基于HPLC指紋圖譜與多成分定量結(jié)合化學(xué)模式識別法評價不同產(chǎn)地白芍的質(zhì)量*

張生杰，田志梅，曹雪芹，龐文娟，王 麗

（武威市藥品檢驗檢測中心，甘肅 武威 733000）

白芍是我國著名的傳統(tǒng)中藥，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，列為中品，具有平肝止痛、養(yǎng)血調(diào)經(jīng)和斂陰止汗的功效，自古以來既可作觀賞花卉又可作藥用，目前全國藥用白芍主產(chǎn)區(qū)為安徽亳州、浙江磐安、四川中江和山東菏澤[1]。中藥材作為特殊的農(nóng)產(chǎn)品，具有嚴格的道地性和對生態(tài)環(huán)境的選擇性，盲目進行引種，不僅違背了生態(tài)適應(yīng)性和道地性原理，而且很難保證中藥材的適宜生長和增產(chǎn)保質(zhì)[2]。中藥材的質(zhì)量受環(huán)境影響較大，同一種植物在不同環(huán)境下會產(chǎn)生不同的性狀，中藥材的主要有效成分基本是次生代謝產(chǎn)物，次生代謝產(chǎn)物的生態(tài)作用就是抵御外界不良的生態(tài)脅迫，在逆境條件下才大量合成次生代謝產(chǎn)物，藥材質(zhì)量的形成是通過增加次生代謝形成的[3]。現(xiàn)今杭白芍主產(chǎn)于浙江磐安縣和縉云縣等地區(qū)，該地區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候，而甘肅走廊的氣候?qū)俅箨懶愿珊禋夂颍瑲夂蚋稍铩⒗錈嶙兓瘎×遥L(fēng)大沙多，因此在不同地域種植的白芍其質(zhì)量定會存在差異，甘肅地區(qū)低溫、高海拔、低降水量將影響白芍藥材藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。為保證用藥安全性、有效性，系統(tǒng)評價引種白芍與道地產(chǎn)區(qū)白芍的質(zhì)量差異是非常必要的。

中藥質(zhì)量控制與評價是中藥現(xiàn)代化研究的關(guān)鍵問題之一，目前化學(xué)成分檢測是絕大多數(shù)中藥質(zhì)量控制的主要手段，但很多成分缺乏專屬性、也沒有生物活性，這必將大大降低中藥質(zhì)量標準的實際價值，而且也很難真實反映中藥的質(zhì)量[4]。2016年，劉昌孝院士提出中藥質(zhì)量標志物（Q-markers）的創(chuàng)新概念，為規(guī)范中藥質(zhì)量的研究和標準的建立奠定了基礎(chǔ)，有利于中藥全程質(zhì)量控制和質(zhì)量溯源體系的建立[5]。同時化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展為中藥質(zhì)量研究提供了新的手段，化學(xué)模式識別是利用現(xiàn)代化分析技術(shù)分析中藥復(fù)雜化學(xué)數(shù)據(jù)，再用化學(xué)計量學(xué)方法對數(shù)據(jù)進行特征提取和處理分析[6-7]。本研究收集了白芍四大主產(chǎn)區(qū)和甘肅地區(qū)引種白芍，通過建立指紋圖譜，確認指標成分并同時測定其含量，利用化學(xué)模式識別分析不同產(chǎn)地白芍質(zhì)量，為全面評價白芍質(zhì)量提供參考和依據(jù)。

1 儀器與試藥

1.1 試藥共收集了50批白芍樣品，其中包括來自安徽亳州、浙江磐安、四川中江和山東菏澤四大主產(chǎn)地40批，10批甘肅地區(qū)引種白芍樣品，均經(jīng)武威市藥品檢驗檢測中心中藥鑒定師張生杰鑒定為白芍飲片。

1.2 試劑沒食子酸對照品（批號：110831-201906，含量以91.5%計）、兒茶素對照品（批號：110877-201604，含量以99.2%計）、芍藥苷內(nèi)酯對照品（批號：190027-201902，含量以98.0%計）、芍藥苷對照品（批號：110736-201943，含量以95.1%計）（中國食品藥品檢定研究院）；1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖對照品（批號：230031-201909，含量以98.0%計）、苯甲酰芍藥苷對照品（批號：02003-201902，含量以98.0%計）（北京更新生物科技有限公司）；乙腈（色譜純，默克Merck公司，批號：10945730812）；其他試劑均為分析純。

1.3 主要儀器LC-20AD高效液相色譜配有DAD檢測器（日本島津公司）；MS105DU十萬分之一電子分析天平（梅特勒托利多）；UA10MFD超聲波清洗器（德國wiggens）。

2 方法與結(jié)果

2.1 色譜條件色譜柱：Shim-pack GIST-HP C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5.0 μm）；流動相：乙腈（A）-0.1%磷酸溶液（B），梯度洗脫：0～10.0 min，95%～90%B；10.0～20.0 min，90%～80%B；20.0～30.0 min，80%～70%B；30.0～35.0 min，70%B；35.0～37.0 min，70%～50%B；37.0～50.0 min，50%B；檢測波長：232 nm；體積流量：1.0 mL/min；柱溫：30℃；進樣量：20 μL。

2.2 對照品溶液的制備取沒食子酸、兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯、芍藥苷、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷對照品適量，用甲醇配成含沒食子酸105.31 mg/L、兒茶素115.43 mg/L、芍藥苷內(nèi)酯403.12 mg/L、芍藥苷997.35 mg/L、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖303.54 mg/L、苯甲酰芍藥苷107.35 mg/L的混合對照品溶液，作為對照品儲備液備用。

2.3 供試品溶液的制備取白芍細粉約1.0 g，精密稱定，置150 mL三角瓶中，加入70%乙醇約50 mL，稱定，超聲（300 W，50 kHz）處理30 min，放冷，70%乙醇補足，搖勻，0.22 μm微孔濾膜濾過，即得。

2.4 方法學(xué)考察

2.4.1 線性關(guān)系考察 精密量取“2.2”項下混合對照品儲備液，依次用甲醇溶液稀釋20、10、5、2倍與對照品儲備液組成一系列混合對照品溶液，按照“2.1”項下色譜條件分別進樣測定，以峰面積（y）為縱坐標，質(zhì)量濃度（x）為橫坐標進行線性回歸，得回歸方程。（見表1）

表1 6個化合物峰面積與濃度線性關(guān)系

2.4.2 精密度試驗 稱取甘肅省金昌朱王堡引種栽培白芍樣品（S41）約1.0 g，按照“2.3”項下方法制備供試品溶液，以“2.1”項下色譜條件，連續(xù)進樣5次，測定峰面積值。結(jié)果表明沒食子酸、兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯、芍藥苷、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷峰面積的RSD分別為0.69%、0.29%、0.70%、0.16%、0.36%、0.81%，表明儀器精密度良好。

2.4.3 穩(wěn)定性試驗 稱取甘肅省金昌朱王堡引種栽培白芍樣品（S41）約1.0 g，按照“2.3”項下方法制備供試品溶液，分別于2、4、8、10、12、24 h，按“2.1”項下色譜條件測定峰面積。結(jié)果供試品溶液在24 h內(nèi)色譜峰面積無明顯變化，沒食子酸、兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯、芍藥苷、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷的RSD分別為0.59%、0.26%、0.11%、0.25%、0.97%、0.27%，表明供試品溶液在制備后24 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.4.4 重復(fù)性試驗 稱取甘肅省金昌朱王堡引種栽培白芍樣品（S41）6份，按“2.3”項下方法制備供試品溶液，測定各成分含量。結(jié)果沒食子酸、兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯、芍藥苷、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷含量平均值分別為0.80、0.85、4.71、29.89、2.38、0.94 mg/g，RSD分別為1.47%、1.27%、1.02%、0.85%、0.74%、0.92%，表明該方法重復(fù)性較好。

2.4.5 加樣回收率試驗 取已知含量的甘肅省金昌朱王堡引種栽培白芍樣品（S41）9份，每份約0.50 g，精密稱定，分別精密加入約供試品中待測成分含量70%、100%、130%的對照品各3份，按“2.3”項下方法制備供試品溶液，在“2.1”項色譜條件下進樣，記錄色譜峰峰面積，計算沒食子酸、兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯、芍藥苷、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷的平均加樣回收率分別為98.17%、99.21%、98.76%、99.08%、99.72%、99.29%，RSD分別為1.82%、1.39%、0.80%、0.40%、0.49%、1.24%。（見表2）

表2 加樣回收率試驗結(jié)果（n=3）

2.5 指紋圖譜的建立與相似度評價

2.5.1 指紋圖譜的建立 中藥指紋圖譜是通過對各樣本色譜圖進行比較，以反映其所含化學(xué)成分的差異，可全面反映中藥復(fù)雜的化學(xué)成分及其相對比例[8]。取不同產(chǎn)地50批白芍粉末，分別按“2.3”項下方法制備供試品溶液，按“2.1”項下的色譜條件進行測定，采集50批白芍色譜圖，將HPLC采集到的50批不同樣品的色譜圖導(dǎo)入《中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)（2012.1版本）》軟件，以S1為參照指紋圖譜，采用多點校正后進行全譜峰自動匹配，并疊加指紋圖譜和對照指紋圖譜，見圖1。從50批白芍樣品的指紋圖譜中，共標記出9個共有峰，見圖2。通過與對照品圖譜比對，確認6個色譜峰，分別是1.沒食子酸、2.兒茶素、3.芍藥苷內(nèi)酯、4.芍藥苷、7.1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、8.苯甲酰芍藥苷，其峰面積和占共有峰面積的98%，6個指標成分基本可以代表白芍共有化合物信息。計算共有峰與對照指紋圖譜的相對保留時間和相對峰面積，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，9個共有峰的相對保留時間RSD值小于0.5%，表明方法的重復(fù)性較好；相對峰面積RSD值的范圍為14.9%～39.4%，說明不同產(chǎn)地白芍飲片的化學(xué)成分含量存在差異。

圖1 50批白芍飲片色譜峰匹配圖

圖2 白芍飲片的共有模式圖譜

2.5.2 相似度評價 將50批白芍樣品指紋圖譜的數(shù)據(jù)文件，導(dǎo)入《中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)（2012.1版本）》軟件，計算各樣品指紋圖譜與生成對照圖譜的相似度，結(jié)果見表3，50批樣品與生成對照圖譜的相似度均大于0.996，表明不同產(chǎn)地的白芍飲片質(zhì)量一致性較好，質(zhì)量穩(wěn)定。

表3 50批白芍飲片相似度分析結(jié)果

2.6 多指標成分的測定取50批白芍樣品，按“2.3”項下方法制備供試品溶液，在“2.1”項色譜條件下同時測定樣品中沒食子酸、兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯、芍藥苷、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷峰面積，采用外標法計算各組分百分含量，結(jié)果見表4。

表4 樣品測定平均結(jié)果（mg/g，n=3）

續(xù)表4：

2.7 化學(xué)模式識別分析

2.7.1 聚類分析 以不同產(chǎn)地白芍樣品6個指標成分含量為變量，Z標準化，得到50×6階原始數(shù)據(jù)矩陣，運用SPSS20.0統(tǒng)計分析軟件對其進行聚類分析，以歐式平方距離為區(qū)間，采用組間連接法，對50批白芍樣品進行聚類分析，結(jié)果表明，當(dāng)分類距離為10~15之間時，50批白芍樣品被分成3類，S1~S10安徽產(chǎn)白芍、S31~S40山東產(chǎn)白芍與S41~S50甘肅引種白芍為1類，S11~S20四川產(chǎn)白芍為1類，S21~S30浙江產(chǎn)白芍為1類，說明安徽、山東和甘肅引種白芍質(zhì)量較為相似，與四川白芍與浙江白芍質(zhì)量差異較大。當(dāng)分類距離為5時，50批白芍樣品將按照5個不同產(chǎn)地S1~S10安徽、S11~S20四川、S21~S30浙江、S31~S40山東、S41~S50甘肅分成5類，說明不同產(chǎn)地白藥質(zhì)量存在差異，同一產(chǎn)地的白芍質(zhì)量保持穩(wěn)定。（見圖3）

圖3 50批白芍聚類分析樹狀圖

2.7.2 主成分分析（PCA）Principal components analysis（PCA）法是中藥質(zhì)量評價中最常用的方法之一，且較為成熟，通過建立PCA模型分析能夠發(fā)現(xiàn)不同批次之間藥物質(zhì)量存在的微小差異[9]。將50批次白芍6個指標成分含量導(dǎo)入SPSS軟件，以主成分因子特征值、方差貢獻率為選擇主成分的依據(jù)進行主成分分析，得到特征值和方差貢獻率，特征值大于1的主成分有2個，累積方差貢獻率76.8%，見表5。提取主成分進行主成分載荷矩陣分析，主成分載荷矩陣反映了各變量對主成分貢獻大小和作用方向[10]，沒食子酸、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷對第一個主成分貢獻較大，兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯對第二個主成分貢獻較大，都與其呈正相關(guān)性。利用模式識別統(tǒng)計分析軟件SIMCA 14.1對50批白芍樣品6個成分含量進行PCA分析，以主成分矢量為坐標軸作圖（二維，稱為scores圖），得到50批白芍的PCA圖，見圖4，可以反映類別間的差異。由圖4可直觀地反映出，50批樣品分布在不同象限，各樣品之間的距離反映了樣品間的相似程度，距離越近相似性越近，50批次白芍飲片主要分成3類，山東、安徽、甘肅為1類，說明山東、安徽、甘肅產(chǎn)白芍質(zhì)量較為接近；浙江產(chǎn)白芍為1類，四川產(chǎn)白芍為1類，說明浙江和四川產(chǎn)白芍具明顯的地域特點，這與聚類分析結(jié)果相一致。

表5 特征值和方差貢獻率

圖4 50批次白芍的PCA圖

2.7.3 不同產(chǎn)地白芍的綜合評價 綜合得分可判別樣品質(zhì)量優(yōu)劣，綜合得分越高說明質(zhì)量越好[11]，用2個主成分對白芍進行質(zhì)量評價，將主成分得分系數(shù)（見表6）與標準化后的化合物變量相乘求和得到主成分得分F1、F2，F(xiàn)1=0.286X1+0.039X2+0.084X3+0.222X4+0.282X5+0.280X6；F2=-0.096X1+0.648X2+0.585X3+0.113X4-0.020X5-0.097X6，并計算綜合得分F（F=0.558 6F1+0.209 7F2），F(xiàn)1、F2分別為主成分一、主成分二得分，0.558 6、0.209 7分別為主成分一、主成分二方差貢獻率[12]，根據(jù)主成分綜合得分模型計算樣品綜合得分，并對樣品指標成分含量進行打分，以6個指標成分總量乘以0.1為含量得分，以樣品編號為橫坐標，得分為縱坐標繪制折線圖，見圖5，可以發(fā)現(xiàn)樣品含量與主成分綜合得分有明顯的相關(guān)性，經(jīng)統(tǒng)計分析相關(guān)性顯著（r=0.860，P＜0.01）。說明主成分綜合得分能夠真實地反映飲片質(zhì)量，從主成分綜合得分分析，浙江（S21～S30）和四川（S11～S20）產(chǎn)白芍質(zhì)量較安徽（S1～S10）、山東（S31～S40）、甘肅甘肅（S41～S50）產(chǎn)白芍質(zhì)量好，體現(xiàn)了白芍藥材的道地性。

表6 主成分矩陣

圖5 S1～S50主成分綜合得分及6種成分含量測定結(jié)果比較

3 討 論

3.1 色譜條件的選擇為了保證白芍化學(xué)成分盡可能多地在一張色譜圖上體現(xiàn)出來，且指標成分具有較好的分離度以便用于定量分析，通過HPLC二極管陣列檢測器全波長掃描，綜合考慮選擇232 nm作最佳檢測波長；用白芍主要成分混合對照品溶液考察在不同洗脫體系下梯度洗脫，發(fā)現(xiàn)以乙腈-0.1%磷酸溶液梯度洗脫6種混合對照品的分離度較好，基線穩(wěn)定，色譜峰理論塔板數(shù)高，同時也適用于供試品溶液。在文獻研究的基礎(chǔ)上[13-15]，比較了50%、70%、90%乙醇提取溶劑，結(jié)果表明70%乙醇提取時峰面積和最大；考察了超聲、回流不同提取方法，從全面、快捷、綠色環(huán)保等因素考慮選擇超聲（300 W，50 kHz）處理30 min制備供試品溶液。

3.2 指紋圖譜的建立與相似度評價本研究建立了不同產(chǎn)地白芍飲片的HPLC指紋圖譜，方法簡單、重復(fù)性好，色譜峰的相對保留時間RSD小于0.5%，主要特征峰的分離度均大于1.2，其他峰也達到了一定的分離，共標記出9個共有峰，通過與圖譜比對確認了6種指標成分的色譜峰，其峰面積占共有峰面積98%，基本能夠代表白芍化合物信息，不同產(chǎn)地的白芍指紋圖譜相似度較高，表明不同產(chǎn)地白芍飲片的化學(xué)組成一致性較好，質(zhì)量穩(wěn)定。目前色譜指紋圖譜相似度只能從整體上表達指紋圖的平均相似程度，難以分辨指紋圖譜間的細微差異，這些細微差異可能是質(zhì)量評價的關(guān)鍵[16]，所以本實驗通過不同方法計算的相似度均大于0.996很難通過相似度來區(qū)分不同產(chǎn)地白芍質(zhì)量，需要結(jié)合化學(xué)模式識別等方法從化學(xué)成分的角度控制其質(zhì)量。

3.3 化學(xué)模式識別分析聚類分析法可將不同產(chǎn)地、品質(zhì)較接近的藥材進行聚類，從而可直觀地表現(xiàn)藥材間的親緣關(guān)系，聚類分析包括成分含量的信息，還直觀地包含了批次和產(chǎn)地信息，并對它們進行歸類是一種很好的評價中藥飲片質(zhì)量的統(tǒng)計方法[17]。當(dāng)類間距離在10～15之間時，安徽產(chǎn)白芍與山東產(chǎn)白芍、甘肅引種白芍因親緣關(guān)系較近先聚為一類，這與安徽、山東環(huán)境條件相似，居群多樣性分化相對較小，據(jù)調(diào)查甘肅引種白芍種苗均來自安徽，說明它們遺傳物質(zhì)相似有關(guān)；浙江與四川產(chǎn)白芍各聚為一類，這與浙江、四川獨特的生長環(huán)境有關(guān)；在類間距為5時，50批白芍按照不同的產(chǎn)地分為5類，說明聚類分析法能夠反映不同產(chǎn)地白芍之間的多樣性分化，不同生長環(huán)境對白芍的質(zhì)量具有一定的影響，也證明了中藥品質(zhì)是由植物遺傳和生態(tài)環(huán)境雙重因素決定的。主成分分析確定了2個主成分，累計方差貢獻率76.8%，其中沒食子酸、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷對第一個主成分貢獻較大，兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯對第二個主成分貢獻較大，應(yīng)考慮將沒食子酸、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷、兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯含量作為評價白芍質(zhì)量重要指標。利用SIMCA軟件可將樣品主成分載荷值快速進行可視化處理，并直觀地將樣品分類，與聚類分析結(jié)果相一致。采用HPLC的指紋圖譜結(jié)合化學(xué)模式識別通過SPSS、SIMCA軟件，能夠快速地進行聚類分析，建立不同產(chǎn)白芍質(zhì)量控制模式。

3.4 不同產(chǎn)地白芍質(zhì)量評價利用主成分分析建立的模型，可利用樣品主成分綜合得分評價藥材質(zhì)量[18]。本研究所建立的主成分分析模型，主成分綜合得分與含量得分有顯著相關(guān)性（r=0.860，P＜0.01），能夠真實反映白芍飲片的化學(xué)信息特征。從主成分綜合得分來看，浙江、四川產(chǎn)白芍質(zhì)量明顯比其他3個地區(qū)產(chǎn)白芍質(zhì)量好，這可能與浙江、四川獨特的生態(tài)環(huán)境相關(guān)，也體現(xiàn)了白芍藥材的道地性，可對白芍資源跟蹤調(diào)查研究，探討有效成分與生境之間的關(guān)系，對提高白芍藥材質(zhì)量具有一定的實際意義。甘肅引種白芍質(zhì)量與安徽、山東產(chǎn)白芍質(zhì)量相似，本研究通過對甘肅引種白芍和四大主產(chǎn)區(qū)（安徽亳州、浙江磐安、四川中江、山東菏澤）白芍飲片6種指標成分的測定，結(jié)果表明，不同產(chǎn)地白芍芍藥苷含量差異最小，平均百分含量2.9%，高于《中華人民共和國藥典》標準規(guī)定的1.2%，符合《中華人民共和國藥典》將芍藥苷作為白芍含量控制標準[19]，但僅通過芍藥苷一個成分很難真實反映白芍的質(zhì)量，起不到白芍質(zhì)量控制的目的，按照Q-markers的概念，需要進一步考察其他相對含量低且具有生物活性的成分。本實驗確定的其他5個指標成分沒食子酸、兒茶素、芍藥苷內(nèi)酯、1,2,3,4,6-五沒食子酰基葡萄糖、苯甲酰芍藥苷符合中藥質(zhì)量標志物（Q-markers）的特征。甘肅引種白芍6個指標成分含量均高于平均值且質(zhì)量穩(wěn)定，說明該地區(qū)適合引種白芍，多成分含量測定的方法可用于白芍質(zhì)量控制，較單一成分控制更加全面、準確。