中藥女貞子的B—Z化學振蕩指紋圖譜研究

摘要：研究了中藥女貞子-KBrO3-MnSO4-H2SO4-CH3COCH3體系的B-Z化學振蕩反應，考察了女貞子提取液不同濃度和反應溫度對女貞子振蕩指紋圖譜的振蕩誘導期、平均振蕩周期、振蕩壽命的影響。結果表明，中藥女貞子可以在一定濃度和溫度范圍內產生明顯的化學振蕩，振蕩誘導期與濃度呈現出良好的線性關系；計算得到的振蕩誘導期表觀活化能為33.37 kJ/mol，平均振蕩周期的表觀活化能為74.20 kJ/mol，并討論了反應機理。

關鍵詞：化學振蕩；女貞子；指紋圖譜

中圖分類號：O657.15；S567.1+9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）14-3357-04

中草藥具有治療疾病的作用是由于它參與了人體或動物的血液循環及代謝過程；人體的活動如心跳、情緒、飲食等都存在著周期性的變化，這種生物節律可通過現代技術手段予以顯現，如心電圖是心臟跳動時的體電流與時間的周期性波動行為，實質上是人體或動物的振蕩行為[1]。人體若產生病變，則人體相應的振蕩波形會出現紊亂，外在表現是生理上出現不適。而中草藥通過補充或增強人體機能，可以糾正這些異常的振蕩[2]；所以研究中草藥的振蕩行為顯得十分必要。

女貞子（Fructus ligustri lucidi）為木犀科（Oleaceae）女貞屬（Ligustrum L.）植物女貞（L. lucidum Ait.）的果實，是一種傳統的中草藥，具有補益肝腎、清熱明目的功效，主治頭昏目眩、腰膝酸軟、遺精、耳鳴、須發早白等病征[3]。女貞子藥用組分復雜[4-6]，有效成分、作用機制和活性原理目前還不太清楚。如果把女貞子作為一個整體，采用化學振蕩方法研究女貞子的化學振蕩行為，確定其振蕩反應的濃度范圍，就可以從理論上得到女貞子的最佳用量范圍，進而探討女貞子用量對振蕩圖譜的影響，給出女貞子化學振蕩反應的振蕩參數，并繪制出能顯示藥物特性的振蕩指紋圖譜[7-12]，這樣既具有中醫藥的特點、又具有高科技的特征，這對于中醫治療疾病的理論闡述及機理研究有一定的現實意義。因此試驗采用以Mn2+為催化劑的B-Z（Belousov-Zhabotinsky）振蕩反應體系（呈現化學振蕩現象的含溴酸鹽的反應系統）獲得中藥女貞子化學振蕩的指紋圖譜，通過在反應體系里考察女貞子提取液濃度和反應溫度對指紋圖譜的影響，得到女貞子發生化學振蕩反應時的提取液濃度和反應溫度范圍，并計算出振蕩誘導期和平均振蕩周期相對應的表觀活化能等振蕩參數，現將結果報告如下。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

供試女貞子在黃州市藥材市場購得；試劑主要有KBrO3、MnSO4、H2SO4、CH3COCH3等，均為分析純；儀器主要是ZD-BZ振蕩實驗裝置（南京桑力電子設備廠）、SYC-15B超級水浴恒溫槽（南京桑力電子設備廠）、SWQ智能數字恒溫控制器（南京桑力電子設備廠，恒溫誤差±0.1 K）、213型鉑電極（上海精密科學儀器有限公司）、217型飽和氯化鉀甘汞電極（上海康寧電光技術有限公司）、AR5120電子天平 （上海精科儀器廠）。

1.2 方法

1.2.1 女貞子提取液制備 女貞子提取液通過最傳統的煎煮方式得到。稱取若干重量的女貞子，放入燒杯中，加200 mL的去離子水，用電爐先大火煮45 min，然后再小火煎15 min，冷卻后轉移到100 mL容量瓶中稀釋至刻度，待用。

1.2.2 女貞子提取液在振蕩反應體系中的特征振蕩指紋圖譜構建 化學振蕩反應在外帶SYC-15B超級水浴恒溫槽的夾層玻璃反應器中進行，溫度由超級水浴恒溫槽控制，反應體系溫度控制在（310.00+0.15）K，恒定攪拌速度。先將10 mL KBrO3（0.25 mol/L）加到夾層玻璃反應器中并恒溫10 min，再依次加入反應物MnSO4（0.02 mol/L）、CH3COCH3（0.54 mol/L）、H2SO4 （0.90 mol/L）、女貞子提取液（0.040 g/mL）各10 mL，混合后組成振蕩反應體系，用213型鉑電極與217型飽和氯化鉀甘汞電極測定反應體系的電位（E）隨時間（t）的變化（計時電位法），并由計算機記錄E-t曲線[13]。

1.2.3 女貞子提取液濃度對化學振蕩的影響 固定振蕩反應體系中各反應物KBrO3、MnSO4、H2SO4、CH3COCH3的濃度，反應體系溫度控制在（310.00+0.15）K，通過改變女貞子提取液的濃度研究振蕩反應的變化；女貞子提取液的濃度分別是0.040、0.048、0.054、0.060 g/mL。為保證圖譜的重現性和準確性，要求做到以下幾點：①溶樣時間應相同；②攪拌充分且速度應恒定；③取同一批次女貞子提取液；④加樣順序不變[2]。

1.2.4 反應體系溫度對化學振蕩的影響 在振蕩反應體系中固定女貞子提取液濃度為0.040 g/mL，在ZD-BZ振蕩實驗裝置中調節反應溫度分別為（305.00+0.15）、（310.00+0.15）、（315.00+0.15）、（321.00+0.15）K，以比較反應體系里不同溫度對振蕩反應的影響。利用公式ln（1/t）=-E/RT+C，分別以振蕩平均周期的自然對數為縱坐標，以反應溫度的倒數為橫坐標，探討誘導期和平均振蕩周期與反應溫度的關系。計算誘導期和平均振蕩周期的表觀活化能[14，15]。

2 結果與分析

2.1 女貞子提取液特征振蕩指紋圖譜

圖1是KBrO3、MnSO4、H2SO4、CH3COCH3各反應物溶液10 mL組合在反應溫度控制在（310.00+0.15）K時、加入0.040 g/mL女貞子提取液10 mL組成的振蕩反應體系于ZD-BZ振蕩實驗裝置中得到的典型指紋圖譜。從圖1可以明顯看出，該反應體系的振蕩反應誘導期短，其周期和振幅隨著反應的進程逐漸變小；而在實際過程中觀察到，反應體系溶液顏色隨反應的進程逐漸變淺，在反應停止后，溶液顏色已接近無色透明。并且在振蕩停止后，若再次加入女貞子提取液進行振蕩，又可以產生女貞子的特征指紋圖譜；重復若干次，其振蕩特征參數的誘導期、周期、振幅及最高電位的相對標準偏差均小于2.0%。但如果在振蕩結束時補充加入KBrO3或CH3COCH3等反應物，則化學振蕩反應不再發生，沒有起振。這個結果充分表明，試驗得到的指紋圖譜是中藥女貞子的特征B-Z化學振蕩圖譜，而且特征指紋圖譜穩定、重現性良好、數據可靠，是中藥女貞子特性的體現。

2.2 女貞子提取液濃度對化學振蕩的影響

圖2是反應體系溫度控制在（310.00+0.15） K時固定反應物KBrO3、MnSO4、H2SO4、CH3COCH3濃度及加樣順序等條件只改變女貞子提取液濃度的化學振蕩指紋圖譜。從圖2可見，女貞子提取液的濃度對反應體系振蕩的誘導期、振蕩周期和振蕩壽命參數都有影響；隨著女貞子提取液濃度的增加，誘導期和平均振蕩周期也增加，但振蕩壽命變短，具體結果見表1。從表1中可以清楚看到，在高濃度時振蕩幅度低，振蕩壽命短；而在低濃度時振蕩幅度高，振蕩壽命較長。依據這一特點可以給醫生提供建議，在給病人用藥的時候可以依據病情的輕重來調整用藥量，對重癥疾病加大用藥量，促使藥物快速吸收循環，達到迅速控制之目的；而對慢性疾病可降低藥量，盡量保持藥效持久，以利達到最好的治療效果[6]。

當然，在該振蕩體系中，并不是任意濃度的女貞子提取液都可以產生化學振蕩的，只有在一定的濃度范圍內才能發生[16]。經試驗得出的提取液濃度范圍為0.036～0.072 g/mL。當女貞子提取液濃度大于0.072 g/mL或小于0.036 g/mL，均不能產生振蕩。這說明女貞子只有在一定劑量范圍才能起到有效作用，任意的減少或增加其劑量，則治療作用會減弱甚至消失。特別要提出的是試驗發現，女貞子提取液濃度與振蕩誘導期呈現出較好的線性關系（圖3），這有望建立一種新的方法來分析中藥女貞子的藥用成分含量。

2.3 反應溫度對化學振蕩的影響

反應溫度對化學振蕩的影響結果見表2。從表2可以明顯看出，隨著反應溫度的增加，振蕩誘導期在逐漸縮短，并且平均振蕩周期也在縮短。說明在女貞子提取液濃度相同的條件下，隨著溫度的升高，反應速率在加快。根據公式ln（1/t）=-E/RT+C[2]，分別以振蕩平均周期的自然對數為縱坐標、以反應溫度的倒數為橫坐標，得到了振蕩誘導期和平均振蕩周期與溫度的關系（圖4），并計算出振蕩誘導期表觀活化能為33.37 kJ/mol，平均振蕩周期的表觀活化能為74.20 kJ/mol，兩者的相關系數均大于0.988。

2.4 化學振蕩機理的探討

由于多糖和苷類無還原性，而其水解產物還原糖具有還原性。根據試驗實際，反應體系的電勢發生了連續變化，從而斷定多糖或苷類結構中的結合鍵首先因水解而發生斷裂，形成了具有還原性的葡萄糖（或果糖）及苷元2種產物；葡萄糖中的醛基易于氧化，它可使Mn3+還原成Mn2+、Br2還原成Br-；與此同時，丙酮分子中的氫極易接受親電的Br2與Mn3+，還會因BrO3-與Mn2+在H+存在下再次產生Br2與Mn3+，這種周而復始的反應就形成了化學振蕩圖譜。

3 小結

通過對女貞子-KBrO3-MnSO4-H2SO4-CH3COCH3體系B-Z化學振蕩體系的研究，發現中藥女貞子提取液在一定濃度和溫度范圍內能產生明顯的振蕩反應，反應溫度和女貞子提取液濃度均能對女貞子的振蕩指紋圖譜產生一定的影響。其中振蕩誘導期與女貞子提取液濃度呈現出較好的線性關系，并計算出振蕩誘導期表觀活化能為33.37 kJ/mol，平均振蕩周期的表觀活化能為74.20 kJ/mol。

中草藥化學信息是由多種化學成分綜合構成的，目前研究較多的是利用高效液相色譜法（HPLC）建立中草藥的指紋圖譜。然而HPLC法使用的儀器昂貴，分析樣品時柱前處理過程復雜，分析結果及重復性的精度對試驗操作人員要求較高。而中草藥化學振蕩技術瞄準中草藥應用中存在的現實問題，利用靈敏度高、選擇性強的振蕩技術獲得中草藥振蕩特征圖譜，綜合考慮了混合體系多組分的相互影響，使復雜問題變得簡單化、經驗問題科學化。同時克服了目前其他方法所得到的指紋圖譜不能表明中草藥成分來源的弊端，使中草藥特性及協同作用真正體現在指紋圖譜之中[10]。在此基礎上，如果進一步開展譜效學研究，可使中草藥質量與其藥效真正結合起來，有助于闡明中草藥的作用機理[19]。總之，振蕩指紋圖譜是對中草藥指紋圖譜的補充與發展，它反映了藥物體系的綜合特征，較好地表達了中草藥的特性，為中草藥的指紋圖譜研究找到了一條新路，這對于提高中草藥質量、促進中草藥現代化具有重要意義。

參考文獻：

[1] 李宗孝，原春蘭，張 靜，等.七種草藥振蕩反應研究[J].寶雞文理學院學報（自然科學版），2000，20（2）：110-113.

[2] 王姣亮，龍立平，李旺英，等.中藥板藍根的化學振蕩指紋圖譜研究[J].化學研究與應用，2011，23（2）：159-163.

[3] 盧曉沅，陳志良，王春霞.女貞子化學成分及其藥理作用研究概況[J].中藥材，2006，29（6）：625-629.

[4] 黃曉君，殷志琦，葉文才，等.女貞子的化學成分研究[J].中國中藥雜志，2010，35（7）：861-864.

[5] 靳曉明，董 琳，范 峰，等.女貞子化學成分與藥理作用的研究進展[J].中醫藥信息，2008，25（1）：40-42.

[6] 楊 曦，蔣桂華.女貞子的研究開發現狀與展望[J].時珍國醫國藥，2008，19（12）：2987-2990.

[7] 索 南.化學振蕩反應在藥物分析中的作用[J].青海師范大學民族師范學院學報，2006，17（1）：60-63.

[8] 李宗孝，原春蘭.用振蕩指紋圖譜辨識中草藥[J].中藥材，2004，27（1）：10-12.

[9] 張泰銘，梁逸曾，袁 斌，等.中藥電化學指紋圖譜的檢測方法和條件因素[J].科學通報，2007，52（9）：1012-1020.

[10] 王 媛，李宗孝.十種草藥的振蕩指紋圖譜[J].化學世界，2007，48（8）：464-467.

[11] 邱蓉麗，李 璘.中藥女貞子化學與藥理研究進展[J].中藥材，2007，30（7）：891-894.

[12] 姜 波.利用化學振蕩研究草藥[J].中醫藥學報，2004，32（5）：52-53.

[13] 原春蘭，李宗孝.氨基酸化學振蕩反應活性中心的研究[J].物理化學學報，1996，12（11）：1041-1043.

[14] 楊華銓，李支敏，王保懷.物理化學實驗[M].第四版.北京：北京大學出版社，2005.

[15] 李宗孝，原春蘭.振蕩化學[M].西安：陜西師范大學出版社，2000.

[16] 于 游，王煒罡，聶 毅，等.中藥穿心蓮的B-Z振蕩反應研究[J].化學世界，2004，45（8）：407-409.

[17] 高錦章，劉艷君，張曉莉，等.利用葡萄糖-丙酮-Mn（II）-KBrO3-H2SO4化學振蕩體系測定L-蛋氨酸和D-蛋氨酸[J].西北師范大學學報（自然科學版），2011，47（3）：49-53.

[18] 王姣亮，龍立平，李旺英，等.葡萄糖振蕩體系及檢測Cr（Ⅵ）方法[J].應用化學，2009，26（2）：214-218.

[19] 李守君，黃金寶，鄒桂華，等.應用電化學指紋圖譜優化黃連水提取工藝的研究[J].分子科學學報，2009，25（4）：268-272.