基于熵权-TOPSIS模型优选三棱醋制方法

杨青松，王继森，高天慧，林丽婷，陈 姣，朱宗萍，林 薇*，廖 婉*

基于熵权-TOPSIS模型优选三棱醋制方法

杨青松1，王继森2#，高天慧1，林丽婷1，陈 姣1，朱宗萍1，林 薇1*，廖 婉1*

1. 成都中医药大学西南特色中药资源国家重点实验室，药学院，智能医学学院，四川 成都 611137 2. 成都市药品检验研究院，国家药品监督管理局中药材质量监测评价重点实验室，四川 成都 610045

构建熵权-逼近理想解排序法（technique for order preferenceby similarity to ideal solution，TOPSIS）模型，通过多指标成分含量测定的分析比较，为优选三棱醋制方法提供科学依据。采用醋炙法、醋烤法、醋蒸法、醋煮法4种不同醋制方法对三棱进行炮制加工，HPLC法测定对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸5种成分含量变化，并以上述5种成分的含量作为评价指标，利用熵权法测定不同评价指标的信息熵以确定各评价指标权重，利用熵权法加权生成的数据进行TOPSIS模型分析，通过讨论正理想解和负理想解，对三棱醋制方法进行综合分析评价，进而优选三棱最佳醋制方法。不同方法醋制的三棱成分含量差异较大，醋炙法炮制后，对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛、香兰素成分含量显著增加；醋煮法炮制后，阿魏酸、香兰素成分含量显著降低，其他无显著变化。经熵权-TOPSIS模型测算，三棱的生品、醋炙品、醋蒸品、醋烤品、醋煮品的相对接近度分别为0.193、0.932、0.227、0.523、0.082，可知三棱不同醋制方法中醋炙法最佳，醋烤法与醋蒸法次之，醋煮法最差。基于熵权-TOPSIS模型优选出三棱最佳醋制方法为醋炙法，为中药炮制工艺的选择与临床炮制品的合理使用提供科学依据。

三棱；熵权-TOPSIS模型；醋炙法；醋烤法；醋蒸法；醋煮法；对羟基苯甲酸；香草酸；香兰素；对羟基苯甲醛；阿魏酸

三棱为黑三棱科黑三棱属植物黑三棱Buch. -Ham.削去外皮的干燥块茎，其味苦、性平，入肝、脾经，具有破血行气、消积止痛之功[1]。研究发现，三棱中含有挥发油类、有机酸类、黄酮类、苯丙素类、皂苷类、糖类、微量元素等成分[2]；具有改善血液流变学、抗血小板聚集和抗血栓、保护心脑血管、抗炎镇痛、抗纤维化等药理作用[3]，其中阿魏酸、香豆酸等成分能抗血小板聚集，且为血中移行成分[4]。

近年来，学者们在开展三棱醋制方法的研究时，主要通过黄酮类有效部位的含量变化等方法作为评价依据，未聚焦到三棱具体的有效成分，与有效成分相比，有效部位成分复杂不确定，具有一定的局限性。本实验聚焦于三棱有效成分，选取具有显著的抗血小板聚集作用，且对于心血管疾病具有一定的保护作用的芳香类成分对羟基苯甲酸、香草酸、对羟基苯甲醛[5-8]；具有显著的抗氧化、抗炎、抗辐射和抗肿瘤等生理活性的阿魏酸[9]以及具有抗菌活性的香兰素[10]为评价指标进行评价，利用熵权-TOPSIS模型进行数据分析[11]，为三棱炮制品的临床应用和质量控制提供参考。

熵权-逼近理想解排序法（technique for order preferenceby similarity to ideal solution，TOPSIS）模型是一种融合了熵值法与TOPSIS法的综合评价方法。熵值法是一种客观赋值法，其最大作用就是减少主观赋值带来的偏差[12]；TOPSIS法是一种多目标决策分析方法，尤其适用于多方案、多对象的对比研究，从中找出最佳方案或竞争力最强的对象。熵权-TOPSIS模型是先由熵权法计算得到指标的客观权重，再利用TOPSIS法，对各评价对象进行评价，对评价对象进行评价及排名[13]。本实验采用MATLAB 2020a进行数据分析和模型模拟，通过熵权-TOPSIS模型比较不同醋制方法得到的三棱各成分的质量分数，构建三棱醋制方法评价方法，优选三棱最佳醋制方法，为中药材炮制工艺优选提供新思路。

1 三棱炮制历史沿革

三棱始载于唐代的《本草拾遗》，属黑三棱科植物黑三棱削去外皮的干燥块茎。历代本草记载，三棱在国内东北、黄河流域、长江中下游等大部分地区皆有分布。广阔的地域分布，各地气候的差异，地域风俗文化及各代医家用药习惯的不同使得三棱各地的炮制方法各具特色。三棱作为临床常用中药，其炮制历史悠久。

经梳理古今文献后发现，三棱古今炮制方法众多，不加辅料的制法有净制、切制等；加辅料的制法有醋制、煨制、酒制、药汁制和干漆制等[14]，但随着历史演变，一些特色辅料制法逐渐消失，现今多应用醋制品。由于地区与用药习惯的差异，醋制法又细分为醋炙、醋煮、醋蒸、醋烤。三棱醋制历史沿革[15]见表1。

2 仪器与材料

2.1 仪器

UltiMate 3000型高效液相色谱仪，美国Thermo Fisher公司；色谱柱Thermo Hypersil Gold C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），赛默飞世而科技（中国）有限公司；UPK-I-10T型纯水机，四川优普超纯科技有限公司；AR224CN型电子天平，万分之一，奥豪斯仪器（常州）有限公司；CPA225D型十万分之一电子分析天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；DL-720D型数控超声波清洗器，上海之信仪器有限公司。

表1 三棱醋制历史沿革

2.2 试药

甲醇为色谱纯，美国Sigma-Aldrich公司；磷酸，色谱纯，成都市科隆化学品有限公司；其它试剂均为分析纯。对照品对羟基苯甲酸（CAS号99-96-7，批号wkq22011010）、香草酸（CAS号121-34-6，批号wkq22011302）、香兰素（CAS号201595-58-6，批号wkq21032602）、对羟基苯甲醛（CAS号123-08-0，批号wkq22011108）、阿魏酸（CAS号537-98-4，批号wkq22010705），质量分数均≥98%，均购自成都市维克奇生物科技有限公司。三棱药材产自安徽，购于四川成都荷花池中药材专业市场，经成都中医药大学裴瑾教授鉴定为黑三棱科黑三棱属植物黑三棱.Buch. -Ham.的干燥块茎。9°米醋，山西百岁井醋业有限公司。

3 方法与结果

3.1 醋三棱的制备[16]

3.1.1 醋炙三棱 取三棱片1 kg，加醋0.15 kg拌匀，闷透，置炒药锅内，炒至规定的程度时，取出，放凉。每100千克三棱，用醋15 kg。

3.1.2 醋煮三棱 取三棱片1 kg，置开水锅内浸没，煮至6成透时，加醋0.30 kg煮至汤汁吸尽，取出晾干，每100千克三棱，用醋30 kg。

3.1.3 醋蒸三棱 取三棱片1 kg，用醋0.25 kg浸1 d，蒸半天至透，切片，干燥。每100千克三棱，用醋25 kg。

3.1.4 醋烤三棱 取三棱片1 kg，加醋0.25 kg拌匀，闷润、摊开盛装于放盘内，放入150 ℃烘箱烘烤15 min至干，无湿润感。每100千克三棱，用醋25 kg。

3.2 溶液的制备

3.2.1 对照品溶液的制备 分别精密称取对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸适量，加甲醇制成质量浓度分别为0.500、0.250、0.250、0.125、0.250 mg/mL的混合对照品溶液。

3.2.2 供试品溶液的制备 取三棱生品饮片适量，粉碎后过四号筛，取6 g，精密称定，置250 mL圆底烧瓶中，加入甲醇100 mL，加热回流60 min，滤过，水浴蒸干，加甲醇溶解定容至5 mL，0.22 μm微孔滤膜滤过，即得供试品溶液。

各组醋制品溶液制备方法同上。

3.3 色谱条件

色谱柱为Thermo Hypersil Gold C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；柱温35 ℃；检测波长254 nm；进样量10 μL；体积流量为1 mL/min；流动相为0.05%甲酸水溶液-乙腈，梯度洗脱：0～5 min，3%～12%乙腈；5～11 min，12%～20%乙腈；11～14 min，20%～25%乙腈；14～17 min，25%～30%乙腈；17～19 min，30%乙腈；19～20 min，30%～35%乙腈；20～22 min，35%乙腈；22～25 min，35%～40%乙腈；25～28 min，40%～48%乙腈；28～30 min，48%～52%乙腈；30～35 min，52%～80%乙腈；35～40 min，80%乙腈。混合对照品溶液和供试品溶液的色谱图如图1所示。

3.4 方法学考察

3.4.1 线性关系考察 分别精密吸取制备的混合对照品储备液，倍比稀释得到不同质量浓度的混合对照品溶液，按“3.3”项下色谱条件进行测定。以对照品的质量浓度为横坐标（）、峰面积为纵坐标（）进行线性回归分析，得到对照品的回归方程及线性范围分别为对羟基苯甲酸＝505.01＋2.354 4，2＝0.999 7，线性范围15.6～500.0 μg/mL；香草酸＝529.98＋3.409 1，2＝0.999 1，线性范围7.8～250.0 μg/mL；香兰素＝130.67＋0.282 6，2＝0.999 6，线性范围7.8～250.0 μg/mL；对羟基苯甲醛＝273.21＋0.870 9，2＝0.999 1，线性范围3.9～125.0 μg/mL；阿魏酸＝230.57＋0.411 0，2＝0.999 8，线性范围7.8～250.0 μg/mL；结果表明各成分线性关系良好。

1-对羟基苯甲酸 2-香草酸 3-对羟基苯甲醛 4-香兰素 5-阿魏酸

3.4.2 精密度试验 分别吸取制备的混合对照品储备液适量，按“3.3”项下色谱条件连续进样6次，结果对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸峰面积的RSD分别为0.18%、0.18%、0.22%、0.31%、0.24%，表明仪器精密度良好。

3.4.3 稳定性试验 分别吸取三棱生品供试品溶液适量，分别在0、2、4、8、16、24 h，按“3.3”项下色谱条件进样分析，结果对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸峰面积的RSD分别为0.94%、1.53%、1.82%、1.45%、1.63%，表明样品稳定性良好。

3.4.4 重复性试验 精密称取三棱生品饮片，按“3.2.2”项下方法制备供试品溶液，共6份，按“3.3”项下色谱条件连续进样分析，结果对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸质量分数的RSD分别为1.58%、1.67%、2.09%、1.21%、1.02%，表明样品重复性良好。

3.4.5 加样回收率试验 精密称取三棱生品粉末6.00 g，共6份，分别加入一定量的对照品（阿魏酸18.9 μg、香兰素28.9 μg、对羟基苯甲醛2.1 μg、香草酸15.1 μg、对羟基苯甲酸34.2 μg），按“3.2.2”项下方法制备各供试品溶液，按“3.3”项下色谱条件进样分析，分别计算各成分的平均加样回收率及RSD，结果阿魏酸、香兰素、对羟基苯甲醛、香草酸、对羟基苯甲醛的平均加样回收率分别为99.59%、99.75%、97.59%、99.84%、99.85%，RSD分别为0.20%、0.45%、0.43%、1.09%、0.69%，表明此方法准确度良好。

3.5 样品含量测定

精密称取三棱生品及4种炮制品3批，按“3.2.2”项下要求制备各供试品溶液，按“3.3”项下色谱条件进样分析，同时每个样品平行3次。根据对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸的峰面积，各计算其含量，结果表明，醋炙后对羟基苯甲酸、香兰素、对羟基苯甲醛含量显著提升，醋煮后阿魏酸、香兰素含量明显下降。将三棱各成分质量分数作为初始数据应用于熵权-TOPSIS模型进行综合分析评价。三棱中5种成分含量测定平均值结果见表2。

4 熵权-TOPSIS评价不同醋制方法

4.1 熵权-TOPSIS模型简介

熵权-TOPSIS模型[17]是一种有效的依据多目标和多指标进行决策分析的方法，基于无量纲决策矩阵，计算所需评估对象与最优、最劣项目之间的欧氏距离。获得每个评估对象的相对接近度和最优解的同时，并依据最终排序作为评估不同醋制方法的基础，然后对不同醋制方法进行综合评价和分析[18]。熵权-TOPSIS模型建模步骤如下。

表2 三棱中5种成分测定结果

4.1.1 建立决策矩阵 建立多指标决策问题的计划集和指标集分别为＝(1,2, …,M)，＝(1,2, …,C)，方案M对指标C的值记为x(＝1, 2, …,;＝1, 2, …,)，则可以形成多目标决策矩阵。

4.1.2 无量纲化决策矩阵 构建标准化决策＝(b)×n，根据本实验进行三棱醋制方法优选的目的，选择越大越有型指标：b＝(x－xmin)/(xmax－xmin)，其中xmax和xmin分别为同一指标下所有样本的最大值和最小值。

4.1.3 构建加权决策矩阵和计算评价指标熵权 构建加权决策矩阵＝(r)×n，其中r＝wb，w为评价指标的权重系数。

由于信息熵可以衡量每个评价指标的变化程度，本实验选择信息熵来确定指标的权重系数。对个不同方法和个评价指标的多目标综合评价问题，其评价指标的信息熵为

4.1.4 确定矩阵的最优向量（+）和最劣向量（−） 在熵权法的基础上，利用计算出的评价指标熵权，构造规范化加权矩阵，并计算每个评价对象的+和−，+＝(1+,2+, …,Z+)，−＝(1−,2−, …,Z−)，其中Z+＝max(1j,2j, …,Z)，Z−＝min(1j,2j, …,Z)。

4.1.5 计算相对接近度 通过计算加权决策矩阵的+和−，使用欧氏距离计算公式来计算每个方法的正理想解（D+）和负理想解（D−）。

运用A＝D−/(D+－D−)来计算最优解的相对接近度（A），相对接近度越大表明评价排序越优。

4.2 指标体系构建

结合三棱醋制方法、含量测定与数理统计等相关知识，从目标层、准则层和指标层3个层面构建不同醋制方法评价指标体系：目标层是优选不同醋制方法评价指标体系，准则层由生品、醋炙品、醋蒸品、醋烤品、醋煮品5种方法构成，指标层则是不同方法所对应的对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸含量。

4.3 研究结果分析

结合三棱醋制方法、含量测定与数理统计等相关知识，从生品、醋炙品、醋蒸品、醋烤品、醋煮品5种方法中，选择对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸含量作为指标体系。对指标进行无量纲化处理后，得到熵权法计算的权重系数结果如表3所示。

利用熵权法后加权生成的数据进行TOPSIS分析，针对5个指标对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸进行TOPSIS评价，首先找出评级指标的D+、D−，结果如表4所示。

表3 熵值法计算权重系数结果

表4 正负理想解

利用熵权法加权生成的数据进行TOPSIS分析，针对5个指标对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸，进行TOPSIS评价，同时评价对象为生品、醋炙品、醋蒸品、醋烤品、醋煮品，根据正理想解距离+和负理想解距离−，得到各评价对象与最优方案的相对接近程度（值），生品的相对接近度为0.193、醋炙品的相对接近度为0.932、醋蒸品的相对接近度为0.227、醋烤品的相对接近度为0.523、醋煮品的相对接近度为0.082。经排序，醋炙品的方法为最优，醋烤品、醋蒸品、醋煮品次之。评价结果如表5所示。

表5 欧氏距离的趋势和相对接近度评价结果

5 讨论

5.1 色谱条件的确定

本实验综合考察了甲醇-0.1%磷酸水溶液、甲醇-0.5%磷酸水溶液、甲醇-0.1%甲酸水溶液3种流动相、波长（214、237、254、280 nm）、柱温（25、30、35 ℃）、体积流量（0.8、1.0 mL/min）以及色谱柱［（Thermo Hypersil Gold C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）、Thermo AcclaimTM120 C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）］等因素，结果表明色谱条件在流动相为甲醇-0.1%磷酸水溶液、波长254 nm、柱温25 ℃、体积流量为1 mL/min、Thermo Hypersil Gold C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）色谱柱时色谱峰峰形、出峰数量等较优，同时色谱图基线更平稳，直观效果较好，确定此色谱条件进行含量测定研究。

5.2 指标成分的确定

现代研究表明，三棱主要包括苯丙素类、黄酮类、芳香酚酸及酯类、有机脂肪酸及其酯类、环肽类、三萜和甾体类及挥发油类等化学成分，其中黄酮类、苯丙素类及芳香酚酸及酯类成分为主要活性成分[2]。苯丙素类成分阿魏酸具有显著的抗氧化、抗炎、抗辐射和抗肿瘤等生理活性[9]；芳香酚酸及酯类成分香草酸、对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛具有显著的抗血小板聚集作用，对于心血管疾病具有一定的保护作用[5-8]；香兰素具有抗菌活性[10]；并且有文献报道阿魏酸、香草酸、对羟基苯甲酸为三棱血中移行成分[4]。故选择对羟基苯甲酸、香草酸、香兰素、对羟基苯甲醛、阿魏酸为测定指标进行相关研究。

5.3 三棱醋制方法的确定及分析

三棱为破血消癥要药，在中医临床治疗中有着悠久的历史，含三棱药味的经典方剂多达上百首。现代关于三棱的炮制方法，历年版《中国药典》与各省市炮制规范多收载有三棱与醋三棱2种饮片规格。而各地用药习惯的不同，也导致醋三棱的炮制方法有所差异，总结可得现行三棱醋制方法主要包括醋炙、醋蒸、醋烤、醋煮4种方法。毛春芹等[19]采用小鼠扭体法、热板法比较了三棱不同醋制方法所得饮片提取的总黄酮的镇痛作用；毛淑杰等[20]通过抗血小板聚集及凝血时间影响优选了三棱炮制最佳工艺；而现有关于三棱不同醋制方法的比较，鲜有选择多成分含量变化进行综合评价。因此，采用多指标成分含量变化可为三棱醋制方法的研究提供更加全面的科学依据。

本实验构建了熵权-TOPSIS模型，以三棱不同醋制品为研究对象，采用HPLC法测定对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛、香草酸、香兰素、阿魏酸含量，利用熵权法测定不同指标的信息熵，再结合TOPSIS进行综合评价，得到三棱生品、醋炙品、醋蒸品、醋烤品、醋煮品的相对接近度分别为0.193、0.932、0.227、0.523、0.082。结果表明，三棱4种醋制方法中，醋炙法＞醋烤法＞醋蒸法＞醋煮法，为药典中收载醋炙三棱及临床应用醋炙品提供了理论依据。

本研究发现三棱经过醋炙之后成分含量明显升高，醋煮后成分含量变化不明显，甚至降低，这可能与醋炙和醋煮的炮制工艺的流程差异及炮制温度相关。三棱醋炙是先将药材与醋拌匀、闷润之后再放入锅中炒制，醋在前期被药材充分吸收；而醋煮是先将药材用水煮至6成透，再加醋边煮边吸收；其次，醋炙过程中加热温度为150 ℃左右，醋煮法所采用的温度为100 ℃左右，醋是易挥发物质，推测在高温情况下，辅料米醋更容易被三棱药材所吸收，从而使三棱中有效成分更容易被提取出，其具体原因还需要进一步验证。本实验创新性的从数理统计的视角来构建三棱醋制方法评价的方法，为优选三棱炮制方法提供参考，为三棱临床炮制品的合理应用与质量控制提供科学依据，为中药材炮制工艺优选提供新思路。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

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Optimization ofvinegar-processed method by entropy weight-TOPSIS model

YANG Qing-song1, WANG Ji-seng2, GAO Tian-hui1, LIN Li-ting1, CHEN Jiao1, ZHU Zong-ping1, LIN Wei1, LIAO Wan1

1. State Key Laboratory of Southwestern Characteristic Chinese Medicine Resources, School of Pharmacy, School of Intelligent Medicine, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, China 2. Key Laboratory of Quality Monitoring and Evaluation of Chinese Medicinal Materials, National Medical Products Administration, Chengdu Institute for Drug Control, Chengdu 610045, China

To construct an entropy weight-TOPSIS model, so as to provide a scientific basis for the optimization of the Sanleng () vinegar-processed method through the analysis and comparison of the content determination of multi-index components.was processed by different vinegar-processed methods such as vinegar-burning method, vinegar-roasting method, vinegar-steaming method and vinegar-boiling method. HPLC method was used to determine the content changes of five components:-hydroxybenzoic acid, vanillic acid, vanillin,-hydroxybenzaldehyde and ferulic acid, and the content changes of the above five components were used as evaluation indicators. The entropy weight method was used to measure the information entropy of different evaluation indexes to determine the weight of each evaluation index. TOPSIS analysis was carried out on the data weighted by the entropy weight method. Through the corresponding positive and negative ideal solution, the synthetic analysis and evaluation of thevinegar-processed method were carried out, and then the best method of vinegar-processing was optimized.The contents of the components ofafter processing with different vinegar methods were quite different. After processing with vinegar burning, the contents of-hydroxybenzoic acid,-hydroxybenzaldehyde and vanillin increased significantly. The contents of ferulic acid and vanillin were significantly reduced after vinegar boiling, and the others did not change significantly. According to the calculation of the entropy weight-TOPSIS evaluation model, the relative closeness ofraw products, vinegar-burning products, vinegar-steaming products, vinegar-roasting products and vinegar-boiling products were 0.193, 0.932, 0.227, 0.523 and 0.082, respectively. It can be seen that among the different vinegar-processed methods in, the vinegar-burning method was the best, followed by the vinegar-roasting method, the vinegar-steaming method and the vinegar-boiling method.In this paper, based on the entropy weight-TOPSIS model, the best vinegar-processed method foris the vinegar-burning method, which provided a reference for the selection of traditional Chinese medicine processing technology and the rational use of clinical processed products.

; entropy weight-TOPSIS model; vinegar-burning method; vinegar-roasting method; vinegar-steaming method; vinegar-boiling method;-hydroxybenzoic acid; vanillic acid; vanillin;-hydroxybenzaldehyde; ferulic acid

R283.1

A

0253 - 2670(2022)23 - 7414 - 07

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.23.011

2022-06-24

四川省科技计划重点研发项目（2020YFN0152）；四川省首批中医药学科建设重点项目（药用植物学，川中医药函［2020］84号）

杨青松，男，硕士研究生，研究方向为中药炮制工艺与机制、中药药剂研究。Tel: 18708108793 E-mail: 1793835237@qq.com

王继森，男，主管中药师，硕士，从事药品检验研究工作。E-mail: 93230623@qq.com

通信作者：廖 婉，女，博士，教授，硕士生导师，主要从事中药炮制工艺与机制、中药药剂研究。E-mail: liaowan@cdutcm.edu.cn

林 薇，女，讲师，从事中医药统计与应用研究。E-mail: linwei@cdutcm.edu.cn

[责任编辑 郑礼胜]