基于主成分分析模型的白術藥材多指標產地質量評價研究

李芳 吳紅彥 吳國泰 李欽

摘要：目的 建立基于主成分分析（PCA）模型的白術藥材多指標產地質量評價方法。方法 采用HPLC同時測定白術藥材中白術內酯Ⅰ及白術內酯Ⅲ含量，采用苯酚-硫酸法測定白術多糖含量，以2015年版《中華人民共和國藥典》通則2201項下熱浸法測定醇浸出物含量，采用PCA建立白術藥材多指標產地質量評價模型。結果 白術內酯Ⅰ及白術內酯Ⅲ在質量濃度范圍內呈良好線性關系（r=0.999 9），平均回收率分別為100.9%、102.1%。PCA分析顯示，浙江磐安、於潛、縉云及新昌等地所產白術藥材質量最佳，安徽亳州及阜陽所產白術藥材質量亦佳。結論 基于PCA模型的多指標產地質量評價方法能夠客觀評價不同產地白術藥材質量。

關鍵詞：白術；白術內酯Ⅰ；白術內酯Ⅲ；白術多糖；主成分分析；質量評價

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2016.11.020

中圖分類號：R282.6 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5304（2016）11-0081-05

Abstract： Objective To establish a multi-index quality evaluation method of Atracylodis Macrocephalae Rhizoma based on principal component analysis （PCA） model. Methods The contents of atractylenolide Ⅰ and atractylenolide Ⅲ were determined by HPLC； atractylodes macrocephalaon polysaccharide was determined by phenol-sulfuric acid method； ethanol soluble extractum was determined by hot soak in general rule of Chinese Pharmacopoeia （2015 Edition）； PCA was used to establish a multi-index quality evaluation model. Results Atractylenolide Ⅰ and atractylenolide Ⅲ showed good linear correlations （r=0.999 9）， and the average recoveries were 100.9% and 102.1%， respectively. PCA showed that the Atracylodis Macrocephalae Rhizoma from Panan County， Yuqian Town， Jinyun County， Xinchang County of Zhejiang Province had the best quality， from Bozhou City and Fuyang City of Anhui Province had good quality. Conclusion The established multi-index quality evaluation method based on PCA model can be applied to objectively evaluate the quality of Atracylodis Macrocephalae Rhizoma from different producing areas.

Key words： Atracylodis Macrocephalae Rhizoma； atractylenolide Ⅰ； atractylenolide Ⅲ； atractylodes macrocephalaon polysaccharide； principal component analysis； quality evaluation

白術為菊科蒼術屬植物白術Atractylodes macrocephala Koidz.的干燥根莖，主產于浙江、湖南、安徽、湖北及江西等地，多為栽培品[1]。白術具有健脾益氣、燥濕利水、止汗安胎等功效。研究發現，白術藥材的活性成分為內酯類、揮發油及白術多糖等，2015年版《中華人民共和國藥典》僅以醇浸出物作為其質量控制指標，但單一指標難以完全滿足白術藥材的質量控制與評價要求[2]。近年來，楊氏等[3]建立了白術藥材的HPLC指紋圖譜，劉氏等[4]建立了HPLC同時測定白術藥材及飲片中白術內酯Ⅰ和白術內酯Ⅲ含量的方法，以期對白術藥材質量實現更為全面、有效的控制與評價。主成分分析（PCA）能夠用少量的因子描述多指標之間的關系，起到數學降維的作用，目前在中藥質量評價中應用廣泛[5]。本研究采集4省12個產地的80批白術藥材，測定其白術內酯Ⅰ、白術內酯Ⅲ、多糖及醇浸出物的含量，基于大樣本構建白術藥材的多指標質量評價體系，建立PCA模型，用于其產地質量評價。

1 儀器與試藥

Agilent 1100 LC/DAD系統，包括G1312A二元梯度洗脫泵、G1313A進樣器、G1316A柱溫箱、G1315B DAD檢測器、Agilent化學工作站，美國Agilent公司；KQ-500DE超聲波清洗器，昆山超聲儀器有限公司；BT1250型電子天平，德國Sartorius公司；L-500型低速離心機，湘儀離心機儀器有限公司。

色譜純甲醇，分析純甲醇，超純水（自制）；白術內酯Ⅰ、白術內酯Ⅲ對照品（實驗室制備，純度≥98%）。80批白術藥材，采集于浙江、湖南、安徽及湖北，經甘肅中醫藥大學藥學院晉玲教授鑒定為Atractylodes macrocephala Koidz.的干燥根莖，藥材產地及編號見表1。

2 方法與結果

2.1 白術內酯Ⅰ及白術內酯Ⅲ含量測定

2.1.1 色譜條件 Waters X-Bridge C18色譜柱（5 μm，250 mm×4.6 mm），以甲醇（A）-水（B）溶液為流動相進行梯度洗脫（0～16 min，60%～76%A；16～18 min，76%～100%A；18～30 min，100%A），流速1 mL/min，柱溫25 ℃，檢測波長為220 nm，進樣量20 μL[6]。色譜圖見圖1。

2.1.2 對照品溶液制備 精密稱取白術內酯Ⅰ、Ⅲ對照品適量，用甲醇配制成含有白術內酯Ⅰ、Ⅲ分別為0.251、0.352 mg/mL的混合對照品溶液。

2.1.3 供試品溶液制備 精密稱取白術粉末0.5 g，精密加入8 mL甲醇，超聲處理（800 W，50 kHz，15 ℃）30 min后，靜置，用甲醇定容至10 mL，搖勻，得50 mg/mL的供試品溶液。

2.1.4 線性關系考察 精密吸取混合對照品溶液1、2、3、4、5、10 μL，依次注入高效液相色譜儀，按“2.1.1”項下色譜條件進行分析，分別以對照品量為橫坐標，峰面積積分值為縱坐標，繪制標準曲線，得回歸方程。白術內酯Ⅰ：Y=1 061 649X-25 331，r=0.999 9；白術內酯Ⅲ：Y=80 545X-13 136，r=0.999 9。白術內酯Ⅰ、Ⅲ分別在2.51×10-4～2.51×10-2 μg、3.52×10-4～3.52×10-2 μg范圍內進樣量與峰面積呈良好的線性關系。

2.1.5 精密度試驗 精密吸取同一供試品溶液，在“2.1.1”項色譜條件下連續進樣5次，分別測定白術內酯Ⅰ、Ⅲ的峰面積，結果RSD分別為1.09%、1.64%。

2.1.6 重復性試驗 取同一白術樣品5份，各0.5 g，在“2.1.1”項色譜條件下測定白術內酯Ⅰ及Ⅲ的峰面積，求得其含量的RSD分別為1.82%、2.60%。

2.1.7 穩定性試驗 取同一供試品溶液，分別于0、1、2、4、8、12、24 h按“2.1.1”項下色譜條件測定白術內酯Ⅰ、Ⅲ的峰面積，結果RSD分別為0.52%、0.94%。

2.1.8 加樣回收率試驗 精密稱取已知含量的白術藥材粉末0.25 g，平行9份，分3組，各組分別精密加入約相當于藥材白術內酯Ⅰ、Ⅲ的80%、100%及120%量的混合對照品溶液，制備供試品溶液。按“2.1.1”項下色譜條件測定白術內酯Ⅰ、Ⅲ含量，平均回收率分別為100.9%、102.1%，RSD分別為2.01%、2.89%，見表2、表3。

2.1.9 樣品測定 取不同產地白術藥材共80批，按“2.1.3”項下方法制備供試品溶液，按“2.1.1”項下色譜條件進行測定，以外標法計算2種成分的含量，結果見表4。

2.2 白術多糖含量測定

參考文獻[7]方法，采用苯酚-硫酸法對白術多糖含量進行測定，結果見表4。

2.3 醇浸出物含量測定

按2015年版《中華人民共和國藥典》四部通則2201項下熱浸法測定醇浸出物含量，用60%乙醇作溶劑，結果見表4。

2.4 主成分分析

采用SIMCA-P12.0統計軟件對80批不同產地白術藥材中白術內酯Ⅰ、白術內酯Ⅲ、白術多糖及醇浸出物4種質量評價指標數據作歸一化處理，再進行PCA[8]。提取的PCA特征值及貢獻率見表5，PCA多維模式投影圖見圖2。以特征根>1為標準，共提取了3個主成分，累計貢獻率達92.756%，可知分析結果能夠客觀反映白術藥材的內在質量。

由投影圖可以看出，除少數樣本離群外，80批不同產地白術藥材基本可以按產地分為4類。第Ⅰ類主要是浙江4個產地（磐安、於潛、縉云及新昌）的白術藥材，第Ⅱ類主要是安徽亳州及阜陽的白術藥材，這2類白術藥材在投影空間上較為接近，說明安徽與浙江產白術藥材質量較為相近。第Ⅲ、Ⅳ類主要分別是湖北與湖南產的白術藥材，但兩者在投影空間的交叉區域較大，說明湖北與湖南產的白術藥材質量較為接近。

為了進一步比較不同產地白術藥材的質量，求取80批不同產地白術藥材的PCA總因子得分（F值）并進行排序。F值越大，表明該樣本質量越好[9]。結果見表6。可見，排名在前40名內的樣本中，浙江磐安、於潛各有8批，均占前40名樣本總數的20.0%，均占各自產地樣本總數的100%；浙江縉云、新昌各有7批，均占前40名樣本總數的17.5%，均占各自產地樣本總數的87.5%；安徽亳州、阜陽各有4批，均占前40名樣本總數的10.0%，均占各自產地樣本總數的66.7%；湖南常德、岳陽各有1批，均占前40名樣本總數的2.5%，均占各自產地樣本總數的16.7%；其余產地白術樣本排名在前40名內的均為0批。綜上可知，浙江磐安、於潛、縉云及新昌等地所產白術藥材質量最佳，安徽亳州及阜陽所產白術藥材質量亦佳。

3 討論

本研究對供試品溶液的制備方法進行了考察及優化。根據白術中內酯類成分的理化性質，分別考察了以甲醇及乙醇作為提取溶劑，甲醇及乙醇的濃度，超聲提取的頻率、溫度及時間，并以白術內酯Ⅰ、Ⅲ的含量及HPLC分離性能為考察指標進行評定。結果表明，采用甲醇作為溶劑，超聲提取（800 W，50 kHz，15 ℃）30 min優于其他方法。

本研究建立了白術藥材產地質量評價的PCA模型，以白術內酯Ⅰ、白術內酯Ⅲ、白術多糖及醇浸出物為指標，對12個產地的80批白術藥材進行質量評價，建立了基于多指標的白術藥材綜合質量評價方法。與傳統的基于單一指標的中藥質量評價方法相比，多指標質量評價能更為全面地反映白術藥材的質量狀況，使評價結果更加客觀和科學。此外，PCA模型的方差貢獻率是在分析原始數據的基礎上得到的，克服了層次分析法等評價方法中人為確定指標權重的主觀影響，因此結果更為客觀和公正[10]。

本研究表明，浙江磐安、於潛、縉云及新昌等地所產白術藥材質量最佳，安徽亳州及阜陽所產白術藥材質量亦佳，該結論進一步印證了浙江作為白術藥材道地產區的科學性。研究也發現湖北與湖南所產白術藥材質量相似。結果表明，本研究建立的基于PCA模型的多指標產地質量評價方法能夠客觀地評價不同產地白術藥材質量，評價結果符合白術藥材的道地性內涵及臨床用藥經驗的認知。

目前，國內白術藥材產地較多，本研究雖采集了4省12個產地的80批白術藥材，但所獲取的產地質量評價信息依然較少，有待進一步擴大樣本來源，結合中藥資源生態學、中藥資源化學及分子生物學等進行更為綜合、全面的質量控制與評價[11]。

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