丹參地上部分熱風干燥過程中的水分變化規律

史國玉 曹紅 武衛紅 商慶節 葛秀允 趙永曜 姜斌 崔莉

摘要：研究丹參地上部分在熱風干燥過程中的水分變化，基于低場核磁共振技術比較了不同部位的水分分布及不同溫度（35、55 ℃）條件下水分散失規律。結果表明，白花丹參與紫花丹參地上部位的水分特征一致，都有3種狀態的水，即結合水、不易流動水和自由水，葉、花萼中以不易流動水為主，莖、側枝、花（除花萼）、花蕾中以自由水為主。在熱風干燥過程中，隨干燥時間的延長和溫度的升高，丹參莖、側枝及葉中3種狀態的水均呈現逐漸減少的趨勢，干燥前期均為自由水先散失，莖中自由水會有部分轉化為結合力更強的不易流動水，低溫干燥初期葉與莖、側枝相比，自由水的散失更慢，低場核磁共振技術為丹參不同地上部位中水分狀態變化研究提供了直觀的參考，側枝及莖可采用較高的熱風溫度進行干燥加工，葉片等部位適宜采用較低的熱風溫度。

關鍵詞：丹參;地上部分;低場核磁共振;熱風干燥;水分變化

中圖分類號：R283 ? 文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）14-0166-04

丹參（Salvia miltiorrhiza Bunge.）為唇形科鼠尾草屬多年生草本植物[1]，是我國常用大宗中藥材，我國種植丹參面積約1.3萬hm2[2]。丹參以根及根莖入藥，地上部分占全株生物量的60%～70%[3]，因此生產過程中大量非傳統藥用部位，如花、莖、葉等，大多被丟棄，造成嚴重資源浪費。近年來，越來越多研究者關注丹參的資源化利用[4]，現代研究顯示，丹參花與花序、莖葉、須根等非傳統藥用部位中含有豐富的酚酸類、黃酮類、揮發油類、三萜類等活性成分[5-7]，具有防治心腦血管疾病和糖尿病、抗腫瘤等藥理活性[8-11]和巨大的開發潛力，目前已有莖、葉、花等被開發為保健飲品、花茶、化妝品等各類產品[12]，市場上已有丹參花茶、丹參葉茶、化妝品等產品出現，但尚未得到充分有效的利用，亟待開展相關研究。

采收加工是中藥生產的重要環節，新鮮丹參含水量約70%左右，因而干燥是資源綜合利用的首要加工過程，不同組織部位因結構差異其加工特性也不同。同時，隨著水分遷移及水分狀態的變化，丹參各部位細胞中會發生復雜的生理生化變化，新鮮組織經過干燥等過程，其活性成分會發生不同的變化，干燥脫水與多種成分含量的變化密切相關[13-15]，因而探明丹參不同部位中不同狀態水分的散失規律，將有利于進一步優化丹參地上部位干燥生產工藝，促進品質提升。

低場核磁共振（low field nuclear mangenetic resonance，簡稱LF-NMR）技術是近年來發展的一種無損、無侵入的水分測量方法[16]，可定性、定量描述及動態監測物料內部水分變化，近年來迅速在農業食品、生命科學、石油能源、高分子材料等領域得到應用[17-20]。本試驗基于LF-NMR技術，研究丹參地上部位水分分布及干燥過程中水分遷移規律，以期為丹參資源開發提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

丹參于2020年5月采自山東省濟南市，采摘紫花丹參、白花丹參的新鮮整株，按不同部位分別制作樣品，挑選健康、無機械損傷、大小均勻的備用。

MesoMR23-040V-I核磁共振分析系統，購自蘇州紐邁電子科技有限公司，磁體強度為0.55 T，磁體溫度為32 ℃;電熱鼓風干燥箱，購自上海一恒科學儀器有限公司;BAS124S萬分之一天平，購自賽多利斯科學儀器（北京）有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理 丹參植株地上部分按照不同部位切割，獲得莖和側枝（剪切為2 cm長的小段）、花瓣、花萼、無葉柄鮮葉，各部位分別混合均勻，挑選稱質量備用。將丹參不同部位的樣品單層平鋪于干燥箱內的中層隔板上，在設定溫度（35、55 ℃）下進行熱風干燥，分別在不同烘干時間取樣，稱質量。

1.2.2 低場核磁共振檢測 將不同丹參樣品進行低場核磁共振橫向弛豫時間（T2）的測定。經自由感應衰減（free induction decay，簡稱FID）序列獲得中心頻率，待樣品溫度降到室溫，放入永久磁場中心位置（直徑為25 mm 的射頻線圈中心），采用多脈沖回波序列掃描采集核磁信號，然后利用同時迭代重建（sirt）算法（迭代次數為10萬次）進行反演得到T2譜圖。主要參數：主頻為20 MHz，偏移頻率為995 371.01 kHz，90度脈沖時間為7 μs，180度脈沖時間為14 μs，累加采樣次數為6，回波時間為 0.2 ms，回波個數為10 000。

1.2.3 數據處理及分析 利用T-invfit軟件得到丹參樣品的T2反演圖譜，采用Excel 2016軟件進行數據處理及作圖。

2 結果與分析

2.1 丹參不同地上部位的T2譜圖測定

一般花冠為紫色或紫紅色的丹參為紫花丹參，白花丹參（Salvia miltiorrhiza Bunge. f. alba）花冠為白色或淡黃色，是丹參的白花變型，主要分布在山東省境內[21]，研究表明，2種丹參化學成分基本相同，本研究比較了2種丹參不同地上部位的水分狀態。分別檢測紫花丹參的花（除花萼）、花萼、葉片、側枝、主莖的T2譜圖，經峰面積歸一化處理，結果見圖1，T2與樣品中氫質子所受的束縛力及其自由度有關，反映了組織內部氫質子的化學環境，而這受到組織結構的影響，因而不同組織中水和其他成分間的相互作用影響氫質子弛豫時間，即弛豫時間越長，說明水分受的自由度越大，也就是受到的束縛越小，表現在T2譜上即峰位置越偏右，不同部位水分有明顯差異，花萼和葉片T2譜上的峰位置偏左，與其他3個部位相比，水分自由度較低。檢測白花丹參不同部位的T2譜圖，結果見圖2，白花丹參與紫花丹參地上部位的水分差異表現出相同的特征，花萼、花蕾和葉片的T2譜峰位置偏左，花（除花萼）、側枝和主莖峰位置越偏右，水分自由度較高。

經過加權之后確定，T2譜中的 3個峰分別對應3種狀態的水，即：結合水 0～<10 ms（T21）、不易流動水10～<100 ms（T22）、自由水100～10 000 ms（T23），峰積分面積（A21、A22、A23）分別代表3種狀態水的相對含量[22-23]，各峰積分面積占總峰面積（A）的比例見表1，丹參葉、花萼中以不易流動水為主，莖、側枝、花（除花萼）、花蕾中以自由水為主，即葉、花萼部位對水的束縛力較其他地上部位更強，由于不同部位的組織結構不同，其表層組織結構致密程度也不同，與水分之間的作用力有差異，從而導致水分狀態的不同。

2.2 干燥過程中丹參地上部位水分遷移規律

橫向弛豫時間T2反映水分子的結合力和水分遷移等信息，干燥過程中T2 越大，表明水分自由度越大，與所處環境中的大分子等的結合力越弱，即越容易除去。白花丹參的葉、側枝及莖在35 ℃干燥過程中不同時間的T2譜見圖3。

干燥初期各部位的弛豫時間均較長，以大量自由水為主，即H質子與組織中大分子之間的相互作用力較小，隨著干燥時間延長，首先表現為自由水明顯降低，圖像向左側移動，弛豫時間都有所減少，水分的流動性逐漸減小，至干燥中期，剩余水分以不易流動水為主。干燥過程中，莖中自由水一部分表現出流動性減小，同時有一部分流動性仍較大，峰形呈現出2個頂點，而葉與側枝中自由水的峰逐漸整體左移，即莖與葉、側枝相比，自由水會有部分轉化為結合力更強的不易流動水。

白花丹參的葉片、側枝及莖在55 ℃熱風干燥過程中不同時間的T2譜見圖4。溫度升高，水分的散失明顯加快，各部位的T2譜圖各吸收峰均向左遷移且信號幅值變小，丹參莖中自由水逐漸減少，在前20 min明顯減少，不易流動水呈現先增加后減少的趨勢，可能在干燥初期，高溫導致丹參莖組織結構變化，部分水分的結合力增加，側枝中T2圖像逐漸向左側移動，弛豫時間逐漸減少，該溫度條件下丹參葉迅速失水，40 min時自由水基本完全散失。

35 ℃ 熱風干燥條件下丹參葉在干燥初期（1 h內）水分散失較慢，丹參葉片表面有密度不一的氣孔分布[24]，新鮮葉片在離開植株后，氣孔全部呈現關閉狀態，以降低自身的水分散失[25]，推測可能在35 ℃的低溫環境下，葉片表面氣孔大部分仍保持關閉，同時組織結構尚未受到破壞，導致僅有少量自由水散失，T2譜圖變化較小。55 ℃的高溫環境下，干燥20 min時自由水、不易流動水均明顯減少，從外觀看（圖5）至40 min時干燥得到的葉片出現明顯的枯萎狀，體積縮小，推測該條件下葉片表面氣孔張開，迅速的高溫逆境導致葉片組織結構被破壞，持水力下降，因而不同狀態的水均迅速散失。同時55 ℃熱風干燥下，葉片迅速發生顏色變化，這可能是由于葉片局部溫度過高導致葉綠素分解[26]，這也說明了該條件下葉片細胞結構被破壞，有研究報道顯示脫水是丹參葉干燥過程中各成分含量增加的直接因素，部分酚酸和黃酮類成分的含量是常溫陰干高于50 ℃烘干，低溫干燥是更好的丹參葉干燥方式[27]。因此為更好地開發利用丹參地上部分，側枝及莖可采用較高的熱風溫度進行干燥加工，葉片等部位適宜采用較低的熱風溫度。

3 結論與討論

丹參地上部位的水分狀態差異明顯，花萼、花蕾和葉片的水分自由度較低，花（除花萼）、側枝和主莖的水分自由度較高。丹參地上部位中都有3種狀態的水，即結合水、不易流動水、自由水，葉、花萼中以不易流動水為主，莖、側枝、花（除花萼）、花蕾中以自由水為主。在熱風干燥過程中，隨干燥時間的延長和溫度的升高，丹參莖、側枝及葉中3種狀態的水均呈現逐漸減少的趨勢，干燥前期均為自由水先散失，莖中自由水會有部分轉化為結合力更強的不易流動水，低溫干燥初期葉與莖、側枝相比，自由水的散失更慢。低場核磁共振技術可以很好地進行丹參不同部位中水分狀態變化規律的分析研究，為更好地開發利用丹參地上部分，側枝及莖可采用較高的熱風溫度進行干燥加工，葉片等部位適宜采用較低的熱風溫度。

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