绵阳麦冬1H-NMR主成分分析暨质量控制研究

江洪波 姜建辉 田仁君 文登福 杨洁

麦冬为百合科植物麦冬[Ophiopogonjaponicus(Thunb.) Ker-Gawl.]的干燥块根[1]，始载于《神农本草经》，列为上品，为常用中药之一。绵阳是中国麦冬的主产区之一，但麦冬品种品质复杂，区分绵阳产区各种不同麦冬，找出区分道地绵产麦冬及建立其道地标准有着现实意义。绵阳产麦冬的差异包括：种植区域不同，品种差异，炮制储藏方法不同，不同的年份等，这种差异会体现在麦冬中所含的化学成分的种类和相对含量的不同。本文通过1H-NMR谱，以中国药品生物制品检定所的标准麦冬为参照，对绵产新麦冬特等品、陈年麦冬、硫熏麦冬等的主要化学成分为研究对象，采用主成分分析方法进行比较分析研究。

1 材料与方法

1.1 麦冬样品的来源

本试验的麦冬样品来源如表1所示。FM和MM组是原产绵阳，后移种于彭洲，FM为正宗O.japonicus(Thunb.) Ker-Gawl.，而MM则为一新变种O.japonicus(Thunb.)Ker.Gawl.cv.Mianyangensis；MD组采于2007年四川绵阳；H组采于2009年绵阳花园镇，H-5、H-6、H-27均为颗粒饱满的特级品，且未被硫熏过，H-18为一级品，颗粒较小；G组采于2009年绵阳光明镇，且均被硫熏过。

表1 麦冬样品来源

1.2 仪器和试剂

Sartorius BS 224 s电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)；SENCOR-201旋转蒸发器仪；W201D恒温水浴锅(上海申顺生物科技有限公司)；Bruker AV II-600核磁共振仪； 氘代二甲亚砜-d6(DMSO-d6)(ARMAR chemicals)；分析纯甲醇。

数据分析软件：Mestre-C；Excel；SIMCA-P 11.0。

1.3 方法

称取剪碎的麦冬样品2 g，加入甲醇(每次20 ml)，50℃水浴温浸提取三次，每次1小时；合并滤液，减压浓缩至干。称取0.05 g提取物，用0.5 ml DMSO-d6溶解，制得供1H-NMR谱测定样品溶液。测定获得的各样品的自由衰减(FID)信号，导入MestRe-C软件，以每0.01化学位移值单位对各样品1H-NMR图谱进行分段积分，即得到每个样本的各化学位移值段与相对应的信号峰面积积分值(每张图谱共有约1000积分值)。本试验共26个样本，即构成26×1000数据矩阵，然后用SIMCA-P 11.0软件分析。

1.4 分析测试方法的考察

参照《中国药典》2005年版一部附录ⅩⅧA 《中药质量标准分析方法验证指导原则》的要求，本试验采用夹角余弦[2]作为判断指标。

样品制备方法重现性考察：取标准麦冬5份 ，按1.3项下方法分别制备 5 份供试液，测定1H-NMR图谱，得到5组积分值数据。以第一份样品的数据为对照，计算5份样品之间的夹角余弦值分别为1.000、0.9993、0.9995、0.9989、0.9994。计算值均为0.998以上，说明该实验所用样品制备方法具有良好的重现性。

核磁共振仪稳定性及图谱处理方法重现性考察：取标准麦冬1份，按 1.3项下方法制备供试液，连续测定5次，得到5组数据。以第一组测定数据为对照，计算5组数据之间的夹角余弦值分别为1.000、0.9996、0.9992、0.9995、0.9994。计算值均在0.999以上，说明该实验所用核磁共振仪稳定性以及图谱处理方法重现性良好。

2 结果与分析

通过SIMCA-P 11.0进行主成分分析，由软件根据规则计算所得，选取了主成分1，2，3，它们分别代表了麦冬样品信息含量的40.17%，17.55%，11.44%，也就是全部1H-NMR图谱信息的70%，可以基本反应麦冬甲醇提取物的内在化学成分种类和相对含量的信息。主成分分析结果的不同，将是不同麦冬内在化学成分种类和相对含量的差异的体现。

2.1 主成分1和主成分2的分析图谱

从主成分1和主成分2的分析图谱(图1)可以看到样品主要聚集三个区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。在区域Ⅰ内是标准麦冬BM组、09年绵阳花园镇麦冬H组、07年麦冬MD组和涪麦冬FM组中的一部分。这说明它们之间有很大的相似性(均为同一个品种)，但MD、H、BM和FM组之间在区域Ⅰ内仍可区分，说明它们之间也有一定差异，这个可能和它们的产地及年份不同有关。BM产于江浙，FM产自彭洲，H和MD产于绵阳。H组和MD组虽然品种、产地均相同，但年份不同，H是09年样品，而MD是07年样品。

区域Ⅱ内的是MM组和部分G组，说明主成分1和2包含的这两组信息相似性很大。MM和区域Ⅰ内的样品不是同一个品种，所以很容易区分解释。而G组的G-11和G-12是经过硫熏过的样品也可以区分和解释。而区域Ⅲ中的样品可能是由于其它的原因和区域Ⅰ、Ⅱ有显著差异，说明主成分1和2包含的信息显著区别于区域Ⅰ、Ⅱ内的样品，至于是哪些具体的化学成分和含量的差异有待进一步研究。

主成分1和2所包含的信息量可以将同一来源的品种较好的聚集在一起，也就是它们所含的化学成分种类和含量有一定的相似性，如BM(1，2，3，4，5)、MD(2，3，4，5)、FM(1，2，4)、MM(1，2，3，5)、G(11.12)、H(5，6，27)等。MM-3在Ⅰ区， MD-1在Ⅱ区，表明同一来源的样品中也有一些品质相差较大的样品。

图1 主成分1和主成分2分析图谱

2.2 主成分1和主成分3的分析图谱

从主成分1和主成分3的分析图谱(图2)可以看到样品被分为了上下两个大的部分(虚线)，上面A部分均是样品采集较早的麦冬，而下面B部分均来自09年的绵阳麦冬，即主成分3可以区分样品的新陈。在B区域还可以看到，09年产绵阳麦冬，没有经过硫熏，且颗粒饱满的特等品H-5、H-6和H-27聚集在一起，能显著区别于硫熏过的G组，而H-18在G组区域，说明H-18很有可能被硫熏过。

主成分1和3所包含的信息量同样可以将同一来源的品种较好的聚集在一起，而且区分度更好，如BM(1，2，3，4，5)、MD(2，3，4，5)、FM(1，2，4)、MM(1，2，3，5)、H(5，6，27)聚集度更加集中。主成分1和3可以区别出样品年代和是否被硫熏过。

图2 主成分1和主成分3分析图谱

3 讨论

通过以上分析可知，可以通过麦冬1H-NMR-PCA模式识别的方法把绵阳产麦冬和其它地区的麦冬进行区分，可以将不同品种的绵阳麦冬进行区分，可以将是否经过硫熏的麦冬区分出来。因为不同品种、不同产地、不同年代、不同炮制方法得到的麦冬，它们的内在化学成分的种类和相对含量必然存在着差异，至于是什么具体的化学成分导致这些差异，还有待进一步研究。

在主成分1和3分析图谱中，H-5、H-6和H-27三个样品聚集区显著区别于其它样品(图2)，如果以H-5、H-6和H-27特级品为绵阳道地麦冬的标准品，通过1H-NMR主成分分析-模式识别的方法就可以在一定程度上保证绵阳麦冬的道地性，是麦冬内在质量(化学成分种类和含量)控制的一种有效手段。

1H-NMR图谱理论上可以提供样品中所有含氢有机化合物的信息，所以可以较为全面的反应中药提取物中的化学成分和相对含量。主成分分析法(PCA)能从1H-NMR谱大量二维数据中获得具有统计学意义，综合的化学成分信息，PCA方法是最简单、最常用且比较有效的无监督方法 ，其原理是通过线性变换 ，将原来的多变量组合成相互独立的少数几个能充分反映原有变量信息的新变量 ，从而在不丢掉主要信息的前提下避开了变量间共线性的问题 ，便于结果做进一步的分析[3]。这种方法可以尝试着于各地各种道地药材，以控制道地药材的质量。

[1] 国家药典委员会. 中华人民共和国药典(一部)[S].中国医药科技出版社， 2005：20，122.

[2] 王龙星， 肖红斌， 梁鑫淼，等.一种评价中药色谱指纹谱相似性的新方法：向量夹角法[J]. 药学学报， 2002 ， 37 (9) ：713-717.

[3] 谭小燕，罗乔奇，马郑红，等. 不同产地麦冬1H-NMR模式识别研究[J]. 中草药，2009，40(5)：792-797.