电子束辐照对三七粉主要成分及指纹图谱的影响

付 孟，王 丹, ，王 钢，唐艺文，林永杰，高 鹏，黄 敏

（1.西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳 621010；2.四川原子能研究院，四川成都 610101；3.辐照保藏四川省重点实验室，四川成都 610101）

三七在《中国药典》2020 版中定义为五加科植物三七Pananx notoginseng（Burk）F.H.Chen 的干燥根和根茎[1]。根据现代药理研究表明，三七具有活血[2]、抗氧化[3]、止血[4]、抗炎[5]、保护神经[6]、抗肿瘤[7]、免疫调节[8]等作用。卫生部在2020 年允许三七添加在保健食品当中；三七在2012 年被国家食品药品监督管理局列入“可用于保健食品的物品名单”[9]，在医药、保健、食品等多方面应用广泛。

然而，三七的根茎在土壤内，根茎生长不规则，表面有很多褶皱，导致微生物数量较多，三七粉在制作过程中也容易造成微生物污染，因此三七分的微生物控制是保证三七粉质量的一项重要因素[10]。目前三七粉常用的灭菌方式有湿热灭菌[11]、硫磺熏蒸、60Co-γ辐照灭菌[12]等，但高温会引起三七内皂苷含量的下降[13]，硫磺熏蒸等存在熏蒸过度、影响药效等隐患。因此，选择一种绿色高效、处理过程温度变化较小的灭菌工艺来杀灭三七微生物是至关重要的。辐照作为一种冷杀菌技术，在市面上的运用越来越广泛。与60Co-γ射线相比电子束具有成本低、效率高、剂量控制更精确等优点，广泛用于食品、医药方面的辐照加工[14]。电子束辐照不会产生放射性，是利用电能产生电子束流发挥作用，用于食品上更容易让大众接受，虽然电子束的穿透力较60Co-γ射线更弱，但随着电子加速器设备的不断发展与完善，以及辐照方式的不断优化，电子束辐照有逐步取代60Co-γ射线辐照成为主流辐照技术的趋势[14]。关于电子束辐照在三七粉的中的应用国内外鲜见报道，电子束辐照灭菌是否适用于三七粉还有待探究。

因此，本实验采用电子束辐照处理三七粉，设置2、4、6、8、13 kGy 五个辐照剂量，以未辐照组为对照，每组设定三个平行。以微生物数量、理化指标、色泽、活性成分、抗氧化活性为考察指标，建立辐照前后三七粉的指纹图谱，探究不同剂量的电子束辐照对三七粉的杀菌效果及品质的影响，为电子束辐照技术在三七粉及其类似产品上的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

三七原药材 太极集团四川绵阳制药有限公司提供，产地绵阳三台，采收后仅做晒干处理，室温下贮藏。经西南科技大学侯大斌教授鉴定为五加科植物三七Panax notoginseng（Burk.）F.H.Chen 的干燥根；三七皂苷R1（纯度98%）、人参皂苷Rb1（纯度98%）、人参皂苷Rg1（纯度98%） 成都埃法生物科技有限公司；乙腈（色谱纯）、甲醇（色谱纯）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）赛默飞科技（中国）有限公司；无水乙醇等其他试剂分析纯，成都市科隆化学品有限公司。

SPECORD 200 PLUS 紫外-可见分光光度计德国Analytik Jena 公司；5804R 高速离心机 德国Eppendorf 公司；RHCX-35 超声波清洗器 济宁荣汇超声波设备有限公司；NH300 色差仪 深圳市三恩时科技有限公司；GE60DA 高压蒸汽灭菌锅 美国致微公司；DHG-9123A 电热鼓风干燥箱 上海申贤恒温设备厂；UltiMate3000DGLC 双三元、二维液相色谱仪系统 美国赛默飞世尔公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 三七样品粉碎过50 目筛，粉碎后的样品采用聚乙烯自封袋（15 cm×20 cm）封装，每袋约100 g，平均厚度1.5 cm。包装好的样品送至四川润祥辐照技术有限公司（四川眉山），采用电子加速器（VF-ProAcc-10/20，10 MeV，20 kW）进行辐照处理。查阅资料[12,15-16]，设定辐照剂量为2、4、6、8、13 kGy，以未辐照样品（CK）为对照组。辐照后样品置于室温避光保存，按《中国药典》2020 版药材和饮片取样法取样检测[17]。

1.2.2 微生物数量检测 三七粉需氧菌总数（Total aerobic microbial count，TAMC）、霉菌和酵母菌总数（Total combined yeasts and molds count，TYMC）均按照《中国药典》2020 版非无菌产品微生物限度检查通则1105 进行测定[17]，TAMC、TYMC 含量检测结果以lg（CFU·g-1）表示。

1.2.3 理化性质的测定 三七粉样品按照《中国药典》2020 版三七项下要求测定其水分、灰分、醇溶性浸出物含量[17]。

1.2.4 色泽测定 三七样品采用色差仪测定，记录其L*、a*、b*值，根据公式计算饱和度C；根据公式计算总色差ρE值。

1.2.5 人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1、三七皂苷R1含量的测定 照《中国药典》2020 版三七项下含量检测方法，参照高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC），以乙腈-水为流动相，于203 nm 下测定皂苷含量[1]。

1.2.6 黄酮含量的测定 参照刘格[18]的方法提取三七粉中的的总黄酮。取三七粉末1.0 g 于磨口锥形瓶中，加入20 mL 70%的乙醇，超声提取1 h，过滤即得供试液。以芦丁为标准品，精确量取5 mL 供试液，利用Al（NO3）3-NaNO2比色法测定总黄酮含量。

1.2.7 抗氧化活性的测定

1.2.7.1 DPPH 自由基清除活性 参照徐宏化等[19]的方法并稍作修改，配制0.05 mmol/L 的DPPH 工作液，避光保存。用70%的乙醇配制1 mg/mL 的VC标准液，用70%的乙醇溶液将VC标准液稀释至不同的浓度，分别取40 μL 不同浓度的VC乙醇溶液，加入DPPH 工作液10 mL，避光反应30 min，于517 nm 下测定吸光度，得到标准曲线为Y=-0.1346X+0.5263，R2=0.9993。吸取40 μL 样品供试液，至加入DPPH 工作液10 mL 开始，测定样品吸光度值，样品抗氧化活性以1 g 三七粉达到所需VC的抗氧化能力表示（mg VC·g-1）。

1.2.7.2 ABTS 自由基清除活性 参照文献[19]的方法稍作修改，将等体积的7 mmol/L 的ABTS 溶液和2.45 mmol/L 的K2S2O8溶液混合均匀，置于4 ℃冰箱静置12 h 后得到ABTS 储备液。用无水乙醇稀释ABTS 储备液，使其在734 nm 下的吸光度值为0.700±0.020。以VC为对照品，配制不同浓度的VC乙醇溶液，取不同浓度的VC乙醇溶液50 μL，加入6 mLABTS 溶液，避光反应6 min 后，在734 nm下测定吸光度，得到标准曲线为Y=-0.6487X+0.6889，R2=0.9992。吸取50 μL 样品供试液，至加入ABTS 工作液6 mL 开始，测定样品吸光度值，样品抗氧化活性以1 g 三七粉达到所需VC的抗氧化能力表示（mg VC·g-1）。

1.2.8 三七样品辐照前后指纹图谱的建立 采用国家药典委员会制定的《中药指纹图谱相似性评价体系（2012 版）》建立不同辐照剂量下三七样品的指纹图谱。

取三七样品0.3 g，加入25 mL 甲醇，室温下超声30 min，取续滤液作为供试品溶液。洗脱条件：柱温：30 ℃；流速：0.8 mL/min；流动相：水（A）-乙腈（B）；进样量：10 μL；检测波长：203 nm；洗脱梯度：0～10 min，20% B；10～42 min，20%～36% B；42～71 min，36%～94% B；71～83 min，94% B；81～83 min，94%～20% B；83～93 min，20% B。

1.3 数据处理

结果用SPSS 25 进行方差分析，以平均值±标准差（Mean±SD）表示，采用多重比较分析是否有显著差异（P＜0.05 表示差异显著），图片均采用Origin 2021 绘制。

2 结果与分析

2.1 电子束辐照对三七粉微生物数量的影响

表1 为不同剂量电子束处理下三七粉微生物数量的变化。三七粉的初始TAMC 为3.07 lg CFU·g-1，TYMC 为2.12 lg CFU·g-1。采用电子束辐照处理后，微生物数量显著下降（P＜0.05），当辐照剂量为2 KGy 时，TAMC 为2.54 lg CFU·g-1，TYMC 未检出。辐照剂量为4 kGy 时，TAMC、TYMC 均未检出。当辐照剂量达到4 kGy 及以上时，三七粉微生物数量符合现行《中国药典》要求。以辐照剂量为纵坐标，需氧菌总数的对数值（lgN）为横坐标得拟合方程（Y=-0.8925X+3.8271，R2=0.9437），根据拟合方程得到三七粉中需氧菌总数的杀菌剂量的D10值为2.04 kGy。徐远芳等[20]利用电子束辐照食用葛根粉，结果发现电子束辐照对葛根粉中的霉菌、大肠杆菌均有明显的杀菌效果，菌落总数的杀菌剂量的D10为2.68 kGy。此外，王海英等[21]在利用60Co-γ对三七粉进行辐照灭菌中发现，三七粉经5 kGy 剂量辐照时，微生物数量达到检测标准限度以下，这与本实验结果存在差异，其原因其一可能是两种射线的穿透力不同，所需要的灭菌剂量不同；其二是因为三七粉的初始含菌量差异影响，初始含菌量越大，达到相同灭菌效果的所需剂量就越大，这种现象在Khawory等[22]的研究中也有体现。Kyung 等[23]认为，辐照之所以能够杀死微生物，是因为通过辐射的间接作用，在一定程度上会破坏细胞中的蛋白质和酶，从而杀死微生物。Egea 等[24]的研究中发现，辐照会破坏细胞内DNA 的双螺旋结构，使DNA 无法复制，从而导致细胞死亡。因此，电子束辐照能有效降低三七粉中的微生物数量，当辐照剂量为2.04 kGy 时，能使微生物数量下降一个数量级。

表1 电子束辐照对三七粉微生物数量的影响Table 1 Effects of high-energy electron beam irradiation on microbe quantity of Panax Notoginseng

2.2 电子束辐照对三七粉理化品质的影响

《中国药典》2020 版规定三七粉水分含量必须低于14%，总灰分含量必须低于6%，醇溶性浸出物必须大于16%。由表2 可知，三七粉水分含量范围为10.17%～10.65%、总灰分含量范围为2.94%～3.00%、醇溶性浸出物含量范围为17.10%～17.34%，均符合药典规定，且各处理组之间无显著差异，各含量与辐照剂量无明显相关性。于明等[25]在探究电子束辐照对天麻品质的影响时，把天麻的理化品质作为评价其质量优劣的一项重要指标。何毅等[26]以2、4、6 kGy电子束辐照处理川麦冬，结果发现电子束辐照对麦冬的水分、灰分、浸出物含量均无显著影响，与本实验研究结果一致。韩振明等[27]在利用60Co-γ 处理蜈蚣药粉时，也发现蜈蚣药粉的水分、灰分、醇溶性浸出物受辐照的影响不大。但是，付孟等[28]利用电子束处理大黄中发现，辐照后大黄的水分、灰分含量无显著差异，但浸出物含量随着辐照剂量的增加而显著增加，与本实验结果存在差异，这可能与药材本身的性质有关。因此，13 kGy 以下电子束辐照对三七粉的理化品质影响不显著。

表2 电子束辐照对三七粉理化品质的影响Table 2 Effects of high-energy electron beam irradiation on physicochemical quality of Panax notoginseng

2.3 电子束辐照对三七粉色泽的影响

药材的颜色与其品质密切相关，是评价中药材品质的直观指标。L*值代表亮度，a*代表红度值，b*代表黄度值，C 值代表饱和度，ΔE代表总色差。由表3 可知，辐照后三七粉的a*值、b*值、C 值均有降低，这说明在辐照后，三七粉的红度值、黄度值和饱和度均减小，在一定程度上说明三七粉在辐照后颜色变浅，但颜色的改变与辐照剂量的大小无关。Jung等[29]在研究电子束辐照辣椒粉的实验中发现辣椒粉的颜色变化与辐照剂量不呈线性关系，与本实验结果类似。Rather 等[30]也认为，辐照导致的颜色改变没有明显的规律性。黄卉等[31]提出，颜色差异可以用总色差ΔE辨别，当ΔE＜0.5 时为极小差异，ΔE值在0.5～1.5 时表示稍有差异但不显著，当ΔE＞3 存在显著差异，ΔE＞12 表示不同颜色。本实验中不同处理组的ΔE值均小于1，表示各组之间总体色差不显著。于明等[25]在研究电子束辐照对天麻色泽的影响中发现，电子束辐照对天麻的总色差值影响较小，与本实验研究结果类似。因此，说明13 kGy 以下电子束辐照处理对三七粉的总体色泽无显著影响。

表3 电子束辐照对三七粉色泽的影响Table 3 Effects of high-energy electron beam irradiation on the color of Panax notoginseng

2.4 电子束辐照对三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、Rb1含量的影响

三七皂苷是三七的主要活性成分，三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、Rb1是药典规定的三七粉质量控制指标之一。有研究表明三七皂苷具有抗氧化[3]、抗癌[7]、降血脂[32]等作用，对乳腺癌[7]、肺纤维化[33]、高血脂[32]等多种疾病有较强的的抑制作用。现代药理学及临床研究表明，三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、Rb1对缓解血栓、保护血管有积极作用[32]。三七皂苷R1、人参皂苷Rg1还能抑制某些与炎症因子相关的信号通路，减少相关蛋白的表达，从而缓解炎症状态[34]。《中国药典》2020 版三七项下规定，三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、Rb1的总量不得少于5.00%。本实验结果发现，在0、2、4、6、8、13 kGy 剂量电子束辐照处理下，三种皂苷的总量为7.46%～7.68%，符合药典要求。三种皂苷的标准品色谱图如图1A 所示，三七中三种皂苷的HPLC 色谱图如图1B 所示。其中，1 号峰为三七皂苷R1，2 号峰为人参皂苷Rg1，3 号峰为人参皂苷Rb1。由图2 可知，随辐照剂量的上升，三七皂苷R1、人参皂苷Rb1含量呈下降趋向，下降幅度均小于2.5%。人参皂苷Rg1含量在辐照处理下略有波动，但变化幅度小于1%。可见，电子束辐照对三七粉中三种皂苷的含量有影响，但无显著影响且结果都在药典要求范围内。肖满等[12]采用60Co-γ辐照三七粉，结果发现13 kGy 以下剂量辐照对三种皂苷的含量无显著影响，与本实验研究结果类似。王海英等[21]利用60Co-γ射线对三七粉进行辐照灭菌，结果发现经5 kGy 剂量辐照后，三七皂苷R1的含量无明显变化。蔡杨靖等[35]在实验中也发现，辐照对康尔心胶囊中的三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、Rb1含量无显著影响。白羽[36]发现三七、西洋参、人参中的人参皂苷Rb1随着60Co-γ辐照剂量的增高而减少，但变化幅度也不大，与本实验结果类似，这可能是因为辐照导致部分大分子降解，导致成分含量减少。在本实验中，三七皂苷R1、人参皂苷Rb1的含量变化很小，因此可能是在实验过程中造成的误差，具体下降原因还需进一步实验验证。综上所述，电子束辐照对三七的三种皂苷含量影响不大，在可接受的范围内。

图1 三七HPLC 图Fig.1 HPLC chromatogram of Panax Notoginseng

图2 不同辐照剂量下三七粉中皂苷类成分的含量Fig.2 Contents of saponins in Panax notoginseng powder under different irradiation doses

2.5 电子束辐照对黄酮含量的影响

现代药理研究表明，三七黄酮类物质具有抗病毒[37]、调节血糖血脂[32]、保肝、抗癌等作用[38]，刘耀晨等[34]、张铁军等[32]在三七粉的质量标志物研究中也将黄酮类物质作为标志物之一。刘格[18]在综合评价不同产地三七药效质量中将黄酮类物质作为评价指标之一。由表4 可知，在13 kGy 以下剂量电子束辐照下，三七粉的总黄酮含量为1.25～1.27 mg RE/g，辐照后的总黄酮含量略有上升，但各处理组之间黄酮含量无显著影响（P＞0.05）。何毅等[26]研究发现，6 kGy 剂量以下电子束辐照对川麦冬的总黄酮含量影响不大。李俊杰等[39]采用电子束辐照灭菌昭通酱，结果发现昭通酱中的异黄酮类物质的含量无显著变化。顾可飞等[40]在利用电子束辐照甜高粱的实验中也得到了类似的结果，推测可能是因为黄酮类物质具有抗辐射能力，对低剂量辐照不敏感。相关研究表明，黄酮类物质的抗辐射功效对其他营养成分有一定的保护作用[41]。

表4 电子束辐照对三七粉总黄酮含量及抗氧化活性的影响Table 4 Effect of electron beam irradiation on total flavonoids content and antioxidant activity of Panax notoginseng powder

2.6 电子束辐照对三七粉抗氧化活性的影响

机体的氧化水平与抗氧化水平正常情况下是处于一个动态平衡当中的，当机体受到外界因素的影响或者机体自身异常时，这个平衡就会被破坏，即所谓的氧化应激。当氧化水平超过抗氧化水平时就会造成机体损伤，严重时会引起机体病变，例如阿兹海默症、糖尿病、高血压等[42]。近年来，随着天然植物抗氧化剂的深入研究，天然抗氧化剂已在水果、肉制品、蔬菜、医疗保健等多方面得到广泛应用。因此，植物的抗氧化能力是确定植物生物活性的指标之一。

表4 反映了不同剂量电子束辐照处理对三七样品DPPH 自由基清除活性及ABTS 自由基清除活性的影响。由表4 可知，电子束辐照导致样品的抗氧化活性显著增加（P＜0.05）。随着辐照剂量的增加，DPPH 自由基清除能力和ABTS 自由基清除能力均逐步增加。当辐照剂量为13 kGy 时，抗氧化活性达到最大值，与对照组相比DPPH 自由基清除活性增加约5.37%，ABTS 自由基清除活新增加约13.68%。Rather 等[30]在探究电子束辐照对杏干和木瓜干的影响时，发现辐照导致抗氧化活性增强，与本研究结果一致。Krishnan 等[43]也发现60Co-γ辐照能够增强大豆提取物的抗氧化活性。辐照能够破坏某些糖苷键，将大分子物质降解为小分子物质，从而导致抗氧化活性的增强[44]。本实验研究结果发现，辐照处理后皂苷含量略有下降，可能是因为辐照导致皂苷中某些键的断裂，产生了具有抗氧化活性的小分子，进而使抗氧化能力增强。抗氧化能力的大小是所有具有抗氧化活性物质共同作用的结果，例如黄酮、多酚、皂苷类物质均具有抗氧化活性。在本实验中，总黄酮含量在辐照后略有上升，可能是导致抗氧化活性增加的原因之一。辐照食品的抗氧化活性的增强也可能是酶活性的增加或组织中抗氧化剂化合物萃取率的增加，例如过氧化物酶活性的增强。Chawla 等[45]认为辐照导致抗氧化活性的增强是因为在辐照过程中形成美拉德反应产物（MRPs），MRPs 在食品中具有抗氧化潜力。因此，13 kGy 以下剂量电子束辐照能够显著提高三七粉的抗氧化活性，但具体原因有待进一步研究。

2.7 电子束辐照对三七粉指纹图谱的影响

中药指纹图谱是研究鉴定中药有效成分的有效方法，常用于中药材的质量控制、品质鉴定和新药研究等，已在社会上得到广泛的运用和认可[46]。本实验利用指纹图谱技术研究不同剂量电子束辐照对三七质量的影响，发现三七指纹图谱在8 kGy 以下电子束辐照处理下无明显变化。如图3 所示，本实验在HPLC 图谱上选择标定了14 个共有特征峰，在与对照品图谱比较下可确认2 号峰为三七皂苷R1，3 号峰为人参皂苷Rg1，9 号峰为人参皂苷Rb1。采用中药色谱指纹图谱相似度评价系统2.0 软件分别对不同剂量电子束辐照三七的指纹图谱生成对照图谱R，并计算相似度（表5）。由表5 可知，各处理组的三七样品特征峰相似度均能达到0.999 以上，说明在13 KGy 以下剂量电子束辐照不会对三七的化学成分产生显著影响。肖满等[12]研究发现，4、6、8 kGy剂量的60Co-γ辐照处理对三七粉的指纹图谱无显著影响，与本研究结果一致。徐远芳等[20]研究发现60Co-γ射线和电子束辐照处理均不会对葛根粉的指纹图谱产生显著影响。白羽辛等[46]的研究结果表明，辐照处理人参粉的指纹图谱相似度能达到0.9 以上，与本研究结果类似。因此，13kGy 以下剂量电子束辐照不会使三七粉的成分发生明显改变。

图3 三七粉HPLC 指纹图谱Fig.3 HPLC fingerprint of Panax notoginseng

表5 不同剂量电子束辐照前后三七粉指纹图谱相似度计算结果Table 5 Calculation results of fingerprint similarity of Panax notoginseng powder before and after electron beam irradiation at different doses

3 结论

本研究结果表明，电子束辐照能有效降低三七粉中的微生物数量，且辐照剂量越大，杀菌效果越明显，需氧菌总数的杀菌剂量的D10为2.04 kGy。当三七粉初始含菌量为TAMC 3.07 lg CFU·g-1、TYMC 2.12 lg CFU·g-1时，4 kGy 剂量电子束能有效控制其微生物数量。随着辐照剂量增加，三七粉抗氧化能力显著提高，13 kGy 辐照组较未辐照样品DPPH 自由基清除活性提高5.37%（P＜0.05），ABTS 自由基清除活性增加13.68%（P＜0.05）；三七皂苷R1、人参皂苷Rb1含量略有下降，但变化不显著。电子束辐照对其水分、灰分、浸出物含量、色泽、总黄酮含量及指纹图谱无明显影响（P＞0.05）。因此，电子束辐照能有效杀灭三七粉中的微生物，13 kGy 以内剂量辐照对三七粉的主要活性成分及品质无显著影响，且能提高其抗氧化能力，并且有望在保证其品质的前提下延长保质期。今后拟进一步探究三七粉电子束辐照加工工艺，探寻更高效的加工方式，为电子束辐照技术在三七及其加工制品上的应用提供理论依据。