基于数学模型的苦杏仁走油变质过程拟合研究

2022-09-19郭星妤曹光昭拱健婷翟恩爱邹慧琴闫永红

现代中药研究与实践 2022年4期

郭星妤，曹光昭，拱健婷，翟恩爱，邹慧琴*，闫永红*

（1.北京中医药大学中药学院，北京 102401；2. 中国中医科学院中药研究所，北京 100700；3. 北京市临床药学研究所，北京 100035）

走油，也称泛油，是中药材贮藏过程中易发生的变质现象之一，是指中药材及其饮片内部的脂肪、挥发油、糖类等成分在一些自然因素作用下，出现油脂样物质渗透表皮，质地发生变化，内外色泽加深变暗或者产生酸败和“哈喇”气味的现象[1]。走油的主要原因是空气中的氧与不饱和脂肪酸作用而生成过氧化物或氧化物后，碳链在原来的位置断裂、分解生成低分子的醛和酸，进而产生一种不快臭气[2]；另一种原因是光线、温度、湿度、微生物等因素使脂肪在脂肪氧化酶的作用下分解成甘油和脂肪酸，脂肪酸进一步反应生成酮酸，酮酸失去CO2生成的低分子酮和酸使油脂产生“哈喇”臭气味[1]。走油不仅会导致药效降低，甚至会产生有毒、有害成分，严重影响临床疗效及用药安全[3]。

走油是药材内部多种化学成分种类、含量综合变化的结果，研究者常用非线性数学模型对上述变化加以描述或拟合[4]。理想的变质过程拟合模型可用于药材有效期的预测以及分析，判断贮藏条件的合适与否。

苦杏仁是常用大宗中药，同时也是卫生部规定的药食同源品种[5]，由于其富含脂肪油类物质，在贮藏过程中若保存不当则常发生酸败变质现象，是易“走油”类中药的典型代表之一。因此，本研究主要选择与苦杏仁质量密切相关的苦杏仁苷展开研究，同时，考虑到油脂是引起苦杏仁走油的主要物质，油脂的酸败反应是引起苦杏仁走油的主要原因[6]，酸值和过氧化值可作为评价苦杏仁酸败程度的指标。基于此，研究选取与苦杏仁质量密切相关并能反映苦杏仁走油程度的苦杏仁苷、油脂、酸值、过氧化值四个指标模拟苦杏仁走油变质过程。

目前，针对苦杏仁的走油现象已有大量研究[6-8]，但关于苦杏仁走油过程拟合的研究报道较少。在其它领域，如农产品生长、储存及变质等相关研究中应用到的拟合模型可给予参考，例如，Logistic、Gauss 模型拟合盛花期芝麻渍水处理后的生长情况[9]；Peal-Reed模型拟合大米由低温到升温复苏过程中米袋温度与湿度的关系[10]；Gompertz 模型常用于拟合食品中微生物变化情况[11]；Weibull 模型能很好的拟合青花椒真空脉动干燥过程，为青花椒干燥工艺提供参考依据[12]。

因此，本研究拟利用DPS7.05 软件中的Logistic、Gompertz、Weibull、二次曲线、渐近回归、Gauss、Peal-Reed 等模型，对不同炮制规格的苦杏仁样品走油过程中苦杏仁苷含量、油脂含量、酸值和过氧化值的变化过程进行模拟，以期建立苦杏仁走油变质过程的拟合模型，为易走油类药材的贮藏提供参考。

1 仪器与材料

1.1 仪器

LHH-250SDP 型药品稳定性试验箱（上海一恒科学仪器有限公司）；ZN-02 型粉碎机（北京兴时利和科技发展有限公司）；BSA124S 型电子分析天平（德国Sartoius 公司）；BP-211D 型电子分析天平（德国Sartoius 公司）；KQ-500DE 型数控超声波清洗器（江苏省昆山市超声仪器有限公司）；Waters 2695 型高效液相色谱仪（美国Waters 公司）；RAINBOW-C18柱（4.6 mm × 250 mm，5 μm）；SHB-3 型水循环真空泵（上海振荣科学仪器有限公司）；HH-2 型电热恒温水浴锅（北京科伟永兴仪器有限公司）；RE-52AA 型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；SHB-3 型水循环真空泵（上海振荣仪器有限公司）。

1.2 药材

于2018 年10 月收集燀品、炒品两种炮制规格的苦杏仁样品，经北京中医药大学闫永红教授鉴定为蔷薇科植物山杏Prunus armeniacaL. var.ansuMaxim.的干燥成熟种子。样品加速条件参考课题组前期研究[13]，于40 ℃、湿度75% RH 的药品稳定性试验箱内进行处理，加速至120 d；调整加速试验条件，于40 ℃、湿度85% RH条件下加速至170 d （每10 d取一次样）；样品加速后期颜色、气味发生明显改变，可观察到明显走油现象，所制备样品能较为全面的代表不同走油程度的苦杏仁药材。样品信息及编号见表1。

表1 不同走油程度的苦杏仁样品信息表Tab. 1 Sample information of ASA with different rancid degrees

1.3 试剂

苦杏仁苷对照品（批号：ST02010120MG，纯度≥98%）购于上海诗丹德标准技术服务有限公司，甲醇、去离子水、乙醇、石油醚、酚酞、三氯甲烷、冰醋酸、碘化钾、氢氧化钠滴定液（纯度：0.1 mol/L）、硫代硫酸钠滴定液（纯度：0.01 mol/L）均购于上海源叶生物科技有限公司，试剂均为分析纯。

2 方法

2.1 苦杏仁苷含量测定方法

2.1.1 供试品溶液的制备取苦杏仁样品粉末（过二号筛）0.25 g，精密称定，置具塞锥形瓶中，精密加入甲醇25 mL，密塞，称定重量，超声处理（功率：250 W，频率：50 kHz）30 min，放冷后再称定重量，用甲醇补足失重，摇匀，0.22 μm 微孔滤膜过滤，精密量取续滤液5 mL，置于50 mL 容量瓶中，加50%甲醇稀释至刻度，摇匀，滤过，取续滤液，即得。

2.1.2 对照品溶液的制备精密称取苦杏仁苷对照品适量，于100 mL 容量瓶中加甲醇充分溶解，定容至刻度并摇匀，配制成浓度为60.4 μg/mL 的苦杏仁苷对照品储备液备用。

2.1.3 色谱条件色谱柱：RAINBOW-C18柱（4.6 mm × 250 mm，5 μm）；流动相：甲醇-水20 ∶80；流速为1 mL/min；检测波长为207 nm；进样量为10 μL；理论板数按苦杏仁苷峰计算应不低于7 000。

2.1.4 方法学考察（1）精密量取对照品储备液0.8、5.0、10.0、15.1、20.1 mL 至10 mL 容量瓶中，经甲醇稀释得到浓度分别为1.99、12.08、24.16、36.24、48.32、60.40 μg/mL 的系列标准溶液。同时，按“2.1.3”项下色谱条件每次进样10 μL，分别测定待测溶液的峰面积，在同一坐标系下绘制以样品溶液浓度为自变量的标准曲线。

（2）取苦杏仁苷对照品溶液，按“2.1.3”项下色谱条件每次进样10 μL，重复进样6 次，计算苦杏仁苷含量的RSD 值，进行精密度考察。

（3）取苦杏仁供试品溶液，按“2.1.3”项下色谱条件每次进样10 μL，考察0、4、8、12、24、48 h 内样品的稳定性，计算苦杏仁苷含量的RSD 值，进行稳定性考察。

（4）取一批苦杏仁供试品溶液，按“2.1.3”项下色谱条件每次进样10 μL，重复测定6 次，计算苦杏仁苷含量的RSD 值，进行重复性考察。

（5）取同一批苦杏仁样品6 份，每份0.12 g，分别加入苦杏仁苷对照品2 mL，按“2.1.3”项下色谱条件每次进样10 μL，计算苦杏仁苷的含量，考察其加样回收率。

2.2 油脂含量测定方法

取苦杏仁样品30 g，粉碎成粗粉，过2 号药典筛，用滤纸包好后，置索氏提取器中，加200 mL 石油醚，置水浴锅上加热回流3 h，冷却，用3 号垂熔玻璃漏斗滤过，滤液置水浴上减压回收溶剂至尽，所得残留物即为油脂；称重，计算油脂含量，每个样品均重复上述操作三次，取平均值。

2.3 酸值测定方法

参照2020 年版《中国药典》（四部）通则0713进行测定[14]。

2.4 过氧化值测定方法

参照2020 年版《中国药典》（四部）通则2303进行测定[14]。

2.5 统计学方法

DPS 软件包含丰富的数据处理分析模型，在农学等方面应用广泛，为试验设计、结果分析、数据预测等提供参考[15]。本研究根据不同走油程度苦杏仁样品的苦杏仁苷含量、油脂含量、酸值、过氧化值，运用DPS 7.05 软件中的模型进行拟合，并通过拟合度R2值评价拟合效果，建立苦杏仁“走油”过程的拟合模型。

3 结果

3.1 苦杏仁苷含量测定方法学考察

在“2.1.3”项下方法得到的色谱峰对称性、拖尾因子、分离度等指标良好，见图1。对其进行方法学考察，线性关系考察结果显示苦杏仁苷含量在1.99 ～60.40 μg/mL 范围内呈良好线性关系，见图2；精密度考察结果得RSD 为0.26%（n= 6），表明仪器的精密度良好；稳定性考察结果得RSD 为1.43%，表明样品在48 h 内具有良好的稳定性；重复性考察结果得RSD 为1.37%，表明该方法具有良好的重复性；加样回收率结果得平均回收率为100.62%，RSD 为1.59%。综上所述，苦杏仁苷含量测定方法准确可靠。

3.2 化学成分含量测定

不同走油程度及炮制方法的苦杏仁样品中苦杏仁苷含量、油脂含量、酸值、过氧化值测定结果，见表2。由表2 可知，随着加速时间的推移，不同炮制规格的苦杏仁样品苦杏仁苷含量、油脂含量总体均呈下降趋势，酸值和过氧化值总体均呈上升趋势。不同炮制规格的苦杏仁样品过氧化值均低于2020 年版《中国药典》标准（不得过0.11 g/100g），苦杏仁样品加速至140 d 时，燀品、炒品苦杏仁苷含量仍符合2020 年版《中国药典》要求（不得少于2.4%）。加速至150 d时燀品、炒品苦杏仁苷的含量均已低于2020 年版《中国药典》要求，样品已经不合格，不能再继续药用。

表2 不同走油程度苦杏仁样品苦杏仁苷含量、油脂含量、酸值、过氧化值Tab. 2 Amygdalin content, oil content, acid value and peroxide value of ASA samples with different rancid degrees

3.3 建立苦杏仁走油变化过程模拟模型

3.3.1 苦杏仁苷拟合苦杏仁苷拟合曲线与决定系数分析结果见表3。由表3 可以看出，燀品苦杏仁苷含量Weibull 模型的拟合度最好，Logistic 模型次之，其R2值分别达到0.975 7 和0.966 5。炒品苦杏仁苷Peal-Reed 模型的拟合度最好，Logistic 模型的拟合度次之，其R2值分别达到0.970 7 和0.970 0。

表3 苦杏仁苷含量变化模拟模型Tab. 3 Simulation model of amygdalin content variation

3.3.2 油脂拟合油脂拟合曲线与决定系数分析结果见表4。由表4 可以看出，燀品油脂含量渐进回归模型的拟合度最好，二次曲线模型次之，其R2值分别达到0.930 3 和0.930 1。炒品油脂含量Logistic 和Peal-Reed 模型的拟合度较好，其R2值分别达到0.942 6和0.942 5。

表4 油脂含量变化模拟模型Tab. 4 Simulation model of oil content variation

3.3.3 酸值拟合酸值拟合曲线与决定系数分析结果见表5。由表5 可以看出，燀品酸值渐进回归模型的拟合度最好，二次曲线模型次之，其R2值分别达到0.951 0 和0.912 2。炒品酸值渐近回归模型的拟合度最好，二次曲线的拟合度次之，其R2值分别达到0.967 9 和0.956 4。

表5 酸值变化模拟模型Tab. 5 Simulation model of acid value variation

3.3.4 过氧化值拟合过氧化值拟合曲线与决定系数分析结果见表6。由表6 可以看出，燀品过氧化值Weibull 模型的拟合度最好，Gompertz 模型次之，其R2值分别达到0.951 6 和0.951 4。炒品过氧化值Weibull 模型的拟合度最好，Logistics 模型的拟合度次之，其R2值分别达到0.970 3 和0.969 3。

表6 过氧化值变化模拟模型Tab. 6 Simulation model of peroxide value variation

4 讨论

本研究通过综合考察，确定将苦杏仁苷、油脂含量、酸值、过氧化值四个指标作为表征苦杏仁“走油”过程的内在指标成分。通过对不同炮制品规格、不同走油程度的样品苦杏仁苷含量、油脂含量、酸值、过氧化值的测定发现，虽然过氧化值仍符合2020 年版《中国药典》要求，但是苦杏仁苷含量可能已下降到2020 年版《中国药典》标准以下，因而不能再继续药用，说明苦杏仁随着加速试验时间的延长，苦杏仁质量下降并发生明显的走油变质现象。

理想的药材走油拟合模型不仅可以用于药材有效期的预测，还可以依据走油模型指导药材的贮藏与管理。Logistic、Gompertz、Weibull 模型均属于S 形模型，Gauss 模型量化的数据符合经历增长-平衡-下降变化的正态分布，而二次曲线拟合成的模型形似抛物线，形成先增长后下降或先下降后增长的变化趋势，此外也有利用拟合模型得到的相关研究结果，例如用Peal-Reed 模型能够很好的拟合昆虫捕食量先快后慢的增长趋势[16]。结合苦杏仁自身的特性、中药材的适用性以及各模型的原理挑选合适的模型，拟合结果显示Weibull 模型在燀品的苦杏仁苷含量、过氧化值和炒品的过氧化值变化模拟时拟合度最高，渐近回归模型在燀品的油脂含量、酸值和炒品的酸值变化模拟时拟合度最高，Peal-Reed 模型在炒品的苦杏仁苷含量变化模拟时拟合度最高，Logistic 模型在炒品的油脂含量变化模拟时拟合度最高。拟合结果表明，同一指标成分不同炮制品规格的拟合模型不完全一致，同一炮制品规格不同指标成分的拟合模型不完全一致，这说明炮制也会对走油过程成分的变化产生影响。综上所述，除目前食品变质规律拟合中常用的曲线Logistic、Gompertz 2 种模型[17-18]以外，Weibull 模型、Peal-Reed 模型、渐进回归模型也可实现在药材走油变质过程中的应用，可为同类型药材建模提供参考。