基于顏色及成分動態(tài)變化的山楂炮制機理初探

黎 量， 楊詩龍， 胥 敏， 李欣逸， 吳 娜， 艾 莉

（成都中醫(yī)藥大學(xué)，四川成都611137）

基于顏色及成分動態(tài)變化的山楂炮制機理初探

黎 量， 楊詩龍， 胥 敏， 李欣逸， 吳 娜， 艾 莉*

（成都中醫(yī)藥大學(xué)，四川成都611137）

目的研究山楂炮制過程顏色、化學(xué)成分動態(tài)變化規(guī)律，試探討其炮制機理。方法取山楂炮制過程不同樣品，利用機器視覺系統(tǒng)獲取樣品圖像，提取其顏色特征值，運用統(tǒng)計質(zhì)量控制法 （SQC）客觀描述山楂炮制過程顏色動態(tài)變化；高效液相色譜法 （HPLC）測定樣品中枸櫞酸和5-羥甲基糠醛 （5-HMF）的量，并測定水溶性提取液的A420（在420 nm處的吸光度）；采用相關(guān)性分析法分析相關(guān)性。結(jié)果建立的SQC模型顯示出山楂炮制過程顏色變化呈一定的規(guī)律性；枸櫞酸量總體呈下降趨勢，5-HMF量及A420總體呈增加趨勢；相關(guān)性分析顯示顏色變化與枸櫞酸量、5-HMF量及A420呈顯著相關(guān)。結(jié)論顏色作為山楂炮制過程控制指標具有一定的科學(xué)性；美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)可能是山楂炮制過程的機理之一。

山楂；顏色；化學(xué)成分；相關(guān)性分析；炮制機理

山楂為薔薇科植物山里紅Crataegus pinnatifida Bge.var.major N.E.Br.或山楂Crataegus pinnatifida Bge.的干燥成熟果實［1］。臨床上常將其炒制后使用，在炒制過程中，山楂的顏色逐漸變深，其變化是山楂炮制程度判斷的重要指標之一，如炒山楂為 “炒至色變深［1］”，焦山楂為 “炒至表面焦褐色，內(nèi)部焦黃色［1］”。

山楂炮制過程同樣伴隨著內(nèi)在化學(xué)成分含有量的變化，主要藥效成分總有機酸在炮制過程中下降明顯，其中占總有機酸含有量50%～80%的枸櫞酸為該變化的主要體現(xiàn)［2］。同時，中藥加熱炮制過程中常發(fā)生美拉德反應(yīng)及焦糖化反應(yīng)［3-4］，5-羥甲基糠醛 （5-HMF）為其重要的中間產(chǎn)物，最終產(chǎn)物主要為類黑素［5-7］。

本研究利用機器視覺技術(shù)客觀化描述山楂炮制過程的顏色動態(tài)變化規(guī)律，并定量測定枸櫞酸、5-HMF及A420，結(jié)合化學(xué)成分指標的變化規(guī)律，研究顏色變化與其相關(guān)性，為顏色變化作為山楂炮制過程控制指標提供初步的科學(xué)解釋，同時探討其炮制機理。

1 材料與儀器

1.1 材料 山楂飲片，購自成都荷花池中藥市場，產(chǎn)地為山東青州，經(jīng)由成都中醫(yī)藥大學(xué)藥用植物學(xué)教研室盧先明教授鑒定為薔薇科植物山楂Crataegus pinnatifida Bge.的干燥成熟果實。

山楂炒制：采用非接觸紅外測溫技術(shù)采集溫度數(shù)據(jù)，投料后至山楂炒制成山楂炭過程共選定6個取樣點 （達到出鍋溫度時取樣），包括生山楂共得到7份樣品，見表1，其中，1號為生山楂，3號為炒山楂，5號為焦山楂，7號為山楂炭；其余樣品（2號、4號、6號）為各炮制品中間品。每批投料約5 kg，同法炒制3批。

表1 山楂樣品出鍋溫度Tab.1 Tem perature of pot when Crataegi Fructus sam p les taken out of the pot

1.2 儀器 可控溫滾筒式炒藥機 （杭州春江自動化研究所，具在線式非接觸紅外測溫系統(tǒng)）；機器視覺系統(tǒng) （自制），包括：HAD攝影箱 （QT-310）、Canon相機（EOS 60D）、鏡頭（Canon EFS 18-55 mm）、聯(lián)想計算機 （G470）和中藥顏色識別系統(tǒng) （自主開發(fā)）；島津LC-2010A高效液相色譜儀，附帶LC Solution色譜工作站（日本島津公司）；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計 （北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；新藥工中藥顏色識別系統(tǒng)（自主開發(fā)），Alpha soft 12.45版分析軟件，Spss 17.0版分析軟件。

2 方法與結(jié)果

2.1 山楂炮制過程顏色變化研究

2.1.1 樣本圖像采集 本實驗應(yīng)用機器視覺系統(tǒng)（自制），包括圖像采集系統(tǒng)和智能計算機進行圖像的采集。本實驗山楂圖片的采集統(tǒng)一以白色作為背景，以LED燈作為光源；相機鏡頭垂直放置，鏡頭前端與被測物體距離30 cm；設(shè)置相機 （畫質(zhì)M；周邊光量校正啟動；減輕紅眼 禁用；閃光燈禁用；曝光補償0步驟；曝光模擬 禁用；自動優(yōu)化標準；照片風(fēng)格 標準；白平衡日光；感光度400；焦距55 mm）并固定，利用計算機進行遙控拍攝。拍攝前打開光源和LED燈30 min，以穩(wěn)定光源。

山楂炮制過程共7份樣品 （平行炮制3批），每份樣品中隨機挑選完整飲片各120個進行拍照（正反兩面）。

2.1.2 圖像處理 本實驗采用 “新藥工中藥顏色識別系統(tǒng)” （自主開發(fā)）對拍攝的山楂照片進行處理。

為消除背景的計算干擾，采用閾值分割算法，利用背景差分法將目標圖像與背景圖像相減提取樣品區(qū)域。經(jīng)過閾值處理后的圖像，再經(jīng)過2次膨脹、3次腐蝕后消除噪聲。由相機獲取的山楂樣品圖片顏色信息皆為sRGB色空間模型，首先通過計算機實現(xiàn)提取圖像中每個像素點顏色三通道r、g、b值。通過公式將RGB色空間模型轉(zhuǎn)化為HSV色空間模型，得到每個像素點對應(yīng)的H、S、V值以進行后續(xù)處理，其中H為色相，S為顏色飽和度，V值為亮度。

2.1.3 精密度考察 為考察儀器精密度，實驗采用上述方法，重復(fù)測定同一山楂樣品 （1號）5次。結(jié)果顯示，顏色值H、S、V相對標準偏差（RSD）分別為0.8%、1.1%、1.5%，均小于2%，數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定，儀器精密度良好。

2.1.4 SQC分析 采用Alpha soft12.45版分析軟件進行統(tǒng)計質(zhì)量控制法（SQC）分析。SQC的數(shù)學(xué)解釋是在考慮樣本的差異性的基礎(chǔ)上，通過計算參考樣本得出接受區(qū)域和拒絕區(qū)域［8］。對每個數(shù)據(jù)點而言，相互間的距離表明了所代表的顏色信息的差異。

為客觀化展示山楂炮制過程顏色變化規(guī)律，本實驗將山楂炮制過程共7份樣品 （平行炒制3批）的H、S、V值進行SQC分析，以1號樣品 （生山楂）為參照建立SQC圖模型，結(jié)果如圖1。由圖可見，隨著炒制程度加深，1號樣品至7號樣品的顏色特征變化明顯，具有一定的規(guī)律性，呈與參照樣品距離漸遠趨勢。

圖1 山楂炮制過程樣品SQC分析圖Fig.1 SQC of Crataegi Fructus sam p les

2.2 枸櫞酸測定［9］

2.2.1 色譜條件 Global Chromatography C18色譜柱（250 mm×4.60 mm，5μm），流動相為2%的磷酸二氫銨溶液（磷酸調(diào)PH至3.0）；檢測波長210 nm，柱溫30℃，體積流量1.0 m L/min。

2.2.2 對照品溶液的制備 精密稱取枸櫞酸對照品適量，用水配制成為0.5 mg/mL的對照品溶液。

2.2.3 供試品溶液的制備 精密稱取山楂炮制過程各樣品粉末 （過50目篩）0.5 g，加入水50 mL，室溫放置4 h，不時振搖，濾過，取續(xù)濾液經(jīng)0.45μm微孔濾膜濾過，即得。

2.2.4 線性關(guān)系考察 6個不同質(zhì)量濃度的對照品溶液，在上述色譜條件下進樣，以對照品進樣量對峰面積積分值進行線性回歸，回歸方程y= 23 659x+23 073，r=0.999 3。說明枸櫞酸在0.5～12.5μg范圍內(nèi)，進樣量與峰面積呈良好線性關(guān)系。

2.2.5 樣品檢測 吸取供試品溶液20μL，注入高效液相色譜儀。外標一點法計算樣品中枸櫞酸量，結(jié)果如圖2。由圖可見，山楂炮制過程中，2號樣品枸櫞酸含有量略有增加，隨之不斷下降。

2.3 5-HMF測定 山楂樣品中5-HMF的定量測定見參考文獻 ［10］，結(jié)果如圖3。由圖可見，隨著炒制程度加深，1號至6號樣品中5-HMF量不斷增加，但7號樣品中5-HMF量略有下降。

2.4 山楂炮制過程褐變程度測定 通過在420 nm處測定非酶褐化反應(yīng)產(chǎn)物的吸光度可用于間接反映類黑素的生成量及反應(yīng)的褐變程度［6-7，11］。

圖2 山楂樣品枸櫞酸含有量變化規(guī)律Fig.2 Content of citrate of Crataegi Fructus samp les

圖3 山楂樣品5-HM F變化規(guī)律圖Fig.3 Content of 5-HM F of Crataegi F ructus sam p les

精密稱取山楂炮制過程各樣品0.5 g，分別加入水100 mL，連續(xù)回流提取2 h，冷卻至室溫，抽濾，以水定容至100 mL，在420 nm處測定其吸光度 （A420），結(jié)果如圖4。由圖可見，1號至7號樣品的A420均持續(xù)增大，其褐變程度不斷加深。

圖4 山楂炮制過程樣品水提液在420 nm處吸光度Fig.4 A420(absorbance at 420nm)of water-soluble extracts of Crataegi Fructus sam p les

2.5 相關(guān)性分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行相關(guān)性分析。將原始數(shù)據(jù)炮制過程7份樣品的H、S、V值三組數(shù)據(jù)，通過主成分分析方法進行降維處理，得到1組數(shù)據(jù) （個體第一主成分得分FAC1），結(jié)果見表 2，該組數(shù)據(jù)的貢獻率達到90.955%，能較好地反映原始數(shù)據(jù)信息。

表2 主成分得分值Tab.2 Values of the principal com ponent scores

由于數(shù)據(jù)不呈正態(tài)分布，本實驗選用Spearman相關(guān)性檢測對三者相關(guān)性進行分析。結(jié)果見表3。

表3 相關(guān)性分析結(jié)果Tab.3 Result of correlation analysis

3 結(jié)論與討論

本研究利用機器視覺技術(shù)，將傳統(tǒng)主觀性描述的山楂炮制過程各樣品的顏色特征進行了數(shù)據(jù)化表達，通過SQC數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖可以直觀地看到，隨著炒制程度的加深，各樣品顏色與生山楂顏色的差異愈加明顯，這與人眼識別的變化規(guī)律相一致。同時，炒制過程中枸櫞酸量總體呈降低趨勢。通過5-HMF定量測定可以發(fā)現(xiàn)，炒制初期，樣品中5-HMF的量極其微量，隨著炒制程度加深，5-HMF量逐漸增加達最高點后略有下降；A420也呈增加趨勢。

機器視覺技術(shù)的應(yīng)用將山楂炮制過程顏色特征數(shù)值化，對山楂炮制過程質(zhì)量控制具有重要意義。相關(guān)性分析顯示，山楂炮制過程顏色變化與枸櫞酸量、5-HMF量變化顯著相關(guān)，以顏色作為山楂炮制過程控制指標確有一定的科學(xué)性。將數(shù)值化的顏色數(shù)據(jù)與山楂內(nèi)在化學(xué)成分相關(guān)聯(lián)，從而客觀、準確判定最佳炮制程度，以現(xiàn)代化技術(shù)替代傳統(tǒng)經(jīng)驗術(shù)語為本課題組的研究目標，后續(xù)將增加化學(xué)成分指標及樣本量的采集等來進一步研究其可行性。

美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)是生物材料中兩類主要的非酶褐化反應(yīng)［3］，5-HMF量及A420的變化說明，這類反應(yīng)在山楂炮制過程中反應(yīng)程度不斷加劇，并且與山楂顏色變化相關(guān)，說明炮制過程山楂顏色逐漸加深能初步反映出褐變反應(yīng)程度，美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)是山楂炮制過程的顏色變化機制之一；同時，已有研究報道美拉德反應(yīng)的最終產(chǎn)物類黑素對胃腸道有一定作用［12］，這與山楂炮制后消食導(dǎo)滯作用增強可能存在相關(guān)聯(lián)系，本課題組將以此來進一步探討山楂炮制機理。

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Prelim inary study on themechanism of Crataegi Fructus stir-fried based on the changes of color and chem ical com ponents

LILiang， YANG Shi-long， XU Min， LIXin-yi， WU Na，AILi*
（Chengdu University of Traditional Chinese Medicine，Chengdu 611137，China）

AIMIn order to investigate the mechanism of Crataegi Fructus stir-fried，we studied the dynamic changes of color and chemical components in this process and their correlation.METHODSRequired samples were retrieved from Crataegi Fructus stir-fried process.Usingmachine vision system to take pictures for the samples and to extract the color character value from images.The datawasanalyzed by statistical quality control（SQC）.At the same time，we detected the contents of citrate and 5-HMF by high performance liquid chromatography（HPLC）and A420ofwater-soluble extracts（absorbance at420 nm）.Using correlation analysis to analyze the relationship among them.RESULTSSQCmodel established could show the change rules of color in Crataegi Fructus stir-fried process.As a whole citrate content decreased while 5-HMF content and A420showed the increasing trend.Correlation analysis showed that there was a significant correlation among them.CONCLUSIONSColor as control indicators of Crataegi Fructus stir-fried process has some scientific.Maillard reaction and Caramelization reaction may be one of themechanisms of Crataegi Fructus stir-fried.

Crataegi Fructus；color；chemical components；correlation analysis；processingmechanism

R283

：A

：1001-1528（2015）07-1530-04

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.07.029

2014-09-04

國家自然科學(xué)基金 （81403105）；四川省教育廳課題 （13ZB0313）；成都市科技惠民項目 （2013）

黎 量 （1989—），碩士生，研究方向為中藥炮制和制劑。Tel：13981753256，E-mail：113127043@qq.com

*通信作者：艾 莉，講師，研究方向為中藥炮制與制劑。Tel：（028）61800024，E-mail：aili1129@foxmail.com

日期：2014-10-23

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/31.1368.R.20141023.0937.001.htm l