基于灰色关联度法对11个产地不同商品等级大黄的质量评价

王 剑 刘书斌 沈 萍 杨江媛 陈金素

1.云南省中医医院，云南 昆明 650021；2.甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050；3.重庆市中医院，重庆 400020

大黄，别称为将军、锦纹等，主要来源为蓼科植物掌叶大黄、药用大黄或唐古特大黄的干燥根和根茎，味苦性寒，具有泻下攻积、逐瘀通经、清热泻火、凉血解毒、利湿退黄的功效[1]。据调查，大黄的人工种植分布区主要在我国西北甘肃、青海和西南地区四川、云南等地，尤其是甘肃铨水、西礼等地的“铨水大黄”块形大，占全国大黄商品流通量75%以上，质地坚而享誉天下[2]。目前大黄药材多采用商品等级划分进行市场流通[3]，一般为一等品、二等品、三等品和水根。现代研究[4]表明，芦荟大黄素作为大黄的抗菌有效成分，对葡萄球菌和链球菌的抑菌效果最为显著，还具有抑制癌细胞的作用，这与大黄清热泻火、凉血解毒的功效相对应；儿茶素具有抗肿瘤、抗氧化、抗病菌以及保护心脑器官等多种药理作用[5]，与大黄逐瘀通经、利湿退黄的功效相一致；大黄素可抑制Na+和K+从肠腔转运至细胞，使水分大量的滞留在人体的肠腔内，促进大肠蠕动和排便，具有泻下攻积作用[6]，故本研究认为通过测定大黄这3种有效成分可以综合地、全面地对大黄不同商品等级的质量进行评价。

目前国内外对大黄的质量评价，基本以药典规定检查项进行评价，多体现在大黄的显微理化、薄层鉴别和单一化学成分的含量测定[7]，或基于药材化学指纹图谱或活血生物效价的单一指标评价模式[8]，或采用多种化学成分的高低，难以采用科学、高效和合理的统计学模型对药材质量进行综合评价。灰色关联与中医药理论特点相契合，采用“灰色思维”对系统模型内的各种作用指标起的作用机制不明确、对中药材的质量评价指标信息等模糊不焦距问题可全面解决。本实验通过测定11个不同产地共44批大黄不同商品等级样品中浸出物、总灰分、儿茶素、芦荟大黄素和大黄素的含量，构建大黄不同商品等级质量评价的灰色关联度模型，为该药材不同商品等级的质量评价提供新的参考方法。

1 材料

1.1 实验仪器 1100系列高效液相色谱仪(美国安捷伦公司)、UPH-I-5T型优普超纯水制造系统(上海优普超片设备公司)、DV 215CD型电子天平(奥豪斯仪器有限责任公司)、GB208型电子分析天平(北京赛多利斯科学仪器有限公司)。对照品为大黄素对照品(中国食品药品检定研究院，批号111795-201408，纯度>98%)，儿茶素对照品(批号：122811，纯度>98%)，芦荟大黄素对照品(批号：03071201，纯度>98%)均购自天津士兰科技有限公司；甲醇为色谱纯，其余试剂均为分析纯。

1.2 样品来源 44批样品于2020年3月至5月分别购于青海、甘肃、四川和云南等省份，经云南省中医医院药学部陈金素副主任中药师鉴定为药典规定的蓼科植物3种来源大黄的干燥根和根茎。以上样品均为栽培2年生药材，依据《新编中国药材学》[9]中对3个不同基原大黄药材的表面、质地、大小、气味等外观性状和有无糠心、杂质、虫蛀、霉变对大黄样品进行商品等级划分，具体方法为：一等品以每公斤8个以内(或每只150～250 g)，糠心不超过15%；二等品以每公斤12个以内(或每只100～200 g)，糠心不超过15%；三等品以每公斤18个以内(或中部直径在3.5 cm以上)，糠心不超过15%；水根以中部直径在2 cm以上，糠心不超过15%进行商品等级划分。干燥后粉碎过4号筛，保存后留存，不同商品等级大黄样品的信息见表1。

表1 不同商品等级大黄药材的编号及来源表

表1(续)

2 方法与结果

2.1 浸出物和总灰分的测定 参照《中华人民共和国药典》[10]2020年版水溶性浸出物测定法(通则2201)项下的热浸法测定浸出物和通则2302测定总灰分。结果见表2。

表2 44批大黄中浸出物和总灰分的测定表

2.2 含量测定 参照颜永刚等[11]的HPLC色谱条件为：ZORBAX SB-C18色谱柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，流动相：甲醇(A)-0.2%乙酸(B)，梯度洗脱程序见表3，流速1.0 mL·min-1，进样量10 μL，柱温25 ℃，检测波长260 nm；在上述色谱条件下，理论板数以各待测成分峰计均≥5000，各成分基线分离良好，分离度>1.5，色谱峰对称因子均在0.95～1.05。结果见表4。

表3 梯度洗脱程序表

表4 44批大黄中3种化学成分的含量测定表

2.3 大黄不同商品等级质量评价及灰色关联度模型的建立

2.3.1 灰色关联度方法的建立

2.3.1.1 参考序列的选择 参照文献[12]的方法，本研究共有44个样品，每个样品有5个评价指标，分别是总灰分、浸出物、儿茶素、芦荟大黄素和大黄素。组成一个灰色关联度评价单元序列，记为：{Xik}(i=1，2，……44；k=1，2，3，4，5)；本研究中m=44，n=5。其次选择参考序列，确定大黄质量评价的最优和最差参考序列。设{Xsk}=max{1≤s≤m}{Xik}是大黄质量评价最优参考序列，表明该序列是各项指标是n个样品对应指标的最大值，反之，则{Xtk}=min{l≤t≤m}{Xik}是最差参考序列。

2.3.1.2 5个评价指标的规格化处理 因为大黄药材的5个指标的计量单位不统一，需要对所有数据进行规格化处理才能最大限度的减少数据差异带来的分析误差，一般采用以该数值的均值化作为参照，进行归一化变换，其公式为Yik=Xik/Yk，其中Yik代表评价指标规格化处理后的数据，Xik为5个指标，Yk为第m个大黄样品的第k个指标的平均值。本研究采用均值法对5个指标的质量分数数据进行归一化数据5个指标处理，结果见表5。

表5 44批大黄的原始数据规格化表

2.3.1.3 关联系数与关联度的计算 按公式①和②计算，分别计算出评价单元相对最优参考序列和最差参考序列的关联系数。按公式③和公式④计算出评价单元相对于最优参考序列和最差参考序列的关联度，结果见表6、表7。

表6 44批大黄药材最优参考序列的关联系数与关联度表

表7 44批大黄药材最差参考序列的关联系数与关联度表

①

式中Δmin=min|Yik-Ysk|，Δmax=max|Yik-Ysk|(i=1，2，……m；k=1，2，……n)。

②

③

④

2.3.1.4 相对关联度的计算 若该评价单元与ri(s)关联程度距离越接近而同时与ri(t)的关联程度最远，说明这一批的大黄药材是本研究系统中最佳评价单元。本研究将相对关联度定义为ri=ri(s)/(ri(s)+ri(t))，(i=1，2，……n)，认为相对关联度r能够综合、全面的代表大黄的实际质量，以相对关联度进行排序，得出大黄不同商品等级的质量名次，见表8。

表8 大黄样品相对关联度质量排序名次表

2.3.2 质量评价 由表8可知，相对关联度越大，则不同商品等级的大黄质量评价越高。44批样品中各评价单元序列的相对关联度>0.400的样本有33批，这些样本的质量评价较高，主要来源于大黄主产区甘肃省礼县、青海省化隆县、四川省阿坝州九寨沟县的样本。相对关联度排名在前25名的样本中，甘肃产有10批，青海产有6批，云南产有5批，四川产有4批，分别占各样本总数的40.0%、24.0%、20.0%和16.0%，说明采购于甘肃、青海的大黄质量较优，这与当地药农认为“甘肃、青海的的大黄评价度较高”一致。另外，前25名排序中，一等品(n=11)>二等品(n=8)>三等品(n=4)>水根(n=2)，观察数据发现，同一产地的不同大黄商品等级排名一般为：一等品>二等品>三等品>水根，这与《七十六种药材商品规格标准》中商品等级划分结果相吻合，说明依据大黄药材的质地轻重、直径大小等性状差异对大黄进行商品等级划分具有一定意义，与主产地药农根据商品等级进行“优形即优价”评价方法的科学内涵相一致。

3 讨论

对中药材质量评价研究和类似模糊不明确的系统，灰色系统作为有效手段已被广泛应用。因为灰色系统理论中，“中药成分与中药质量的关系是一种灰色关系”，关联度能遵从中医药的灰色思维，极大限度地排除未知因素对灰色关联度法整体评价的影响，尤其适用于现代多因素相互影响、相互制约的问题的研究[13-14]。由本研究建立的模型可知，以大黄素、儿茶素、芦荟大黄素、总灰分及浸出物为指标建立的灰色关联度模型应用于大黄不同商品等级药材的质量评价，能够较为客观地反映大黄不同商品等级的内在质量，与传统鉴别评价结果基本一致。在走访调查中，大黄由于种植、采收、初加工方法不同，药农一般在采挖后除去杂质，用线串起来晾干，有些部分地区则剥去外皮后熏干，人为随意加工造成商品规格等级混乱的情况多有发生，说明“辨状论质”虽然具有很强的操作性，但其科学内涵理论研究还是要基于多种化学成分来阐述商品规格划分的科学性，探索新技术、新方法在根及根茎类药材商品规格等级中的应用，不断提高标准的稳定性、科学性和实用性。

目前国内不同产地大黄的流通交易多以“小规模、自加工”的农户生产模式普遍存在[15]，加之各主产区乡镇因种植不规范、采收年限短等原因，导致该药材商品质量参差不齐。本文收集了44批大黄不同商品等级，能够代表全国不同产地不同商品等级大黄质量的实际情况。由表7可以看出，蒽醌类化学成分含量均有不同程度的降低，顺序均为一等品>二等品>三等品>水根。原因可能是蒽醌类化学成分多聚集在大黄药材组织的韧皮部内部，随着样品的性状变化，相比其内部横切面减少程度增加，故蒽醌类化学成分随着商品等级的变化而显著降低，另外，样品具有“质地坚实，大黄药材的断面呈深黄色，横切面具有明显的放射状纹理，口尝后味较苦”的优质性状，其蒽醌类化学成分含量相对较多，与王雁梅等[16]研究结果一致，说明制订规格等级以药材形状、长短、粗细、色泽、断面等特征传统的性状特征作为主要依据，并结合药材内在化学成分的质量，来制定商品规格等级标准较为合理。

中药材既有药物属性，又有商品属性，尤其大黄药材在流通和贸易中有着不同的商品规格等级，以保证中药材市场交易的有序性和药材的品质。本研究采用灰色关联法，将中医药的灰色思维运用于大黄药材商品等级划分，进行大黄药材质量综合评价的研究，可探索药材物理特征变化和化学特性变化的相关性，能更好地反映了不同产地中不同商品等级的大黄质量特性。数据结果表明不同商品等级划分与大黄中多种有效成分含量存在一定相关性，优形即优价，说明现行的大黄商品等级划分具有一定的科学性和合理性，建议在临床的使用上，应根据病症的程度不同，选择对应的商品等级，使中药饮片更好地发挥药效。