阿膠脆性的客觀表征

孫陽恩 李 麗金玉翠于學龍張雅麗王春艷劉海濱張 淹*

（1.山東中醫藥大學，山東省中醫經典名方協同創新中心，山東濟南 250355；2.東阿阿膠股份有限公司，國家膠類中藥工程技術研究中心，山東聊城 252201）

性狀為中藥品質的綜合體現,可有效反映中藥品種、產地、工藝、道地性等方面的差異,其中“辨狀論質” 鑒別方法在其品質評價中具有重要作用,但這種傳統感官評價手段對中藥材及飲片形狀、色澤、氣味、質地的區分辨識易受外在因素及個體差異影響。因此,開發中藥性狀客觀化、標準化的表征方法對其品質評價和質量控制具有重要意義［1-2］。

阿膠是一味傳統的補血中藥,首載于《神農本草經》,被列為上品,在臨床上有著很高的應用價值,其性平,味甘,歸肺、肝、腎經,具有補血、滋陰、潤肺、止血功效,素有 “補血圣藥”之美譽［3-6］。該藥材生產工藝具有悠久的歷史,包括焯皮、化皮、煉膠、凝膠、切膠、晾膠、擦膠等諸多工序,原料品質及提取加工對其質量的優劣至關重要,而最直觀的品質表現為外在性狀［7］。2015年版《中國藥典》 一部阿膠質量標準項下對其性狀指標進行了描述,規定合格品的質地應“質硬而脆”,但目前尚無客觀量化的表征評價方法［8］。因此。本實驗采用物性分析儀表征阿膠脆性,建立相關量化檢測方法,以期為該藥材品質評價標準的提升和制備工藝技術的優化提供參考。

1 材料

東阿阿膠（東阿阿膠股份有限公司,國藥準字Z37021368）,經東阿阿膠股份有限公司李士棟高級工程師鑒定為正品。TA.XT-plus 100物性測試儀（英國Stable Micro System公司,力量感應元100 kg）；電子游標卡尺（日本Mitutoyo公司,精度±0.02 mm）。

2 方法與結果

2.1 模式實驗篩選

2.1.1 壓縮模式實驗 將待測樣品置于測試臺正中央,選取P50、P4、P2柱形探頭進行壓縮模式質構測試實驗,設置基本參數為方法模式Compression；觸發力5 g；測前速率1 mm/s；測試速率0.1 mm/s；測后速5 mm/s。結果,由于阿膠硬度極高,3種柱形探頭在低速下壓（0.1 mm/s）過程中均會發生超載,無法將膠塊壓縮至破裂,而且探頭下壓速度越快,沖擊力越大,越容易發生超載,故壓縮模式不適用于高硬度的阿膠塊質構測試。

2.1.2 穿刺模式實驗 采用P/2N針形探頭進行穿刺模式質構測試實驗,設置基本參數為方法模式Compression；觸發力5 g；測前速率1 mm/s；測試速率0.5 mm/s；測后速率5 mm/s；下壓距離4 mm。結果,由于探頭接觸面積極小,故相同壓力下穿刺模式可產生更大的壓強,而且探頭刺入膠塊至一定深度后,膠塊會以穿刺點為中心產生斷裂,穿刺模式曲線見圖1,可知探頭接觸膠塊時隨著下壓距離增加,受力不斷升高,當達到膠塊碎裂點后迅速歸零。綜上所述,穿刺模式可用于阿膠塊的質構分析,但它僅能表征單個點,整體代表性較差,對脆性差異性的敏感度也較低。

圖1 穿刺模式曲線Fig.1 Curve for puncturing pattern

2.1.3 三點彎曲模式實驗 采用特制的平臺和3PB三點彎曲探頭,將平臺上2個支撐點調整到合適位置以支撐樣品長度,然后將其安裝到儀器底座上并調整位置,使探頭對準平臺中心,將膠塊平行放置于支撐平臺上后進行測試,設置基本參數為支點間距5 cm；方法模式Compression；觸發力5 g；測前速率1 mm/s；測試速率0.5 mm/s；測后速率10 mm/s；下壓距離4 mm,三點彎曲典型質構特性曲線見圖2,可知探頭與膠塊垂直接觸后隨著其下壓距離增加,壓力不斷升高,直至膠塊在彎折力下發生瞬間斷裂。由于在三點彎曲模式下探頭與膠塊的接觸面積較大,整體代表性強,故本實驗選擇其進行后續研究。

圖2 三點彎曲模式典型質構特性曲線Fig.2 Typical texture characteristic curve for threepoint bending pattern

2.2 測試條件篩選

2.2.1 采集速率 阿膠塊硬度較大,在測試過程中會瞬時斷裂,時間非常短。因此,選擇最大數據采集速率,即500包/s,以盡可能采集到更多的受力變化細節。

2.2.2 脆性表征參數 通過三點彎曲質構曲線分析,可得到最大斷裂力F（N）、斷裂距離D（即斷裂時探頭的下壓距離,mm）。采用游標卡尺測量樣品尺寸,計算脆裂應力σ、脆裂應變ε,公式分別為σ=3FL/2bh2、 ε=6hD/L2,其中L為平臺支點間距（mm）,b為樣品寬度（mm）,h為樣品厚度（mm）。再通過TA-Plus軟件計算曲線下面積,用于表示脆裂功。

2.2.3 測前速率 設置探頭測前速率為0.1、0.5、1.0、1.5、2.5 mm/s,平行測定5次。結果,不同測前速率下脆裂應力、脆裂應變、脆裂功無明顯差異（P＞0.05）,本實驗選擇1.0 mm/s。

2.2.4 測試速率 設置探頭測試速率為0.1、0.2、0.3、0.5、1.0 mm/s,平行測定5次,結果見圖3～4。由此可知,隨著測試速率增大脆裂應力、脆裂應變升高,脆裂功降低,在0.5～1.0 mm/s時三者較穩定,本實驗選擇0.5 mm/s。

2.2.5 支點間距 設置支點間距為2、3、4、5 cm,平行測定5次,結果見圖5～6。由此可知,支點間距小于2 cm時脆裂應力、脆裂應變、脆裂功穩定性不理想,在4～5 cm時三者較穩定,本實驗選擇5 cm。

2.2.6 測后速率 當探頭壓力降低使膠塊斷裂后,會與后者脫離接觸,不再產生有效數據,探頭在返回過程中也沒有力的作用。為了縮短檢測時間,本實驗選擇測后速率為10 mm/s,在樣品批量連續檢測時可有效提高效率。

圖3 測試速率對脆裂應力、脆裂應變的影響Fig.3 Effects of test rate on embrittlement stress and embrittlement strain

圖4 測試速率對脆裂功的影響Fig.4 Effect of test rate on embrittlement work

圖5 支點間距對脆裂應力、脆裂應變的影響Fig.5 Effects of fulcrum distance on embrittlement stress and embrittlement strain

圖6 支點間距對脆裂功的影響Fig.6 Effect of fulcrum distance on embrittlement work

2.3 阿膠脆性評價

2.3.1 傳統感官評價 感官評價測試在專用感官評價實驗室中開展,選擇10名有豐富阿膠評價經驗的專業技術人員組成評定小組,對5批樣品隨機編號,每批評價3次,并保證獨立進行,互不干擾。采用傳統的“一拍即碎” 感知方法,即手持膠塊在硬質臺面拍擊,觀察其碎裂情況,評價標準采用9分制評分法,評價內容分為碎裂用力、碎裂聲音、碎裂程度,其中碎裂用力為手持膠塊將膠塊拍碎時的用力,所需力量最小為1分,最大為9分；碎裂聲音為膠塊撞擊臺面發生碎裂時的聲音,聲音最清脆為1分,最低沉為9分；破碎性為膠塊拍擊后的碎裂程度,碎片最多為1分,僅2塊為9分,感官評價綜合評分=（碎裂用力評分+碎裂聲音評分+碎裂程度評分）/3,綜合評分越小,阿膠脆性越大。結果,5批樣品綜合評分分別為（3.07±0.55）、（1.87±0.51）、（4.87±0.38）、（5.53±0.18）、（8.53±0.30）分,即樣品2脆性最大,樣品5脆性最小。

2.3.2 三點彎曲模式實驗評價 測定5批樣品脆裂應力、脆裂應變、脆裂功,通過SPSS 11.0軟件進行統計學處理,組間分析采用多重比較,結果見表1。由此可知,各批樣品3種參數比較,差異均有統計學意義（P＜0.05）。

表1 三點彎曲模式實驗結果（， n=5）Tab.1 Results for three-point bending pattern tests （， n=5）

表1 三點彎曲模式實驗結果（， n=5）Tab.1 Results for three-point bending pattern tests （， n=5）

注：同一種參數不同小寫字母表示它們之間有顯著性差異（P＜0.05）。

2.3.3 相關性分析 表2顯示,“2.3.1” 項下感官評價綜合評分與“2.3.2” 項下脆裂應力、脆裂應變、脆裂功均具有一定相關性,其中與脆裂應力之間的Pearson相關系數最高（0.979）,即該參數為阿膠脆性的最佳表征指標。

表2 相關性分析結果Tab.2 Results of correlation analysis

3 討論

以中藥性狀來鑒別其品質是重要的傳統經驗,其中“辨狀論質” 法具有科學性和實用性,是中藥質量的重要評價指標［9-11］,但其主觀性較強、易受環境、評價人員情緒、健康狀況等因素影響,而且需要專業評審員,對感官評價人員的經驗要求較高,無法準確量化,可能影響產品質量的進一步提升和有效控制［12-13］。

正品阿膠應具有合適的脆性,以顏色烏黑、光亮、透明、無腥臭氣、經夏不軟者為佳［14-15］。本實驗采用物性測試儀建立了阿膠脆性的客觀表征方法,確定最佳脆性檢測模式為三點彎曲；最佳條件為測前速率1 mm/s,測后速率10 mm/s,測試速率0.5 mm/s,支點間距5 cm；最佳表征參數為脆裂應力,該方法穩定可行,重復性好,對該藥材性狀品質的綜合評價、分級區分,以及生產工藝穩定性的提升具有良好的指導價值。但阿膠脆性受制作原料、生產加工工藝、厚度、貯存時間等影響,它與上述因素的關聯性仍需作進一步研究。