基于主成分分析模型的白术药材多指标产地质量评价研究

李芳 吴红彦 吴国泰 李钦

摘要：目的 建立基于主成分分析（PCA）模型的白术药材多指标产地质量评价方法。方法 采用HPLC同时测定白术药材中白术内酯Ⅰ及白术内酯Ⅲ含量，采用苯酚-硫酸法测定白术多糖含量，以2015年版《中华人民共和国药典》通则2201项下热浸法测定醇浸出物含量，采用PCA建立白术药材多指标产地质量评价模型。结果 白术内酯Ⅰ及白术内酯Ⅲ在质量浓度范围内呈良好线性关系（r=0.999 9），平均回收率分别为100.9%、102.1%。PCA分析显示，浙江磐安、於潜、缙云及新昌等地所产白术药材质量最佳，安徽亳州及阜阳所产白术药材质量亦佳。结论 基于PCA模型的多指标产地质量评价方法能够客观评价不同产地白术药材质量。

关键词：白术；白术内酯Ⅰ；白术内酯Ⅲ；白术多糖；主成分分析；质量评价

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2016.11.020

中图分类号：R282.6 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2016）11-0081-05

Abstract： Objective To establish a multi-index quality evaluation method of Atracylodis Macrocephalae Rhizoma based on principal component analysis （PCA） model. Methods The contents of atractylenolide Ⅰ and atractylenolide Ⅲ were determined by HPLC； atractylodes macrocephalaon polysaccharide was determined by phenol-sulfuric acid method； ethanol soluble extractum was determined by hot soak in general rule of Chinese Pharmacopoeia （2015 Edition）； PCA was used to establish a multi-index quality evaluation model. Results Atractylenolide Ⅰ and atractylenolide Ⅲ showed good linear correlations （r=0.999 9）， and the average recoveries were 100.9% and 102.1%， respectively. PCA showed that the Atracylodis Macrocephalae Rhizoma from Panan County， Yuqian Town， Jinyun County， Xinchang County of Zhejiang Province had the best quality， from Bozhou City and Fuyang City of Anhui Province had good quality. Conclusion The established multi-index quality evaluation method based on PCA model can be applied to objectively evaluate the quality of Atracylodis Macrocephalae Rhizoma from different producing areas.

Key words： Atracylodis Macrocephalae Rhizoma； atractylenolide Ⅰ； atractylenolide Ⅲ； atractylodes macrocephalaon polysaccharide； principal component analysis； quality evaluation

白术为菊科苍术属植物白术Atractylodes macrocephala Koidz.的干燥根茎，主产于浙江、湖南、安徽、湖北及江西等地，多为栽培品[1]。白术具有健脾益气、燥湿利水、止汗安胎等功效。研究发现，白术药材的活性成分为内酯类、挥发油及白术多糖等，2015年版《中华人民共和国药典》仅以醇浸出物作为其质量控制指标，但单一指标难以完全满足白术药材的质量控制与评价要求[2]。近年来，杨氏等[3]建立了白术药材的HPLC指纹图谱，刘氏等[4]建立了HPLC同时测定白术药材及饮片中白术内酯Ⅰ和白术内酯Ⅲ含量的方法，以期对白术药材质量实现更为全面、有效的控制与评价。主成分分析（PCA）能够用少量的因子描述多指标之间的关系，起到数学降维的作用，目前在中药质量评价中应用广泛[5]。本研究采集4省12个产地的80批白术药材，测定其白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅲ、多糖及醇浸出物的含量，基于大样本构建白术药材的多指标质量评价体系，建立PCA模型，用于其产地质量评价。

1 仪器与试药

Agilent 1100 LC/DAD系统，包括G1312A二元梯度洗脱泵、G1313A进样器、G1316A柱温箱、G1315B DAD检测器、Agilent化学工作站，美国Agilent公司；KQ-500DE超声波清洗器，昆山超声仪器有限公司；BT1250型电子天平，德国Sartorius公司；L-500型低速离心机，湘仪离心机仪器有限公司。

色谱纯甲醇，分析纯甲醇，超纯水（自制）；白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅲ对照品（实验室制备，纯度≥98%）。80批白术药材，采集于浙江、湖南、安徽及湖北，经甘肃中医药大学药学院晋玲教授鉴定为Atractylodes macrocephala Koidz.的干燥根茎，药材产地及编号见表1。

2 方法与结果

2.1 白术内酯Ⅰ及白术内酯Ⅲ含量测定

2.1.1 色谱条件 Waters X-Bridge C18色谱柱（5 μm，250 mm×4.6 mm），以甲醇（A）-水（B）溶液为流动相进行梯度洗脱（0～16 min，60%～76%A；16～18 min，76%～100%A；18～30 min，100%A），流速1 mL/min，柱温25 ℃，检测波长为220 nm，进样量20 μL[6]。色谱图见图1。

2.1.2 对照品溶液制备 精密称取白术内酯Ⅰ、Ⅲ对照品适量，用甲醇配制成含有白术内酯Ⅰ、Ⅲ分别为0.251、0.352 mg/mL的混合对照品溶液。

2.1.3 供试品溶液制备 精密称取白术粉末0.5 g，精密加入8 mL甲醇，超声处理（800 W，50 kHz，15 ℃）30 min后，静置，用甲醇定容至10 mL，摇匀，得50 mg/mL的供试品溶液。

2.1.4 线性关系考察 精密吸取混合对照品溶液1、2、3、4、5、10 μL，依次注入高效液相色谱仪，按“2.1.1”项下色谱条件进行分析，分别以对照品量为横坐标，峰面积积分值为纵坐标，绘制标准曲线，得回归方程。白术内酯Ⅰ：Y=1 061 649X-25 331，r=0.999 9；白术内酯Ⅲ：Y=80 545X-13 136，r=0.999 9。白术内酯Ⅰ、Ⅲ分别在2.51×10-4～2.51×10-2 μg、3.52×10-4～3.52×10-2 μg范围内进样量与峰面积呈良好的线性关系。

2.1.5 精密度试验 精密吸取同一供试品溶液，在“2.1.1”项色谱条件下连续进样5次，分别测定白术内酯Ⅰ、Ⅲ的峰面积，结果RSD分别为1.09%、1.64%。

2.1.6 重复性试验 取同一白术样品5份，各0.5 g，在“2.1.1”项色谱条件下测定白术内酯Ⅰ及Ⅲ的峰面积，求得其含量的RSD分别为1.82%、2.60%。

2.1.7 稳定性试验 取同一供试品溶液，分别于0、1、2、4、8、12、24 h按“2.1.1”项下色谱条件测定白术内酯Ⅰ、Ⅲ的峰面积，结果RSD分别为0.52%、0.94%。

2.1.8 加样回收率试验 精密称取已知含量的白术药材粉末0.25 g，平行9份，分3组，各组分别精密加入约相当于药材白术内酯Ⅰ、Ⅲ的80%、100%及120%量的混合对照品溶液，制备供试品溶液。按“2.1.1”项下色谱条件测定白术内酯Ⅰ、Ⅲ含量，平均回收率分别为100.9%、102.1%，RSD分别为2.01%、2.89%，见表2、表3。

2.1.9 样品测定 取不同产地白术药材共80批，按“2.1.3”项下方法制备供试品溶液，按“2.1.1”项下色谱条件进行测定，以外标法计算2种成分的含量，结果见表4。

2.2 白术多糖含量测定

参考文献[7]方法，采用苯酚-硫酸法对白术多糖含量进行测定，结果见表4。

2.3 醇浸出物含量测定

按2015年版《中华人民共和国药典》四部通则2201项下热浸法测定醇浸出物含量，用60%乙醇作溶剂，结果见表4。

2.4 主成分分析

采用SIMCA-P12.0统计软件对80批不同产地白术药材中白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅲ、白术多糖及醇浸出物4种质量评价指标数据作归一化处理，再进行PCA[8]。提取的PCA特征值及贡献率见表5，PCA多维模式投影图见图2。以特征根>1为标准，共提取了3个主成分，累计贡献率达92.756%，可知分析结果能够客观反映白术药材的内在质量。

由投影图可以看出，除少数样本离群外，80批不同产地白术药材基本可以按产地分为4类。第Ⅰ类主要是浙江4个产地（磐安、於潜、缙云及新昌）的白术药材，第Ⅱ类主要是安徽亳州及阜阳的白术药材，这2类白术药材在投影空间上较为接近，说明安徽与浙江产白术药材质量较为相近。第Ⅲ、Ⅳ类主要分别是湖北与湖南产的白术药材，但两者在投影空间的交叉区域较大，说明湖北与湖南产的白术药材质量较为接近。

为了进一步比较不同产地白术药材的质量，求取80批不同产地白术药材的PCA总因子得分（F值）并进行排序。F值越大，表明该样本质量越好[9]。结果见表6。可见，排名在前40名内的样本中，浙江磐安、於潜各有8批，均占前40名样本总数的20.0%，均占各自产地样本总数的100%；浙江缙云、新昌各有7批，均占前40名样本总数的17.5%，均占各自产地样本总数的87.5%；安徽亳州、阜阳各有4批，均占前40名样本总数的10.0%，均占各自产地样本总数的66.7%；湖南常德、岳阳各有1批，均占前40名样本总数的2.5%，均占各自产地样本总数的16.7%；其余产地白术样本排名在前40名内的均为0批。综上可知，浙江磐安、於潜、缙云及新昌等地所产白术药材质量最佳，安徽亳州及阜阳所产白术药材质量亦佳。

3 讨论

本研究对供试品溶液的制备方法进行了考察及优化。根据白术中内酯类成分的理化性质，分别考察了以甲醇及乙醇作为提取溶剂，甲醇及乙醇的浓度，超声提取的频率、温度及时间，并以白术内酯Ⅰ、Ⅲ的含量及HPLC分离性能为考察指标进行评定。结果表明，采用甲醇作为溶剂，超声提取（800 W，50 kHz，15 ℃）30 min优于其他方法。

本研究建立了白术药材产地质量评价的PCA模型，以白术内酯Ⅰ、白术内酯Ⅲ、白术多糖及醇浸出物为指标，对12个产地的80批白术药材进行质量评价，建立了基于多指标的白术药材综合质量评价方法。与传统的基于单一指标的中药质量评价方法相比，多指标质量评价能更为全面地反映白术药材的质量状况，使评价结果更加客观和科学。此外，PCA模型的方差贡献率是在分析原始数据的基础上得到的，克服了层次分析法等评价方法中人为确定指标权重的主观影响，因此结果更为客观和公正[10]。

本研究表明，浙江磐安、於潜、缙云及新昌等地所产白术药材质量最佳，安徽亳州及阜阳所产白术药材质量亦佳，该结论进一步印证了浙江作为白术药材道地产区的科学性。研究也发现湖北与湖南所产白术药材质量相似。结果表明，本研究建立的基于PCA模型的多指标产地质量评价方法能够客观地评价不同产地白术药材质量，评价结果符合白术药材的道地性内涵及临床用药经验的认知。

目前，国内白术药材产地较多，本研究虽采集了4省12个产地的80批白术药材，但所获取的产地质量评价信息依然较少，有待进一步扩大样本来源，结合中药资源生态学、中药资源化学及分子生物学等进行更为综合、全面的质量控制与评价[11]。

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