黄芩根（Scutellariae Radix，SR）是唇形科植物Scutellaria baicalensis Georgi的干燥根，主要分布在中国、日本、韩国、蒙古和俄罗斯[1]。作为一种全球广泛使用的传统草药，它被用于治疗发热、溃疡、支气管炎、肝炎等疾病[2]。SR的药理作用与其抗炎特性密切相关。它可以通过抑制促炎细胞因子的产生来显著减轻炎症并抑制免疫反应[3]。传统上，黄芩素、黄芩苷、吴茱萸苷和吴茱萸素等黄酮类化合物被认为是SR的主要活性成分[4]，[5]，这些成分被报道可以通过有效降低炎症因子的表达水平来治疗炎症性疾病[6]。例如，黄芩苷通过减少IL-1β、IL-6、IL-8、IFN-γ和TNF-α的释放显示出对肠炎的治疗效果[7]。
在中国，根据生长时间和形态特征的差异，SR被分为两种商业规格：生长周期少于三年、表面呈亮黄色且质地坚实的SR被称为Ziqin（ZQ）；生长周期较长、表面颜色较深且内部中空或腐烂的SR被称为Kuqin（KQ）[8]。现代研究证实了这种分类系统的显著药效学意义：KQ在治疗呼吸系统疾病方面具有明显优势，特别是针对呼吸系统炎症和咳嗽症状[9]；而ZQ则对消化系统和泌尿系统有特殊作用，常用于临床治疗腹泻和腹痛[10]。此外，直接食用SR可能会刺激胃肠道并引起不适。为了减轻其不良影响，通常将SR与酒一起炒制制成酒制黄芩（WSR）。与SR相比，WSR在治疗支气管炎和肺炎等呼吸系统疾病方面具有更好的临床疗效[5]，[11]，并且具有更强的抗炎和镇痛活性[12]，[13]。治疗效力的变化归因于生长和加工过程中的化学变化，因此需要深入分析不同商业规格（ZQ vs. KQ）和加工产品（SR vs. WSR）之间的成分差异，但目前这方面的研究还不够充分。近年来，由于对SR需求的激增导致资源不足，一些地区开始使用Scutellaria rehderiana Diels（SD）的根作为SR的替代品，因为SD具有良好的品质和较强的再生能力。然而，我们之前的研究表明SR和SD在化学成分上存在差异，并进一步证实SR的抗炎活性优于SD[14]。
目前，SR的质量评估主要依赖于成分分析[15]，[16]，中国药典规定黄芩素的含量（不低于9.0%）是唯一的品质标准。然而，这种单维度的质量控制方法显然不足以完全解释ZQ和KQ之间以及SR和WSR之间的内在质量差异。值得注意的是，草药的多种成分协同作用表明，单一或少数成分无法完全反映其整体疗效。因此，传统的化学含量测定方法在科学评估和控制药品内在质量方面存在显著局限性。相比之下，生物评估可以通过评估药物对动物、分离组织、微生物和细胞的药理作用或毒性来更直接地反映临床疗效[17]。近年来，生物活性测定已成为质量评估的重要方法，通过捕捉草药的整体活性特征，有效反映了其多种成分和靶点的综合效应[18]。虽然一些研究探讨了SR的抗炎活性[9]，[10]，[19]，但大多数研究仅停留在定性观察阶段，缺乏与参考标准相关的定量方法，使得质量评估难以有效进行。目前，关于SR抗炎活性的生物活性测定仍不完善。为了克服传统单一指标评估的局限性，开发了一个多层次的质量控制系统。具体来说，首次使用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-Q-TOF-MS）结合多变量统计分析方法分析了不同商业规格和加工产品之间的化学成分差异。在此基础上，进一步使用超高效液相色谱串联三重四极杆质谱（UHPLC-QqQ-MS/MS）对SR中的活性成分进行了定量分析。同时，以黄芩素为参考建立了抗炎活性测定方法。通过设定多成分含量和活性的检测限，可以从化学和生物学两个维度评估其质量特性。
尽管上述方法可以全面评估SR的质量，但其实际应用常常受到复杂程序、较长测试时间、高成本和破坏性特征的制约，特别是在线检测应用方面。因此，开发一种高效且非破坏性的替代检测方法已成为当务之急。近年来，近红外（NIR）光谱在分析领域受到了广泛关注，它通过测量含氢基团（O
H、N
H、C
H）相关的振动来检测化合物结构[20]。结合化学计量学，NIR光谱已成为样品鉴定和含量预测的强大工具。虽然已经证实NIRS可用于SR中某些成分的定量分析[4]，[21]，但其在SR鉴定和抗炎活性预测方面的应用尚未得到探索。同时，这些研究主要集中在使用光谱预处理来减少原始光谱数据中的高维冗余，从而限制了预测准确性。因此，本研究创新性地采用了结合光谱预处理和变量选择方法的双重优化策略，有效提高了模型性能。通过集成机器算法，扩展了可用于含量预测的化合物范围，并首次实现了能够识别SR的商业规格、加工方法和产地以及预测抗炎活性的多变量分析。这种方法不仅填补了该领域的研究空白，还为草药质量的智能分析提供了方法学参考。实验设计的流程图如图1所示。
