熟地黃產地加工炮制一體化及其特色炮制虛擬仿真實驗設計

摘" 要" 基于中藥產地加工炮制一體化技術和虛擬仿真技術，構建具有地域特色的熟地黃產地加工炮制一體化及其特色炮制虛擬仿真實驗教學系統，使用Unity 3D游戲引擎虛擬仿真技術開發，采用3D Max軟件建模和C#語言編程開發3D仿真操作實驗教學系統，將由鮮地黃產地加工到生地黃炮制，最終到臨床應有的熟地黃飲片的全過程炮制流程一一還原出來。利用該教學系統，可以針對熟地黃炮制流程進行反復訓練，掌握各環節主要技術要點，提升學生對熟地黃加工流程的認知和操作技能。

關鍵詞" 中醫藥；中藥炮制學；實驗教學；虛擬仿真實驗；熟地黃

中圖分類號：G642.423" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）15-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.15.141

0" 引言

虛擬仿真技術作為一種新型教學輔助技術，集合傳感技術、計算機圖形學、人工智能和人機交互技術，通過模擬現實世界的事物和環境，讓人猶如親臨其境，并且可以親自操作，自然地與虛擬環境進行交互[1]，根本目的是解決實訓教學過程中“三高三難”——高投入、高難度、高風險，難實施、難觀摩、難再現——等痛點和難點問題，有效實現人才培養的信息化、智能化和現代化。

熟地黃的現代炮制工藝從鮮地黃的產地加工開始，中間產生生地黃，生地黃經過“九蒸九曬”和切制、干燥等工藝成為熟地黃，因此，炮制工藝復雜、工序煩瑣、材料成本高、時間消耗長、危險性高（蒸制有壓力且容易造成學生受傷）等。虛擬仿真技術將真實實驗集成轉化為可操作、常規化、可視化的虛擬仿真實驗，同時系統可以演示飲片企業設計、廠區規劃與車間布局、設備擺放、工藝規程、標準操作、考核系統等環節和注意事項，達到實驗過程能實不虛、虛實結合，理論與實踐相結合的教學模式和教學效果。目前，團隊完成了熟地黃產地加工炮制一體化及其特色炮制虛擬仿真實驗軟件開發，2019年申報河南中醫藥大學“2020年虛擬仿真實驗項目培育建設”，并于2020年4月獲得校級立項，于2020年獲得計算機軟件著作權。本文對該虛擬仿真實驗項目建設進行探討，以期為其他中藥炮制虛擬仿真實驗建設提供參考。

1" 實驗的必要性

中藥炮制關乎中醫臨床用藥中藥飲片的安全性和有效性，明代醫家陳嘉謨在《本草蒙筌》中指出：“凡藥制造，貴在適中，不及則功效難求，太過則氣味反失……匪故巧弄，各有意存。”百年中藥老字號同仁堂仍然秉持“炮制雖繁必不敢省人工”的中藥炮制理念。

1.1" 藥用歷史悠久

地黃藥用歷史悠久，其炮制品熟地黃功效顯著，組合方劑種類繁多，臨床用量大，且為“九蒸九曬”炮制類中藥的典型代表。熟地黃為滋補類中藥的典型代表，明代醫學家張介賓，其方劑喜用熟地黃，且用量大，人因呼為“張熟地”。唐代孫思邈在《千金翼方》中首次記載“造熟干地黃法”，明確“古法九遍止”，開啟了熟地黃“九蒸九曬”炮制的先河。地黃為河南中醫藥的一張名片，熟地黃的炮制代表了豫派炮制的最高水平。地黃是河南的道地藥材，是四大懷藥之一，從產量和知名度來看，現已成為四大懷藥之首。一味熟地黃的炮制凝聚了中藥炮制上千年的技術和歷史文化，在中醫藥圈內提到河南，第一個都會想到地黃。

1.2" 積淀深厚

團隊堅持以服務地方中醫藥發展為己任，多年來堅持不懈地對地黃進行研究，先后承擔了國家“863”計劃、“973”計劃、“十五”重大科技攻關、“十一五”和“十二五”科技支撐計劃、國家重大新藥創制科技專項、國家自然科學基金、“十三五”國家重點研發等多項國家級課題和省部級課題。基于以上成果，團隊對于熟地黃虛擬仿真實驗的設計和制作前期進行了精心準備。

1.3" 實操所限，宜虛擬仿真

熟地黃炮制在數九寒冬時節，“九蒸九曬”周

期長達三個月，投料量大，工藝復雜，工序繁多，適

合制作虛擬仿真實驗。熟地黃的炮制記載最早見于

南北朝時成書的《雷公炮炙論》：“凡使，采生地

黃，去白皮，瓷堝上柳木甑蒸之，攤令氣歇，拌酒

再蒸，又出令干。”這表明在南北朝時熟地黃炮制

工藝是：生地黃經過凈制、蒸、干燥、加輔料酒拌勻悶潤，再蒸，再干燥而成為熟地黃。到了唐代，中醫藥學家孫思邈在《千金翼方》中首次提出“九蒸九曬”熟地黃，使得熟地黃的炮制工藝更加復雜化。在其后的歷史發展過程中，有加入砂仁、陳皮等輔料的。

2" 實驗的實用性

2.1" 實驗內容典型性和代表性突出

中藥熟地黃的炮制迄今已有2 000多年歷史，經過長期的臨床應用、發展和傳承，形成豐富的炮制技藝和文化。熟地黃產地加工炮制一體化及其特色炮制實驗教學，內容以熟地黃炮制為目標，以鮮地黃產地加工、生地黃烘焙炮制和熟地黃蒸燉炮制、凈制、切制、干燥等多個炮制技術為關鍵點，涉及炮制章節內容有中藥炮制的歷史沿革—地黃炮制的歷史沿革、中藥炮制輔料和方法分類—黃酒、中藥炮制的理論基礎—生瀉熟補和生熟異用、炮制對中藥的影響—對地黃成分的影響、中藥炮制與中醫臨床療效—對地黃功效的影響及臨床應用、凈制、切制、清炒法—生地炭和熟地炭、煅法—生地炭和熟地炭、蒸煮燀法—蒸熟地黃、烘焙法—干燥熟地黃和地黃，共11個章節的知識，此部分為該課程的核心內容。這些內容以產地加工炮制一體化為主線，用線把點串聯起來，使學生通過該實驗的操作達到對教材《中藥炮制學》整本書內容的融會貫通。此外，實驗還涉及熟地黃的特色炮制技術和工藝，使一些“古有今失”或“秘而不宣”的特色炮制通過虛擬實驗使學生更好地學習、探究和領悟[2]。

除了熟地黃外，教材第十四章提及蒸法炮制的藥物還有何首烏、黃芩、黃精、肉蓯蓉、人參、天麻、五味子、山茱萸、木瓜和桑螵蛸等，但無論是從傳統炮制沿革還是現代炮制發展來說，熟地黃炮制是最具有典型性和代表性的蒸法炮制類藥物。

2.2" 蘊含豐富的中醫藥理論和文化

熟地黃產地加工炮制一體化及其特色炮制實驗教學，基于中醫藥理論的傳授，傳承中醫藥文化，有助于學生積累生活知識和生活經驗，使學生關注熟地黃炮制過程中的各種現象，引導學生通過探究、合作等方式理解熟地黃的炮制過程和炮制作用，利用多學科知識與技能探究其炮制的機理和科學內涵，提高學生的中醫藥素養，感悟“修合無人見，存心有天知”的中藥炮制匠人精神和職業使命感[3]。

3" 實驗原理

熟地黃炮制過程為：從鮮地黃產地加工開始，包含凈制、大小分檔技術；凈制后的鮮地黃經過烘或焙、發汗等工藝產生中間產品生地黃；生地黃經大小分檔、潤制和蒸制等工藝而成為熟地黃個子藥材，熟地黃個子藥材是不能直接用于臨床的，需要經過軟化、切制和干燥成為飲片，才能應用于臨床患者服用，即臨床所謂的熟地黃。其實驗原理分為傳統和現代兩種。

1）傳統炮制原理：為我國中醫藥大家經長期的臨床應用總結得來，認為地黃生品寒涼清瀉，通過蒸制成為熟地黃，藥性變寒為溫，偏于甘溫，作用偏于補益。《藥品化義》：“熟地，藉酒蒸熟，味苦化甘，性涼變溫，專入肝臟補血。因肝苦急，用甘緩之，兼主溫膽，能益心血，更補腎水。”《本經逢原》：“熟地黃，假火力蒸曬，轉苦為甘，為陰中之陽，故能補腎中元氣。”

2）現代炮制原理：在炮制熟地黃的過程中，地黃中的化學成分發生水解、氧化、脫羧等反應，尤以顏色的改變為突出特征，主要原因是發生了美拉德反應，化學反應導致了部分原有成分的消失或增加，同時產生大量的藥物本身未有的代謝產物，甚至生成新的化學成分，從而導致了鮮地黃、生地黃與熟地黃“生瀉熟補”的功效差異[2]。

4nbsp; 實驗方法及交互性步驟

模塊一：鮮地黃的采收和產地加工

11月份采收后，去掉蘆頭、須根、直徑2.5 cm

以下的小塊根。按直徑（cm）大小分檔：大（≥7 ）、中（4～7，含4 ）、小（2.5～4 ，含2.5）。

清洗：將分檔后的鮮地黃清洗，洗至地黃表面潔凈，水液體清澈，瀝干水。

模塊二：生地黃的加工炮制

采用烘干法，通過熱空氣烘烤將地黃塊根中的含水量減少并使其干燥。

初烘：將分檔洗凈瀝干水的鮮地黃依次放入烘箱，采取蒸汽熱風加熱的方式，在70～75 ℃加熱48小時；之后陸續取出地黃，此時，地黃表面皺縮，質地柔軟，內有硬心，含水量為35%～40%。

發汗：取出初烘地黃置于潔凈的蓬布上，

堆積厚度不要超過1 m，用潔凈布蓋嚴，在室內發

汗48小時左右，使體內水分往外滲至表面濕潤、

變軟、變色。

復烘：陸續將發汗后的地黃再次放入烘箱內，溫度達到50 ℃左右時，加熱20～24小時；之后取出地黃，此時地黃水分含量在15%以下，總灰分在8.0%以下，符合藥典要求。

此步驟結束，體現生地黃成品性狀：質柔軟，表面灰白或灰褐色，斷面灰褐色或黃褐色，具油性；味微甜、無蘆頭、無老母根、無生心、無焦枯、無雜質、無蟲蛀、無霉變。在整個烘干過程中，溫度不能超過80 ℃，以免發生焦糊、空心現象。

模塊三：熟地黃的加工炮制

凈選：將生地黃移至凈選崗位待加工區域。將藥材置于藥材篩選機器上，去除灰末等雜質，同時也大小分檔，分為四個等級，一級每千克16支以內，二級每千克32支以內，三級每千克60支以內，四級每千克100支以內。

凈洗：接上一工序轉來的統一等級的凈藥材生地黃后，置于洗藥機內，按洗藥機標準操作規程操作，采用噴淋水連續清洗的方法清洗。

浸潤：取凈藥材生地黃，放入潔凈的不銹鋼容器中，加入水或黃酒20 kg，用塑料鐵鍬攪拌均勻，在常溫下浸潤4小時，浸潤至藥材無干心。

蒸制：取凈浸潤好的生地黃，大小分檔過的，置蒸藥鍋內，按照蒸藥鍋操作要求進行操作。用塑料鏟把已洗潤合格的生地黃裝入籠內，蓋好鍋蓋，開啟加熱裝置，待有蒸汽逸出后，再蒸制12小時、燜12小時，之后再加熱蒸制12小時、燜12小時。蒸制溫度100 ℃，夾層壓力0.2 MPa。蒸至藥材里變成烏黑色且發亮，將蒸制好的藥材及時倒入周轉框內（不銹鋼容器），把流下來的藥汁拌入炮制好的熟地黃內，轉入下道工序。

熟地黃個子干燥：將炮制好的熟地黃放入潔凈的不銹鋼烘盤中，推進烘箱，控制熟地黃厚度，熱風干燥，溫度為60 ℃，烘至八成干，轉切制工序。

飲片切制：用轉盤式切藥機藥制，刀距3 mm，

切成2～4 mm厚片。

飲片干燥：切制厚片，置于烘箱中，裝盤厚度為2～3 cm，60 ℃干燥。

模塊四：特色炮制技術

采用河南“九蒸九曬”熟地黃炮制技術，詳見《河南省中藥飲片炮制規范》（2022年版）。

5" 考核評價

5.1" 設計問題互動，保障教學目標達成

問題設計的目的是更好地達成教學目標。熟地黃產地加工炮制一體化及其特色炮制虛擬仿真實驗在問題設計上緊扣教學目標，問題形式為單選和多選兩種，加工炮制工藝的關鍵處、重點處和疑難處設計1～2個問題，問題的設計注重合理性、實用性、有效性、拓展性和探究性，強調對教學環節的服務意識，調動學生思維，提高教學效率，保障教學目標的達成。

5.2" 實驗強調探究性、拓展性以及沉浸式學習環境

熟地黃產地加工炮制一體化及其特色炮制虛擬仿真實驗提倡學生自主、合作、探究學習，充分體現學生的主體地位，培養學生合作探究學習的習慣。

6" 實驗系統

實驗基于SYVR FrameWork框架驅動流程步驟進行，虛擬實驗中使用地標引導系統對操作者給予人性化操作移動提示，提升虛擬實驗的操作體驗。實驗系統通過WebGL技術實現跨平臺，使用者通過瀏覽器即可打開項目工程，無須下載程序，無須安裝插件和庫；可以在后臺更新應用程序，保證用戶隨時隨地使用最新版本的應用程序。充分利用三維虛擬仿真場景，逼真的實時渲染效果與真實的炮制場景相結合，將炮制場景逼真還原。基于深度學習的AI計算機視覺算法，將河南生地黃特色炮制場景、“九蒸九曬”熟地黃特色炮制場景、現代農家炮制場景以及工業現代化的炮制場景都應用于仿真場景中，并支持通過遷移學習將烘焙好的場景應用到項目中，滿足虛擬仿真強大的場景資源。實驗場景中地黃及其各種制品模型使用3D高精度超清模型掃描技術進行建模，通過軟件進行合成，然后在3D Max中合成高精模型并進行模型修復，一比一還原實際真實地黃。

7" 結束語

以上是本教學團隊對熟地黃產地加工炮制一體化及其特色炮制虛擬仿真實驗的設計，設計的理念融合中藥炮制的地域特色，挖掘熟地黃的課程思政元素，炮制原則上既強調遵古炮制，又秉承傳承與創新，場景上模擬現代化GMP廠區生產環境，制作引導視頻和簡介視頻、提供實物圖片等，使實驗做到能實不虛、虛實結合。同時，團隊在系統的后期使用中發現軟件還存在一些不足，需要完善和提高。

8" 參考文獻

[1] 魏玉，許海濤，田連起，等.虛擬仿真技術在中藥炮制實驗教學中應用的可行性分析[J].中國中醫藥現代遠程教育，2017，15（4）：8-9.

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[4] 李紅偉，曹彥剛，田連起，等.中藥炮制實踐教學探討[J].中國中醫藥現代遠程教育，2022，20（7）：15-17.

*項目來源：河南省2022年本科高校課程思政項目“中藥炮制學”（教高〔2022〕400號）；河南中醫藥大學校級教育教學改革研究與實踐項目“基于專業特色的臨床中藥炮制學混合式一流課程考核評價體系優化研究與實踐”（No.2021JX30）。

作者簡介：李紅偉、田連起、曹彥剛，副教授；劉夢云、康樂，講師；李凱，通信作者，河南中醫藥大學中藥炮制制劑與分析學科主任，教授，博士生導師。