沒藥熱解特性與炮制相關(guān)性研究＊

周 宜，鄧藍(lán)冰，寧晨旭，王 勃，呂辰子，孫勁松，周游宇，孟祥龍＊＊

（1. 山西中醫(yī)藥大學(xué)中藥與食品工程學(xué)院 晉中 030619；2. 湖南中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院 長沙 410005）

沒藥（Myrrha）為橄欖科植物地丁樹Commiphora myrrhaEngl.或哈地丁樹Commiphora molmolEng.的干燥樹脂，分為天然沒藥和膠質(zhì)沒藥[1-4]。主要分布在索馬里、埃塞俄比亞和阿拉伯半島南部等熱帶和亞熱帶地區(qū)[5]。沒藥始載于宋《開寶本草》，為常用中藥之一，具有行氣活血、消腫定痛的功效，用于治療癰疽腫痛、損傷淤血、經(jīng)閉癥血、經(jīng)閉癥瘕、胸腹諸痛，外用可斂瘡生肌[6]。沒藥炮制歷代有黃連制、竹葉制、人乳制、香附制、麥麩制、水煮、酒制、醋炙、炒制等十幾種方法，現(xiàn)在各地中藥炮制規(guī)范中收載的炮制方法大多是醋炙法和清炒法[7-10]。2015 版《中華人民共和國藥典》收錄沒藥醋炙炮制方法[11]。

熱分析技術(shù)，是指在程序溫度下測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度或時間關(guān)系的一類技術(shù)[12]。近年來，該技術(shù)在中藥研究領(lǐng)域得到逐步應(yīng)用，主要包括中藥化學(xué)成分熱分析、熱分解、熱穩(wěn)定性研究、不同產(chǎn)地中藥的鑒別、近緣類中藥的鑒別等方面[13-20]。本研究集山西中醫(yī)藥大學(xué)及湖南中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院中藥炮制研究人員智力互補，依托山西中醫(yī)藥大學(xué)科技創(chuàng)新能力培育計劃及湖南省中醫(yī)藥管理局一般課題項目，針對沒藥炮制的科學(xué)內(nèi)涵構(gòu)建進行深入探究；本實驗以市售沒藥為研究對象，運用熱重法分析不同品質(zhì)的沒藥及其炮制品（清炒品、醋炙品）的熱解燃燒特性，其中以生品運用熱分析儀在所得文火炮制的溫度下恒溫一定時間來模擬沒藥清炒的炮制工藝，以沒藥醋拌制品在同樣的溫度下恒溫一定時間來模擬沒藥醋制的炮制工藝，并結(jié)合常見動力學(xué)模型，以期建立用于鑒別優(yōu)質(zhì)沒藥的燃燒熱解特征參數(shù)，量化清炒、醋炙炮制工藝，以期完善傳統(tǒng)炮制理論，闡釋沒藥清炒和醋炙科學(xué)內(nèi)涵。

表1 沒藥樣品編號、購買地、等級及感官評價表

1 儀器與試藥

NETZSCH STA-449F5 型同步熱分析儀（德國耐馳公司）；東湖9o米醋（山西老陳醋集團有限公司）；95%乙醇（分析純，天津市北辰方正試劑廠）；氫氧化鈉（粒）（分析純，天津市北辰方正試劑廠）；乙酸乙酯（分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司）；冰乙酸（分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司）；天然沒藥對照藥材（成都普菲德生物技術(shù)有限公司）；沒藥（Myrrha）為橄欖科植物地丁樹Commiphora myrrhaEngl.或哈地丁樹Commiphora molmolEng.的干燥樹脂，依照《中華人民共和國藥典》（2015版）、《中藥鑒定學(xué)》及《中藥材商品規(guī)格登記標(biāo)準(zhǔn)匯編》的相關(guān)規(guī)定對其進行品質(zhì)等級鑒定，分別標(biāo)記為S1～S19；另取沒藥中所黏附的木屑及砂土混合作為沒藥雜質(zhì)樣品，標(biāo)記為S20～S21，詳見表1。

2 方法

沒藥配比物（醋）品的制備：取優(yōu)質(zhì)沒藥（S2）細(xì)粉適量，分別與米醋按100：10、100：15、100：20比例拌勻制備成沒藥配比物（醋）品，陰干，備用，分別標(biāo)記為

S22、S23、S24。

沒藥揮發(fā)油的提取及揮發(fā)油醋配比物的制備[11]：取優(yōu)質(zhì)沒藥（S2）細(xì)粉，照《中華人民共和國藥典（2015年版）》的附錄揮發(fā)油測定法甲法進行提取，標(biāo)記為S25。與米醋按100：10、100：15、100：20 比例拌勻，制備成沒藥揮發(fā)油醋配比物，標(biāo)記為S26、S27、S28。

沒藥總酸的提取及總酸醋配比物的制備[21]：稱取10.00 g 優(yōu)質(zhì)沒藥（S2）細(xì)粉置燒瓶中，加入300 mL95%乙醇85℃水浴回流兩個小時，過濾，濾液揮干乙醇后用pH 12～13 的NaOH 溶液超聲4 次，每次20 mL，每次20 min，合并濾液，再用10 mL 乙酸乙酯萃取兩次，調(diào)pH 3～4，抽濾，用蒸餾水洗至中性，濾紙60℃烘干，將烘干濾紙放入50 mL 燒杯中，用20 mL 冰乙酸超聲溶解20 分鐘，移至25 mL 容量瓶中，用冰乙酸定容，搖勻，經(jīng)減壓干燥，制備出總酸固體粉末。標(biāo)記為S29。與米醋按原藥材100∶10、100∶15、100∶20比例拌勻制備成沒藥總酸醋配比物，標(biāo)記為S30、S31、S32。

2.1 實驗條件

熱重試驗（TG-DTG）[22-24]：模擬空氣（N2-O2=4:1）為載氣，流量為50 mL·min-1的恒定流速通入。分別取試樣為（30±5）mg 的各種藥材置于坩堝，在模擬空氣的氣氛下對其進行熱分析，程序升溫實驗升溫速率為10℃·min-1，從室溫升溫至600℃；恒溫干燥實驗升溫速率為20℃·min-1，從室溫升溫至3.1 項下所量化的燃燒熱解的起始溫度，并恒溫20min。

2.2 數(shù)據(jù)處理

恒溫動力學(xué)計算應(yīng)用Page模型，相關(guān)公式如下：

其中MR = (M-Me)/(M0-Me)，M、M0、Me 分別為任意時間、起始時間、終止時間的質(zhì)量，t為時間(單位為min），k和n為動力學(xué)參數(shù)。

本實驗熱分析計算采用Orign 8.0 進行數(shù)據(jù)處理及計算。

3 結(jié)果

3.1 沒藥品質(zhì)鑒別燃燒熱解特性及雜質(zhì)熱解燃燒特性分析

不同品質(zhì)等級的沒藥及其雜質(zhì)的熱解燃燒特性曲線（TG-DTG）、雜質(zhì)熱解燃燒特性曲線（TG-DTG）見圖1。沒藥的熱解燃燒特性可分為三個階段，即干燥階段、熱解燃燒階段和炭化燃燒階段[25-26]。就對照藥材及“優(yōu)”質(zhì)沒藥熱解燃燒特性（S1～S3）而言，干燥階段起止于室溫至145.17℃± 2.72℃，并于76.95℃±4.74℃出現(xiàn)強度為（0.70±0.02）%·min-1的熱失重速率峰極大值，可歸結(jié)為水分及其他成分的熱解。于145.17℃±2.72℃至450.15℃±7.57℃為沒藥藥材的熱解燃燒階段，在此階段熱失重速率極大值出現(xiàn)于286.2℃± 10.32℃。炭化燃燒階段起止于450.15℃±7.57℃至573.00℃±0.56℃，并于516.35±10.25出現(xiàn)強度為（4.62 ± 1.33）%·min-1的熱失重速率峰極值。與優(yōu)質(zhì)沒藥以及對照藥材的燃燒熱解特性相比，品質(zhì)為良（S4～S9）、中（S10～S15）、差（S16～S19）的沒藥樣品也符合上述主要熱解燃燒特性，但熱解燃燒特性又各具特點，且以炭化燃燒階段最為突出，三種品質(zhì)規(guī)格沒藥炭化燃燒階段起止溫度較為相近，但熱失重速率極值出現(xiàn)差異較大，如“良”品沒藥于470.27℃± 6.20℃出現(xiàn)強度為（4.27±0.34）%·min-1的熱失重速率極值，“中”品沒藥于451.07℃± 5.95℃出現(xiàn)強度為（5.00 ±0.68）%·min-1的 熱 失 重速 率 極 值，“差”品 沒藥 于424.48℃±12.21℃出現(xiàn)強度為（5.28±0.75）%·min-1的熱失重速率極值。對比四個等級的沒藥及雜質(zhì)燃燒熱解特性可知，炭化階段熱失重速率極值出現(xiàn)溫度隨品質(zhì)降低而向低溫方向移動。根據(jù)雜質(zhì)（S20、S21）的燃燒熱解特性可知，雜質(zhì)于419.05℃±11.53℃出現(xiàn)強度為（6.40±0.98）%·min-1的熱失重速率極值，推知S2于403.8℃處、S4 于406.3℃處、S9 于422.8℃處、S15 于418.8℃處出現(xiàn)熱失重速率峰可能與所含雜質(zhì)有關(guān)。

3.2 沒藥揮發(fā)油及總酸提取物燃燒熱解特性分析

沒藥揮發(fā)油TG-DTG 曲線和總酸TG-DTG 曲線見圖1K和圖1L。

對比揮發(fā)油（S25）的燃燒熱解特性可知，揮發(fā)油TG-DTG 曲線于225.8℃出現(xiàn)強度為15.49%·min-1的熱解燃燒階段熱失重速率峰。在傳統(tǒng)文火炮制下，沒藥中揮發(fā)油含量較少，在整體熱解燃燒特性中表現(xiàn)不顯著。對比總酸（S29）的燃燒熱解特性可知，總酸TGDTG 曲線于274.7℃出現(xiàn)的強度為2.71%·min-1的熱解燃燒階段熱失重速率峰。與優(yōu)質(zhì)沒藥于286.20℃±10.32℃的主要熱失重速率峰對比可知總酸的反應(yīng)早于藥材本身活性溫度。

綜上，本品常以文火炮制制得，炮制品（醋炙沒藥、清炒沒藥），依照沒藥燃燒熱解特性，量化本品文火炮制的具體溫度為本品燃燒熱解的起始溫度（145.17℃±2.72℃）。

3.3 沒藥及沒藥揮發(fā)油醋配比物、總酸醋配比物燃燒熱解特性分析

沒藥醋配比物燃燒熱解亦遵循沒藥燃燒熱解特性，見圖2A 和圖2B。另模擬沒藥醋炙品于恒溫150℃條件下TG-DTG曲線見圖2C和圖2D。

圖1 沒藥及其配比物的燃燒熱解特性曲線（DTG-TG）

就程序升溫實驗而言，炮制輔料米醋對沒藥燃燒熱解特性的影響主要體現(xiàn)在對主要燃燒熱解階段肩峰強度的影響，且影響程度與米醋加入量的成正比。如沒藥10%醋配比物（S22）、15%醋配比物（S23）、20%醋配比物（S24）分別于240.8℃、246.8℃、265.3℃出現(xiàn)強度為4.56%·min-1、4.53%·min-1、3.14%·min-1的熱失重速率極值。

對比圖2E 和圖2F，圖2G 和圖2H，沒藥揮發(fā)油10%醋配比物（S26）、15%醋配比物（S27）、20%醋配比物（S28）分別于105.1℃、110.8℃、113.0℃出現(xiàn)強度為19.66%·min-1、21.63%·min-1、21.89%·min-1的主要熱解燃燒速率峰，均比生品揮發(fā)油的主要熱解燃燒速率峰所需溫度低且峰強度增大。由此可知，米醋加入使揮發(fā)油熱解溫度提前并增加了揮發(fā)油含量的失去。

對比圖2I 和圖2J，圖2K 和圖2L，可知總酸于210.33℃± 4.36℃出現(xiàn)因米醋的加入而呈現(xiàn)的燃燒熱解速率峰，而對總酸燃燒熱解特征峰而言，沒藥總酸10%醋配比物（S30）、15%醋配比物（S31）、20%醋配比物（S32）分別于299.5℃、308.0℃、303.3℃出現(xiàn)強度為1.72%·min-1、1.69%·min-1、1.42%·min-1的主要熱解燃燒速率峰，強度均低于總酸（S29）對應(yīng)的熱解燃燒速率峰強度（2.83%·min-1），由此可知，米醋的加入降低了總酸含量的熱解速率，其影響程度與米醋加入量成正比。而對總酸的消耗程度、時間影響不大。

圖2 沒藥及其配比物恒溫?zé)峤馊紵匦郧€（DTG-TG）

對比優(yōu)質(zhì)沒藥與沒藥配比物（醋品）于恒溫條件下TG-DTG 曲線可知，比例為100:20 為最佳醋配比，對比S26、S27 和S28 于恒溫條件下的最大熱失重速率可知，S27 ≥S28 ＞S26；但與S27 同樣醋配比的總酸醋配比物S31 的熱失重速率極值較大，說明與100∶15的醋配相比，100∶20 的總酸醋配比物（S32）能夠有效降低炮制過程中總酸的消耗量。故通過對比S27 與S28，S30與S32的恒溫?zé)峤馓匦裕贸鲎罴训呐谥茣r間為12.37±1.60min，即炮制溫度達(dá)到145.17℃±2.72℃后加熱5.67± 0.98min 為沒藥最佳炮制方式。此溫度及時間下，藥材除去水分及部分揮發(fā)油，而總酸消耗較少，不影響沒藥主要藥用有效部位。

圖3 沒藥恒溫干燥動力學(xué)研究曲線

3.4 沒藥恒溫干燥動力學(xué)研究

中藥文火炮制的過程，可近似為生物質(zhì)的低溫干燥過程，Page 模型是生物質(zhì)干燥學(xué)中應(yīng)用最廣泛的模型[27]，然而中藥材作為特殊意義的生物質(zhì)[28]，其文火炮制過程中的干燥動力學(xué)[29]研究文獻(xiàn)相關(guān)的報道較少。本實驗組在前期探討中藥材燃燒熱解動力學(xué)基礎(chǔ)上，初步探討中藥材文火炮制中page 模型在中藥材干燥應(yīng)用的可行性。依照2.2 項下相關(guān)公式進行計算，沒藥熱解干燥品與醋配比物MR 曲線見圖3A 至圖3H，而沒藥清制品與醋配比物干燥動力學(xué)擬合曲線見圖3I和圖3J，相關(guān)系數(shù)見表2與表3。雖不同樣品線性區(qū)間不同，然依照相關(guān)參數(shù)R2可知各樣品都呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，原藥材R2范圍為0.887±0.051，醋炙品R2范圍為0.929±0.019，據(jù)此推知，page 模型可作為中藥材文火炮制的重要參照模型，可作為實驗結(jié)果機理驗證的方式。

4 結(jié)論

表2 沒藥熱解干燥品擬合曲線相關(guān)系數(shù)及動力學(xué)參數(shù)

表3 沒藥醋配比物擬合曲線相關(guān)系數(shù)及動力學(xué)參數(shù)

本研究運用熱分析技術(shù)建立了用于鑒別優(yōu)質(zhì)沒藥的燃燒熱解特征參數(shù)；探究本品文火炮制（清炒、醋炙）的火力和火候為炮制溫度達(dá)到145.17℃±2.72℃后，加熱5.67 ± 0.98 min 為沒藥最佳炮制方式；輔料米醋的加入使揮發(fā)油易于失去，總酸得以保留；應(yīng)用Page 模型解釋炮制工藝的可行性，以期完善傳統(tǒng)炮制理論，闡述沒藥生炒和醋炙科學(xué)內(nèi)涵，為其他樹脂類藥材的質(zhì)量評價及炮制提供參考和借鑒。