色選分級技術在通渭金銀花質量等級劃分上的應用研究

郭然，代熙，黃厚鈺，韋智江，翟玉生，陳耀，李衛東*（. 北京中醫藥大學中藥學院，北京 0488；. 通渭縣清涼沅金銀花產業扶貧開發有限公司，甘肅 定西 743300）

隨著新型冠狀病毒肺炎疫情在全球蔓延并加重，抗疫成為全人類面臨的重要問題。越來越多的臨床證明，以“三藥三方”為代表的中藥在這場抗疫中發揮了重要作用，尤其是連花清瘟膠囊、金花清感顆粒[1-2]，金銀花是這兩種藥物的主要成分藥材。金銀花質量嚴重影響藥物的臨床療效，其質量控制對人類大健康需求以及金銀花產業發展至關重要[3]。研究表明，金銀花花蕾的發育程度不同其顏色不同，對應藥材的藥效成分含量會有差異，兩者呈一定相關性[4]，這為金銀花的色選分級提供了理論依據。色選分級技術已在茶葉、蔬菜等領域廣泛應用，物料進入色選機的第一層分選室后，從傳感器和背景板間穿過，在光源的作用下，傳感器接收顏色信號，經處理后產生輸出信號，驅動噴閥工作，將枝葉等異物吹至背部接料斗內流走，其余物料繼續下落，經過第二層分選室再次分選后至出料口流走，達到對物料精選和分級的目的[5]。能否通過顏色差異應用色選分級技術進行金銀花質量等級劃分，是本研究關注的主要問題。自2013年以來，北京中醫藥大學金銀花研究團隊在通渭縣的11 個鄉鎮，完成了從金銀花北花一號新品種[6-7]的試種、中試，到2000畝示范和大面積推廣過程。至2020年，已累計推廣種植金銀花10 萬畝，金銀花產業成為了當地的經濟支柱產業。

本研究以經色選機分級后的通渭金銀花為材料，運用現代質量評價手段和多元統計分析方法，驗證通渭金銀花色選分級技術的科學性，為色選分級技術在金銀花產業中的推廣和應用提供理論依據。同時，制訂通渭金銀花質量等級標準，為其產業發展奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 樣品收集

樣品分別采自甘肅省定西市通渭縣11 個鄉鎮，經北京中醫藥大學李衛東研究員鑒定為忍冬科植物忍冬（Lonicera japonicaThunb.）的干燥花蕾或帶初開的花。色選機分級為特級、一級、二級和三級，產地加工方式為烘干。樣品共計44份，詳細信息見表1。

表1 金銀花樣品信息Tab 1 Information of Lonicerae Japonicae Flos

1.2 試藥與儀器

綠原酸（批號：MUST-17030620）、異綠原酸C（批號：MUST-15081414）、木犀草苷（批號：MUST-17030405）（成都曼斯特生物科技有限公司，純度均≥98%），異綠原酸A（批號：Z05M10X87215）（上海源葉生物科技有限公司，純度≥98%），乙腈[色譜純，賽默飛世爾科技（中國）有限公司]，甲醇、乙醇（分析純），水為娃哈哈礦泉水。

6CSX-300IIIA（TD3）型人工智能色選機（合肥美亞光電技術股份有限公司），CBM-20A型島津高效液相色譜儀（日本島津公司），KQ-400KDE 型高功率數控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司），1/10 萬電子天平[賽多利斯科學儀器（北京）有限公司]，粉碎機、馬弗爐、電熱套、HH-S4A 型電熱恒溫水浴鍋（北京科偉永興儀器有限公司）。

1.3 金銀花外觀性狀檢測

以色澤、黃條、開放花、黑頭、黑條、枝葉含量等指標對金銀花的外觀性狀進行量化表征[8]。從每份樣品中隨機稱取10 g 金銀花，分離出黃條、開放花、黑頭、黑條、枝葉等部分，稱定質量（精確至0.01 g）。由于開放花、黑條數量極少，故分別與黃條、黑頭指標合并表征。分別計算以上各部分質量分數，可得到黃條（含開放花）率、黑頭（含黑條）率和枝葉率。色澤用連續排列正整數 1，2，3……進行編碼，對純青花不含黃條者賦值“1”；花淺綠含極少黃條者賦值“2”；花淺綠含較多黃條者賦值“3”；花黃或色難辨者賦值“4”[9]。

1.4 金銀花主要活性成分含量測定

按2020年版《中國藥典》金銀花【含量測定】項下方法檢測樣品中酚酸類和木犀草苷成分含量，其中酚酸類成分包括綠原酸、3，5-二-O-咖啡酰奎寧酸（異綠原酸A）和4，5-二-O-咖啡酰奎寧酸（異綠原酸C）[10]。

1.5 金銀花常規理化指標測定

按 2020年版《中國藥典》金銀花【檢查】項下規定方法檢測樣品中的水分、總灰分和酸不溶性灰分[10]。

1.6 數據處理與分析

采用IBM SPSS Statistics 26 統計分析軟件對金銀花樣品外觀性狀、主要活性成分含量和常規理化指標進行描述性統計分析和相關性分析，篩選出與等級和活性成分顯著相關的指標，進行系統聚類分析以驗證色選機分級的合理性；最后對所有指標進行K-均值聚類分析。

2 結果與分析

2.1 金銀花外觀性狀、主要成分及理化指標檢測結果

圖1 為產自通渭縣李店鄉的金銀花色選等級圖，對應表1 的樣品編號為“5 ～8”。44 份金銀花外觀性狀、酚酸類、木犀草苷含量及水分、總灰分和酸不溶性灰分含量測定結果，見表2。

表2 金銀花外觀性狀、主要成分及常規理化指標測定(%)Tab 2 Determination of appearances，main components and physical and chemical indexes of Lonicera japonica Flos (%)

圖1 通渭李店鄉金銀花色選等級圖Fig 1 Color grading picture of Lonicera japonica Flos

2.2 金銀花各項指標描述性統計

對44 份金銀花樣品的上述各指標進行描述性統計分析，并計算變異系數，結果見表3。各項指標的變異系數在4.58%～104.87%，除總灰分變異系數為4.58%外，其余各項指標的變異系數均＞10%，表明除總灰分外，其余各項指標在44 份金銀花樣品間存在較大差異。

表3 金銀花各項指標描述性統計分析Tab 3 Descriptive statistics for various indexes of Lonicera japonica Flos

2.3 相關性分析

對44 份金銀花樣品的色選等級與除總灰分外的11 項指標進行皮爾遜相關性檢驗，結果見表4。除酸不溶性灰分外，其余指標與色選等級的相關性有統計學意義。其中外觀性狀指標、水分和木犀草苷與色選等級成極顯著正相關，酚酸類指標含量與色選等級成極顯著負相關。因此將上述4 項外觀性狀指標和5 項成分含量指標及水分作為系統聚類分析的變量，以驗證色選機分級結果的科學性。

表4 金銀花有效指標與商品等級的相關性分析Tab 4 Correlation analysis of effective index and commodity grade of Lonicera japonica Flos

進一步對4 項外觀性狀指標和5 項成分含量指標進行皮爾遜相關性檢驗，結果見表5。色澤、黃條（含開放花）率和黑頭（含黑條）率與酚酸類成分含量成極顯著負相關，與木犀草苷成極顯著正相關。即隨著色澤變黃，黃條（含開放花）率和黑頭（含黑條）率升高，酚酸類成分含量降低，木犀草苷含量則會升高。枝葉率與4 種成分含量均沒有顯著性相關關系。分析造成木犀草苷與外觀性狀成負相關的原因，可能與金銀花中黃酮類成分隨著金銀花的發育呈現先上升后下降的趨勢有關[11]。而枝葉率與成分含量沒有顯著相關關系，主要是因為所取樣品中枝葉含量極低，表明色選機能較好地將枝葉從金銀花藥材中分離出來。上述結果表明，金銀花的外觀性狀在一定程度上可以反映其內在質量，故色選機通過判定金銀花外觀性狀從而對其進行分級，具有科學性。

表5 金銀花有效成分含量與外觀性狀指標的相關性分析Tab 5 Correlation between the content of effective components and appearance of Lonicera japonica Flos

2.4 系統聚類分析

以上述4 項外觀性狀和5 項成分含量及水分指標為變量，以44 份樣品標準化處理后的數據為個案，采用質心聚類法，余弦度量標準，進行系統聚類分析，得樣品聚類譜系圖，見圖2。將44 份樣品歸為4 類，Ⅰ類樣品11 份（編號：32、40、16、8、28、4、20、12、44、24、36）， 參考表1 對照編號可知11 份樣品均為三級；Ⅱ類樣品8 份（編號：7、23、19、31、11、43、35、39），均為二級；Ⅲ類樣品11 份（編號：1、5、25、29、21、33、9、17、37、13、41），均為特級；Ⅳ類樣品14 份（編號：22、26、2、6、30、34、10、42、14、27、18、38、3、15），其中一級11份，二級3 份，一級占比78.57%。一級和二級存在部分交叉現象，但相同等級歸為同一類別的樣品數占總樣品數的93.18%。由此可見，用色選機對金銀花進行等級劃分具有高度可行性。

圖2 44 份金銀花樣品的系統聚類分析樹狀圖Fig 2 Tree view by hierarchical cluster analysis with 44 samples of Lonicera japonica Flos

2.5 通渭金銀花質量等級標準劃分

本研究對通渭金銀花的色澤、黃條（含開放花）率、黑頭（含黑條）率、枝葉率、綠原酸、木犀草苷、總酚酸、水分、總灰分和酸不溶性灰分10 項指標進行等級標準劃分。并以除色澤外的其余9 項指標為變量，44 份樣品標準化處理后的數據為觀測值，進行K-均值聚類分析。目前市場上通常將金銀花劃分為3 個等級或4 個等級[12]，由上述分析發現，若將金銀花分為4 個等級，部分相鄰兩個等級的指標觀測值較為接近，不易區分，并且用色選機進行色選時分4 級比分3 級費時費工。故為節約成本和更好地實現“優質優價”，本標準將金銀花質量等級劃分為3 個級，即將K-均值聚類結果規定為3 類。方差分析和聚類結果見表6 及表7。由方差分析可知枝葉率和酸不溶性灰分等級間差異未達到顯著性水平，故僅作為參考指標列出。根據K-均值聚類分析所得最終聚類中心，對通渭金銀花制訂質量等級標準，結果見表8。

表6 金銀花等級相關主要指標K-均值聚類方差分析Tab 6 Variance on K-means clustering of main indexes related to Lonicera japonica Flos grade

表7 金銀花等級相關主要指標最終聚類中心Tab 7 Final cluster center of main indexes related to Lonicera japonica Flos grade

表8 通渭金銀花質量等級標準劃分建議表Tab 8 Suggestion for classification of grade quality standard of Lonicera japonica Flos in Tongwei

3 討論

金銀花作為傳統大宗中藥材，在市場上一直遵循“按質論價、優質優價”的原則。因此，采用科學合理的分級方法對金銀花產業的發展尤為重要。目前常用的金銀花分級方法為傳統人工分級法。傳統的辨狀論質，從感官上對金銀花進行等級劃分的方式，不僅要求分辨者具有極強的專業能力，而且效率較低，這嚴重阻礙了金銀花產業的發展進程。色選機的出現，較好地解決了這一問題。研究發現，色選機在茶葉、種子、水果和蔬菜的分級或清選中廣泛應用，且清選和分級作用非常明顯，且色選機根據茶葉和茶梗之間的色差即可對茶進行較好的分級[5，13]。綜上，色選機是一種根據顏色來對物料進行分選的設備。

金銀花外觀顏色性狀與其質量之間存在相關性。熊吟等[14]通過研究金銀花有效成分含量與顏色值L*之間的相關性發現，L*在 43.1% 的程度上受綠原酸、木犀草苷、總黃酮 3 個有效成分影響。王玲娜等[11]通過探索不同發育時期金銀花顏色和每個花蕾活性成分量的相關性發現，金銀花的顏色與活性成分量密切相關，且酚酸類、黃酮類化合物量在二白期（花蕾綠色）、大白期（花蕾綠白色）最高。楊曉蕓[4]經研究發現，綠原酸、木犀草苷、多酚類、葉綠素含量高低關系為：綠色＞黃綠色＞綠白色＞黃白色＞黃色。這均揭示了傳統認為金銀花為綠色的質量較好、黃色的質量較差的科學內涵。本研究認為，以金銀花外觀顏色性狀為依據進行色選分級具有科學性。

質量等級標準的制訂是金銀花色選分級的基礎。周潔等[15]以39 份全國不同產區的金銀花為樣品進行質量等級標準研究，并將金銀花劃分為4 個等級，規定綠原酸含量一等≥2.04%、二等≥2.06%、三等≥2.49%、四等≥1.50%；木犀草苷含量一等≥0.07%、二等≥0.05%、三等≥0.05%、四等≥0.07%。張歡等[16]以采自封丘、平邑、巨鹿三大主產區的34 份金銀花為研究對象，進行等級標準劃分，規定綠原酸含量一等≥2.89%、二等≥2.53%、三等≥1.98%、四等≥1.51%；木犀草苷含量一等≥0.078%、二等≥0.072%、三等≥0.068%、四等≥0.052%。馮峰等[12]以2020年版《中國藥典》為依據，并結合采自21 個不同產區的金銀花樣品檢測結果，建議將金銀花質量等級標準劃分為3 個等級，其中綠原酸含量一等≥2.30%、二等≥1.80%、三等≥1.50%；3 種酚酸總含量一等≥4.20%、二等≥4.00%、三等≥3.80%。本研究發現，通渭縣栽植的金銀花主要藥用成分綠原酸和木犀草苷含量高出藥典規定的2 ～3 倍。究其原因，可能與當地土壤疏松適宜，日照充足，晝夜溫差大，土壤、空氣、水資源污染程度低等優勢地理條件有關[17]。

4 結論

通過對采自通渭11 個鄉鎮的44 份金銀花樣品進行測定與分析，結果證明用色選機對金銀花進行等級劃分具有可行性。同時，制訂通渭金銀花質量等級標準，所制訂的通渭金銀花等級標準要求較高。這將推動通渭金銀花走向行業前端，并促進其國際化貿易發展進程。