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畲药地稔(地菍)是野牡丹科植物地稔(Melastoma dodecandrum Lour.)的新鲜或干燥全草,临床常用于带状疱疹、盆腔炎、风湿骨痛等病症的治疗,是宫炎平片和紫地宁血散等中成药的重要组成[1]。现代药理学研究[2-3]表明,地稔提取液具有清除氧自由基、抑制人红细胞膜脂质过氧化、提高小鼠血清超氧化物歧化酶活性等作用,有较强的抗氧化活性。常见的抗氧化活性测定方法有1,1-二苯基-2-苦腈基自由基(DPPH)法、2,2'-连氨-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二氨盐法、铁离子自由基法等,操作烦琐、费时[4]。近年来,基于DPPH的在线色谱分析法[5]大大提高了抗氧化活性的分析效率,但完成测定仍普遍需要30 min以上的时间。光谱技术具有快速、简便等优势。目前,已有研究将食品的光谱学特征与抗氧化活性直接关联,建立了茶叶、冬枣等抗氧化活性的快速预测方法[6-9],但采用紫外光谱技术快速预测地稔的抗氧化活性尚未见文献报道。课题组前期已建立了基于近红外光谱的地稔水提液抗氧化活性快速预测方法[10]。在前期基础上,本研究进一步建立了基于紫外光谱和偏最小二乘(partial least squares, PLS)回归算法的地稔水提液抗氧化活性快速预测方法,并开发了应用软件。采集待测地稔水提液的紫外光谱后,通过软件中的预测功能可在2 s内得到抗氧化活性的快速预测结果。本研究可为进一步完善地稔抗氧化活性的快速预测方法提供依据。
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地稔水提液的抗氧化活性范围为83.4%~98.9%。样品溶液的紫外光谱见图1。随机选择24个样品作为校正集,剩下10个样品作为验证集。采用校正集样品,以抗氧化活性为Y,以190 nm为起始波长,分别以250、280、290、300、400、600 nm为终止波长,将紫外光谱经标准化处理后建立PLS回归模型,优化终止波长,见图2A。结果表明,以290 nm为终止波长所建模型的RMSEcv最小。以抗氧化活性为Y,分别以190、200、210、220 nm为起始波长,以290 nm为终止波长,将紫外光谱经标准化处理后建立PLS回归模型,优化起始波长,见图2B。结果表明,当起始波长为200 nm时所建模型的RMSEcv最小。综上所述,本研究选择200~290 nm为最优波长范围。
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以抗氧化活性为Y,采用200~290 nm的紫外光谱,比较原始光谱和光谱经不同预处理后的建模结果,优化光谱预处理方法,结果见表1。综合考虑Rcal、RMSEE、RMSEcv等,本研究选择标准化为最优光谱预处理方法。
预处理方法 主成分数 校正集 验证集 校正集相关系数 拟合均方根误差 交叉验证均方根误差 验证集相关系数 预测均方根误差 原始光谱 3 0.716 40.9 40.7 0.567 47.2 中心化 3 0.883 2.23 2.21 0.901 1.83 标准化* 3 0.887 2.20 2.17 0.868 2.08 SG平滑结合一阶导数 3 0.734 40.5 39.0 0.647 44.3 SG平滑结合二阶导数 1 0.756 4.05 4.27 0.786 3.68 多元散射校正 1 0.110 4.50 4.72 0.302 3.77 标准正则变换 1 0.141 4.49 4.66 0.325 3.73 SG平滑结合一阶导数+中心化 3 0.898 2.09 2.13 0.722 3.33 SG平滑结合二阶导数+中心化 3 0.879 2.26 2.47 0.655 3.75 多元散射校正+中心化 1 0.110 4.50 4.41 0.302 3.77 标准正则变换+中心化 1 0.141 4.49 4.34 0.325 3.73 SG平滑结合一阶导数+标准化 1 0.840 95.0 95.4 0.757 91.1 SG平滑结合二阶导数+标准化 4 0.911 2.01 2.18 0.721 3.55 多元散射校正+标准化 1 0.520 3.87 4.03 0.582 3.28 标准正则变换+标准化 1 0.535 3.88 4.02 0.582 3.28 注:*最优PLS回归模型。 -
采用200~290 nm的紫外光谱,经标准化预处理后建立最优PLS回归模型,校正集预测值与真实值之间的相关图(图3),Rcal、RMSEE、RMSEcv分别为0.887、2.20%、2.17%。基于最优PLS回归模型开发应用软件,将所建预测模型嵌套入软件。软件双击即可打开,操作界面见图4。采用该应用软件,通过2个步骤即可实现待测地稔水提液抗氧化活性的快速预测。步骤1:将待测地稔水提液稀释后,采集紫外光谱,检测波长为200~290 nm。步骤2:通过软件中的预测功能将紫外光谱数据自动代入模型,在2 s内实现地稔水提液抗氧化活性的快速预测。
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采用所开发的软件预测验证集样品的抗氧化活性。对比验证集抗氧化活性的预测值和真实值,验证本方法的准确性。验证集预测值与真实值之间的相关图见图3,预测回收率见表2。结果显示,验证集抗氧化活性的预测值和真实值差异较小,Rval、RMSEP分别为0.868、2.08%,平均预测回收率为(100.1±2.3)%,表明该方法的预测准确度较高。
编号 预测值 真实值 预测回收率 平均预测回收率 1 91.6 93.1 98.4 100.1±2.3 2 95.2 97.8 97.3 3 94.4 92.9 101.6 4 96.2 92.0 104.6 5 96.5 93.8 102.9 6 83.5 83.4 100.1 7 90.0 89.6 100.4 8 92.1 94.3 97.6 9 85.9 86.6 99.2 10 89.2 90.1 98.9
Rapid prediction of antioxidant activity in aqueous extract solutions of melastoma dodecandrum by ultraviolet spectroscopy
doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202101016
- Received Date: 2021-01-12
- Rev Recd Date: 2021-07-13
- Available Online: 2022-01-20
- Publish Date: 2022-01-25
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Key words:
- Melastoma dodecandrum /
- aqueous extract solution /
- antioxidant activity /
- ultraviolet spectroscopy /
- partial least squares regression
Abstract:
Citation: | JIANG Cheng, XU Pingcui, WU Renjie, ZHANG Xiaoqing, CHEN Liping, WANG Nani. Rapid prediction of antioxidant activity in aqueous extract solutions of melastoma dodecandrum by ultraviolet spectroscopy[J]. Journal of Pharmaceutical Practice and Service, 2022, 40(1): 48-52. doi: 10.12206/j.issn.1006-0111.202101016 |