茯苓，作為多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核，是我國(guó)傳統(tǒng)名貴中藥材。早在唐代，《道藏》便將其列入 “九大仙草"，稱(chēng)其為 “除濕之圣藥"“仙藥之上品"。經(jīng)加工后的茯苓，兼具藥用與食用價(jià)值，是我國(guó)衛(wèi)生部公布的 34 種藥食兩用品種之一，在常見(jiàn)中醫(yī)臨床組方中，其配伍率超 70%。在 2020 年，中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部發(fā)布的《疫情防控重點(diǎn)保障物資（醫(yī)療應(yīng)急）清單》里，茯苓作為真菌類(lèi)藥材，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，還是治療病毒感染的高頻用藥。云南各地、安徽大別山區(qū)、湖北九資河產(chǎn)出的茯苓，在市場(chǎng)上備受認(rèn)可，品質(zhì)優(yōu)良。此外，福建、湖南、廣西、河南等地也有茯苓種植。因菌種差異以及栽培環(huán)境等因素，不同產(chǎn)地的茯苓，不僅表觀特征有別，有效成分含量也存在差異。
傳統(tǒng)鑒別茯苓產(chǎn)地的方法，多依賴(lài)主觀判斷，像觀察形態(tài)、咀嚼感受口感、嗅聞氣味、掂量質(zhì)地等。這類(lèi)方法易受主觀因素干擾，難以形成統(tǒng)一規(guī)范并廣泛推廣。借助測(cè)量化合物含量鑒別產(chǎn)地的方法，如 HPLC、紫外分光光度法、UPLC - QTOF - MS/MS 等，需要將樣品粉碎配制成溶液進(jìn)行測(cè)量。但這些方法受場(chǎng)地、儀器、材料價(jià)格、專(zhuān)業(yè)人員等條件限制，存在耗時(shí)久、成本高、樣品無(wú)法還原等問(wèn)題。因此，迫切需要一種快速、便捷、耗時(shí)短且操作簡(jiǎn)單的茯苓產(chǎn)地鑒別方法，高光譜成像技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
高光譜成像技術(shù)，結(jié)合多種算法分析，以其簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確性高的優(yōu)勢(shì)，在食用菌產(chǎn)地鑒別中廣泛應(yīng)用。該技術(shù)光譜范圍覆蓋可見(jiàn)光（400～780nm）與近紅外光（780～2526nm），波長(zhǎng)范圍更廣，能實(shí)現(xiàn) “無(wú)損、快速、操作簡(jiǎn)易" 的批量檢測(cè)。無(wú)需粉碎或溶解樣品制成溶液，通過(guò)探測(cè)燈掃描即可獲取樣品光譜信息。而且，高光譜可將可見(jiàn) - 短波紅外波長(zhǎng)范圍分成 2 個(gè)波段分別或融合處理分析，便于建立識(shí)別模型時(shí)選擇最合適的波段類(lèi)型。目前，高光譜成像技術(shù)已在食品、農(nóng)作物、醫(yī)藥、土壤環(huán)境等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。基于此技術(shù)的無(wú)損產(chǎn)地鑒別，能夠建立預(yù)測(cè)模型，提高茯苓產(chǎn)地鑒別的準(zhǔn)確性。具體操作步驟如下：
樣品選擇：廣泛搜集不同區(qū)域的茯苓產(chǎn)品，每個(gè)區(qū)域選取多塊茯苓，以此確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與代表性。
光譜數(shù)據(jù)采集：運(yùn)用高光譜成像儀采集樣品光譜數(shù)據(jù)。采集時(shí)，需將環(huán)境溫度控制在 20℃，把茯苓樣品按規(guī)定放置于移動(dòng)平臺(tái)，每次可同時(shí)掃描多個(gè)樣品。
光譜數(shù)據(jù)處理
圖像校正：利用儀器自帶校正軟件，對(duì)收集到的原始高光譜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，消除儀器、電流等外部因素對(duì)樣品數(shù)據(jù)的干擾。
ROI 區(qū)域提取：借助 ROI 工具，從校正后的高光譜圖像數(shù)據(jù)中，提取每個(gè)樣品感興趣區(qū)域的數(shù)據(jù)，用于后續(xù)處理。
光譜預(yù)處理：采用不同預(yù)處理方法，如 S - G 平滑法、一階導(dǎo)數(shù)法、二階導(dǎo)數(shù)法等，去除原始光譜數(shù)據(jù)中的干擾信息。
分類(lèi)模型建立：運(yùn)用偏最小二乘法辨別分析等不同分析方法，結(jié)合各類(lèi)預(yù)處理方法，構(gòu)建茯苓產(chǎn)地識(shí)別模型。
模型評(píng)價(jià)：產(chǎn)地識(shí)別模型構(gòu)建完成后，通過(guò)不同組合訓(xùn)練集和預(yù)測(cè)集的準(zhǔn)確率來(lái)評(píng)估模型性能。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，若數(shù)據(jù)分組不均衡，單純依靠準(zhǔn)確率評(píng)估存在明顯缺陷。所以，需采用多種方法對(duì)模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以保障分類(lèi)模型的精度。
采用高光譜成像技術(shù)對(duì)不同地區(qū)茯苓樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取茯苓樣品高光譜數(shù)據(jù)后，提取相關(guān)感興趣區(qū)域的平均光譜。運(yùn)用不同光譜分析方法，確定茯苓樣品的敏感波段，構(gòu)建茯苓樣品判別的預(yù)測(cè)模型，并對(duì)模型進(jìn)行評(píng)判。最終，選用模型下敏感波段對(duì)應(yīng)的高光譜圖像展開(kāi)分析，獲取茯苓樣品的不同信息特征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)茯苓樣品產(chǎn)地的準(zhǔn)確劃分。
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