基于顏色變化的麩炒山藥質量標準及炮制工藝探究

甄 臻，王 楊＃，魏海峰，崔偉亮，李慧芬，3*，張學蘭*

(1.山東中醫藥大學，山東 濟南 250355；2.山東省食品藥品檢驗研究院，山東 濟南 250101；3.中藥制藥共性技術國家重點實驗室，山東 臨沂 276005）

山藥為薯蕷科植物薯蕷Dioscorea oppositaThunb.的干燥根莖,性味甘平,歸于脾、肺、腎經,具有補脾養胃、生津益肺、補腎澀精的功效［1］。麩炒后增強了益氣養陰、補脾健胃、益腎固精的功效［2］。2020 年版《中國藥典》 雖然對生山藥、麩炒山藥的外觀顏色進行了規定,但作為感官評測,主觀性強,缺乏客觀量化指標,僅憑飲片外觀顏色來掌握炮制程度、評判其質量,難以有效保障飲片質量的均一性［3］。根據國際照明委員會色空間的色彩模型原理,色差儀可對物體的顏色數據進行坐標式量化［4-5］。利用色差儀對中藥生、制飲片及其粉末進行顏色的客觀化評價,以期豐富中藥飲片質量評價體系,為優化中藥最佳炮制工藝提供參考［6-10］。傅立葉變換紅外光譜技術因測定快速、簡便且精確度較高,在中藥飲片質量評價領域的應用也日益廣泛［11-16］。本實驗采用色差儀測定不同炮制程度麩炒山藥的色度值,計算生山藥及不同炮制程度麩炒山藥的色度值范圍,基于色度值建立炮制工藝的非標準化典則判別函數式,同時,利用紅外光譜技術分析生山藥、不同炮制程度麩炒山藥中相關化學基團的變化,以期為麩炒山藥飲片質量評價和炮制工藝的規范化、客觀化提供依據。

1 材料

CM-600d1 色差儀(杭州柯盛行儀器有限公司)、MK-30 炒藥機(江陰市祝唐明科機械廠)、WQF-510A 型傅里葉變換紅外光譜儀(北京瑞利分析儀器有限公司)。

山藥飲片購自山東百味堂中藥飲片有限公司,批號20190601。經山東中醫藥大學中藥鑒定教研室李峰教授鑒定為薯蕷科植物薯蕷Dioscorea oppositaThunb.的干燥根莖切制的厚片。

2 方法與結果

2.1 不同炮制程度麩炒山藥樣品的制備 據2020 年版《中國藥典》 (一部) 中對麩炒山藥飲片炮制方法及成品性狀的相關規定［1］,取4 份生山藥飲片,每份100 g。另取4份麥麩,每份15 g,調整炒藥機轉速為30 r/min,采用不同溫度(T/℃) 和時間(t/min),以麩炒法制備麩炒山藥不及品、適中品和炒過品。炮制條件及成品性狀見表1,代表性飲片見圖1。

2.2 樣品色度值的測定

2.2.1 測定條件 照明光源為脈沖氙燈(含UV 濾鏡),測量波長范圍為400～700 nm,測量口徑為1 mm×3 mm,測量時間約1 s,儀器誤差小于△E*ab0.2,光譜反射率重復性標準偏差小于0.1%,色度值重復性標準偏差值小于△AE*ab0.04。

表1 麩炒山藥炮制條件及成品性狀

圖1 生山藥及不同炮制程度麩炒山藥代表性飲片性狀

2.2.2 方法學考察

2.2.2.1 精密度試驗 取1 片生山藥飲片平鋪于色差儀測試口處,在“2.2.1” 項條件下進行樣品顏色測定,連續測定10 次,記錄L*、a*、b*值,RSD 均小于3.0%,表明儀器精密度良好。

2.2.2.2 重復性試驗 取10 片生山藥飲片平鋪于色差儀測試口處,在“2.2.1” 項條件下進行樣品顏色測定,記錄L*、a*、b*值,結果RSD 均小于3.0%,表明儀器重復性良好。

2.2.3 色度值測定 分別取生山藥及不同炮制程度麩炒山藥飲片各10 片,平鋪于色差儀測試口平整處,掃描測定其切面顏色,隨機掃描10 次,計算樣品色度值E*ab,結果以() 表示,結果見表2。

表2 生山藥及不同炮制程度麩炒山藥色度值測定結果（， n=10）

表2 生山藥及不同炮制程度麩炒山藥色度值測定結果（， n=10）

注:E*ab=(L2+a2+b2)1/2。

由表2 可知,隨著炮制程度加深,麩炒山藥飲片切面亮度數值L*逐漸降低,表明山藥麩炒后切面顏色變暗；紅-綠色度值a*逐漸增大,表明炮制程度加深,麩炒山藥切面顏色變紅；黃-藍色度值b*值先增大后減小,適中品的b*值較大,生品、炮制不及品或炮制較過品數值均較小,表明山藥麩炒后切面顏色變黃,炮制較過時黃色減退。

2.2.4 參考值范圍 由于數據滿足多元正態分布,故參考值范圍采用正態分布法。生山藥及不同炮制程度麩炒山藥色度值雙側90%參考范圍,見表3。

表3 生山藥及不同炮制程度麩炒山藥色度值雙側90%參考范圍

由表3 可知,麩炒山藥炮制適中品1 的L*值范圍為47.00～49.32,a*值范圍為3.45～5.34,b*值范圍為0.01～0.52,E*ab 值范圍為47.20～49.60；麩炒山藥炮制適中品2 的L*值范圍為46.54～48.24,a*值范圍為4.33～5.69,b*值范圍為0.52～1.13,E*ab 值范圍為46.74～48.44。根據生山藥及不同炮制程度麩炒山藥色度值的范圍,結合生產實際,以E*ab 值范圍作為參考,確定麩炒山藥炮制適中品色度值范圍為47.20 ≤E*ab＜48.71。

2.2.5 主成分分析 將色差儀測得的生山藥及4 批不同炮制程度麩炒山藥色度值導入SIMCA 14.1 軟件進行主成分分析,生山藥及不同炮制程度麩炒山藥樣品色度值聚類情況見圖2。

由圖2 可知,生山藥及不同炮制程度的麩炒山藥色度值分布在5 個不同的區域,表明生山藥及不同炮制程度的麩炒山藥飲片外觀顏色存在一定區別。2 種麩炒山藥炮制適中品存在明顯交集,表明兩類炮制適中品外觀顏色差距不大,2020 年版《中國藥典》 中規定了麩炒山藥適中品的外觀性狀存在2 種顏色是有科學道理的。生山藥、麩炒山藥炮制不及品有明顯交集,表明大多麩炒山藥炮制不及品的切面顏色與山藥生品差別不大；麩炒山藥炮制不及品與麩炒山藥炮制適中品1 有一定的交集,表明個別的麩炒山藥不及品也符合炮制要求；麩炒山藥炮制較過品與其他樣品分離度均較好,存在顯著區別,表明麩炒山藥炮制較過品的切面顏色與其他樣品的區別明顯。

圖2 生山藥及不同炮制程度麩炒山藥色度值測定結果主成分分析圖

2.3 紅外光譜分析

2.3.1 光譜測定 取生山藥及不同炮制程度麩炒山藥樣品粉末(過100 目篩),與KBr 以1 ∶100 的比例混合壓片,由WQF-510A 型FT-IR 光譜儀檢測。

2.3.2 測定條件 波數范圍4 000～400 cm-1；分辨率1 cm-1；透過率重復性0.5% τ,波數準確度優于所設分辨率的1/2。

2.3.3 光譜分析 由圖3 可見,生山藥及不同炮制程度的麩炒山藥紅外圖譜主要有7 個波段,分別為a 波段(3 600～3 200 cm-1)、b 波段(3 000～2 800 cm-1)、c 波段(2 400～2 000 cm-1)、d 波段(1 800～1 500 cm-1)、e 波段(1 500～1 200 cm-1)、f 波段(1300～1 000 cm-1)、g 波段(1000～600 cm-1)。b 波段是由VCH2引起的不對稱伸縮振動,炮制前后變化較小；c 波段麩炒山藥中出現了新的吸收峰,原因可能為炮制后出現的物質在該波長下的吸收低于背景物質的吸收,形成了共軛；d 波段由VC=C引起,強度較弱,可能有共軛體系存在,導致波數處于較低波數,在麩炒山藥炮制適中品2 達到最低,波數為1 626 cm-1,其余4 種樣品波數范圍在1 638～1 637 cm-1小范圍波動,其原因可能在炮制適中品2 時共軛達到最強。a 波段為強寬帶,主要是VO-H引起；e波段是由δCH引起的面內彎曲振動；f 波段可能是由醇的VC-O引起；g 波段主要是由不飽和碳氫鍵引起的鍵面外彎曲振動引起,這4 個波段炮制前后變化較小。

圖3 生山藥及不同炮制程度麩炒山藥紅外光譜圖

2.4 非標準化典則判別函數式分析 將色差儀測得的4 批不同炮制程度的麩炒山藥飲片L*、a*、b*數值以及相應炮制溫度T(℃)、炮制時間t(min) 數據導入SPSS Statistics v21 進行顯著性差異分析,并將L*、a*、b*數值對T、t進行線性分析,結果見表4～6。

表4 顯示,自變量T、t的P值均＜0.05,故顏色亮度值L*與炮制溫度T、炮制時間t均存在判別意義,非標準化典則判別函數式為L*=-0.014T+0.57t+50.517。

表5 顯示,自變量T的P值＞0.05,t的P值＜0.05,故紅-綠色度值a*與炮制時間t存在判別意義,與炮制溫度T不存在判別意義,非標準化典則判別函數式為a*=0.295t+0.025。

表6 顯示,自變量T的P值＜0.05,t的P值＞0.05,故黃-藍色度b*與炮制溫度T存在判別意義,與炮制時間t不存在判別意義,非標準化典則判別函數式為b*=0.023T+1.845。

表4 T、 t 對L*值相關性分析

表5 T、 t 對a*值相關性分析

表6 T、 t 對b*值相關性分析

3 討論

本實驗采用色差儀測定了生山藥及不同炮制程度的麩炒山藥飲片色度值,用軟件SIMCA 14.1 對色度值進行了主成分聚類分析,并以色度值雙側90%參考范圍計算出各樣品的色度值范圍,結果發現以色度值為評價指標可有效區分生山藥與炮制適中麩炒山藥及炮制太過麩炒山藥,麩炒山藥炮制適中品色度值范圍為47.20 ≤E*ab＜48.71。該方法應用便捷、檢測時間短,具有良好的穩定性和準確度,可為麩炒山藥的質量標準制定和炮制工藝規范化提供科學依據［17］。同時,利用SPSS 線性回歸建立了炮制溫度T、炮制時間t 對色度值L*、a*、b*的回歸方程,實現了基于色度分析原理對山藥最佳炮制方法的量化判別,建立了基于色度值的非標準化典則判別函數式。該方法根據中藥炮制的特點,利用現代技術對傳統炮制工藝客觀量化的評判進行探索研究,有利于中藥炮制學現代化發展,為炮制麩炒山藥提供了科學依據與評價指標。

實驗中發現炮制不及麩炒山藥的色度值與生山藥和炮制適中麩炒山藥色度值均有較大的重合,不能有效區分生品與炮制不及品、炮制適中品與炮制不及品,分析原因可能是炮制不及品因炮制程度不夠,一部分已經炮制合適但還有一部分偏于生品,導致炮制不及品與生品和炮制適中品均有重合部分,無法有效區分開。本實驗還采用紅外光譜儀對生山藥飲片與4 批不同炮制程度麩炒山藥中的相關化學基團數據進行分析,發現山藥炮制前后有化學基團的改變,但紅外光譜數據所得信息有限,日后工作可以使用更加精確的檢測技術,結合紅外光譜信息,進行更深入的研究,建立顏色變化和化學成分的判別模式。