基于多指标响应面法优化土炒当归炮制工艺*

杨柳，李永强，张芮萌，张馨月，鞠春梅，李艳杰

(1.长春中医药大学药学院，长春 130117；2.延吉市医院消化内科，延吉 133000)

当归性温，味甘、辛，系伞形科多年生草本植物，以干燥根入药[1]，具有补血、活血、止痛、润肠的功效[2-3]。以甘肃省岷县为主产地。陕西、四川、湖北、云南等省均有栽培，秋季采挖。《神农本草经》将其列为中品[4]。当归的炮制古代就十分被重视，文献记载较多。《刘涓子鬼遗方》有炒当归的记载，其后历代文献提及炮制方法有25种之多[5]。其中，生当归、酒浸炒当归、土拌炒当归、油拌炒当归与当归炭等炮制品在临床上应用广泛[6-8]。炮制的目的在于改变药性，扩大药用范围[9]。传统的炮制理论认为“土炒入脾”，当归土炒能增强入脾补血作用。临床常用复方制剂如补脾益肠丸、草仙乙肝胶囊等是以土炒当归用药，然而《中华人民共和国药典》(简称《中国药典》)(2020年版)以及《吉林省地方炮制规范》(1986年版)并未收录土炒当归的炮制工艺及质量标准[10]；虽然《全国中药炮制规范》(1988年版)规定土炒当归制法为“取当归片，用伏龙肝细粉炒至表面挂土色，筛去多余土粉，取出放凉”[11]，《湖北省中药饮片炮制规范》(2018年版)规定土炒当归制法为“取净当归片，照土炒法炒至表面挂土色”[12]，但均过于笼统，并未见具体的炮制工艺技术参数。因此对于吉林省中药生产企业而言，土炒当归尚无明确标准可依。

通过文献研究及饮片生产企业调研发现，在土炒工艺中灶心土用量会影响其炒制品质量，灶心土与当归应混匀且覆盖充分，使炒制均匀；炒制温度过高、炒制时间过长饮片容易焦化而药效降低，相反饮片炒制火候不足，影响整体效果。综上，灶心土用量、炒制温度和炒制时间等因素相互影响。因此笔者在单因素实验的基础上，利用Box-Behnken响应面法，将评价饮片质量的外观性状与阿魏酸及挥发油等化学成分含量的客观指标相结合，多指标、综合评价各实验因素的主效应，优选出土炒当归炮制工艺参数。通过对当归土炒工艺开展深入研究，实现炮制工艺的规范化，以期为土炒当归在药食领域的开发与工业化大生产提供理论依据与实践参考。

1 仪器与试药

1.1仪器 LC-2030型高效液相色谱仪(日本Shimadzu公司)，JT2001型分析天平(上海佑科仪表有限公司，感量：0.01 mg)，SK1200B型超声波清洗仪(上海科导超声仪器公司)，MS-5型多功能电热炒货机(常州市金坛迈斯机械有限公司)，AR-688型红外线测温仪(苏州市希玛仪表有限公司)，SHB-Ⅲ型台式循环水式真空泵(上海力辰仪器科技有限公司)等。

1.2药品与试剂 当归饮片购自长春宏检大药房，经长春中医药大学药学院王哲副教授鉴定为伞形科植物当归Angelicasinensis(Oliv.) Diels的根，并依据《中国药典》(2020年版)一部当归饮片项下检测，符合相关规定；灶心土(批号：200401)购自安国市安兴中药饮片公司；阿魏酸对照品(批号：111730-201915，含量：99.4%)和当归对照药材(批号：121054-201308)均购自中国食品药品检定研究院；磷酸、乙腈、甲醇均为国产色谱纯，购自山东禹王和天下新材料有限公司。

2 方法与结果

2.1土炒当归样品制备 取当归饮片200 g，按照设计的工艺条件，用电热炒货机炒制，红外线测温仪测定锅体温度，平行制备所需样品。具体操作方法为：将灶心土细粉适量，置锅内，以文火将土炒至松散，加入当归饮片，相应温度的文火炒制，取出，将多余土粉筛去，晾凉，即得。

2.2土炒当归质量评分规则 外观性状是判断炮制品是否符合传统经验指标的基础，但《全国中药炮制规范》(1988年版)仅以土炒当归饮片的外观性状来判断其炮制程度，不够客观。参考《中国药典》(2020年版)将挥发油和阿魏酸作为评价当归饮片质量的指标性成分，其作用与当归主要功效一致：当归中有机酸类活性成分阿魏酸，具有抗血小板聚集、抗血栓形成、保肝利胆、抗氧化等作用[13]；当归挥发油的主要成分藁本内酯和正丁烯基苯酞具有缓解气管和肠平滑肌痉挛、抑制血小板聚集作用[14]。因此，本研究拟以外观性状、阿魏酸与挥发油含量作为评价土炒当归炮制程度的质控指标。

2.2.1外观性状评分规则 结合《全国中药炮制规范》(1988年版)对土炒当归炮制程度的要求，以及通过饮片生产企业调研，本实验拟对土炒当归从表面、断面颜色及气味等方面进行评分。每项根据炒制情况给予1～5分，将以上三项评分求和即为外观性状得分，以评分高者为佳。土炒后的当归表面呈棕黄色，并均匀挂土，断面为土黄色，具有当归固有香味及土香气者为最优，记为15分。具体得分规则见表1。

表1 土炒当归外观性状得分规则

2.2.2综合得分评价指标 为使实验结果全面反映土炒当归质量，本研究对外观性状分值与含量测定分值各赋予了相应的权重。设定加权综合评分满分100分，外观性状、阿魏酸含量及挥发油含量权重系数分别为30%，35%，35%，以质量控制指标所在组中最高值为参照将数据进行归一化处理，公式为Y=(Y1/Y1max)×30+(Y2/Y2max)×35+(Y3/Y3max)×35。其中，Y为加权综合评分值；Y1～Y3分别为某批次土炒当归外观性状、阿魏酸含量及挥发油含量；Y1max～Y3max分别为其外观性状、阿魏酸含量及挥发油含量的最高值。

2.3阿魏酸含量测定

2.3.1阴性对照品溶液的制备 以70%甲醇作为阴性对照品溶液。

2.3.2对照品溶液的制备 精密称取阿魏酸对照品适量，使用70%甲醇溶解于棕色量瓶中，配制成12.3 μg·mL-1的溶液，即得。

2.3.3供试品溶液的制备 精密称取土炒当归粉末(过筛孔内径0.355 mm药筛)约0.2 g，置于具塞锥形瓶中，移取70%甲醇20 mL，密塞，称定质量，并加热回流30 min。放冷后，以70%甲醇补足减失的质量，摇匀，静置，将上清液滤过，取续滤液，即得。

2.3.4色谱条件 色谱柱：Shimadzu InertSustain C18(4.6 mm×250 mm，5 μm)；流动相：乙腈-0.085%磷酸溶液(17：83)；检测波长316 nm；柱温35 ℃；进样量10 μL；流速为1.0 mL·min-1；理论板数按阿魏酸峰计应不少于5000。阴性对照品、阿魏酸对照品及土炒当归供试品高效液相色谱图见图1。

图1 阴性对照品、阿魏酸对照品和供试品的高效液相色谱图

2.3.5线性关系考察 精密移取12.3 μg·mL-1阿魏酸对照品溶液，加入70%甲醇稀释成1.23，2.46，4.92，7.38，9.84，12.30 μg·mL-1溶液。按照“2.3.4”项下色谱条件注入高效液相色谱仪测定，并记录峰面积。将对照品溶液浓度(X，μg·mL-1)设为横坐标、峰面积(Y)设为纵坐标，绘制标准曲线，得到线性回归方程Y=45 011.76X-2 763.83(r=0.999 9)。结果显示，阿魏酸浓度在1.23～12.30 μg·mL-1范围内与峰面积之间的线性关系良好。

2.3.6方法学考察 按“2.3.3”项下方法制成供试品溶液，注入高效液相色谱仪，连续进样6次，记录色谱图，所得阿魏酸峰面积RSD为0.39%，表明仪器有良好的精密度；取同一批土炒当归粉末，制备6份供试品溶液，注入高效液相色谱仪，测得阿魏酸峰面积RSD为1.35%，表明该方法重复性良好；取同一供试品溶液，于0，2，4，8，12，24 h分别进样，记录色谱图，计算得阿魏酸峰面积RSD为1.32%，表明供试品溶液在24 h内稳定性良好；精密称取已知含量的土炒当归粉末(阿魏酸含量为0.51 mg·g-1)约0.1 g，共6份，分别倒入锥形瓶中，各精密加入阿魏酸对照品溶液(浓度为12.3 μg·mL-1)4 mL，按照“2.3.3”项下方法制成供试品溶液，并注入高效液相色谱仪，依法测定，计算得平均加样回收率为101.302，RSD 1.99%，符合《中国药典》(2020年版)规定。

2.4挥发油含量测定 按照《中国药典》(2020年版)通则2204挥发油测定法(乙法)依法测定。

2.5炒制工艺单因素考察 根据表2所设计的工艺条件安排实验，每组实验平行3次，取平均值。以外观性状、阿魏酸和挥发油含量数据“归一化”后的加权综合评分为响应值，采取单因素实验考察灶心土用量(A)、炒制温度(B)和炒制时间(C)等对当归土炒工艺的影响。单因素实验结果见表2。

表2 炒制条件单因素考察实验结果

2.5.1灶心土用量 如图2所示，固定炒制温度和炒制时间，响应值随灶心土用量的增加整体呈现的趋势是先增加后不变。当灶心土用量为0.30倍时达到最大值，随即仅有微小变化。原因是灶心土应与当归混合均匀且覆盖充分；相反，灶心土用量过少，会使产品边缘炒焦。因此，选取0.30倍量作为响应面实验中灶心土用量的中心点。

2.5.2炒制温度 如图2所示，固定灶心土用量与炒制时间，在110～150 ℃范围内，响应值随炒制温度的升高而升高，外观性状更加符合《全国中药炮制规范》(1988年版)规定。当温度升至150 ℃以上时，其响应值明显下降。原因可能是当归所含阿魏酸及挥发油类成分稳定性较差、经高温炒制后，其成分分解或挥发而使含量降低，且炒制品表面颜色加深、散发出炒焦的气味。因此，选取150 ℃作为响应面实验中炒制时间的中心点。

图2 灶心土用量、炒制时间及炒制温度对综合评分的影响

2.5.3炒制时间 如图2所示，固定灶心土用量及炒制温度，响应值随炒制时间的延长整体呈现出先增加后减小的趋势，当炒制时间为8 min时达到最大值。高温下长时间的炒制会造成阿魏酸和挥发油的分解或挥发，影响炮制效果。因此，选取8 min为响应面实验中炒制时间的中心点。

2.6响应面法实验设计与最佳工艺优选

2.6.1响应面法实验设计 在单因素实验基础上，依据Box-Behnken design中心组合设计原理，经Design Expert 8.0.6版软件设计出3因素3水平实验方案见表3。选择灶心土用量(A)、炒制温度(B)和炒制时间(C)作为考察因素，对所得供试品进行外观性状打分，并测定阿魏酸及挥发油含量，设置各个指标的权重，得出加权综合评分(Y)为响应值，优化土炒当归的最佳炮制工艺。

表3 因素水平

2.6.2模型方程的建立及显著性检验 按表4安排响应面实验得1～17号土炒当归样品，并进行综合评分。运用Design Expert 8.0.6版软件对实验结果进行响应面分析，以加权综合评分(Y)对各影响因素(A、B、C)进行二次多项回归及拟合，得到各因素与响应值的拟合方程：Y=94.00-0.050A-9.50B+1.10C-0.17AB+0.015AC-3.34BC-1.94A2-10.87B2-3.80C2，R2=0.993 8。对模型采用F检验进行方差分析。由表5方差分析结果显示，回归模型F=124.26(P<0.000 1)，差异有统计学意义，说明模型的残差可能是随机误差产生的；炮制温度、炮制时间差异有统计学意义，灶心土用量差异无统计学意义；交互项BC、二次项A2、B2、C2为显著项，交互项AB、AC为不显著项；该模型的失拟项P=0.072 3>0.05，无显著性，说明该模型拟合较为合理，实验相对误差较小。以上数据显示，该模型能反映土炒当归炮制过程中各因素与响应值之间的实际关系，并较好地对炮制工艺参数进行分析与预测。

表4 响应面法实验设计与评分结果

表5 回归模型方差分析结果

2.6.3响应面图分析 依据Box-Behnken design拟合出的回归方程，分析灶心土用量、炮制温度与炮制时间其中任意两个因素与响应值的三维响应面图及等高线图(图3)，采用Design Expert 8.0.6版软件的响应化功能对实验结果进行回归模型预测。得到最佳工艺条件：灶心土用量为饮片量的0.30倍、炒制温度为140.16 ℃、炒制时间9.44 min。总评归一值的最大值为96.54分。结合药厂生产实际操作的可行性，最终选择灶心土用量为0.30倍，炒制温度为135～145 ℃，炒制时间10 min。

图3 不同因素对土炒当归综合评分影响的三维响应面图及等高线图

2.7炮制工艺验证 取同一批次当归饮片500 g，灶心土用量为0.30倍、炒制温度为140 ℃、炒制时间10 min制备土炒当归，平行制备3批样品。结果见表6，可知，土炒当归的实测值(97.37分)与总评归一化预测值(96.54分)相接近，说明该工艺条件稳定可行。

表6 验证实验结果

3 讨论

当归作为一种药食两用的中药，有益气、活血、调经、增强免疫力等功效。传统的炮制理论认为“土炒入脾”，采用土炒方法，当归入脾补血作用增强，缓和油润，使补血而不滑肠。本研究发现，当归经土炒后，阿魏酸与挥发油含量均有不同程度的降低，与传统炮制理论吻合。

本研究采用多指标、综合评价的方法优化土炒当归的炒制工艺。在单因素实验中，炒制温度、炒制时间对阿魏酸和挥发油含量影响较大。在响应面法优选最佳工艺实验中，所建立拟合方程R2=0.993 8，回归模型F=124.26(P<0.000 1)，该模型拟合度高，能反映土炒当归炮制过程中各因素与响应值之间的实际关系，并较好地对当归炮制工艺参数进行分析与预测。实验结果显示，炒制温度和炒制时间为显著因素，灶心土用量差异无统计学意义，3种因素对其影响主次顺序为：炒制温度>炒制时间>灶心土用量。最佳工艺为：将灶心土细粉(用量为饮片量的0.30倍)置于锅内，以140.16 ℃炒至松散，加入饮片，炒制9.44 min，取出，筛去多余土，晾凉。模型总评归一化预测值96.54分，经炮制工艺验证实测值为97.37分，实测值与预测值的相对误差较小，说明该工艺条件稳定可行。

在小试研究所提出的工艺参数基础上，结合中试生产实际，对工艺进行相应的调整，所优选出的土炒当归炮制工艺稳定、具体可控，可为土炒当归的工业化生产以及土炒当归在药食两用领域进一步开发提供理论依据及参考。