基于熱分析的生地黃炒炭炮制工藝研究

任 婧，張曉燕，孟祥龍，張朔生

（山西中醫(yī)藥大學(xué)中藥與食品工程學(xué)院，山西 晉中 030619）

地黃為玄參科植物地黃Rehmanniae glutinosaLibosch.的新鮮或干燥塊根，具有清熱涼血，養(yǎng)陰生津、止血、補(bǔ)血滋陰、益精填髓之功效。始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，被列為上品[1-2]。地黃常見(jiàn)的炮制品有生地黃、熟地黃、地黃炭。地黃制炭應(yīng)用歷史悠久，制炭后藥性由寒轉(zhuǎn)溫，功能由清變補(bǔ)，止血作用增強(qiáng)[3-5]，一直以來(lái)地黃炒炭終點(diǎn)判斷的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)為外表焦黑，內(nèi)部焦黃或焦褐，大多憑經(jīng)驗(yàn)判斷，無(wú)量化的指標(biāo)，造成市場(chǎng)上地黃炭的質(zhì)量參差不齊[6]，且歷代本草對(duì)熟地黃的加工炮制工藝記載及爭(zhēng)議頗多[7-9]，因此中藥炮制終點(diǎn)的確認(rèn)與量化是近代中藥研究者的重要任務(wù)[10-12]。近年來(lái)中藥炮制技術(shù)及手段伴隨現(xiàn)代儀器分析手段及藥理毒理學(xué)的進(jìn)步而發(fā)展[13]，引進(jìn)了包括熱分析技術(shù)等一系列現(xiàn)代先進(jìn)的分析手段及儀器。熱分析是在程序溫度控制下，測(cè)量溫度變化時(shí)物質(zhì)物理變化的一類分析技術(shù)，主要包括熱重法（TG）、微商熱重法（DTG）、差熱分析法（DTA）、熱機(jī)械分析法（TMA）、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析法（DMA）等[14]。

本團(tuán)隊(duì)前期對(duì)熟地黃九蒸九曬炮制過(guò)程中藥效化學(xué)成分量變化及炮制輔料的影響及鮮地黃干燥過(guò)程中化學(xué)成分的動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，得出炮制輔料黃酒對(duì)炮制品的質(zhì)量存在顯著影響[15-17]，且干燥氣氛及升溫速率對(duì)鮮地黃的干燥過(guò)程有較大的影響[18-21]。本實(shí)驗(yàn)利用熱分析技術(shù)直觀地展示了地黃的熱解過(guò)程，比較了生地黃及其主要成分在程序升溫動(dòng)態(tài)環(huán)境下的熱解特性，確定了地黃炒炭過(guò)程中藥效成分變化的敏感溫度點(diǎn)，為地黃制炭的最佳炮制溫度探究以及指標(biāo)的量化提供數(shù)據(jù)參考。

1 儀器與材料

1.1 儀器 STA-449F5 型同步熱分析儀（德國(guó)NETZSCH），RE-5298 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠），GZX-9076MBE 電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠），AXX224ZH/E電子天平（奧豪斯儀器有限公司），SB120D 超聲波清洗機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司），DE-100 g 萬(wàn)能高速粉碎機(jī)（浙江紅景天工貿(mào)有限公司）。

1.2 材料 生地黃（購(gòu)自同仁堂藥店，經(jīng)山西中醫(yī)藥大學(xué)張朔生教授鑒定為玄參科地黃屬植物地黃Rehmannia glutinosaLibosh.的干燥塊根）；生地黃對(duì)照藥材（公司：中國(guó)食品藥品檢定研究院）；葡萄糖對(duì)照品（110833-201205）、蔗糖對(duì)照品（111507-201303）均購(gòu)自中國(guó)食品藥品檢定研究院，純度≥98%；水蘇糖對(duì)照品（141115）、益母草苷對(duì)照品（批號(hào)：140911）均購(gòu)自成都普菲德生物技術(shù)有限公司，純度≥98%；果糖對(duì)照品（MUST-1703403）、梓醇對(duì)照品（MUST-17032005）、5-羥甲基糠醛（5-HMF）對(duì)照品（MUST-17021202）、地黃苷D 對(duì)照品（17120701）均購(gòu)自成都MUST 生物科技有限公司，純度≥98%。棉子糖對(duì)照品（130513）購(gòu)自深圳華強(qiáng)科技有限公司，純度≥99.8%。水為超純水，石油醚、無(wú)水乙醇、濃硫酸為分析純。

2 方法

2.1 樣品的制備

2.1.1 地黃樣品的制備 稱取地黃藥材50 g，粉碎，過(guò)40 目篩，備用。

2.1.2 地黃水溶性浸出物的制備 按照《中華人民共和國(guó)藥典》四部通則（2015 年版）2201 項(xiàng)下水溶性浸出物測(cè)定法項(xiàng)下的熱浸法進(jìn)行地黃水溶性浸出物的制備。

2.1.3 地黃多糖、醇浸出物的制備 依照相關(guān)文獻(xiàn)制備地黃多糖[22]、醇浸出物[23-25]，備用。

2.1.4 環(huán)烯醚萜類提取物的制備 樣品溶液的制備：取20 g 粉碎的地黃藥材加入10 倍量的65%乙醇600 mL，回流3 次，每次1 h 過(guò)濾，合并3 次提取液60 ℃真空提取乙醇，蒸餾水定容至所需濃度0.05 g/mL作為原藥溶液，備用。

大孔樹(shù)脂預(yù)處理：稱取AB-8 型樹(shù)脂適量，放入500 mL 具塞三角瓶，加入95%的乙醇在室溫條件下浸泡24 h，裝入色譜柱用95%以上的乙醇以2 BV/h 的流速過(guò)柱，以1:5的比例混合流出物和水，用蒸餾水洗滌，直到洗出液不含酒精味道，備用。

大孔樹(shù)脂分離純化：BV/h 上樣，上樣后樹(shù)脂飽和，用蒸餾水以2BV/h 流速洗至α-萘酚濃硫酸反應(yīng)無(wú)紫色環(huán)，再以50%乙醇3 BV/h 洗脫，收集洗脫液。洗脫液水浴蒸干，研磨，過(guò)40 目篩，備用。

2.2 熱重實(shí)驗(yàn)

2.2.1 燃燒熱解反應(yīng) 模擬空氣（N2:O2=4:1）為載氣，分別取地黃樣品、地黃各提取物及地黃對(duì)照品各（30±5）mg 置于坩堝中，以10 ℃/min 的升溫速率、流量60 mL/min 的恒定流速?gòu)氖覝厣?00 ℃。

2.2.2 動(dòng)力學(xué)模型 依據(jù)Kissinger Akahira Sunose（KAS）模型函數(shù)及Ozawa-Flynn Wall（OFW）模型函數(shù)，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，分別對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，求解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。其中，T 是絕對(duì)溫度（K），R是氣體常數(shù)，A 為指前因子，E 是活化能，是轉(zhuǎn)化率，是升溫速率。[26]

3 結(jié)果

3.1 藥材與各提取物、對(duì)照品的熱解燃燒特性分析 圖1-3 為地黃藥材與各提取物、對(duì)照品的TG-DTG曲線，由熱失重（TG）圖可得，從室溫升至600℃均有三個(gè)熱失重階段，分別為：干燥失水階段、揮發(fā)分釋放階段、難揮發(fā)性物質(zhì)和固定碳燃燒階段，熱失重速率（DTG）曲線也呈現(xiàn)相應(yīng)的四個(gè)熱失重速率峰。地黃各提取物與生地黃藥材的TG-DTG 曲線基本一致，其中水溶性浸出物的揮發(fā)分熱失重速率最大，表明地黃水提物中化學(xué)成分分解最多；糖類對(duì)照品第一階段的熱失重速率在170.5℃～260.3℃范圍內(nèi)，由此可得170.5℃～260.3℃范圍內(nèi)的熱失重速率是由多糖及其他一些極性較大的化合物受熱分解造成；不同環(huán)烯醚萜苷類的對(duì)照品中梓醇、益母草苷、5-羥色胺分別于273.4℃、251.6℃、216.3℃處出現(xiàn)強(qiáng)度分別為21.71%/min、14.68%/min、24.32%/min 的熱失重速率峰，地黃苷D 于200.8℃處開(kāi)始出現(xiàn)熱失重，于237.3 ℃處出現(xiàn)強(qiáng)度為10.94%/min 的熱失重速率峰。因此推測(cè)地黃在260.3℃～363.1 ℃范圍內(nèi)的熱失重由梓醇等環(huán)烯醚萜苷類化合物造成的。

圖1 地黃藥材與不同提取物的TG/DTG 曲線

圖2 不同糖類對(duì)照品的TG/DTG 曲線

圖3 不同環(huán)烯醚萜苷類對(duì)照品的TG/DTG 曲線

3.2 不同升溫速率對(duì)生地黃熱解燃燒特性影響分析 圖4 為不同升溫速率的生地黃熱解燃燒特性曲線（TG-DTG），由圖可得不同升溫速率生地黃熱解燃燒特性曲線總體趨勢(shì)相同，分為三個(gè)階段，即干燥失水階段、熱解燃燒階段（揮發(fā)分釋放階段）、難揮發(fā)物質(zhì)和固定碳燃燒階段。但由于升溫速率的不同，生地黃的熱解燃燒特性存在差異，在熱解燃燒的第一、二階段，低升溫速率制備的生地黃熱失重速率峰極值小于高升溫速率，且熱失重所需溫度區(qū)間跨度較小。在生地黃熱燃燒階段有兩個(gè)明顯的熱失重速率峰極大值，第一個(gè)極大值為（228.5±8.1）℃附近出現(xiàn)（-19.38±10.79）%/min 的熱失重速率峰極大值，是反應(yīng)生地黃炮制程度的重要指標(biāo)；第二個(gè)極大值為（333.4±4.9）℃附近出現(xiàn)（4.76±2.42）%/min 的熱失重速率峰極大值，此溫度為生地黃武火制炭的炮制溫度上限。因此生地黃熱解燃燒特性隨升溫速率的不同呈現(xiàn)差異，此為本品制炭時(shí)尚需考慮的因素。

圖4 生地黃炒炭過(guò)程中溫度與質(zhì)量的關(guān)系（A）及其轉(zhuǎn)化速率（B）

3.3 不同升溫速率生地黃炮制熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究 依照熱分析動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算所得結(jié)果得活化能曲線（圖5）可得，在溫度為（228.5±8.1）℃附近時(shí)，三種不同升溫速率生地黃熱解燃燒均在轉(zhuǎn)化率在0.3附近，熱失重速率達(dá)到極大值，在轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.35 時(shí)活化能達(dá)到最大值。因此在炮制轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.3 時(shí)，量化炮制溫度216.3 ℃為本品炒炭最佳溫度。

4 結(jié)論

本研究模擬了生地炭的炮制過(guò)程，建立了地黃炭炮制過(guò)程中的內(nèi)在能量變化的量化方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，為生地炭的炮制提供新的思考角度。

圖5 活化能曲線圖