非線性化學指紋圖譜技術鑒別輻照超微三七粉

羅志平，孟蘭貞，張 娟，李俊杰，徐遠方，李文革

（1.湖南省農業科學院，核農學與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2.廣東省食品藥品監督管理局審評認證中心，廣東 廣州 510030；3.湖南省振華食品檢測研究院，湖南 長沙 410000）

非線性化學指紋圖譜技術鑒別輻照超微三七粉

羅志平1，孟蘭貞2，張 娟3，李俊杰1，徐遠方1，李文革1

（1.湖南省農業科學院，核農學與航天育種研究所，湖南 長沙 410125；2.廣東省食品藥品監督管理局審評認證中心，廣東 廣州 510030；3.湖南省振華食品檢測研究院，湖南 長沙 410000）

以超微三七粉為材料，采用 0、4.2 和 9.2 kGy 3 種劑量的60Co-γ射線對其進行輻照處理，探究了不同輻照處理對三七粉非線性化學指紋圖譜的影響。結果表明：輻照劑量與振蕩壽命及停振時間之間存在良好的線性負相關關系；不同輻照劑量處理的三七粉與未經輻照處理的三七粉的非線性化學指紋圖譜存在一定的差異，且重復性較好；隨著輻照劑量的增大，輻照過的三七粉與未輻照處理的三七粉指紋圖譜中的系統相似度越來越小。這表明非線性化學指紋圖譜技術可用于鑒別不同輻照處理的超微三七粉。

超微三七粉；60Co-γ射線；輻照；化學指紋圖譜；鑒別

振蕩反應的發現使得非線性化學反應現象的研究日益炙熱，非線性化學指紋圖譜作為一種動力學性質的指紋圖譜，是以非線性化學反應為基礎而建立的，其反應包括化學振蕩、化學湍流、化學斑圖和化學波等化學混沌現象[1-2]。對于非線性化學指紋圖譜的生成機理及研究應用，國內外學者已進行了大量研究，特別是在藥物范疇領域報道了許多研究成果[3-4]。Jin等[5]采用非線性化學指紋圖譜和高效液相技術辨別和分離了中藥鼠尾草中不同的活性物質 ；Tang 等[6]采用非線性化學指紋圖譜技術鑒定了不同品種的銀杏。這項技術具有操作簡單、快速、重現性好、精密度高等優點，在中藥材領域中發展迅速，已成為該領域的新熱點[7]。目前，非線性化學指紋圖譜技術在鑒定真偽以及鑒別中藥材產地等方面應用較多，Qiao 等[8]利用非線性化學指紋圖譜技術鑒定了牛奶及制品，白云慧等[2]利用該技術的直觀特征和系統相似度鑒定出人參的真偽以及人參的產地。

但是非線性化學指紋圖譜技術在輻照工業領域的研究相對較少。近年來，輻照滅菌在藥品加工行業迅速興起[9]，現階段能用于中藥材鑒別的輻照方法主要有熱釋光鑒別法和光釋光鑒別法。熱釋光法的主要原理是利用黏附在樣品上的硅酸鹽礦物質接受輻照時儲存的能量經過受熱激發后又重新釋放部分出來，并伴隨光發射，形成光譜[10]，具有靈敏度高、信號經數年不衰減的優點，但是此方法需備用放射源便于2次優化，而且必需能從樣品中分離出一定量的硅酸鹽，其靈敏度依賴于硅酸鹽的種類和含量，存在一定的局限性[11]。光釋光法是利用樣品中的礦物質殘留在受到輻照時，會積累電荷載體中的能量，而當受到激發光刺激時，這些儲存的能量會以光子的形式釋放出來，形成激發光譜[12]，具有靈敏度高、不破壞樣品的優點，缺點是隨著測量次數的增多，樣品釋光信號會逐漸減弱，不適合重復測量[11]。目前，輻照鑒別技術還沒有形成統一的質量評價與檢測標準，故探索一種準確、靈敏、簡單、快速的輻照鑒定方法具有重要的現實意義。

研究采用不同劑量的60Co-γ射線對超微三七粉進行輻照處理，考察了不同輻照劑量對超微三七粉非線性化學指紋圖譜的影響，以期為非線性化學指紋圖譜技術在超微三七粉輻照鑒別中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑 供試三七粉由云南文山藥材商提供；主要試劑有硫酸、硫酸錳、丙酮、溴酸鈉、氫氧化鈉等（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

1.1.2 輻照裝置 試驗在湖南省農業科學院核農學與航天育種研究所完成，該單位擁有 200 萬 Ci的裝源容量，現裝源量近 80 萬 Ci，放射源為60Co，放射性活度為 1.85×1016Bq，單板源，輻照裝置的運行采用動態步進方式，連續進行輻照。輻照裝置運行時，是由兩個 126 cm×92 cm×57 cm 的不銹鋼吊籃上下排列，由傳送帶輸入輻照室進行輻照處理，每個貨架的上下兩層貨箱自動換層，并且經過源板兩側時自動換面，保證輻照均勻。

1.1.3 其他儀器與設備 FZKW-S-8 電熱恒溫水浴鍋（北京市永光明醫療儀器有限公司）；testo 205 精密 pH值計（Test AG Germany）；MZ-1B-2 型非線性化學指紋圖譜測定儀（湖南尚泰測控科技有限公司）；217 型復合甘汞電極和 213型金屬鉑電極（上海精密科學儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 輻照處理 將粉碎好的三七粉用包裝袋分裝，每包重約 2 000 g。分別設置 0、4.2 和 9.2 kGy 3 個劑量的60Co-γ 射線（具體劑量由劑量計測定）進行輻照處理，劑量率 0.18～0.26 Gy/s，吸收劑量的測量按照中華人民共和國國家計量技術規范 JJG 10028—90[13]和 JJG 10028—91[14]進行，將包裝好的樣品置于裝置上，動態連續輻照，置劑量計跟蹤。所使用的劑量計為實驗室自制的重鉻酸銀劑量計，經中國劑量科學院丙氨酸劑量計（NDAS）比對，劑量測定誤差＜ ±3%。每個輻照劑量的試驗樣品和劑量計設置3個平行樣，在檢測分析時取平均值。

1.2.2 非 線 性 化 學 指 紋 圖 譜 測 定 方 法 分 別 稱 取5.000 0 g 處理過的三七粉樣品于 200 mL 容量瓶中，依次加入 100 mL 硫酸，60 mL 硫酸錳，32 mL 丙酮，45 ℃水浴振蕩 70 min，冷卻后用水定容至刻度 ；6 000 r/min離心 5 min，取上清液 50 mL 于反應杯中，蓋好帶注射孔、鉑電極和甘汞電極的反應器蓋，控制恒溫水浴鍋溫度為 45 ℃，900 r/min 恒速攪拌 ；開始采集數據，恒速攪拌 5 min 時立即用注射器加入 5 mL 溴酸鈉溶液，記錄電位 E 隨時間 t變化的 E-t曲線，直至電位不隨時間變化為止[15-16]。

1.2.3 方法驗證 分別稱取 5.000 0 g 不同劑量輻照處理的 3 種超微三七粉，按 1.2.2 中的方法平行測定 3 次，驗證非線性化學指紋圖譜的重復性。

1.2.4 指紋圖譜的系統相似度 分別以不同劑量輻照處理的3種超微三七粉的指紋圖譜共有特征參數平均值作為共有模式參照值，做3次平行試驗，計算其他兩種輻照劑量超微三七粉與未處理超微三七粉的指紋圖譜的系統相似度。

2 結果與分析

2.1 輻照劑量與震蕩壽命及停振時間的關系

由圖1、圖2可看出，輻照劑量與振蕩壽命和停振時間之間存在良好的線性負相關關系，且回歸方 程 分 別 為 y振蕩壽命=-195.31x輻照劑量+2 736.9、y停振時間=-193.68x輻照劑量+3 174.4，即隨著輻照劑量的增大，振蕩壽命和停振時間都隨之呈線性減小的趨勢。

圖1 輻照劑量對超微三七粉震蕩壽命的影響

圖2 輻照劑量對超微三七粉停振時間的影響

2.2 非線性化學指紋圖譜的重復性和特征性

如圖3所示，不同輻照處理下超微三七粉的化學圖譜具有較高的重復性，說明該方法具有一定的可靠性。從圖4中可以看出，同樣的超微三七粉經不同強度的輻照照射后，其成分和濃度均發生了變化，在非線性化學指紋圖譜上表現出直觀差異。結合輻照劑量與振蕩壽命和停振時間的關系，采用這種分析方法足以使 4.2 kGy 輻照和 9.2 kGy 輻照的超微三七粉與未輻照的超微三七粉區分開。因此，利用指紋圖譜的直觀特征差異就可區別不同輻照劑量的超微三七粉與未輻照超微三七粉。

圖3 不同輻照劑量的三七粉非線性化學指紋圖譜的重現性（A：未處理組；B：4.2 kGy 輻照；C：9.2 kGy 輻照組）

圖4 不同輻照劑量的三七粉非線性化學指紋圖譜比較（1 為未處理；2 為 4.2 kGy 輻照；3 為 9.2 kGy 輻照）

2.3 不同輻照劑量對超微三七粉的非線性化學指紋圖譜系統相似度的影響

從表1中可以看出，未經輻照處理的超微三七粉非線性化學指紋圖譜系統相似度很高，均≥ 99.12% ；而經過輻照處理的超微三七粉的非線性化學指紋圖譜系統相似度普遍較低，均≤ 96.84% ；這為利用系統相似度模式來識別不同輻照劑量對超微三七粉的影響提供了數據支撐。從表1中還可以看出，隨著輻照劑量的增加，超微三七粉的非線性化學指紋圖譜系統相似度隨之降低，0、4.2 和 9.2 kGy 處理的超微三七粉系統 相 似 度 平 均 值 分 別 為 99.30%、96.41% 和 94.91%。這表明輻照劑量的增大對超微三七粉的質量影響也隨之加大，因此可利用非線性化學指紋圖譜技術將不同輻照劑量處理的三七粉較好地區別開來。

表1 不同輻照劑量處理的超微三七粉的非線性化學指紋圖譜系統相似度 （%）

3 討 論

非線性化學反應體系有很多種，振蕩反應就是其中的典型之一，有些學者把振蕩反應分為催化振蕩反應 和非 催 化振 蕩反 應[5,7]， 其反 應 機理 均較 復 雜。 目前常用的是 B-Z 化學振蕩反應體系，它以硫酸鈰銨為催化劑，其中涉及到的基元反應超過80個，化學物質達 26 種[2,4]。因其包含的基元反應較多，所以對于建立中藥指紋圖譜較為理想[6]，故采用該體系來建立三七粉非線性化學指紋圖譜。

非平衡非線性是自然科學領域中普遍存在的現象，該領域研究的主要對象是在遠離平衡態下，由于本身的非線性動力學機制，體系產生的宏觀時空有序結構。其中，最經典的耗散結構是B-Z 體系的時空有序結構。所謂 B-Z 體系，是指由溴酸鹽、有機物在酸性介質中，有（或無）金屬離子催化劑構成的體系。經典 B-Z 振蕩反應認為，有機底物和催化劑是關鍵[8]。

該研究采用非線性化學指紋圖譜技術對經不同輻照劑量60Co-γ 射線處理的超微三七粉進行鑒定，獲得了超微三七粉的非線性化學指紋圖譜，結果顯示，輻照劑量與振蕩壽命和停振時間之間存在良好的線性負相關關系；不同輻照劑量處理的三七粉與未經輻照處理的三七粉的非線性化學指紋圖譜特征性存在一定的差異，且重復性較好；未經輻照處理的超微三七粉非線性化學指紋圖譜系統相似度很高，均≥ 99.12% ；經過輻照處理的超微三七粉的非線性化學指紋圖譜系統相似度普遍較低，均≤ 96.84% ；隨著輻照劑量的增大，輻照組與未處理組的系統相似度越來越小，0、4.2和 9.2 kGy 處理的超微三七粉系統相似度平均值分別為 99.30%、96.41% 和 94.91% ；這說明利用非線性化學指紋圖譜技術能很好地將不同輻照劑量處理的三七粉鑒別開來。該方法直觀、重現性好、通用、經濟、簡便，為中藥鑒別研究提供了一種新的研究方法和思路，同時對中藥輻照滅菌工業的發展具有重要意義。

[1]向鳳琴 . 非線性化學指紋圖譜技術在一些中藥研究中的應用 [D].長沙 ：中南大學，2012.

[2]白云慧，張泰銘，張鳳清 . 利用非線性化學指紋圖譜鑒別人參真偽和產地 [J]. 食品工業科技，2015，36（13）：302-308.

[3]趙 哲，張泰銘，方宣啟，等 . 利用非線性化學指紋圖譜技術鑒別評價茶飲料 [J]. 食品科學，2011，（16）：219-223.

[4]Fang X Q，Zhang T M，Zhao Z，et al. Application of nonlinear chemical fingerprinting to identification，evaluation and clinical use of Glycyrrhiza[J]. Chinese Science Bulletin，2010，55（26）：2937-2944.

[5]Jin X F，Lu Y H，Wei D Z，et al. Chemical fingerprint and quantitative analysis of Salvia plebeia R.Br. by high-performance liquid chromatography[J]. Journal of Pharmaceutical & Biomedical Analysis，2008，48（1）：100-104.

[6]Tang D，Yang D，Tang A，et al. Simultaneous chemical fingerprint and quantitative analysis of Ginkgo biloba，extract by HPLC–DAD[J]. Analytical & Bioanalytical Chemistry，2010，396（8）：3087-3095.

[7]Zhang T M，Zhao Z，Fang X Q，et al. Principle of nonlinear chemical fingerprint by using dissipative components in samples as well as calculation and evaluation of similarity[J]. Science China Chemistry，2012，55（2）：304-322.

[8]Qiao J X，Wang Y N，Guo S S，et al. Identifi cation and distinction of milk and its products by nonlinear chemical fi ngerprint[J]. GuangZhou Chemical Industry and Technology，2012，40（9）：137-140.

[9]李奉勤，史冬霞，馬振嗣，等 . 探討60Co-γ射線輻照對蜈蚣等 5種蟲類藥材滅菌效果的影響 [J]. 時珍國醫國藥，2006，17（11）：2348-2349.

[10]康芬芬，林 煒，魏亞東，等 . 熱釋光技術鑒別低劑量電子束檢疫輻照鴨梨的研究 [J]. 核農學報，2014，28（4）：623-631.

[11]趙良娟，張海濱，曲 鵬，等 . 輻照食品檢測標準及檢測方法研究進展 [J]. 食品研究與開發，2012，33（9）：208-213.

[12]Bayram G，Delincée H. Identifi cation of irradiated Turkish foodstuffs combining various physical detection methods[J]. Food Control，2004，15（2）：81-91.

[13]JJG 1028—91，使用重鉻酸銀劑量計測量 γ射線水吸收劑量標準方法 [S].

[14]JJG 1028—90，使用重鉻酸鉀（銀）劑量計測量 γ 射線水吸收劑量標準方法 [S].

[15]曹建軍，梁宗鎖，楊東風，等 . 地黃 HPLC-DAD 多波長指紋圖譜的建立及其在熟地黃炮制中的應用 [J]. 中草藥，2014，45（2）：265-270.

[16]陳林偉，秦 昆明，徐雪松，等 . 中藥指紋圖譜數據庫的研究現狀及展望 [J]. 中草藥，2014，45（21）：3041-3047.

（責任編輯：成 平）

Identification of Sanqi Superfine Powers by Using Nonlinear Chemical Fingerprint Analysis

LUO Zhi-ping1，MENG Lan-zhen2，ZHANG Juan3，LI Jun-jie1，XU Yuan-fang1，LI Wen-ge1
（1. Hunan Academy of Agricultural Science, Hunan Institute of Nuclear Agricultural Science & Space Mutation Breeding, Changsha 410125, PRC; 2. Guangdong Provincial Food and Drug Administration Review and Certification Center, Guangzhou 510030, PRC; 3. Hunan Zhenhua Food Inspection and Research Institute, Changsha 410000, PRC）

This study investigated the effects of60Co-γ irradiation sterilization on the chemical components in Sanqi superfi ne powers (SQSP) by using of nonlinear chemical fi ngerprint analysis. The characters and respectabilities of chromatograms of SQSP, which were treated with non-irradiation or different dose of60Co-γ radiation, were found to be different. And their system semblance decreased with the increasing dose of ray radiation. These results indicated that analysis of nonlinear chemical fi ngerprint could primary identify the non-irradiated and irradiated SQSP.

Sanqi superfi ne powers;60Co-γ ray; radiation sterilization; nlinear chemical fi ngerprint analysis; identifi cation

R282.5

A

1006-060X（2017）03-0081-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.003.023

2016-11-30

湖南省科技廳重點研發計劃（2015WK3045）

羅志平（1978-），男，廣東梅州市人，副研究員，主要從事輻射加工技術研究。

李文革