一種用針刺壓傳感器檢測中藥材軟化情況的方法

劉子齊 錢俊回 龔行楚 范驍輝

摘要 目的：大多數中藥材在加工前需要進行軟化處理，然而軟化終點一般由人主觀確定。本研究旨在探討針刺壓傳感器用于中藥材軟化情況檢測的可行性。方法：將各種中藥材按直徑分為大、中、小3組分別浸潤。設計并自制了一種用于測定中藥材硬度的針刺壓傳感器，利用壓力傳感器和微波測水儀分別對中藥材的硬度和水分含量進行檢測。通過人工判斷，驗證浸潤軟化終點時間的準確性。結果：丹參、大黃、蒼術等藥材水分含量與硬度之間存在較好的線性關系。一般情況下，藥材直徑較大時，軟化終點所需時間較長。用水分含量值計算軟化終點處藥材的硬度，利用針刺壓傳感器測定軟化終點，各組軟化率均為95.2%～100%。結論：針刺壓傳感器可準確檢測中藥材軟化情況。

關鍵詞 中藥材;針刺壓傳感器;浸潤軟化終點

A Method for Detecting Softening of Traditional Chinese Medicine by a Needle Pressure Sensor

LIU Ziqi1，QIAN Junhui1，GONG Xingchu1，FAN Xiaohui1，2

（1 Pharmaceutical Informatics Institute，College of Pharmaceutical Sciences，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China; 2 State Key Laboratory of Modern Chinese Medicine，Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 301617，China）

Abstract Objective：Most of herbal medicine need to be softened before processing.However，the softening endpoint is generally determined subjectively by a worker.The aim of this study is to explore the feasibility of the needle pressure sensor for the detection of the moisture content of herbal materials.Methods：A total of 3 medicinal herbs S.miltiorrhiza，R.officinale，and Rhizoma Atractylodis were divided into 3 groups of large，medium，and small according to their diameters.A pinprick pressure sensor for determining the hardness of Chinese herbs was designed and homemade.The hardness and moisture content of herbal materials were detected using the pressure sensor and a microwave moisture analyser，respectively.The accuracy of of moisten end point time was verified by human judgment.Results：There was a good linear relationship between moisture content and hardness for Radix Salviae Miltiorrhizae，Radix et Rhizoma Rhei，Rhizoma Atractylodis.Generally，reaching the softening end point took a longer time when the herb diameter was larger.The hardness of herbal materials at the softening endpoint was calculated using the value of moisture content.The needle pressure sensor was applied to determine the softening endpoint time of herbal materials with a high softening percentage ranging from 95.2% to 100% in all groups.Conclusion：The needle pressure sensor can accurately detect the softening condition of herbs.

Keywords Chinese medicine materials; Needle pressure sensor; Softening endpoint

中圖分類號：R282.5文獻標識碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2021.23.007

傳統中草藥被用于疾病治療已有數千年的歷史。幾乎所有的中藥材在臨床使用前都需要經過切制。《中華人民共和國藥典》四部的“炮制通則”規定了中藥切制的關鍵參數及切制品的規格。在切割之前，大多數藥材需要軟化。常用軟化方法大多需要用水，包括噴淋、浸泡、潤、蒸、煮等。藥材吸收水分后變得柔軟，有利于切割。

工業生產中，藥材軟化不足會導致切片破碎，以及刀頭的磨損。但是軟化時間過久或者用水過多會影響切片的外觀，甚至會導致水溶性活性成分的損失[1]。因此，確定軟化終點在工業生產中具有重要意義。

目前，軟化終點通常由工人通過手捏等方法憑經驗判斷。一些研究試圖從軟化方法、水分消耗和終點時間等方面改進中藥的軟化技術。李智等[2]采用氣相置換軟化法，在較低含水量的條件下，快速、均勻軟化丹參，提高了藥材丹酚酸B的產量。李嘯云等[3]研發設計了具有控溫、自動浸潤等功能的自動噴淋浸潤軟化設備。梁麗麗等[4]通過正交設計法優選了板藍根飲片的浸潤和切制工藝條件，包括切片厚度、浸潤時間和浸潤用水量。張旭等[5]優化木香切制工藝時也采用了類似方法。但已有研究工作中仍缺乏量化判斷藥材軟化情況的方法，導致軟化過程在線檢測難度大等問題。

丹參、大黃、蒼術是應用廣泛的中藥材，為植物的根和根莖，制成飲片前需要軟化后切制。本研究以這3種藥材為對象，開發了一種針刺壓傳感器，用于測定藥材軟化后的硬度。計算了水分含量與壓力的相關性，并對針刺壓傳感器的精度進行了評價。實驗過程見圖1。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 藥材 丹參采自山東，大黃和蒼術采自甘肅。按直徑大小，將丹參分為大組50份（≥10 mm）、中組50份（6～10 mm）和小組50份（≤6 mm）;大黃分為大組30份（≥50 mm）、中組30份（30～50 mm）和小組30份（≤30 mm）;蒼術分為大組30份（≥20 mm）、中組30份（10～20 mm）和小組30份（≤10 mm）。典型不同大小的藥材見圖2。

1.1.2 針刺壓傳感器的設計 針刺壓傳感器由壓力傳感器、臺鉆、圓鋼針（錐形頭、鋒利、2 mm厚）和3D打印適配單元組成。見圖3。壓力傳感器、刺針、臺鉆通過適配單元連接。臺鉆是支架，可以控制設備。當設備啟動時，刺針向下移動，針尖觸碰到藥材時的高度與平臺高度差值可計算出藥材直徑，此時數據自動反饋給計算機。進而刺針繼續刺入藥材，當刺入直徑70%時回歸原位，過程中計算機讀數。

1.2 方法

1.2.1 硬度檢測 “藥透水盡”為中藥浸潤終點的常規判斷方法，通常要求藥材無硬心。為了準確表征出藥材浸潤后的硬度，采用針刺方法要求至少能刺穿藥材直徑的50%。在本研究工作中，以針頭在

進入藥材不小于藥材直徑70%的深度時，壓力傳感器檢測壓力定義為藥材的硬度。從低到高，分別在藥材不同含水量的條件下檢測藥材硬度，并繪制體現藥材硬度與含水量函數關系的回歸方程。

1.2.2 水分含量檢測 微波檢測是一種可靠的測定植物水分含量的方法[6]。本研究采用微波測水儀（MS-A-210;MOSYE TECH GMBH，德國）測定丹參、大黃和蒼術的水分含量，輸出功率為24 W。每一種藥材都被放置在微波測水儀上，當整根藥材與儀器充分接觸時，即刻顯示數據，記錄其含水率。

1.2.3 人工判斷水分含量 請具有8年以上工作經驗的技術人員確定了藥材的浸潤終點。將丹參、大黃、蒼術分別置于（85±5）℃恒溫水浴中，觀察和檢測時間間隔為20 s，記錄浸潤終點時間和藥材硬度。

1.3 統計分析 采用SPSS 20.0統計軟件（IBM SPSS Statistics）進行數據分析，計量資料以均數±標準差（±s）表示。多組間比較采用單因素方差分析GraphPad_Prism_8.3.0.538，雙側檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義，采用回歸分析確定含水率與壓力之間的關系。

2 結果

2.1 藥材基本情況 中組和小組丹參的直徑和質量明顯小于大組丹參，差異有統計學意義（P<0.001），小組丹參的直徑和質量亦明顯小于中組丹參，差異有統計學意義（P<0.001）;中組和小組大黃的直徑和質量明顯小于大組大黃，差異有統計學意義（P<0.001），小組大黃的直徑和質量亦明顯小于中組大黃，差異有統計學意義（P<0.001）;中組和小組蒼術的直徑和質量明顯小于大組蒼術，差異有統計學意義（P<0.001），小組蒼術的直徑和質量亦明顯小于中組蒼術，差異有統計學意義（P<0.001）。見圖4。

2.2 人工判斷藥材軟化終點 與大組丹參比較，中組丹參的軟化終點時間明顯減少（P<0.01），小組丹參的軟化終點時間顯著減少（P<0.001），而中組丹參與小組丹參的軟化終點時間差異無統計學意義（P>0.05）;與大組大黃比較，中組大黃與小組大黃的軟化終點時間差異有統計學意義（P<0.001），與中組大黃比較，小組大黃的軟化終點時間顯著減少（P<0.001）;與大組蒼術比較，中組蒼術與小組蒼術的軟化終點時間差異無統計學意義（P>0.05），與中組蒼術比較，小組蒼術的軟化終點時間減少（P<0.05）。見圖5A-C。

2.3 藥材軟化終點的水分含量 如圖5D-F所示，丹參、大黃和蒼術不同分組的軟化終點的水分含量基本相同。大、中、小3組丹參軟化終點的平均水分含量分別為0.962、0.963、0.960，差異無統計學意義（P>0.05）。大、中、小3組大黃軟化終點的平均水分含量分別為0.99、0.99和0.96，差異無統計學意義（P>0.05）。大、中、小3組蒼術軟化終點的平均水分含量分別為0.974、0.963、0.963，差異無統計學意義（P>0.05）。

2.4 計算藥材在軟化終點的硬度 通過軟化終點水分含量，與回歸方程計算中藥材軟化終點硬度，具體可見圖5G-I。與大組丹參比較，中組丹參的軟化終點硬度增高（P<0.01），小組丹參的軟化終點硬度顯著增高（P<0.001），與中組丹參比較，小組丹參的軟化終點硬度增高（P<0.05）;與大組大黃比較，中組大黃的軟化終點硬度降低（P<0.01），小組大黃的軟化終點硬度顯著降低（P<0.001），與中組大黃比較，小組大黃的軟化終點硬度差異無統計學意義（P>0.05）;與大組蒼術比較，中組蒼術軟化終點硬度差異無統計學意義（P>0.05），小組蒼術軟化終點硬度顯著降低（P<0.001），與中組蒼術比較，小組蒼術軟化終點硬度顯著降低（P<0.001）。

2.5 藥材含水量與硬度的函數關系 以硬度為縱坐標y，含水量為橫坐標x，建立丹參、大黃與蒼術各組硬度與含水量的線性回歸方程。見表1。決定系數R2均大于0.95，說明藥材含水量與硬度之間具有較好的線性關系。見圖6。斜率均為負數，說明藥材含水量增加后，硬度下降。擬合所得截距代表著藥材含水量為0時的藥材硬度?？梢钥闯鏊幉暮康蜁r，大黃的起始硬度最高，壓力傳感器檢測壓力可超過100 N，其次是丹參，在含水量較低的情況下壓力傳感器檢測壓力可接近100 N，而蒼術的起始硬度最低，通常不超過60 N。實驗中，在含水量接近1時，丹參的硬度可低至約30 N，大黃在含水量接近1時硬度可低至約50 N，而蒼術在含水量接近1時硬度可低至約15 N。

2.6 針刺壓傳感器在藥材軟化終點時間測定中的應用 大、中、小3組丹參軟化率分別為97.6%、98.0%、98.6%。見圖7A。大、中、小3組大黃軟化率分別為95.2%、97.2%、100%。見圖7B。大、中、小3組蒼術軟化率分別為100%、100%、100%。見圖7C。

3 討論

本研究開發了針刺壓傳感器用于檢測壓力，以表征中藥材的硬度。本研究將丹參、大黃和蒼術3種中藥材按直徑分為大、中、小3組，藥材重量與藥材直徑正相關?；谌斯し椒ㄅ袛嘀兴幉慕欆浕K點時間，藥材浸潤軟化終點時間受直徑影響，總體而言，中藥材直徑越小，其浸潤軟化終點時間越短。測定各組藥材浸潤軟化終點水分含量，丹參、大黃和蒼術在軟化終點的水分含量基本相同，因此，丹參、大黃和蒼術軟化終點的藥材水分含量與直徑無關。

為探討中藥材水分含量與硬度的作用關系，采用熱水浸潤丹參、大黃和蒼術，測定不同水分含量下中藥材的硬度，在一定范圍內，藥材水分含量與硬度呈線性負相關。因此，壓力和硬度可以在一定范圍內反映丹參、大黃和蒼術的水分含量，并可用于確定軟化終點時間。

利用含水量與硬度之間的線性函數公式，計算了3種藥材在軟化終點處的硬度。各組計算出的在軟化終點時間的硬度不同，推測硬度可能是一個可以判斷中藥材軟化終點的合適指標。以硬度為指標，采用針刺壓傳感器測定丹參、大黃、蒼術軟化終點時間，各組軟化率均較高，在95.2%～100%之間。因此，針刺壓傳感器在中藥軟化終點時間檢測中具有較高的準確性，但該裝置是否適用于其他種類的中藥材檢測仍需繼續研究。

參考文獻

[1]聶瑞杰，王英姿，孫振陽，等.當歸飲片生產加工工藝標準化的初步研究[J].中國中藥雜志，2017，42（23）：4503-4509.

[2]李智，劉桂萍，孫玉紅.改進丹參飲片的炮制方法提高丹酚酸B含量[J].中國現代藥物應用，2010，4（17）：137-138.

[3]李嘯云，金傳山，孫軍，等.根莖類中藥材自動噴淋浸潤軟化設備的研制及應用[J].時珍國醫國藥，2013，24（8）：1932-1934.

[4]梁麗麗，王英姿，李環環，等.板藍根飲片的浸潤切制工藝優選[J].中國實驗方劑學雜志，2012，18（21）：28-30.

[5]張旭，侯影，賈天柱.正交法配合藥效指標綜合篩選木香切制工藝[J].中國實驗方劑學雜志，2011，17（7）：9-12.

[6]王家龍，周佑軍，尋繼勇.微波水分快速測定儀開創水分測試新紀元[J].中國儀器儀表，2016，36（3）：68-69.

（2021-10-25收稿 責任編輯：王明）