炮制火候数学模型的建立及对槐米的研究
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摘要
加热是中药炮制的最重要手段之一,炮制火候的大小对中药的药性及其药效变化程度具有决定性的影响。判断炮制火候的传统方法具有明显的主观性和随意性,不能客观化、参数化和标准化,难以保证火候的一致性,即难以保证炮制品质量的稳定。为了探讨不同炮制火候对中药化学成分的影响,同时对炮制火候进行数学表征以便对其进行参数化、客观化、标准化,最终保证在科学可控的炮制火候条件下,统一中药炮制的加热程度,保证其工艺可控和质量稳定,确保中医临床用药的安全性和有效性。本文建立了表征炮制火候的数学模型,并以槐米为模型药物进行了实验研究,为探讨炮制火候的科学内涵及炮制机理提供了一种新思路和新方法。主要工作如下：
1、炮制火候表征数学模型的建立。根据化学动力学原理,建立了单成分和多成分的中药炮制火候的数学模型。
2、不同炮制火候对槐米质量的影响研究。参照中国药典及有关文献的方法,对槐米生品及49种不同火候炮制品的水分、总灰分、酸不溶灰分、浸出物、总黄酮、鞣酸、芦丁及槲皮素等成分的含量进行了测定,发现经不同火候炮制后,槐米主要成分的含量均发生了一定的变化。其中水分含量随火候的增加而显著降低,总灰分和酸不溶灰分的含量均随火候的增加而增加,而浸出物、总黄酮、鞣酸、芦丁及槲皮素等成分的含量先随火候的增加而增加,在不同的火候达到最大后再随火候的增加而降低,这些成分含量的变化趋势相似。
3、槐米炮制火候数学表征模型的研究。根据所建立的中药炮制火候的数学模型,对槐米中的芦丁、槲皮素、总黄酮和鞣酸等单成分以及以芦丁和槲皮素的总量为多成分模型进行了初步研究,通过计算验证了这些数学表征方程的正确性。
4、不同火候槐米炮制品指纹图谱的研究。为进一步考察不同炮制火候对槐米质量的影响,本研究建立了有15个共有峰的槐米水煎液的HPLC指纹图谱,色谱柱UltimateXB-C18色谱柱(4.6mm×250mm,0.45μm)；检测波长：256nm；柱温：35℃；流动相：甲醇—0.4%磷酸水溶液作梯度洗脱；流速：1.0mL/min;进样量：20μL。并对不同火候炮制品的指纹图谱分别进行了相似度和聚类分析,研究发现在同一系列火候的炮制品中,火候越大,与生品的相似度就越小。火候接近的炮制品之间的相似度也比较大,火候最小的炮制品H1-1与生品的相似度最大,表明小火候对其化学成分变化影响不大：而火候最大的炮制品H7-7与生品的相似度最小,表明经最大火候炒炭后,其化学成分发生了较大的变化。综合不同火候槐米炮制品共有峰的相对保留时间和相对峰面积的聚类分析结果可以看出,槐米经不同火候加热炮制后,各炮制品之间的相对保留时间的差别不是很大,但相对峰面积的差别相对较大,50个样品基本可分为2大类,火候较大的H7-6和H7-7为第1类,其余为第2类。在第2类中,H3-7、H7-5和H6-7相对比较接近,火候较小的H1-1、H2-1及H1-2等炮制品与生品比较接近,另外H6-6、H3-6、H2-7及H5-7等火候相对次高的炮制品,也与生品的共有峰峰面积比较接近。提示当火候达到一定的时候,这些火候相对次高的炮制品与生品比较,共有峰成分相对峰面积的变化由大到小,也说明这些成分的含量增加或降低到一定量时,可随炮制火候的增加而降低或增加趋于生品的含量水平。
5、不同火候对槐米化学成分提取动力学数学模型参数的影响研究。选择生槐米、H4-4(中等火候品)以及H7-7(最大火候品)等3种槐米炮制品进行动态提取,分别探讨了炮制火候对槐米主要有效成分芦丁及槲皮素的提取动力学数学模型参数的影响,发现不同的炮制火候对中药的不同化学成分的提取工艺参数有较大且不同的影响。本研究为探讨同一中药不同火候炮制品中的化学成分提取工艺参数,提供了一定的实验基础和科学依据。
Heating is one of the most important means of TCM processing, the degree of the heating processing has a decisive influence on the medicinal properties and the effect variation scope of traditional medicine. The traditional method of judging heating degree of has been so subjective and arbitrary obviously, not objective, parameterized and standardized, that it's difficult to ensure the heating degree uniformity, which means it's difficult to ensure the stable quality of processed products. In order to study the effects of different heating degree on the chemical composition of traditional Chinese medicine, mathematics representation, meanwhile, is introduced to stand for the heating degree, so to carry out parameterization, objectification and standardization on heating degree, finally to ensure uniform heating degree under the condition of scientific controllable heating, process controllable and quality stable, further to ensure the safety and efficacy of TCM clinical application. The mathematical model Characterizing the processing temperature was established and sophora japonica acted as the model drug experiments, provided a new thinking and new method to study the scientific connotation of heating degree and processing mechanism.The main researches were as the following:
1. Establishment of the mathematical model of the processing heating degree. Established the mathematical model of the processing heating degree for single component and multi-component.according to the principle of chemical dynamics.
2. Effect of heating degree on the quality of the sophora flower bud processed by different heating degree:Following Chinese pharmacopoeia and the relevant literature, the chemical components of the crude and the49kinds of heat-processed product of the sophora flower, which included water, total ash, acid insoluble ash, extract, flavonoids, tannin, rutin and quercetin. were determined. The author found the content of all these chemical components in the sophora flower bud changed after processing. The water content significantly decreased with the increase of heating degree, while the total ash and the acid insoluble ash content increased with that, but the rest chemical components, having the same variation tendency:at first, it climbed up with the increase of heating degree and then, it declined with that when the heating degree went to its climax.
3. Study on the mathematical model of the sophora flower bud. The established mathematical model of the processing heating degree was applied to pilot research of the single component such as rutin, quercetin, flavonoids and tannin, and the multi-component (the total of rutin and quercetin) extracted from the sophora flower bud, and the reliability of these mathematical model were proved by calculation.
4. Study on the HPLC fingerprint of the sophora flower bud processed by the different heating degree:In order to study the influence of different heating degree on the quality of the sophora flower bud further, this paper set up the HPLC fingerprint with15common peaks of [he sophora flower bud water decoction, Chromatographic conditions included Ultimate XB-C18column(4.6mm×250mm,0.45μn), the measurement wavelength was256μm, the column temperature was35℃, the mobile phase consisting of a mixture of methanol-0.4%phosphoric acid by gradient elution. The flow rate was1.0mL/min, and the sample size was20μL. And the similarity and the clustering analysis were conducted in regard to the fingerprints of the different products processed by the different heating degree. The author found, in the same series of processed product, the heavier the heating degree, the less similarity between the processed products and the crude one. The similarity between the processed products under close heating degree was larger than not. No.H1-1, the processed product under the minimum heating degree, had the maximum similarity with the crude, which indicated that the light healing degree a fleets its chemical composition slightly. On the contrary, the No. H7-7, the processed product under maximum healing degree, had the minimum similarity with the crude, which indicated that its chemical composition changed visibly after carbonizing by stir-frying with the maximum heating degree. It can be seen from the cluster analysis results combining the relative retention time and the relative peak area of the common peaks of the sophora flower bud processed by the different heating degree, that the difference of the relative retention time between the processed products by different heating degree was minor, but the difference of the relative peak area was relatively major. The50kinds of processed products can be divided into two classes, the processed products by heavier heating degree, such as No. H7-6and117-7, belong to the first kind, and the rest fit into the second kind. In the second kind, the processed products like No.113-7, H7-5and H6-7were close relatively. And the processed products by heavier heating degree, such as No. H6-6, H3-6, H2-7and H5-7, were close to the crude in the relative peak area of the common peak. It indicated that the changes of the relative peak area of the common peak of the processed products by heavier heating degree were listed from significant to unobvious within a certain range. And it demonstrated that the content of these chemical components in processed products would tend to the crude one when increased or reduced to a certain quantity during heating process.
5. Study on the effect of kinetic model of the components extracted from the processed products of the sophora flower bud by different heating degree. Three kinds of processed products, including the crude, the medium heat product (H4-4) and the maximum heat product(H7-7), were extracted dynamically. The effects of kinetic model of the rutin and the quercetin extracted from the3kinds of processed products were studied. The author found it was significant that the parameters of the kinetic model of the different components extracted from the processed products by different heating degree was varied. This research can provide a certain of experimental and scientific basis to explore the parameters of extracting process of the same Chinese medicine processed by different heating degree.
1、炮制火候表征数学模型的建立。根据化学动力学原理,建立了单成分和多成分的中药炮制火候的数学模型。
2、不同炮制火候对槐米质量的影响研究。参照中国药典及有关文献的方法,对槐米生品及49种不同火候炮制品的水分、总灰分、酸不溶灰分、浸出物、总黄酮、鞣酸、芦丁及槲皮素等成分的含量进行了测定,发现经不同火候炮制后,槐米主要成分的含量均发生了一定的变化。其中水分含量随火候的增加而显著降低,总灰分和酸不溶灰分的含量均随火候的增加而增加,而浸出物、总黄酮、鞣酸、芦丁及槲皮素等成分的含量先随火候的增加而增加,在不同的火候达到最大后再随火候的增加而降低,这些成分含量的变化趋势相似。
3、槐米炮制火候数学表征模型的研究。根据所建立的中药炮制火候的数学模型,对槐米中的芦丁、槲皮素、总黄酮和鞣酸等单成分以及以芦丁和槲皮素的总量为多成分模型进行了初步研究,通过计算验证了这些数学表征方程的正确性。
4、不同火候槐米炮制品指纹图谱的研究。为进一步考察不同炮制火候对槐米质量的影响,本研究建立了有15个共有峰的槐米水煎液的HPLC指纹图谱,色谱柱UltimateXB-C18色谱柱(4.6mm×250mm,0.45μm)；检测波长：256nm；柱温：35℃；流动相：甲醇—0.4%磷酸水溶液作梯度洗脱；流速：1.0mL/min;进样量：20μL。并对不同火候炮制品的指纹图谱分别进行了相似度和聚类分析,研究发现在同一系列火候的炮制品中,火候越大,与生品的相似度就越小。火候接近的炮制品之间的相似度也比较大,火候最小的炮制品H1-1与生品的相似度最大,表明小火候对其化学成分变化影响不大：而火候最大的炮制品H7-7与生品的相似度最小,表明经最大火候炒炭后,其化学成分发生了较大的变化。综合不同火候槐米炮制品共有峰的相对保留时间和相对峰面积的聚类分析结果可以看出,槐米经不同火候加热炮制后,各炮制品之间的相对保留时间的差别不是很大,但相对峰面积的差别相对较大,50个样品基本可分为2大类,火候较大的H7-6和H7-7为第1类,其余为第2类。在第2类中,H3-7、H7-5和H6-7相对比较接近,火候较小的H1-1、H2-1及H1-2等炮制品与生品比较接近,另外H6-6、H3-6、H2-7及H5-7等火候相对次高的炮制品,也与生品的共有峰峰面积比较接近。提示当火候达到一定的时候,这些火候相对次高的炮制品与生品比较,共有峰成分相对峰面积的变化由大到小,也说明这些成分的含量增加或降低到一定量时,可随炮制火候的增加而降低或增加趋于生品的含量水平。
5、不同火候对槐米化学成分提取动力学数学模型参数的影响研究。选择生槐米、H4-4(中等火候品)以及H7-7(最大火候品)等3种槐米炮制品进行动态提取,分别探讨了炮制火候对槐米主要有效成分芦丁及槲皮素的提取动力学数学模型参数的影响,发现不同的炮制火候对中药的不同化学成分的提取工艺参数有较大且不同的影响。本研究为探讨同一中药不同火候炮制品中的化学成分提取工艺参数,提供了一定的实验基础和科学依据。
Heating is one of the most important means of TCM processing, the degree of the heating processing has a decisive influence on the medicinal properties and the effect variation scope of traditional medicine. The traditional method of judging heating degree of has been so subjective and arbitrary obviously, not objective, parameterized and standardized, that it's difficult to ensure the heating degree uniformity, which means it's difficult to ensure the stable quality of processed products. In order to study the effects of different heating degree on the chemical composition of traditional Chinese medicine, mathematics representation, meanwhile, is introduced to stand for the heating degree, so to carry out parameterization, objectification and standardization on heating degree, finally to ensure uniform heating degree under the condition of scientific controllable heating, process controllable and quality stable, further to ensure the safety and efficacy of TCM clinical application. The mathematical model Characterizing the processing temperature was established and sophora japonica acted as the model drug experiments, provided a new thinking and new method to study the scientific connotation of heating degree and processing mechanism.The main researches were as the following:
1. Establishment of the mathematical model of the processing heating degree. Established the mathematical model of the processing heating degree for single component and multi-component.according to the principle of chemical dynamics.
2. Effect of heating degree on the quality of the sophora flower bud processed by different heating degree:Following Chinese pharmacopoeia and the relevant literature, the chemical components of the crude and the49kinds of heat-processed product of the sophora flower, which included water, total ash, acid insoluble ash, extract, flavonoids, tannin, rutin and quercetin. were determined. The author found the content of all these chemical components in the sophora flower bud changed after processing. The water content significantly decreased with the increase of heating degree, while the total ash and the acid insoluble ash content increased with that, but the rest chemical components, having the same variation tendency:at first, it climbed up with the increase of heating degree and then, it declined with that when the heating degree went to its climax.
3. Study on the mathematical model of the sophora flower bud. The established mathematical model of the processing heating degree was applied to pilot research of the single component such as rutin, quercetin, flavonoids and tannin, and the multi-component (the total of rutin and quercetin) extracted from the sophora flower bud, and the reliability of these mathematical model were proved by calculation.
4. Study on the HPLC fingerprint of the sophora flower bud processed by the different heating degree:In order to study the influence of different heating degree on the quality of the sophora flower bud further, this paper set up the HPLC fingerprint with15common peaks of [he sophora flower bud water decoction, Chromatographic conditions included Ultimate XB-C18column(4.6mm×250mm,0.45μn), the measurement wavelength was256μm, the column temperature was35℃, the mobile phase consisting of a mixture of methanol-0.4%phosphoric acid by gradient elution. The flow rate was1.0mL/min, and the sample size was20μL. And the similarity and the clustering analysis were conducted in regard to the fingerprints of the different products processed by the different heating degree. The author found, in the same series of processed product, the heavier the heating degree, the less similarity between the processed products and the crude one. The similarity between the processed products under close heating degree was larger than not. No.H1-1, the processed product under the minimum heating degree, had the maximum similarity with the crude, which indicated that the light healing degree a fleets its chemical composition slightly. On the contrary, the No. H7-7, the processed product under maximum healing degree, had the minimum similarity with the crude, which indicated that its chemical composition changed visibly after carbonizing by stir-frying with the maximum heating degree. It can be seen from the cluster analysis results combining the relative retention time and the relative peak area of the common peaks of the sophora flower bud processed by the different heating degree, that the difference of the relative retention time between the processed products by different heating degree was minor, but the difference of the relative peak area was relatively major. The50kinds of processed products can be divided into two classes, the processed products by heavier heating degree, such as No. H7-6and117-7, belong to the first kind, and the rest fit into the second kind. In the second kind, the processed products like No.113-7, H7-5and H6-7were close relatively. And the processed products by heavier heating degree, such as No. H6-6, H3-6, H2-7and H5-7, were close to the crude in the relative peak area of the common peak. It indicated that the changes of the relative peak area of the common peak of the processed products by heavier heating degree were listed from significant to unobvious within a certain range. And it demonstrated that the content of these chemical components in processed products would tend to the crude one when increased or reduced to a certain quantity during heating process.
5. Study on the effect of kinetic model of the components extracted from the processed products of the sophora flower bud by different heating degree. Three kinds of processed products, including the crude, the medium heat product (H4-4) and the maximum heat product(H7-7), were extracted dynamically. The effects of kinetic model of the rutin and the quercetin extracted from the3kinds of processed products were studied. The author found it was significant that the parameters of the kinetic model of the different components extracted from the processed products by different heating degree was varied. This research can provide a certain of experimental and scientific basis to explore the parameters of extracting process of the same Chinese medicine processed by different heating degree.
引文
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