基于多糖及熵权-TOPSIS的灵芝药材质量评价研究

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.20240044

摘要/Abstract

摘要：

基于多糖及熵权-逼近理想解排序法(TOPSIS)建立灵芝药材综合定量评价模型,为灵芝药材质量评价及优选最佳批次提供参考。首先测定同产地多批次灵芝药材粗多糖得率、糖组成、总糖含量、蛋白含量和糖醛酸含量,其次将数据进行无量纲化,最后采用熵权-TOPSIS法综合评价不同批次灵芝粗多糖得率质量并建立优选标准。根据各批次灵芝粗多糖得率、成分含量检测及聚类热图分析得出不同批次间灵芝药材粗多糖得率、总糖、糖醛酸含量差异较大,糖组成、蛋白含量差异相对较小,灵芝药材粗多糖得率及内在指标与基源无关联。熵权法赋权分析计算粗多糖得率权重系数最大为23.68%,其次为总糖21.35%及糖醛酸含量13.24%。TOPSIS排序结果及分组显示,栽培灵芝子实体、赤灵芝多糖综合评分较优。综上,同产地不同批次间灵芝药材质量差异较大,基于多指标综合评价的熵权-TOPSIS法可实现对灵芝多糖提取物药材来源快速、高效且准确的优选,在生产和质量全面评价中有广泛的应用前景,也可为其他中药材或饮片质量评价提供参考。

关键词: 灵芝, 熵权-逼近理想解排序法, 聚类分析, 质量评价, 粗多糖得率, 糖组成, 糖醛酸

Abstract:

A comprehensive quantitative model that evaluates Ganoderma lucidum as a medicinal material was established based on polysaccharides and entropy-weighted technique for order preference by similarity to ideal solution(TOPSIS) to provide a reference for the quality evaluation of G. lucidum as a medicinal material and selecting the best batches. Initially, the yield, sugar composition, total sugar content, protein content, and uronic acid content of crude polysaccharides were determined formultiple batches of G. lucidum medicinal materials from the same origin. Subsequently, the data were nondimensionalized. Finally, entropy-weighted TOPSIS was used to comprehensively evaluate the quality of G.lucidum polysaccharides from different batches to establish the optimal standard. The yield, component content detection, and cluster heat map analysis of the polysaccharides showed that the polysaccharide yield and the total sugar and uronic acid content of G. lucidum medicinal materials from different batches varied significantly, whereas differences in the sugar composition and protein content were relatively minor. Polysaccharide yield and intrinsic indicators of the G. lucidum medicinal materials were not related to their origin. Entropy weight analysis showed that the polysaccharide yield weight coefficient was the largest at 23.68%, followed by total sugar at 21.35% and uronic acid content at 13.24%. The TOPSIS ranking and grouping results showed that cultivated G. lucidum fruiting bodies and red G. lucidum polysaccharides had better comprehensive scores. The quality of G. lucidum medicinal materials differ widely among different batches from the same origin. Entropy-weighted TOPSIS based on multi-index comprehensive evaluation achieved rapid, efficient, and accurate optimization of the source for G. lucidum polysaccharide extractasa medicinal material and has broad application prospects in production and comprehensive quality evaluation. This study provides a reference for the quality evaluation of other Chinese medicinal and decoction materials.

Key words: Ganoderma lucidum, entropy-weighted TOPSIS, cluster analysis, quality evaluation, crude polysaccharide yield, polysaccharide composition, uronic acid

中图分类号:

R282

杨志城, 孙彩虹, 叶冠. 基于多糖及熵权-TOPSIS的灵芝药材质量评价研究[J]. 山东科学, 2024, 37(6): 31-41.

YANG Zhicheng, SUN Caihong, YE Guan. Quality evaluation of Ganoderma lucidum as a medicinal material based on polysaccharides and entropy-weighted TOPSIS[J]. Shandong Science, 2024, 37(6): 31-41.

图/表 8

表1

图1

表2

表3

图2

表4

表5

表6

不同批次灵芝药材TOPSIS分析"

批次	种源	正理想解距离 $D i +$	负理想解距离 $D i -$	相对接近度C_i	排序结果
20220314-P6	灵芝子实体	0.173	0.303	0.637	1
20220301-P3	灵芝子实体	0.196	0.296	0.601	2
20220312-P4	灵芝子实体	0.176	0.256	0.592	3
20220314-P7	灵芝子实体	0.188	0.239	0.559	4
20220301-C1	赤灵芝	0.241	0.280	0.537	5
20220312-C4	赤灵芝	0.217	0.248	0.533	6
20220301-P2	灵芝子实体	0.224	0.246	0.523	7
20220301-P1	灵芝子实体	0.229	0.230	0.501	8
20220301-Z1	紫灵芝	0.231	0.230	0.500	9
20220312-C2	赤灵芝	0.290	0.251	0.464	10
20220312-Z2	紫灵芝	0.323	0.204	0.387	11
20220312-P5	灵芝子实体	0.291	0.176	0.378	12
20220314-C3	赤灵芝	0.307	0.154	0.335	13

表6

参考文献 21

[1]	国家药典委员会. 中华人民共和国药典: 2020年版一部[M]. 北京: 中国医药科技出版社, 2020.
[2]	马欣宇, 徐蓓蕾, 宋辉, 等. 灵芝化学成分及防治肿瘤的研究进展[J]. 中国药学杂志, 2023, 58(16):1437-1446.DOI:10.11669/cpj.2023.16.001.
[3]	国家中医药管理局. 中华本草[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2005.
[4]	闫晓慧, 姜思亮, 刘雪晴, 等. 灵芝多糖的构效关系、提取工艺及药理作用研究进展[J]. 中医药学报, 2024, 52(4):117-122.DOI:10.19664/j.cnki.1002-2392.240085.
[5]	邢佳慧. 灵芝属的物种多样性、分类与系统发育研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2019.
[6]	姜涛, 施枝江, 姚艺新, 等. 不同品种灵芝多指标的质量评价研究[J]. 中药材, 2018, 41(12):2847-2855.DOI:10.13863/j.issn1001-4454.2018.12.025.
[7]	曾秒, 谢孟君, 祝子喻, 等. 不同产地赤芝药材的质量分析[J]. 中草药, 2023, 54(21):7193-7201.DOI:10.7501/j.issn.0253-2670.2023.21.028.
[8]	张美琴, 王云, 贾哲, 等. 基于熵权-TOPSIS对不同产地桑白皮药材的品质评价[J]. 中国实验方剂学杂志, 2023, 29(13): 130-139.DOI:10.13422/j.cnki.syfjx.20230865.
[9]	鞠瑞鑫, 李云华, 田荣, 等. 不同来源赤芝活性成分分析及质量评价[J]. 食用菌学报, 2023, 30(5):70-82.DOI:10.16488/j.cnki.1005-9873.2023.05.008.
[10]	罗虹建, 林冬梅, 王联福, 等. 灵芝活性成分分析与质量评价研究进展[J]. 药物分析杂志, 2023, 43(1):51-60.DOI:10.16155/j.0254-1793.2023.01.07.
[11]	丁侃, 裴钢, 王培培, 等. β-1,3-葡聚糖、其制备方法以及制药用途:CN106832042B[P]. 2019-05-17.
[12]	中华人民共和国农业部. 食用菌中粗多糖含量的测定:NY/T 1676—2008[S]. 北京: 中国农业出版社, 2008.
[13]	张书山, 唐颖, 袁晓艳, 等. 均匀设计法优化灵芝多糖提取工艺[J]. 广州化工, 2019, 47(21):84-87.DOI:10.3969/j.issn.1001-9677.2019.21.031.
[14]	张婷. 紫芝菌丝体多糖的分离纯化、结构鉴定及生物活性研究[D]. 广州: 华南理工大学, 2017.
[15]	刘良琴. 灵芝多糖的提取纯化、结构表征及灵芝茶的质量控制研究[D]. 贵阳: 贵州师范大学, 2017.
[16]	李娟, 张耀庭, 曾伟, 等. 应用考马斯亮蓝法测定总蛋白含量[J]. 中国生物制品学杂志, 2000(02):118-120.DOI:10.3969/j.issn.1004-5503.2000.02.018.
[17]	田明, 王玉伟, 李瑞锋, 等. 辅酶Q10等5种原料的保健食品纳入备案制目录管理的情况分析及启示[J]. 食品科学, 2022, 43(15):320-326. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220207-014.
[18]	马立平. 统计数据标准化: 无量纲化方法: 现代统计分析方法的学与用(三)[J]. 北京统计, 2000(3): 34-35.
[19]	齐川. 不同来源灵芝主要活性成分变异[D]. 杭州: 浙江农林大学, 2012.
[20]	陈凌华, 程祖锌, 许明. 53种不同来源灵芝子实体多糖含量差异研究[J]. 哈尔滨师范大学自然科学学报, 2017, 33(3):86-91.
[21]	蔡迎丰. 不同来源灵芝中重金属与多糖分析与安全性评估[D]. 江苏: 南京农业大学, 2015.

批次	粗多糖得率X₁	甘露糖含量X₂	葡萄糖含量X₃	半乳糖含量X₄	总糖含量X₅	糖醛酸含量X₆	蛋白质含量X₇
20220301-Z1	0.90±0.07	6.50±0.83	69.95±3.55	23.66±2.13	32.31±0.87	6.1±0.55	32.31±0.87
20220301-C1	0.60±0.09	2.80±0.35	87.95±3.21	9.25±1.01	32.29±2.53	4.40±0.68	32.29±2.53
20220312-Z2	0.48±0.04	2.68±0.41	89.90±4.27	8.22±0.79	41.05±3.36	13.00±0.50	41.05±3.36
20220312-C2	1.96±0.16	22.96±3.12	66.87±3.85	10.17±0.97	30.95±1.8	13.08±0.29	30.95±1.80
20220314-C3	0.76±0.07	11.15±1.00	80.72±3.33	8.13±2.33	33.85±1.76	13.00±0.33	33.85±1.76
20220312-C4	0.76±0.07	9.26±3.90	86.70±3.93	4.04±0.72	38.77±3.43	6.26±0.57	38.77±3.43
20220301-P1	0.70±0.09	7.19±1.60	84.77±2.86	8.04±1.52	43.4±2.99	7.26±0.55	43.40±2.99
20220301-P2	0.77±0.02	8.94±1.87	86.87±1.95	4.19±0.68	31.81±1.22	6.10±0.44	31.81±1.22
20220301-P3	1.07±0.15	6.43±2.34	87.97±2.87	5.60±2.34	24.14±0.92	4.55±0.29	24.14±0.92
20220312-P4	1.37±0.16	12.82±3.94	85.08±4.46	2.10±0.53	44.71±0.9	9.82±0.77	44.71±0.90
20220312-P5	0.70±0.13	13.77±1.71	59.55±1.21	26.68±2.44	38.57±1.81	6.88±0.29	38.57±1.81
20220314-P6	0.91±0.04	6.72±8.08	85.20±8.03	8.08±0.31	51.11±3.32	5.40±0.97	51.11±3.32
20220314-P7	1.02±0.05	9.64±0.34	76.27±0.40	14.09±0.08	44.29±0.38	7.50±0.67	44.29±0.38

批次	粗多糖得率X₁	葡萄糖含量X₂	甘露糖含量X₃	半乳糖含量X₄	总糖含量X₅	糖醛酸含量X₆	蛋白质含量X₇
20220301-Z1	0.90	69.95	6.50	23.55	32.31	6.10	24.55
20220301-C1	0.60	87.95	2.80	9.25	32.29	4.40	32.12
20220312-Z2	0.48	89.09	2.68	8.22	41.05	13.00	27.09
20220312-C2	1.96	66.87	22.96	10.17	30.95	13.08	62.93
20220314-C3	0.76	80.72	11.15	8.13	33.85	13.00	38.52
20220312-C4	0.76	86.70	9.26	4.04	38.77	6.26	41.90
20220301-P1	0.70	84.77	7.19	8.04	43.40	7.26	43.07
20220301-P2	0.77	86.87	8.94	4.19	31.81	6.10	38.40
20220301-P3	1.07	87.97	6.43	5.60	24.14	4.55	25.76
20220312-P4	1.37	85.08	12.82	2.10	44.71	9.82	33.95
20220312-P5	0.70	59.55	13.77	26.68	38.57	6.88	57.69
20220314-P6	0.91	85.20	6.72	8.08	51.11	5.40	20.02
20220314-P7	1.02	76.27	9.64	14.09	44.29	7.50	24.64

质控指标	名称	信息熵值e_j	信息效用值d_j	权重系数w_j
X₁	粗多糖得率	0.887 9	0.112 1	23.68%
X₂	葡萄糖含量	0.949 1	0.050 9	10.75%
X₃	甘露糖含量	0.961 3	0.038 7	8.17%
X₄	半乳糖含量	0.948 7	0.051 3	10.84%
X₅	总糖含量	0.937 3	0.062 7	13.24%
X₆	糖醛酸含量	0.898 9	0.101 1	21.35%
X₇	蛋白质含量	0.943 3	0.056 7	11.98%

批次	粗多糖得率X₁	葡萄糖含量X₂	甘露糖含量X₃	半乳糖含量X₄	总糖含量X₅	糖醛酸含量X₆	蛋白质含量X₇
20220301-Z1	0.067	0.038	0.066	0.014	0.040	0.172	0.107
20220301-C1	0.019	0.103	0.081	0.077	0.040	0.214	0.086
20220312-Z2	0.000	0.108	0.082	0.081	0.083	0.002	0.100
20220312-C2	0.237	0.027	0.000	0.073	0.033	0.000	0.000
20220314-C3	0.045	0.077	0.048	0.082	0.048	0.002	0.068
20220312-C4	0.045	0.099	0.055	0.100	0.072	0.168	0.059
20220301-P1	0.035	0.092	0.064	0.082	0.095	0.143	0.055
20220301-P2	0.046	0.099	0.056	0.099	0.038	0.172	0.068
20220301-P3	0.094	0.103	0.067	0.093	0.000	0.210	0.104
20220312-P4	0.142	0.093	0.041	0.108	0.101	0.080	0.081
20220312-P5	0.035	0.000	0.037	0.000	0.071	0.153	0.015
20220314-P6	0.069	0.093	0.065	0.082	0.132	0.189	0.120
20220314-P7	0.086	0.061	0.054	0.056	0.099	0.137	0.107