基于分光测色仪探析中药质量

李东辉，王临艳，吴红伟，张淑娟，张育贵，李越峰

中药材主要来源于动物、植物、矿物，其中以植物药居多，具有品种繁多、属性复杂、颜色区分性等特征。近年来，我国药材不仅仅用在临床，还用在化妆，保健等行业[1-2]，总需求量已达40万吨(野生资源为主)，导致开采速度加快，药材生长年限变短等多因素促使药材质量出现下降现状[3]。目前药材质量优劣多以主观评价为主，即“辨状论质”，“辨状论质”论是以药材外观特征进行感官评价，比如说手摸、口尝、鼻闻，在加水试和火试法对药材进行真伪优劣判断，但对于大生产化可行性低，具有主观评价等问题[4]。为了解决这一难题，在早期就有学者提出,利用电子鼻、电子舌、分光测色计等量化中药材的储藏与炮制[5]。因此，“辨色论质”应势而生，即从色度学分析方法和机器视觉技术等客观评价药材色泽，正确区分药材的正伪与优劣，克服中药传统经验鉴别的局限性[6]。本文通过对中药变色与古今对颜色-质量关系的认知，结合分光测色仪探析中药材色泽与中药材质量之间的关系，列举了15味中药材的应用实例，为后续大部分药材实现快速鉴别提供依据。

1 对中药材变色认识

基于目前研究发现，中药材变色与空气、温度、暴晒、湿度、酶等因素相关[7-8]。空气中的氧气与臭氧可使药材氧化，药材变色。李芸等[9]通过高效液相色谱仪(HPLC)测定了不同加工方式对甘肃礼县掌叶大黄有效含量的影响发现，在实验中趁鲜切制的大黄在室外0.5 h，室内1 h即出现切面黑褐色现象；此外，传统加工(熏干法)大黄色泽最佳，即横切面亮黄棕色、无糠心和黑点，也无黑褐色现象，五种游离蒽醌总含量最高为2.56%；同时发现在实验中大黄切面色泽随时间而变化，提示可能与氧化和水分等相关。另外，唐文文等[10]以蒽醌、儿茶素、没食子酸、质量耗损、保质时间和经济效益为指标考察最优包装方法发现，含水量为17%大黄饮片，普通包装在第七月时就发生霉变，脱氧剂包装(还原性铁粉)出现异味但儿茶素、没食子酸含量最高，推测其与氧化有关。

对于大多数药材储存温度在15～25℃ 条件下比较稳定。唐文文等[11]在考察大黄的最佳干燥方法实验中发现，在烘干(<65℃)、阴干、晒干其断面色泽为黄棕色且均符合药典要求，但经高温(>65℃)烘干后断面成深棕色，当温度在55℃时蒽醌量达已达不到药典要求，温度达到85℃大黄中儿茶素和没食酸含量已达到最低。红花、紫苏经曝晒后色泽发生明显蜕变。此外，在潮湿状态下，黄芩在酶的作用下使黄芩苷水解成黄芩素而出现黄芩变绿现象[12]，药典的指标性成分黄芩苷含量减少，药材质量下降。综上分析得出，药材色泽与质量存在密切的相关性。

2 古今对中药材色泽的认识

从古至今就有药材色泽越鲜明中药材质量越好的说法。丹参，“丹”者，红也，丹参色红，故名丹参，始载《神农本草经》，古人以色泽命名又把丹参称为“赤参”“紫参”等[13]。2015版《中国药典》以表面红棕色，具有皱纹，外皮紧贴不易脱落等丹参为最佳[14]。大黄以除尽外皮者表面黄棕色至红棕色，残留的外皮棕褐色，质坚实，有的中心稍松软，断面淡红棕色或黄棕色为最佳。黄芩[15]，始载于《神农本草经》，在《本草纲目》载曰“或云西芩多中空而色黔，北芩多内实而深黄”，在药典则以断面黄色或浅黄色，木栓细胞棕黄色为最佳。荆芥[16]在《本草纲目》载曰:“藜处处有之，即灰鑋之红心者”，茎、叶稍大，药典以淡黄绿色或淡紫红色，体轻，质脆，断面类白色为佳。橘皮[17]在用药发展中逐渐出现了青皮与陈皮(黄橘皮)，青皮始载于《珍珠囊》，在《本草蒙筌》曰: “青皮，陈皮一种……因其迟收早收，特分老嫩而立名也”。陈皮始载于《神农本草经》，为芸香科植物橘及其栽培变种的干燥成熟果皮，药典规定青皮外表面灰绿色或黑绿色，内表面类白色或黄白色，陈皮外表面橙红色或红棕色,有细皱纹和凹下的点状油室，内表面浅黄白色为佳。大多数药材从历代本草古籍到当今药典，都把药材色泽放在首位。因此可见，药材颜色好坏可直接影响药材质量，追其根源是由于有效成分发生改变。现借助色度学仪器与HPLC等仪器相结合来探究其相关性，可为后续药材质量实现快速鉴别。

3 分光测色仪探究中药质量可行性分析

色度学理论借助现代色度机器用于颜色分析，以数字值为特征反应中药材表面色泽的一种方法，广泛用于医药产业，以色调、饱和度和明度3个参数综合反应药材质量，以达到快速鉴别药材。色度学颜色空间有 L*a*b*、Luv、LCH、XYZ、Yxy 等，Lab、Luv 分别用于一般物体和自发光体色差的计算，LCH 表达色彩则更贴近人的认知方式，因此容易被理解。

目前多用于颜色测定的有光电积分式测色仪和分光光度测色仪，光电积分式测色仪模拟人眼光谱三刺激值特性，可准确测定 2 个色源之间的差别，可用于在线检测精度要求不太高的中药材采收行业。通过测定各个波长的颜色刺激，测试样品的光谱成分进而确定其颜色参数的分光光度测色仪，具有高度精确性，可用于测量特定中药色泽。物体表面在经分光测色仪测量后,可直接算出样品颜色三刺激值 X、Y、Z，并可将三刺激值 X、Y、Z 转化成颜色参数，此参数基于人类色感的三度色彩空间为原则，以人类视觉的相似性，彩色空间的均衡性为特征，并在1976年命名为 CIE L*a*b*，L*代表亮度，L= 0与100分为黑色和白色, a*代表红-绿色轴，a负值与正值分别代表绿色与红色 , b*代表黄-蓝色轴，b负值与正值分别代表蓝色与黄色，三度色彩空间与人眼感觉的色彩具有高度相似性，对药材的快速鉴别提供了高度可行性[18-20]。

4 分光测色仪对中药材应用实例

基于色度学理论的发展与创新，中药材结合色度学分析方法和机器视觉技术客观评价药材质量的研究相继出现，但目前任然处于初级阶段。现将研究成果总结见表1。

表1 分光测色仪对中药材应用实例

5 大黄颜色量化可行性分析

大黄是我国传统大宗中药材，始载于《神农本草经》，至今已有1000多年的药用历史，具有多功效、多产区的特点。多功效追根到底就是多成分，而正是由于多成分含量受多产区等因素影响而导致大黄临床疗效不一。此外，2015版《中国药典》只规定以5种游离蒽醌为指标性成分，并未对其他有效成分做出明确规定。另外，研究发现大黄在产地加工[9]与储藏过程[33]其色泽发生明显改变，再加上大黄年需求量大(已达5500余吨)，野生大黄资源濒危，栽培技术不规范限制了大黄的生产和市场供给，加速了对大黄快速量化的必要性[39-40]。值得注意的是大黄趁鲜切制时其横切面色泽发生明显变化，如上所述采用加速模拟实验考察大黄在储存过程中出现色泽变暗现象与L*，a*，b*三者值密切相关。基于杨磊等[41]发现，大黄在20℃的储藏条件下大黄中5种游离蒽醌含量变化时发现符合一级反应规律，得出大黄储存有效期为687 d，因此，结合分光测色仪探究大黄有效期的色差范围，大黄炮制品色差范围等都具有可行性。

5 结束语

从古代名医，历代医药古籍到《中国药典》都强调色泽对中药材质量的重要性。前期通过药材外观性状，色泽等来评价中药材质量，即“辨状论质”已满足不了目前大生产化市场。随着科学技术的不断进步和人们对色度学理论的不断认识与认可，近年来，逐渐出现了中药材储存，炮制火候，饮片鉴别的量化应用实例，但多集中在植物药，多以药材粉末为主，对矿物药与动物药的研究鲜见报道。笔者认为在解决中药材长期贮藏出现不同程度的变质现象，如含量不达标、虫蛀、变色、走油、霉菌污染等和炮制火候(如炒黄、炒焦、炒炭)的量化提供了可行途径，并使评价药材质量从“辨状论质”论发展到“辨色论质”，实现质的突破，借助色度学分析方法和机器视觉技术等客观评价药材色泽，正确区分药材的正伪与优劣，克服中药传统经验鉴别法的局限性对中药材市场具有良好前景，并对中药材色泽-质量意识带来新的视角。