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干姜及其炮制品色差值与活性成分含量的相关性研究

2020-06-09林华坚张梓豪孟江王淑美

中国药房 2020年10期
关键词:干姜色差炮制

林华坚 张梓豪 孟江 王淑美

中圖分类号 R283 文献标志码 A 文章编号 1001-0408(2020)10-1197-06

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2020.10.08

摘 要 目的:评价干姜及其炮制品色差值与活性成分含量的相关性。方法:采用高效液相色谱法测定6种活性成分的含量,采用色彩色差计测定干姜及其炮制品的色差值[明度(L*)、红绿色轴分量(a*)、黄蓝色轴分量(b*)]。采用SPSS 24.0软件对色差值与活性成分含量进行相关性分析。结果:姜酮、6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇和10-姜酚检测质量浓度的线性范围分别为2.65~105.90、10.15~406.00、4.87~194.80、5.28~211.20、6.14~245.70、7.02~280.80 μg/mL(r均大于0.999);定量限分别为7.46、13.68、14.37、16.62、17.03、17.99 ng,检测限分别为2.24、4.11、4.31、4.99、5.11、5.40 ng;精密度、稳定性、重复性试验的RSD均小于3%;平均加样回收率分别为101.34%、102.14%、101.22%,103.12%、103.74%、103.54%,103.06%、98.55%、99.43%,99.36%、103.51%、101.21%,100.85%、99.42%、99.60%,100.39%、97.69%、103.84%(RSD均小于3%,n=3);含量分别为0~0.66、0.06~7.57、0.03~1.45、0.29~3.47、0.15~2.85、0.04~2.83 mg/g。色差值L*、b*与干姜不同炮制程度呈极显著负相关(P<0.01),a*与炮制程度呈正相关(P<0.05);干姜炮制前后L*、b*与姜酮含量呈极显著负相关,与其余5种成分呈极显著正相关(P<0.01);a*与姜酮呈极显著正相关(P<0.01),与其余5种成分无相关性(P>0.05);干姜及其炮制品与姜酮含量呈极显著正相关,与其余5种成分含量呈极显著负相关(P<0.01)。结论:干姜及其炮制品的色差值与其活性成分含量相关,即随炮制程度的加重,其a*增加,L*、b*降低;姜酮含量升高,6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚含量降低。

关键词 干姜;炮制品;高效液相色谱法;色彩色差计;活性成分;含量;色差值;相关性分析

Correlation Study of Color Difference Values and Active Constituent Contents in Crude and Processed Zingiber officinale

LIN Huajian,ZHANG Zihao,MENG Jiang,WANG Shumei(School of Traditional Chinese Medicine, Guangdong Pharmaceutical University/Key Laboratory of Digital Quality Evaluation of Chinese Materia Medica, State Administration of Traditional Chinese Medicine/Engineering Technology Research Center for Chinese Materia Medica Quality of Guangdong Universities, Guangzhou 510006, China)

ABSTRACT   OBJECTIVE: To evaluate the correlation between color difference values and active constituent contents of crude and processed Zingiber officinale. METHODS: HPLC method was adopted to determint the content of 6 active constituents. The color difference values of crude and processed Z. officinale [lightness (L*), red-green axis component (a*), yellow-blue axis component (b*)] were determined by chromatic aberration meter. SPSS 24.0 software was adopted for the correlation analysis between color difference values and active constituent contents. RESULTS: The linear range of zingiberone, 6-gingerol, 8-gingerol, 6-shogaol, diacetoxy-6-gingerol and 10-gingerol were 2.65-105.90, 10.15-406.00, 4.87-194.80, 5.28-211.20, 6.14-245.70, 7.02-280.80 μg/mL (r>0.999). The limits of quantification were 7.46,13.68,14.37,16.62,17.03,17.99 ng, and the limits of detection were 2.24,4.11,4.31,4.99,5.11,5.40 ng, respectively. RSDs of precision, stability, and repeatability tests were all lower than 3%. The average recovery rates were 101.34%, 102.14%, 101.22%; 103.12%, 103.74%, 103.54%; 103.06%, 98.55%, 99.43%; 99.36%, 103.51%, 101.21%; 100.85%, 99.42%, 99.60%; 100.39%, 97.69%, 103.84% (RSD were all lower than 3%,n=3), respectively. The contents of them were 0-0.66, 0.06-7.57, 0.03-1.45, 0.29-3.47, 0.15-2.85, 0.04-2.83 mg/g, respectively. L* and b* values were negative correlated with the processing degree of Z. officinale significantly (P<0.01), a* showed a significantly positive correlation with the processing degree (P<0.05). L*and b* values showed a significantly negative correlation with the content of zingiberone before and after processing, but positively correlated with the other five components (P<0.01). a* showed a significantly positive correlation with the content of zingiberone, but had no correlation with other five components (P>0.05). The crude and processed Z. officinale were positive correlated with the content of zingiberone, negatively correlated with other five components (P<0.01). CONCLUSIONS: There is a certain correlation between the color difference values of crude and processed Z. officinale and the contents of their active constituents. With the deepening of the processing, a* values is increased, L* values and b* values is decreased; the content of zingiberone increases, the contents of 6-gingerol, 8-gingerol, 6-shogaol, diacetoxy-6-gingerol, 10-gingerol reduce.

KEYWORDS   Crude Zingiber officinale; Processed product; HPLC; Chromatric aberration meter; Active constituent; Content; Color difference values; Correlation analysis

干姜为姜科植物姜(Zingiber officinale Rosc.)的干燥根茎,是一种药食同源的常见中药。该药性辛、热,具有温中散寒、回阳通脉、温肺化饮的功效[1]。干姜在临床上使用的炮制品种包括炮姜和姜炭,其中炮姜辛燥之性较干姜弱,但温经作用缓和持久,用于温经止痛[2];姜炭辛味消失,温经作用弱于炮姜,长于止血[2]。干姜及其炮制品主要含有姜辣素类活性成分,包括6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚、6-姜烯酚、姜酮、二乙酰氧基-6-姜二醇等化合物[3-5],具有抗氧化、解热抗炎、改善心血管系统等作用[6]。目前,干姜及其炮制品的质量控制主要包括6-姜酚的含量测定和传统的性状、颜色鉴别[1]。2015年版《中国药典》(一部)对干姜、炮姜和姜炭的颜色鉴别描述分别为“表面灰黄色”“表面棕褐色”“表面黑色”[1],但顏色判断易受主观因素的影响,缺乏客观评价标准,且颜色的界定过于模糊,不利于饮片的规范化生产和质量评价;加之干姜饮片的炮制程度与其成分、颜色的相关性尚未有文献报道,因此需要建立一种科学、有效的适用于评价干姜及其不同炮制品的客观量化方法。

色彩色差计是通过模拟人眼对颜色的判断,得到样品颜色的3个刺激值X、Y和Z[7],再根据国际照明委员会Lab颜色空间原理计算得出色差值明度(L*)、红绿色轴分量(a*)、黄蓝色轴分量(b*)(其中,“+a*”表示红色,“-a*”表示绿色;“+b*”表示黄色,“-b*”表示蓝色)[8],最后通过L*、a*、b*将颜色准确量化。近年来,色彩色差计已在食品、医药等领域广泛应用,如石典花等[9]通过色彩色差计验证了传统方法鉴别丹参“色红者佳”的科学性;黄学思等[10]通过色彩色差计测定不同炮制程度的槟榔颜色,发现该方法能用于判别中药炮制的“火候”。基于此,本研究采用色彩色差计对干姜、炮姜和姜炭的颜色进行客观、数字化处理,对传统的颜色指标进行客观量化,并分析其与主要活性成分含量的相关性,旨在为干姜及其炮制品的鉴别和质量评价提供参考。

1 材料

1.1 仪器

1200型高效液相色谱仪,包括电光二极阵列管检测器、色谱工作站(美国Agilent公司);CR-410型色彩色差计,配备CR-A50型粉末测试盒(日本Konica Minolta公司);YB-2500A型高速多功能粉碎机(永康市速锋工贸有限公司);CPA225D型十万分之一电子天平(德国Sartorius公司);KQ-300DE型超声波清洗器(上海凌科实业发展有限公司)。

1.2 药品与试剂

姜酮对照品(批号:131010,纯度:≥98%)、6-姜烯酚对照品(批号:130912,纯度:≥98%)均购自成都瑞芬思生物科技有限公司;6-姜酚对照品(批号:130827,纯度:≥98%)、8-姜酚对照品(批号:140422,纯度:≥98%)、10-姜酚对照品(批号:140520,纯度:≥98%)均购自南通飞宇生物科技有限公司;二乙酰氧基-6-姜二醇对照品(本课题组自制,纯度:≥98%)[11];乙腈、乙酸为色谱纯,其余试剂均为分析纯,水为蒸馏水。

16批干姜饮片(编号:GJ1~GJ16)由广东药科大学中药学院刘基柱副教授鉴定,均为姜科植物姜(Z. officinale Rosc.)的干燥根茎。样品采集后密封避光存放在干燥器中,并于2年内完成试验,样品信息来源见表1。

2 方法与结果

2.1 干姜及其炮制品的制备

干姜:除去杂质,略泡,洗净,润透,切厚片,干燥,按2015年版《中国药典》(四部)“0213炮制通则”[12]炮制。炮姜:取干姜用砂烫至鼓起,表面呈棕褐色,即得,共制备16批(编号:PJ1~PJ16)。姜炭:取干姜炒至表面黑色、内部棕褐色,即得,共制备16批(编号:JT1~JT16)。

2.2 含量测定方法的建立

2.2.1 混合对照品溶液的制备 精密称取姜酮、6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚对照品各适量,分别加甲醇溶解,制成上述6种成分质量浓度分别为0.706、0.580、0.974、0.528、0.410、0.468 mg/mL的单一对照品溶液。分别精密量取上述对照品溶液300、1 400、400、800、1 200、1 200 μL,加甲醇稀释并定容于5 mL量瓶,混合均匀,制得6种成分质量浓度分别为42.36、162.4、77.92、84.48、98.40、112.32 μg/mL的混合对照品溶液。

2.2.2 供试品溶液的制备 取干姜、炮姜、姜炭样品粉末(过80目筛)各0.3 g,精密称定,分别置于具塞锥形瓶中,加甲醇10 mL,超声(功率:100 W,频率:40 kHz,下同)提取40 min,用甲醇补足减失的质量,经0.22 μm微孔滤膜滤过,取续滤液,即得3种供试品溶液。

2.2.3 空白对照溶液的制备 不加药材样品,其余按“2.2.2”项下方法“加甲醇10 mL……经0.22 μm微孔滤膜滤过,取续滤液”操作,即得。

2.2.4 色谱条件 色谱柱:UltimateTM XB-C18(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相:乙腈(A)-0.1%乙酸水溶液(B),梯度洗脱(0~10 min,10%A→25%A;10~20 min,25%A→35%A;20~55 min,35%A→75%A;55~90 min,75%A→90%A;90~100 min,90%A→100%A);检测波长:280 nm;柱温:30 ℃;流速:0.6 mL/min;进样量:10 μL。

2.2.5 系统适用性试验 精密量取上述混合对照品溶液、供试品溶液、空白对照溶液各10 μL,按“2.2.4”项下色谱条件进样测定,记录色谱图,详见图1。结果,各成分的分离度均大于1.5,理论板数以姜酮、6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇和10-姜酚峰计均大于5 000,空白对照对测定无干扰。

2.2.6 线性关系考察 精密量取姜酮对照品溶液7.5、37.5、75、150、300 μL,6-姜酚对照品溶液35、175、350、700、1400 μL,8-姜酚对照品溶液10、50、100、200、400 μL,6-姜烯酚对照品溶液20、100、200、400、800 μL,二乙酰氧基-6-姜二醇和10-姜酚对照品溶液30、150、300、600、1 200 μL,用甲醇稀释并定容于2 mL量瓶中,得系列质量浓度的线性工作溶液,按“2.2.4”项下色谱条件进样测定,记录峰面积。以待测成分质量浓度(x,μg/mL)为横坐标、峰面积(y)为纵坐标进行线性回归,结果见表2。

2.2.7 定量限与检测限考察 取“2.2.1”项下混合对照品溶液适量,用甲醇倍比稀释,按“2.2.4”項色谱条件进样测定,以信噪比10 ∶ 1、3 ∶ 1分别计算定量限和检测限。结果,姜酮、6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚的定量限分别为7.46、13.68、14.37、16.62、17.03、17.99 ng,检测限分别为2.24、4.11、4.31、4.99、5.11、5.40 ng。

2.2.8 精密度试验 精密量取“2.2.1”项下混合对照品溶液适量,按“2.2.4”项下色谱条件于同日内连续进样测定6次,记录峰面积。结果,姜酮、6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚峰面积的RSD 分别为1.92%、1.66%、1.98%、1.55%、1.35%、1.96%(n=6),表明仪器精密度良好。

2.2.9 稳定性试验 精密量取“2.2.2”项下供试品溶液(编号:PJ10)适量,分别于室温下放置0、3、6、9、12、24 h时,按“2.2.4”项下色谱条件进样测定,记录峰面积。结果,姜酮、6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚峰面积的RSD 分别为0.27%、0.30%、0.64%、0.35%、0.41%、0.31%(n=6),表明供试品溶液在室温下放置24 h内稳定性良好。

2.2.10 重复性试验 精密称取样品粉末(编号:PJ10)适量,共6份,按“2.2.2”项下方法制备供试品溶液,再按“2.2.4”项下色谱条件进样测定,记录峰面积并按标准曲线法计算样品中6种成分的含量。结果,姜酮、6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚的平均含量分别为0.20、2.77、0.87、1.60、1.45、1.61 mg/g,RSD分别为2.07%、1.83%、2.05%、2.13%、2.42%、1.56%(n=6),表明本方法重复性良好。

2.2.11 加样回收率试验 精密称取已知含量的样品(编号:PJ10),每份约0.15 g,共9份,按待测成分含量的50%、100%、150%加入“2.2.1”项下混合对照品溶液,按“2.2.2”项下方法制备供试品溶液,再按“2.2.4”项下色谱条件进样测定,记录峰面积并计算加样回收率。结果,姜酮、6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚的平均加样回收率分别为101.34%、102.14%、101.22%,103.12%、103.74%、103.54%,103.06%、98.55%、99.43%,99.36%、103.51%、101.21%,100.85%、99.42%、99.60%,100.39%、97.69%、103.84%(RSD均小于3%,n=3)。

2.3 色泽测定方法的建立

2.3.1 测定方法与条件 分别取干姜、炮姜、姜炭样品适量,粉碎后过80目筛,混合均匀,将样品粉末置于色彩色差计中,测定样品粉末颜色,每样品平行测定3次,取平均值。色彩色差计测定条件为光源D65,标准观察角度2°,照明口径50 mm。经白板校准,以L*=100、a*=0、b*=0为参照校正色[13],测得各样品的L*、a*、b*。

2.3.2 精密度考察 取样品(编号:GJ6)粉末适量,置于色彩色差计中,在同日内按“2.3.1”项下测定条件连续测定5次。结果,L*、a*、b*的RSD分别为0.01%、0.41%、0.05%(n=5),表明本方法精密度良好。

2.3.3 样品稳定性考察 取样品(编号:GJ6)粉末适量,置于色彩色差计中,按“2.3.1”项下测定条件连续5天在同一时刻测定样品色差值。结果,L*、a*、b*的RSD分别为0.94%、1.96%、1.76%(n=5),表明样品稳定性良好。

2.3.4 不同光照强度的稳定性考察 取样品(编号:GJ6)粉末适量,置于色彩色差计中,按“2.3.1”项下测定条件分别于同日内10:30、13:00、15:30、17:30、20:00时连续测定样品色差值,共5次。结果,L*、a*、b*的RSD分别为0.54%、1.44%、0.95%(n=5),表明不同光照强度对试验结果稳定性影响较小。

2.4 样品含量及色泽的测定

精密称取48批样品粉末适量,按“2.2.2”项下方法制备供试品溶液,再按“2.2.4”项下色谱条件进样测定,记录峰面积并按标准曲线法计算样品中6种成分的含量。另精密称取48批样品粉末适量,置于色彩色差计中,按“2.3.1”项下测定条件测定样品色差值。每样品平行操作3次,结果见表3。

2.5 秩和检验分析

采用SPSS 24.0软件对数据进行统计分析。由于部分试验数据不符合正态分布且方差不齐,故采用秩和检验分析。经独立样本Kruskal-Wallis检验,得干姜、炮姜、姜炭L*、a*、b*的χ 2分别为41.805、35.639、41.796(P均小于0.01),而在独立样本中位数检验中的χ 2分别为32.000、28.500、32.000(P均小于0.01),均拒绝假设H0(数据无差异),接受假设H1(数据有差异),表明干姜、炮姜、姜炭颜色有显著性差异。

2.6 判别分析

将样本按炮制类型分为3类(1类为干姜、2类为炮姜、3类为姜炭),以48批样品作为训练集,采用SPSS 24.0软件建立以L*、a*、b*为变量的干姜、炮姜、姜炭的判别函数,再用训练集回代验证。结果,在判别函数中,L*、a*、b*均有统计学意义(P<0.01),其λ值分别为0.019、0.134、0.024(λ值表示组间差异,范围为0~1,其值越小表示组间差异越大[14])。由于L*的λ值最接近0,表明组间差异最显著,故认为L*在判别中贡献率最大。根据Wilks Lambda检验结果,建立2个典则判别函数,λ值分别为0.002、0.136,判别函数有统计学意义(P<0.01),得到标准化典则判别函数1=0.462×L*-0.321×a*+0.782×b*,函数2=0.231×L*+1.190×a*-0.172×b*;非标准化典则判别函数分别为函数1=0.417×L*-0.691×a*+0.994×b*-24.467,函数2=0.208×L*+2.562×a*-0.219×b*-17.769,详见图2(组质心表示数据分布的平均位置)。由图2可知,干姜、炮姜、姜炭的色泽具有显著区别。结果,16批干姜为1类,16批炮姜为2类,16批姜炭为3类,判别准确率为100%,提示该模型具有理想的判别效果。

2.7 相关性分析

2.7.1 色泽与不同炮制程度的相关性 采用SPSS 24.0软件对干姜、炮姜、姜炭与其L*、a*、b*进行秩相关分析。Kedalls tau_b检验结果显示,L*、a*、b*与干姜、炮姜、姜炭的相關系数分别为-0.826(P<0.01)、0.176(P>0.05)、-0.825(P<0.01)。Spearmans rho检验结果显示,L*、a*、b*与干姜、炮姜、姜炭的相关系数分别为-0.943(P<0.01)、0.302(P<0.05)、-0.943(P<0.01)。这提示,L*、b*与干姜不同炮制程度呈极显著负相关,a*与炮制程度相关性不强(P<0.05表示显著相关,P<0.01表示极显著相关,下同)。

2.7.2 色泽与含量的相关性 采用SPSS 24.0软件对干姜、炮姜、姜炭中的6种成分含量与其L*、a*、b*进行秩相关分析。Kendalls tau_b检验和Spearmans rho检验结果均显示,干姜炮制前后,L*、b*与姜酮含量呈极显著负相关,与其余5种成分呈极显著正相关;a*与姜酮呈极显著正相关,与其余5种成分无相关性,详见表4[“#”表示在0.05水平(双侧)上显著相关;“##”表示在0.01水平(双侧)上显著相关]。

2.7.3 干姜、炮姜、姜炭与含量的相关性 将干姜、炮姜、姜炭与其所含的6种成分含量进行秩相关分析。结果显示,Kendalls tau_b检验的相关系数分别为0.686、 -0.680、-0.630、-0.462、-0.679、-0.684,P均小于0.01;Spearmans rho检验的相关系数分别为0.805、     -0.818、-0.773、-0.631、-0.816、-0.819,P均小于0.01。这提示,干姜、炮姜、姜炭与姜酮含量呈极显著正相关,与其余5种成分含量呈极显著负相关。

3 讨论

在传统的中药鉴定方法中,其颜色的定义和描述大多依赖于研究者的主观经验和感受,结果缺乏客观性与准确性,加之中药自身的复杂性,主观判断会影响药材和饮片的质量评价结果[15]。现代色彩分析技术的发展可将人对颜色的主观判断进行客观量化,保证了颜色判断的准确性、稳定性和重复性,现已广泛应用于中药的质量评价[16]。目前,干姜及其不同炮制品的鉴别主要根据传统的性状、颜色进行鉴定,也有文献报道了多成分含量测定、指纹图谱等内容[17-18],但颜色的客观量化标准及与其内在成分的相关性分析尚未有报道。因此,有必要对干姜炮制前后颜色进行量化,分析颜色与成分之间的相关性,为评价干姜饮片质量提供依据。

本研究通过测定干姜及其炮制品中6种活性成分的含量,发现这6种成分的含量均发生了一定变化。其中,姜酮为炮制后新生成的化合物,而6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚的含量均有所下降。本研究通过色彩色差计测定样品的色差值,建立了干姜不同炮制程度的判别模型。结果显示,该判别模型的判别准确率为100%,提示该模型预测效果准确,可实现对干姜及其炮制品快速、准确的鉴别;同时将干姜及其炮制品的色差值与含有的6种成分含量进行相关性分析,发现随着炮制程度的加深,a*增加,L*、b*降低,姜酮含量升高,6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚含量降低,干姜、炮姜、姜炭与姜酮含量呈极显著正相关,与其他5种成分含量呈极显著负相关,故推测干姜炮制前后颜色的变化与其化学成分含量的变化有关。

综上所述,干姜及其炮制品的色差值与其化学成分含量相关,即随炮制程度的加重,其a*增加,L*、b*降低;姜酮含量升高,6-姜酚、8-姜酚、6-姜烯酚、二乙酰氧基-6-姜二醇、10-姜酚含量降低。色彩色差计法操作简单、检测时间短,能间接反映饮片的内在质量,为建立干姜及其炮制品新的质量评价方法提供了参考,可推广至干姜的质量评价体系和干姜炮制过程的在线检测中。

参考文献

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(收稿日期:2019-10-15 修回日期:2020-03-31)

(编辑:陈 宏)

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