基于熵权法的灰色关联法-TOPSIS法对不同产地三七及其炮制品质量的评价研究

李雨昕，邢 娜，白浩东，王 雪，曾元宁，于天颖，马恩耀，王秋红,

基于熵权法的灰色关联法-TOPSIS法对不同产地三七及其炮制品质量的评价研究

李雨昕1，邢 娜1，白浩东1，王 雪1，曾元宁2，于天颖3，马恩耀3，王秋红1, 2*

1. 黑龙江中医药大学 教育部北药基础与应用研究重点实验室 黑龙江省中药及天然药物药效物质基础研究重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150040 2. 广东药科大学中药学院，广东 广州 510006 3. 广州采芝林药业有限公司，广东 广州 510145

利用熵权法结合灰色关联法-TOPSIS法建立三七质量评价模型，评价不同产地三七及其炮制品质量。以水分、醇浸出物、皂苷含量、多糖得率、多糖总糖含量、糖蛋白含量及糖醛酸含量作为检测指标，以熵权法计算权重，结合灰色关联法与TOPSIS法对各项指标进行统计分析，建立三七质量评价模型，综合考察红河、文山和曲靖3个产地共15个批次的三七及其炮制品的质量。检测结果表明不同产地不同批次的三七各指标水平大不相同；将三七炮制前后各项指标进行对比，发现蒸制后水分降低，浸出物含量增加，皂苷减少，多糖含量增加；15批三七及炮制品质量排序结果TOPSIS与灰色关联分析基本一致。基于熵权法的灰色关联法-TOPSIS法建立的质量评价模型方便有效，可用于三七质量评价。

三七；质量评价；熵权法；灰色关联法；TOPSIS法；三七皂苷R1；人参皂苷Rg1；人参皂苷Rb1；水分；醇浸出物；皂苷；多糖得率；多糖总糖；糖蛋白；糖醛酸

三七是五加科植物三七(Burk.) F. H. Chen的干燥根和根茎。味甘、微苦、温。归肝、胃经。具有散瘀止血、消肿定痛的功效。常用于咯血、吐血、衄血、便血、崩漏、外伤出血、胸腹刺痛、跌扑肿痛[1]。目前三七的应用主要有2种形式，即生三七和熟三七。在三七的现代炮制研究与使用中，炮制方法大多采用蒸制法，该方法是由食疗中的三七渣入鸡腹的隔水蒸渐渐演变至中药炮制的传统蒸法[2]。传统中医认为，三七具有“生打熟补”的特点，生品消肿化瘀、止血活血；熟品补血、益气、健体。现代研究表明，在炮制过程中，三七化学成分的种类及含量均发生改变，其药理作用亦明显不同[3-6]。三七中化学成分复杂多样，包括皂苷类、多糖类、氨基酸类、黄酮类及一些微量成分[7]。多糖是三七中除皂苷类成分外的又一主要活性成分，在三七中不仅含量相对较高，并且具有明显的生物活性，如免疫调节、降血糖、抗氧化、抗癌、抗衰老、促进细胞增殖等[8-10]。因此，现将三七多糖作为相关检测指标，结合《中国药典》2020年版三七项下检测内容，选取水分、醇浸出物、皂苷含量、多糖得率、多糖总糖含量、糖蛋白含量、糖醛酸含量作为检测指标，对三七质量进行评价。

本实验建立三七质量评价模型由于指标数量较多且各指标重要程度未知，故选用熵权法[11]计算各指标权重，避免主观判断影响数据的客观性。灰色关联度法[12-13]对于样本量及样本规律性没有严格要求，能以少量数据得到结果，在各个领域应用广泛，近年来也逐步应用于中药领域研究。TOPSIS法[14]（technique for order preference by similarity to an ideal solution）又称逼近理想解排序法，由Hwang和Yoon于1981年提出，此法依据评价对象与理想目标的欧氏距离，将多维化为一维，多指标转换为综合指标进行排序，适用于多指标决策分析。本研究首次将熵权法、灰色关联度法和TOPSIS法[11,15]联合应用于中药材质量评价，建立直观可行的三七质量研究模型，综合分析中药三七的质量优劣，并可将该方法运用于其他中药材质量研究。

1 仪器与材料

1.1 仪器

GZX-9140MBE型电子天平（梅特勒-托利多有限公司）；GZX-9140MBE型电热恒温鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；Waters e2695液相色谱仪（沃特世科技（上海）有限公司）；SB25-12DTD型超声波清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；N-1300型旋转蒸发仪（东京理化器械株式会社）；Milli-Q型纯水仪（广州皇河仪器科技有限公司）；HH-6型数显恒温水浴锅（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；UV-1800型紫外-可见分光光度计（岛津仪器有限公司）。

1.2 材料

对照品人参皂苷Rb1（批号RFS-R01211810029，98.58%）、人参皂苷Rg1（批号RFS-R01511812013，99.16%）、三七皂苷R1（批号RFS-S00211811027，98.52%），均购自成都瑞芬思生物科技有限公司；考马斯亮蓝G250购自天津市光复精细化工研究所（批号626M035）；牛血清白蛋白购自北京博奥拓达科技有限公司（批号224V055）；-无水葡萄糖（批号CHB180929）、-半乳糖醛酸（批号CHB180227）购于成都克洛玛生物科技有限公司；咔唑（批号C10196252）购自美国Sigma公司；甲醇购自天津市百世化工有限公司（批号20200815）；乙腈购自赛默飞世尔科技（中国）有限公司（批号211921）；硫酸购自广州牌化学试剂公司（批号20190101）；重蒸苯酚购自上海蓝季科技发展有限公司（批号20180328）；无水乙醇购自天津市富宇精细化工有限公司（批号20190420）。乙腈为色谱纯，其余试剂均为分析纯。

15批三七药材由广州采芝林药业有限公司提供的净制药材，分别采集自云南曲靖、文山、红河3个产地，每个产地各5个批次，分别编号为Q1～Q5、W1～W5、H1～H5。经广东药科大学中药资源系副主任刘基柱教授鉴定为五加科植物三七(Burk.) F. H. Chen的干燥根和根茎。样品产地信息见表1。

表1 样品产地信息

2 方法

2.1 三七的炮制

称取一定质量的三七，加入其质量40%的水，浸润24 h至润透。蒸锅加热至有蒸汽冒出，放入三七药材，蒸制3 h后取出，趁热切片，烘干。

2.2 有效成分的含量测定

2.2.1 色谱条件 Sunfire C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5.0 μm）；流动相为乙腈-水；梯度洗脱：0～12 min，19%乙腈；12～60 min，19%～36%乙腈；体积流量1 mL/min；检测波长203 nm，柱温25 ℃；进样体积10 μL。HPLC色谱图见图1。

图1 混合对照品(A)、生三七(B)及蒸三七(C)HPLC色谱图

2.2.2 对照品溶液的制备 精密称取三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1适量，加入甲醇，制成混合对照品溶液，其中含有人参皂苷Rg11.2 mg/mL，人参皂苷Rb11.2 mg/mL，三七皂苷R10.3 mg/mL。

2.2.3 供试品溶液的制备 精密称取过4号筛的三七粉末0.6 g，加入50 mL甲醇并称定质量，放置过夜，80 ℃水浴加热2 h，放凉，补足减失质量。

2.2.4 线性关系考察 取“2.2.2”项下对照品溶液，在“2.2.1”色谱条件下分别进样5、10、15、20、25、30、35 μL，以三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1质量浓度为横坐标（），峰面积为纵坐标（），绘制标准曲线，得出回归方程，见表2。

表2 三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1线性关系

2.2.5 重复性试验 取W1生品样品6份，按“2.2.3”项下供试品制备方法制备供试品溶液，“2.2.1”色谱条件下进样10 μL，按回归曲线计算峰面积三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1保留时间RSD分别为0.70%、1.69%、0.50%；峰面积RSD分别为2.95%、0.14%、2.55%。证明此方法重复性良好。

2.2.6 精密度试验 取W1生品样品1份，按“2.2.3”项下供试品制备方法制备供试品溶液，“2.2.1”色谱条件下进样，重复进样6次，按回归曲线计算峰面积。三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1保留时间RSD分别为0.20%、1.27%、0.17%；峰面积RSD分别为0.69%、0.07%、2.15%。

2.2.7 稳定性试验 取W1生品样品1份，按“2.2.3”项下供试品制备方法制备供试品溶液，“2.2.1”色谱条件下进样，分别在0、2、6、8、12、16、24 h进样，按回归曲线计算峰面积。三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1保留时间RSD分别为0.74%、2.46%、0.57%；峰面积RSD分别1.85%、0.15%、2.12%。证明此方法稳定性良好。

2.2.8 加样回收率试验 精密称取W1生品样品3份，分别加入一定量已知浓度的混合对照品溶液，按“2.2.3”项下供试品制备方法制备供试品溶液，“2.2.1”色谱条件下进样，计算得各成分的加样回收率，三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1加样回收率分别为96.53%、99.81%、101.32%；RSD分别为1.04%、0.93%、1.25%。

2.2.9 供试品含量测定 取“2.2.3”项下供试品溶液，在“2.2.1”色谱条件下进样10 μL，测定峰面积代入回归曲线计算皂苷含量。

2.3 水分、浸出物含量测定

参照《中国药典》2020年版三七项下水分（通则0832）及浸出物（通则2201）测定方法[1]。

2.4 多糖得率测定

取一定质量药材，以10倍量80%乙醇提取2次，每次2 h，药渣晾干再以30倍水提取2次，每次2 h，水液减压浓缩至一定体积，加入95%乙醇醇沉，静置24 h后抽滤，所得固体即为三七粗多糖，烘干，称定质量，计算多糖得率。

2.5 多糖含量测定

2.5.1 总多糖含量测定 葡萄糖标准曲线的配制：称取一定质量的无水葡萄糖标准品，加蒸馏水溶解并定容，得到葡萄糖标准品溶液。精密量取葡萄糖标准品溶液0.2、0.4、0.5、0.6、0.7、1.0、1.4 mL置10 mL具塞试管中，分别加蒸馏水补充至2 mL摇匀，使用苯酚-硫酸法检测吸光度（）值。以葡萄糖含量为横坐标（），值为纵坐标（），绘制标准曲线，计算回归方程。线性回归方程为＝7×10−3＋0.057 3，2＝0.999 0。

样品中总多糖含量的测定：称取一定质量的粗多糖配制溶液，按照苯酚-硫酸法测定值，由标准曲线回归方程计算供试液中葡萄糖浓度，按公式（1）计算样品中总多糖的含量。

总多糖含量＝1×1/（1）

1为供试液中葡萄糖浓度，1为稀释因素，为供试样品的质量

2.5.2 总多糖中蛋白含量测定 牛血清蛋白标准曲线的配制：称取一定质量的牛血清蛋白，加蒸馏水溶解并定容，得到蛋白标准品溶液。精密量取蛋白标准品溶液0.1、0.2、0.3、0.7、0.8、0.9 mL置10 mL具塞试管中，分别加蒸馏水补充至1 mL摇匀，使用考马斯亮蓝法检测值。以蛋白含量为横坐标（），以值为纵坐标（），绘制标准曲线，计算回归方程。线性回归方程为＝0.006－0.043 5，2＝0.997 4。

样品中蛋白含量的测定：称取一定质量的粗多糖配制溶液，精密吸取样品溶液1 mL于具塞试管中，按照考马斯亮蓝法测定值，再根据标准曲线回归方程计算蛋白浓度，按公式（2）计算蛋白含量。

蛋白含量＝2×2/（2）

2为供试液中蛋白浓度，2为稀释因素，W为供试样品的质量

2.5.3 总多糖中糖醛酸含量测定 半乳糖醛酸标准曲线的配制：称取一定质量的半乳糖醛酸，加蒸馏水溶解并定容，得到半乳糖醛酸标准品溶液。取半乳糖醛酸溶液50、75、100、150、200、250、300、350 μL，补至1 mL，放入10 mL具塞试管，使用硫酸咔唑法检测值。以半乳糖醛酸含量为横坐标（），以值为纵坐标（），绘制标准曲线，计算回归方程。线性回归方程为＝0.010 3－0.012 7，2＝0.997 6。

样品中糖醛酸含量的测定：称取一定质量的粗多糖配制溶液，精密吸取样品溶液1 mL于具塞试管中，按照硫酸咔唑法测定值，再根据标准曲线回归方程计算半乳糖醛酸浓度，按公式（3）计算样品中糖醛酸的含量。

糖醛酸含量＝3×3/（3）

3为供试液中糖醛酸浓度，3为稀释因素，为供试样品的质量

3 结果与分析

3.1 三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1含量测定结果

如表3数据所示，15批三七炮制后各指标变化趋势主要分为3类：Q2、W5中三七皂苷R1、人参皂苷Rb1和人参皂苷Rg13个单体皂苷含量及总量均上升；W2、W3、W4中3个单体皂苷含量及总量均下降；Q4、Q5、W1、H4中三七皂苷R1含量下降，其余2个单体皂苷含量及皂苷总量均上升。另有Q1三七皂苷R1和人参皂苷Rb1含量上升，其余2个指标下降；Q3与Q1趋势相反。药典检测指标皂苷总量在生品中H3最高，W2最低。蒸制品中Q5最高，W3含量最低。蒸制后红河地区三七中皂苷总量略有下降，曲靖地区皂苷总量相对稳定，文山地区皂苷总量有升有降。15个批次中Q5、W1、W5蒸制后皂苷总量增加较多，W2、W3、W4、H1、H2、H3和H5 7个批次蒸制后皂苷总量有不同程度减少，其余批次蒸制前后皂苷总量基本稳定。综合15个批次来看，不同产地不同批次的三七皂苷总量差异较大，蒸制前后皂苷含量变化也各不相同。

3.2 水分、浸出物含量及多糖得率

从表4中可以看到，生三七水分测定结果在11.86%～13.35%。整体水分偏高趋于稳定，可能与实验地点潮湿气候有关；浸出物含量处于16%～18%，各产地含量较为平均，曲靖产区含量略高于文山、红河产区；H4和H5三七多糖得率较高，Q1、Q2、Q3较低，其余批次得率较为稳定，处于8%～10%。各批次三七蒸制后，其水分含量均不同程度下降，浸出物含量均呈现上升趋势，但不明显；多糖得率显著增加，文山、红河三七得率较高，优于曲靖产地，其中以H4为最高。综合对比后得出，蒸制后，三七水分降低，浸出物含量增加，多糖得率上升。

表3 三七生品及其炮制品各15批次皂苷含量

表4 三七生品及其炮制品各15批次水分、浸出物、多糖得率结果

3.3 多糖含量测定

由表5数据可得，生三七总多糖含量不同产地不同批次差异较大，文山产地优于曲靖、红河产地；蛋白含量文山和红河相对较低，优于曲靖；糖醛酸含量各批次差异较大，其中红河产地含量较高。蒸制后Q1、W1和W5 3个批次总多糖含量略有下降，其余批次总多糖均有所上升，以W3增加量最多；蛋白含量除Q3上升外，其余批次均有不同程度下降；除Q1和H5糖醛酸含量略有下降外，各批次糖醛酸含量均有所增加，其中文山W1、W2和W5 3个批次含量增加显著。

3.4 数据分析

3.4.1 熵权法计算权重 构建三七质量评价矩阵X（＝1，2，……，；＝1，2，……，；＝15，＝7）。7个指标中水分与蛋白含量为负向指标，即数据越小越好。需要将原始数据进行同向化，得到同向化后的矩阵′，再计算各指标信息熵（e）及权重（w）。计算结果见表6。信息熵反应了指标的离散程度，熵越大，指标的离散程度越小，指标对于决策的重要值，即权重越小。从表6计算结果可以看出生三七指标权重大小为浸出物＞皂苷含量＞糖醛酸含量＞多糖含量＞水分＞多糖得率＞蛋白含量；蒸三七指标权重大小为浸出物＞多糖含量＞皂苷含量＞蛋白含量＞多糖得率＞糖醛酸含量＞水分。

表5 三七生品及其炮制品各15批次总多糖、蛋白、糖醛酸含量结果

表6 三七生品及其炮制品信息熵及权重

3.4.2 灰色关联度法计算各指标相对关联度 按公式（4）将同向化矩阵′（＝1，2，……，；＝1，2，……，；＝15，＝7）标准化处理得到标准化矩阵Y。计算最优参考序列与最差参考序列的最优参考序列的加权关联度（r）、最差参考序列的加权关联度（r）及相对关联度（r）。计算结果见表7。

Y=X/X（4）

3.4.3 TOPSIS法计算贴进度[11-15]计算评价对象与正、负理想解的欧氏距离（＋、−）以及各对象与最优解的相对贴近程度（C），结果见表8。

3.4.4 熵权-灰色关联-TOPSIS法计算综合贴进度 灰色关联法是根据方案与理想解的几何相似程度进行排序，TOPSIS法是根据评价对象与理想解距离的接近程度进行排序。运用熵权法计算权重，对2个模型数据进行权重矫正，突出重要指标的在评价模型中的作用，令评价模型更为真实客观，可信度更高。对2者进行加权计算综合贴进度T，综合贴进度越大，表明评价对象越优。结合生品及蒸制品的优劣排序，得出15个批次的综合排序，排序结果见表9。

表7 三七生品及其炮制品各15批次加权关联度及相对关联度

表8 三七生品及其炮制品各15批次D＋、D−及相对贴近程度Ci

表9 三七生品及其炮制品各15批次综合贴进度Ti

4 讨论

三七作为我国常用的药食同源药材，不仅应用于临床治疗，居民也常备三七粉用于保健，对三七的质量评价尤为必要。蒸三七作为常见的三七炮制品种，其质量评价也应一同纳入三七质量评价范围。早期三七研究大多集中于生三七，有关熟三七化学成分及物质基础研究较少。近年来，众多研究者将研究方向转向三七炮制品，在熟三七化学成分提取及药理作用研究上取得了进展[16-18]。本研究选取《中国药典》2020年版项下3项检测指标及三七多糖有关的4项指标，对三七品质进行了初步的筛选。三七经蒸制后浸出物含量上升，多糖含量上升，多糖中总糖，糖蛋白，糖醛酸含量均有所增加，符合本研究组提出的炮制转化多糖理论，也与文献报道[5,8,19]中炮制后多糖增多相吻合，其原因可能是部分可溶性糖在高温分解，生成游离糖。15个批次中有12个批次三七皂苷R1含量下降，8个批次人参皂苷Rg1，人参皂苷Rb1，皂苷总量下降，基本符合相关文献报道[5,20-23]中炮制后皂苷减少的现象，推测在蒸制过程中，高温使部分皂苷发生降解、转化，生成稀有皂苷。部分批次皂苷含量上升，推测为三七蒸制后经烘干水分下降，未折合水分影响造成皂苷计算值变大，造成各批次皂苷含量上升或不变的现象。炮制过程中，高温对三七中的化学成分进行降解、转化，造成了生、熟三七化学成分的差异，这可能是生、熟三七药理作用不同的原因。

通过本研究对不同产地不同批次蒸制前后三七进行质量评价，根据各项检测指标可以看出不同产地的三七质量存在差异，同一产地不同批次的三七质量亦有区别。从本次采集药材综合排名来看，红河地区三七质量较优，曲靖地区三七两级分化严重，文山地区三七质量水平较为平均，处于本次检测15批药材的中等水平。曲靖、文山、红河3个产地均位于云南省东南部，地理环境相似。云南文山作为三七的道地产区，其5个批次的三七在此次质量评价中排名并不靠前，与预估的排名有所出入。通过查阅资料发现，自2013年起，文山三七种植面积快速扩增，2015—2016年达到667 hm2，产量3～4万t/年。连年扩种及轮作间隔的缩短都可能造成文山三七品质的下降。除文山州外，云南省发展多个地区进行三七种植，经此次质量评价，发现云南其他产地三七也可达到《中国药典》2020年版要求，甚至部分产地批次优于文山三七，为发展多地区种植三七提供初步的理论支持。

本研究将熵权法、灰色关联度法和TOPSIS法3者结合，共同运用于中药材质量评价体系。运用数学模型排除主观干扰，方便快捷直观的对三七质量进行评估。在今后研究过程中，可引入稀有皂苷、重金属、农药残留等多项指标，对三七品质进行全方面评判，筛选产地、品种、炮制方法、炮制工艺等多项因素，提升三七品质。所建立的模型为三七质量评估及一致性评价提供了理论依据，并可完成其他品种的中药材、饮片或复方制剂等多批次多指标评价，达到质量评估的目的。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

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Study on quality evaluation ofetand its processed products from different producing areas by grey correlation method and TOPSIS method based on entropy weight method

LI Yu-xin1, XING Na1, BAI Hao-dong1, WANG Xue1, ZENG Yuan-ning2, YU Tian-ying3, MA En-yao3, WANG Qiu-hong1, 2

1. Heilongjiang Key Laboratory of Traditional Chinese Medicine and Natural Medicine Pharmacodynamic Material Bases, Key Laboratory of Basic and Applied Research of Northern Medicine, Heilongjiang University of Chinese Medicine,Harbin 150040, China 2. School of Traditional Chinese Medicine, Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, China 3. Guangzhou Caizhilin Pharmaceutical Co. Ltd., Guangzhou 510145, China

To establish a quality evaluation model ofusing the entropy weight method combined with the gray correlation method and the TOPSIS method for evaluating the quality ofetand its processed products from different origins.The water, alcohol extract, saponin content, polysaccharide yield, total polysaccharide content, glycoprotein content and uronic acid content were chosen as detection indexes foret, the weight was calculated by entropy weight method, and the indexes were statistically analyzed by grey correlation method and TOPSIS method. Through statistical analysis, a quality evaluation model ofetwas established to comprehensively inspect the quality of 15 batches ofetfrom three production areas, including Honghe, Wenshan and Qujing, and its processed products.The results showed that the indexes ofetfrom different regions and batches were quite different. Comparing the changes before and after processing, it was found that the moisture content decreased, the extract content increased, the saponin content decreased, and the polysaccharide content increased. Fifteen batches ofetand processed products quality ranking results TOPSIS were in good consistency with the grey relational analysis.The quality evaluation model was established by the combined application of gray correlation method and TOPSIS method based on entropy weight method, it was simple and effective, which can be used for the quality evaluation ofet.

(Burk.) F. H. Chen; quality evaluation; entropy method; grey correlation method; TOPSIS method; notoginsenoside R1;ginsenoside Rg1; ginsenoside Rb1; water content; alcohol extract; saponin content; polysaccharide yield; total polysaccharide content; glycoprotein content; uronic acid

R286

A

0253 - 2670(2023)04 - 1252 - 08

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.04.026

2022-09-09

国家重点研发计划项目（2018YFC1707100）

李雨昕，硕士研究生，研究方向为中药炮制原理及饮片质量。Tel: 17745136707 E-mail: 1004099453@qq.com

王秋红，教授，博士生导师，研究方向为中药炮制、中药药效物质基础和作用机制。Tel: (020)39353241 E-mail: qhwang668@sina.com

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