚酸酯>玉米黃素>β-胡蘿卜素。聚類分析結(jié)果顯示，中寧、固原、青海的枸杞可分為一類，新疆、甘肅、南梁、惠農(nóng)、內(nèi)蒙古的分為一類。氨基酸與食品的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值密切相關(guān)，是衡量食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。吳有鋒等[18]配制了17種氨基酸的混標(biāo)溶液，以 2，4-二硝基氟苯為衍生試劑，采用柱前衍生高效液相色譜法測(cè)定了6個(gè)產(chǎn)地的柴達(dá)木枸杞，回收率達(dá)90.28% ～102.85%。測(cè)得不同產(chǎn)地枸杞的氨基酸平均含量為6.945%～8.035%，產(chǎn)自德令哈的含量最高，格爾木最低。同一產(chǎn)地的枸杞，10月采摘的枸杞中氨基酸含量大于8、9月份。

1.2.2離子交換色譜離子交換色譜利用被分離物質(zhì)在離子交換樹脂上離子交換能力的不同而實(shí)現(xiàn)分離。適用于離子化合物和易電離分子的分離。甜菜堿能夠促進(jìn)脂質(zhì)代謝，是枸杞中的主要生物堿和活性成分之一。莊紅艷等[19]通過陽離子交換色譜測(cè)定了寧夏、甘肅、內(nèi)蒙枸杞樣品中甜菜堿的含量，發(fā)現(xiàn)寧夏樣品中含量最高，達(dá)到8.94 g/kg，平均回收率達(dá)88.8%;但是該研究的樣品數(shù)量較少。

1.2.3凝膠滲透色譜凝膠滲透色譜又稱凝膠過濾色譜、分子排阻色譜。與其他液相色譜不同，其原理為不同大小的溶質(zhì)分子通過具有分子篩性質(zhì)的固定相進(jìn)行分離。柱內(nèi)填充的凝膠顆粒具有大小不一的孔徑，大分子因不能通過凝膠顆粒的孔徑而先被洗脫出；小分子則需流過較多的凝膠孔隙，所需時(shí)間較長(zhǎng)，后被洗脫。凝膠滲透色譜主要用于分離大分子物質(zhì)。韓紅[20]采用凝膠滲透色譜測(cè)得內(nèi)蒙古、寧夏、青海不同采摘時(shí)期枸杞的多糖含量為12.35～18.84 mg/g，以內(nèi)蒙古秋果含量最高。相比于傳統(tǒng)化學(xué)顯色法[21]，凝膠滲透色譜法測(cè)定枸杞多糖含量的準(zhǔn)確度更高。

1.2.4指紋圖譜色譜指紋圖譜在中藥質(zhì)量控制中得到廣泛應(yīng)用[22-23]，是近年來中藥研究的熱點(diǎn)，可用來鑒定藥材真?zhèn)?，評(píng)價(jià)藥材的均一性、道地性。但指紋圖譜是一種整體、綜合的評(píng)價(jià)方法，適用性較差。張自萍等[24]采用ODS色譜柱，建立了寧夏、新疆、河北不同品種(寧杞Ⅰ號(hào)、寧杞Ⅱ號(hào)和大麻葉)15個(gè)樣品的黃酮類HPLC指紋圖譜，共得到16個(gè)特征峰，以16號(hào)蘆丁峰為內(nèi)參峰，所有組分在55 min內(nèi)洗脫。寧杞Ⅰ號(hào)中蘆丁和綠原酸的峰面積高于其他兩個(gè)品種，且來自寧夏固原黑城鄉(xiāng)、中寧恩和鄉(xiāng)、銀川南梁農(nóng)場(chǎng)以及新疆樣品的蘆丁和綠原酸含量較高，說明不同品種和產(chǎn)地具有特征差異性。廖國(guó)玲等[25]采用NH2色譜柱，建立了不同產(chǎn)地的“寧杞Ⅰ號(hào)”寧夏枸杞中甜菜堿提取物的HPLC指紋圖譜，得到8個(gè)特征峰，5號(hào)峰甜菜堿峰為內(nèi)參峰，所有組分在40 min 內(nèi)全部洗脫。并以其他產(chǎn)地和品種的枸杞作為參比，發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙樣品與指紋圖譜相關(guān)性高，不同品種的相關(guān)性低。Liu等[26]建立了中國(guó)16個(gè)不同產(chǎn)地和品種的枸杞多糖高效排阻色譜、柱前衍生/高效液相色譜、紅外光譜、紫外光譜的指紋圖譜。通過多種指紋圖譜的建立，并結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)，篩選出4種單糖(半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖)化學(xué)標(biāo)志物，可區(qū)分不同產(chǎn)地的枸杞。黑龍江和山西枸杞多糖的結(jié)構(gòu)性質(zhì)與其他產(chǎn)地樣品不同。這表明樣品來源的多樣性對(duì)于產(chǎn)地溯源工作有重要影響。色譜在枸杞特征組分和產(chǎn)地檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例見表2。

表2 色譜在枸杞產(chǎn)地檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例Table 2 Application of chromatography in detection of wolfberry from different origins

(續(xù)表2)

SampleMethodAnalyteOriginContent differenceReferenceHPLC酚酸青海、內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、寧夏不同產(chǎn)地各酚酸含量不同[31]HPLC甜菜堿寧夏(同心、中寧、惠農(nóng)、銀川)2.21 mg/g(惠農(nóng)) ～2.298 mg/g(中寧)[32]HPLC甜菜堿寧夏、甘肅、青海0.300 4%(寧夏平羅)～0.588 0%(寧夏中寧)[33]HPLC東莨菪內(nèi)酯寧夏、青海、甘肅、新疆、河北7.7 μg/g(新疆)～21.59 μg/g(寧夏)[34]HPLC法蓽枝苷26.1 μg/g(內(nèi)蒙古)～43.3 μg/g(寧夏)[35]HPLC玉米黃質(zhì)棕櫚酸二酯中國(guó)三地、意大利市售28～54 mg/10 g[36]枸杞葉片HPLC總黃酮青海各縣0.127%(樂都縣崗溝鄉(xiāng))～3.443%(都蘭縣香日德鎮(zhèn))[37]

1.3 質(zhì)譜及其聯(lián)用技術(shù)

質(zhì)譜作為一種高靈敏度、高分辨率的檢測(cè)儀器，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)紫外、熒光等檢測(cè)器靈敏度低和選擇性差的缺點(diǎn)，且能為化合物的結(jié)構(gòu)解析提供重要信息。質(zhì)譜與色譜分離技術(shù)的聯(lián)用，能夠更加準(zhǔn)確地分析枸杞中有機(jī)物質(zhì)的組成和含量，這對(duì)于不同產(chǎn)地枸杞標(biāo)志化合物的分析非常重要。

1.3.1氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用可測(cè)定易揮發(fā)、熱穩(wěn)定性好的物質(zhì)。枸杞中含有的大量揮發(fā)性成分組成了其獨(dú)特的風(fēng)味，不同產(chǎn)地間風(fēng)味亦有不同。曲云卿[38]采用頂空固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)到8個(gè)不同產(chǎn)地枸杞樣品中的133種揮發(fā)性物質(zhì)，不同產(chǎn)地枸杞中所含的揮發(fā)性成分組成以及含量有很大差異，其中共有揮發(fā)性物質(zhì)僅9種(1-甲基環(huán)庚醇、鄰苯二甲酸二甲酯、鄰苯二乙酸二乙酯、二氫獼猴桃內(nèi)酯、己醛、月桂醛、β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮環(huán)氧化物)。經(jīng)主成分分析(PCA)發(fā)現(xiàn)，1-甲基環(huán)庚醇、己酸、β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、鄰苯二甲酸二乙酯和β-環(huán)檸檬醛對(duì)枸杞風(fēng)味的影響較大。也有學(xué)者通過衍生化測(cè)定枸杞多糖的單糖組成。陳艷蕊[39]通過氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)測(cè)定了內(nèi)蒙古、甘肅、青海、河北、新疆等地枸杞多糖中的單糖組成。枸杞多糖主要由D-阿拉伯糖、L-木糖、L-核糖、D-半乳糖、D-葡萄糖和D-甘露糖等單糖組成。除河北的枸杞只檢出D-葡萄糖和D-甘露糖外，其他省份6種單糖均有檢出，表明河北枸杞的多糖結(jié)構(gòu)與其他產(chǎn)地枸杞存在差異，具有一定的地域特征。

1.3.2液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)Adams等[40]采用高效液相色譜與四極桿質(zhì)譜和離子阱質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析了來自中國(guó)和泰國(guó)的8個(gè)枸杞樣品中的阿托品。四極桿離子阱質(zhì)譜具有多級(jí)質(zhì)譜功能(MSn)，通過離子累加和離子放大器檢測(cè)后，具有很高的靈敏度。結(jié)果表明，各地樣品均檢出阿托品，最高濃度為19 ppm，遠(yuǎn)低于毒性劑量。

單四極桿質(zhì)譜(Q)的性能穩(wěn)定可靠，但只能得到低分辨數(shù)據(jù)；高分辨率質(zhì)譜如飛行時(shí)間(TOF)質(zhì)譜適用于對(duì)化合物分子量和二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)分析[41]。而四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜(QTOF-MS)則將這兩種質(zhì)譜的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，在四極桿中選取離子通過飛行時(shí)間質(zhì)譜進(jìn)行分離分析，可實(shí)現(xiàn)精確的分子測(cè)定以及未知物質(zhì)的結(jié)構(gòu)鑒定，在代謝組學(xué)中廣泛使用。Bondia-Pons等[42]利用液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜(LC-QTOF-MS)技術(shù)對(duì)中國(guó)北方、西藏以及蒙古產(chǎn)的枸杞進(jìn)行了非靶向代謝物分析，發(fā)現(xiàn)蒙古產(chǎn)枸杞富含類黃酮和酚酸類化合物，而檸檬酸則是我國(guó)枸杞的特征化合物。通過PCA和偏最小二乘-判別分析(PLS-DA)，不同產(chǎn)地的枸杞可得到明顯區(qū)分。Lam等[43]采用高效薄層色譜-1,1-二苯基-2-三硝基苯肼法(HPTLC-DPPH)測(cè)定了中國(guó)寧夏、新疆、內(nèi)蒙古、甘肅和青海共50個(gè)甲醇枸杞提取物樣品中的抗氧化物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)寧夏枸杞的平均抗氧化性顯著高于其他地區(qū)，并通過電噴霧-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)(ESI-QTOF-MS/MS)鑒別出其中最強(qiáng)的抗氧化物質(zhì)為2-O-β-D-吡喃葡萄糖基-L-抗壞血酸。Lu等[44]采用UPLC-QTOF-MS和流動(dòng)注射質(zhì)譜(FIMS)指紋圖譜檢測(cè)，并結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法區(qū)分了來自寧夏和其他各省的29個(gè)枸杞樣本。結(jié)合PLS-DA分析后，UPLC-MS方法判別正確率大于90%，F(xiàn)IMS方法平均判別正確率為71%。

1.4 紅外光譜技術(shù)

紅外光譜和近紅外光譜是前處理簡(jiǎn)單、測(cè)定快速以及重復(fù)性高的分析技術(shù)，在枸杞質(zhì)量控制和產(chǎn)地溯源中應(yīng)用廣泛。但該技術(shù)易受到樣品中水分含量的影響[45]，且譜帶復(fù)雜，譜峰重疊嚴(yán)重，往往需借助化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行分析，且不同的數(shù)據(jù)處理和建模方式對(duì)判別結(jié)果影響較大。

1.4.1傅立葉變換紅外光譜Gao等[46]測(cè)定了寧夏中寧、寧夏非中寧、新疆、青海、甘肅共149個(gè)枸杞樣本在4 000～400 cm-1波段處的傅立葉變換紅外光譜(FTIR)。通過均一化對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，判別分析結(jié)果顯示對(duì)中寧枸杞和非中寧枸杞的最佳識(shí)別率分別達(dá)到93.98%和90.91%，驗(yàn)證率均達(dá)到100%。

Yu等[47]采用氨基酸分析儀和FTIR光譜測(cè)定了寧夏、河北、新疆、青海和甘肅枸杞中的氨基酸。氨基酸分析儀的結(jié)果表明，所有枸杞樣品中，天冬氨酸和谷氨酰胺的含量最高，甲硫氨酸的含量最低；中寧枸杞中天冬氨酸、谷氨酰胺和賴氨酸的含量比其他地區(qū)高。并通過結(jié)合偏最小二乘回歸分析，快速、無損預(yù)測(cè)了中寧枸杞中的天冬氨酸、谷氨酰胺和賴氨酸。根據(jù)天冬氨酸含量(大于1.22 g/100 g)進(jìn)行分類，對(duì)中寧枸杞的識(shí)別率為75%。

1.4.2近紅外光譜Wang等[48]采用苯酚硫酸法和近紅外光譜結(jié)合PLS模型測(cè)定寧夏、內(nèi)蒙古、甘肅、河北、新疆等地枸杞中的枸杞多糖。當(dāng)PLS模型預(yù)處理方法為標(biāo)準(zhǔn)正則變化(SNV)，主成分為5，波段為12 000～7 463、7 002～5 568、5 087～4 003 cm-1時(shí)，建模效果較好。盲樣t檢驗(yàn)表明，近紅外光譜法與傳統(tǒng)化學(xué)方法檢測(cè)枸杞含量并無顯著性差異，可替代傳統(tǒng)化學(xué)方法。Shen等[49]采用近紅外光譜結(jié)合主成分分析、最小二乘法支持向量機(jī)(LS-SVM)分析了來自我國(guó)華北平原、黃土高原、東北平原和西北盆地的90個(gè)枸杞樣品，并將樣本在三維主成分空間中分為4類，其中LS-SVM算法的校正集和測(cè)試集準(zhǔn)確率分別達(dá)100%和96.67%。

二維近紅外光譜比一維光譜能夠更有效處理復(fù)雜體系中的特征信息。Lu等[50]采用二維近紅外光譜區(qū)分了產(chǎn)自內(nèi)蒙古、寧夏、河北和新疆的枸杞樣品。不同產(chǎn)地的樣品在二維同步和異步光譜4 950～5 700 cm-1處有顯著差異。

Yin等[51]通過近紅外高光譜成像技術(shù)(NIR-HIS)結(jié)合提取的特征譜帶和不同判別分析模型對(duì)寧夏中寧、內(nèi)蒙古烏拉特前旗、新疆精河和青海都蘭的枸杞進(jìn)行了溯源。從枸杞像素光譜和空間分布的角度出發(fā)，繪制了主成分虛擬彩圖，直觀地顯示了4個(gè)產(chǎn)地枸杞的差異；從枸杞樣品的角度出發(fā)，基于PCA載荷和二階導(dǎo)數(shù)譜提取的全譜和特征波長(zhǎng)建立了不同的判別分析模型。在判別分析的建模方法中，極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)的判別效果優(yōu)于支持向量機(jī)(SVM)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-徑向基函數(shù)(NN-RBF)，校準(zhǔn)率和預(yù)測(cè)率均超過90%。因此，應(yīng)用近紅外光譜進(jìn)行產(chǎn)地判別時(shí)，建模方法對(duì)結(jié)果有較大影響。紅外光譜與近紅外光譜在枸杞產(chǎn)地檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例見表3。

1.5 其他技術(shù)

機(jī)器視覺是一種基于計(jì)算機(jī)圖像處理的分析技術(shù)，具有檢測(cè)速度快、重復(fù)性高的優(yōu)點(diǎn)。陳曉峰等[56]采用機(jī)器視覺得到來自寧夏中寧、甘肅瓜州、青海柴達(dá)木枸杞的形態(tài)、顏色及紋理方面的54個(gè)特征，識(shí)別正確率高達(dá)100%。

電子鼻通過模仿生物嗅覺識(shí)別氣味[57]，實(shí)質(zhì)上是陣列氣體傳感器，可檢測(cè)復(fù)雜的揮發(fā)性成分。電子鼻得到的是樣品整體信息，而不是成分的定性定量結(jié)果。Li等[58]運(yùn)用電子鼻技術(shù)結(jié)合主成分分析、聚類分析和線性判別分析對(duì)來自中寧和非中寧的199份枸杞樣品進(jìn)行分析，并用氣相色譜-質(zhì)譜進(jìn)行驗(yàn)證。3種模型中，聚類分析將中寧枸杞與非中寧枸杞分為兩類，而非中寧產(chǎn)地的枸杞在線性判別分析中重疊較多，判別正確率分別為91.0%、98%和100%。

2 礦質(zhì)元素的分析

枸杞中含有豐富的礦質(zhì)元素，這些礦質(zhì)元素能夠反映枸杞生長(zhǎng)的土壤環(huán)境、礦質(zhì)元素的種類和含量差異，具有一定地理標(biāo)志特征，在枸杞產(chǎn)地溯源中應(yīng)用較多。分析礦質(zhì)元素的常用技術(shù)主要有原子吸收光度法(AAS)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)等。AAS法可檢測(cè)多種微量金屬元素，選擇性強(qiáng)。但易受干擾，在進(jìn)行多元素分析時(shí)，不同元素需更換光源燈，效率低。史秀紅等[59]通過AAS，測(cè)定了寧夏、河北、山東、內(nèi)蒙古、青海等地枸杞中的K、Na、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn、Cr，并進(jìn)行聚類分析和主成分分析，發(fā)現(xiàn)寧夏產(chǎn)地的枸杞與其他產(chǎn)地有明顯不同。ICP-AES法可以同時(shí)測(cè)定多元素，耐鹽性較強(qiáng)，大部分元素的檢出限約在ppb級(jí)。劉毅等[60]采用ICP-AES法測(cè)定了不同產(chǎn)地枸杞中Pb、As、Hg、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Zn 9種微量元素的含量，檢出限為0.000 1～0.006 1 mg/L。其中河北青龍的枸杞檢出Cd和Cr，且Mn和Zn含量最高；而內(nèi)蒙巴彥淖爾的枸杞檢出As和Hg，且Fe和Cu含量最高，結(jié)果表明不同產(chǎn)地枸杞的微量元素含量存在差異。ICP-MS法可實(shí)現(xiàn)多種痕量元素的同時(shí)檢測(cè)，且線性范圍寬。Zhang等[61]采用ICP-MS測(cè)定了寧夏、甘肅、新疆的122份枸杞樣品中的K、Mg、Fe、Ca、 Zn、Cu、Mn、Al、Sr、Rb、Mo、Tb、Cd、Co、V、As、Cs、Pr、Dy和Gd元素，結(jié)果表明除了K元素，其他元素在不同地域間均有顯著性差異。判別分析可將中寧枸杞與非中寧枸杞區(qū)分開，且對(duì)原始數(shù)據(jù)和交叉檢驗(yàn)的判別率分別為95.7%和85.7%。但該方法的交叉檢驗(yàn)判別率較低。礦質(zhì)元素分析技術(shù)在各產(chǎn)地枸杞檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例見表4。

表4 礦質(zhì)元素分析技術(shù)在枸杞產(chǎn)地檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例Table 4 Mineral element analysis in detection of wolfberry from different origins

3 化學(xué)計(jì)量學(xué)

由于中藥組分的復(fù)雜性，且產(chǎn)地溯源分析需大量樣品，龐大的數(shù)據(jù)需依靠化學(xué)計(jì)量學(xué)進(jìn)行處理統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的可視化。化學(xué)計(jì)量學(xué)應(yīng)用在枸杞的特征組分鑒別和產(chǎn)地溯源中，可分為無監(jiān)督模式的識(shí)別方法(主要包括聚類分析和主成分分析)以及有監(jiān)督模式識(shí)別方法(偏最小二乘-判別分析、支持向量機(jī)等)。

3.1 無監(jiān)督模式

3.1.1聚類分析聚類分析是在分類情況未知的情況下，根據(jù)研究對(duì)象的特征進(jìn)行分類。按照該特征，計(jì)算樣本間的馬氏距離或歐式距離，距離近的先聚合，直至所有相似樣品聚為一類。聚類分析是為了尋找數(shù)據(jù)集中的“簇”，即相似元素的集合。聚類分析在枸杞的特征組分分析、指紋圖譜及無機(jī)元素分析中應(yīng)用較多，可對(duì)不同產(chǎn)地的枸杞進(jìn)行比較。

3.1.2主成分分析主成分分析通過正交變換將一組可能存在相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)換為一組線性不相關(guān)的變量，將原來的多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樯贁?shù)幾個(gè)能反映總體的指標(biāo)(主成分)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的降維。既不丟掉主要信息，又消除了變量之間共線性的問題。在每個(gè)主成分之間互不相關(guān)的前提下，保留了原始變量的大部分信息，使分析得到簡(jiǎn)化。枸杞的指紋圖譜、無機(jī)元素分析往往為高維數(shù)據(jù)，采用主成分分析進(jìn)行降維十分必要。

圖1 PLS-DA區(qū)分寧夏和其他產(chǎn)地的枸杞[43]Fig.1 Distinguish Ningxia and other origins wolfberries by PLS-DA[43]

3.2 有監(jiān)督模式

3.2.1偏最小二乘-判別分析偏最小二乘回歸是多因變量對(duì)多自變量的回歸建模。偏最小二乘-判別分析(PLS-DA)是一種基于PLS回歸的有監(jiān)督判別分析方法，根據(jù)已知樣品集的特點(diǎn)，制定合適的判別標(biāo)準(zhǔn)，建立一種定性分析模型，并應(yīng)用于未知樣品判定。 PCA 是無監(jiān)督分析，反映了數(shù)據(jù)的原始情況，能夠了解數(shù)據(jù)的整體情況。但是，當(dāng)各組之間差異較小而組內(nèi)差異較大時(shí)，則很難得到正確結(jié)論。 PLS-DA 通過人為加入分組變量，能夠彌補(bǔ) PCA的不足，使得組間差異得到強(qiáng)化。采用PLS-DA對(duì)UPLC-MS數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，可觀察到寧夏和其他產(chǎn)地枸杞的區(qū)分度較好(圖1)[43]。

3.2.2支持向量機(jī)支持向量機(jī)是用于多元函數(shù)估計(jì)或非線性分類的學(xué)習(xí)算法[66]。在高維或無限維空間中構(gòu)造一個(gè)或一組超平面，可用于分類、回歸或異常值檢測(cè)。支持向量機(jī)可用較少的訓(xùn)練變量或樣本學(xué)習(xí)高維特征空間。杜敏等[54]通過近紅外光譜結(jié)合多類支持向量機(jī)算法，對(duì)青海、寧夏、內(nèi)蒙的枸杞樣品表面各個(gè)部位進(jìn)行建模，除枸杞子頂端部位外，其他部位的模型外部驗(yàn)證率均大于97%。

4 結(jié) 論

色譜分析、質(zhì)譜及其聯(lián)用技術(shù)、紅外光譜技術(shù)、礦質(zhì)元素分析技術(shù)等為研究各產(chǎn)地枸杞差異以及枸杞產(chǎn)地溯源的主要方法，每種分析方法有其優(yōu)勢(shì)與局限性。雖然，已有學(xué)者利用色譜技術(shù)開展了許多成分分析工作，且單一成分指標(biāo)能在一定程度上評(píng)價(jià)不同產(chǎn)地信息，但由于實(shí)際樣品受到土壤環(huán)境、氣象因素、加工貯藏方式等影響波動(dòng)較大，可信度低于多指標(biāo)分析。且色譜技術(shù)前處理相對(duì)復(fù)雜，分析時(shí)間長(zhǎng)，精度和靈敏度均較低；結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)雖能提高靈敏度，但質(zhì)譜儀價(jià)格較為昂貴，且對(duì)復(fù)雜組分分析的難度較大。紅外光譜前處理簡(jiǎn)單，可進(jìn)行多組分測(cè)定，快速高效，但傅立葉變換紅外光譜的識(shí)別率不夠高，在定量方面的準(zhǔn)確度低，且需大量樣本進(jìn)行建模；近紅外光譜也存在建模過程較復(fù)雜，樣本需求量大的問題，主成分?jǐn)?shù)和判別方式的選擇對(duì)建模結(jié)果的影響較大。礦質(zhì)元素分析是目前應(yīng)用較多的方法，但礦物元素易受到枸杞的生長(zhǎng)環(huán)境、種植技術(shù)和氣候因素的影響，需綜合考慮各方面因素，保證結(jié)果的可靠性。一些新興技術(shù)如機(jī)器視覺和電子鼻技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，具有一定的應(yīng)用前景，但現(xiàn)階段研究較少。未來應(yīng)將多種方法結(jié)合并利用大數(shù)據(jù)分析，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高枸杞產(chǎn)地溯源的準(zhǔn)確性。

近年來，穩(wěn)定同位素質(zhì)譜已在葡萄酒、蜂蜜、茶葉、奶粉等多種食品、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源中得到應(yīng)用[45,67-68]。物質(zhì)的類型(如C3或C4植物)與產(chǎn)地的環(huán)境因素(如海拔、溫度、土壤環(huán)境等)對(duì)穩(wěn)定同位素的含量影響較大，而加工方式等對(duì)其影響較小。未來可將穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)、有機(jī)成分分析技術(shù)及多元素礦質(zhì)元素分析等技術(shù)相結(jié)合，建立更加準(zhǔn)確可靠的枸杞多變量數(shù)據(jù)庫，并采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法構(gòu)建不同的判別模型，用于產(chǎn)地溯源。

此外，還有一些亟需注意和解決的問題：①確保樣品來源的真實(shí)性，這是進(jìn)行產(chǎn)地溯源和評(píng)價(jià)的前提，同時(shí)將樣品信息盡可能完善，如品種、產(chǎn)地信息、氣候條件、光照、降雨等；②通過大數(shù)據(jù)挖掘，找到一種或幾種更具有特異性，受影響因素小的特征因子，建立真正的“溯源指紋譜圖”；③采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，構(gòu)建多變量數(shù)據(jù)庫，測(cè)試不同模型的穩(wěn)健性和可靠性。