黎 量， 楊詩(shī)龍， 胥 敏， 李欣逸， 吳 娜， 艾 莉

（成都中醫(yī)藥大學(xué)，四川成都611137）

基于顏色及成分動(dòng)態(tài)變化的山楂炮制機(jī)理初探

黎 量， 楊詩(shī)龍， 胥 敏， 李欣逸， 吳 娜， 艾 莉*

（成都中醫(yī)藥大學(xué)，四川成都611137）

目的研究山楂炮制過(guò)程顏色、化學(xué)成分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，試探討其炮制機(jī)理。方法取山楂炮制過(guò)程不同樣品，利用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)獲取樣品圖像，提取其顏色特征值，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制法 （SQC）客觀描述山楂炮制過(guò)程顏色動(dòng)態(tài)變化；高效液相色譜法 （HPLC）測(cè)定樣品中枸櫞酸和5-羥甲基糠醛 （5-HMF）的量，并測(cè)定水溶性提取液的A420（在420 nm處的吸光度）；采用相關(guān)性分析法分析相關(guān)性。結(jié)果建立的SQC模型顯示出山楂炮制過(guò)程顏色變化呈一定的規(guī)律性；枸櫞酸量總體呈下降趨勢(shì)，5-HMF量及A420總體呈增加趨勢(shì)；相關(guān)性分析顯示顏色變化與枸櫞酸量、5-HMF量及A420呈顯著相關(guān)。結(jié)論顏色作為山楂炮制過(guò)程控制指標(biāo)具有一定的科學(xué)性；美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)可能是山楂炮制過(guò)程的機(jī)理之一。

山楂；顏色；化學(xué)成分；相關(guān)性分析；炮制機(jī)理

山楂為薔薇科植物山里紅Crataegus pinnatifida Bge.var.major N.E.Br.或山楂Crataegus pinnatifida Bge.的干燥成熟果實(shí)［1］。臨床上常將其炒制后使用，在炒制過(guò)程中，山楂的顏色逐漸變深，其變化是山楂炮制程度判斷的重要指標(biāo)之一，如炒山楂為 “炒至色變深［1］”，焦山楂為 “炒至表面焦褐色，內(nèi)部焦黃色［1］”。

山楂炮制過(guò)程同樣伴隨著內(nèi)在化學(xué)成分含有量的變化，主要藥效成分總有機(jī)酸在炮制過(guò)程中下降明顯，其中占總有機(jī)酸含有量50%～80%的枸櫞酸為該變化的主要體現(xiàn)［2］。同時(shí)，中藥加熱炮制過(guò)程中常發(fā)生美拉德反應(yīng)及焦糖化反應(yīng)［3-4］，5-羥甲基糠醛 （5-HMF）為其重要的中間產(chǎn)物，最終產(chǎn)物主要為類黑素［5-7］。

本研究利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)客觀化描述山楂炮制過(guò)程的顏色動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，并定量測(cè)定枸櫞酸、5-HMF及A420，結(jié)合化學(xué)成分指標(biāo)的變化規(guī)律，研究顏色變化與其相關(guān)性，為顏色變化作為山楂炮制過(guò)程控制指標(biāo)提供初步的科學(xué)解釋，同時(shí)探討其炮制機(jī)理。

1 材料與儀器

1.1 材料 山楂飲片，購(gòu)自成都荷花池中藥市場(chǎng)，產(chǎn)地為山東青州，經(jīng)由成都中醫(yī)藥大學(xué)藥用植物學(xué)教研室盧先明教授鑒定為薔薇科植物山楂Crataegus pinnatifida Bge.的干燥成熟果實(shí)。

山楂炒制：采用非接觸紅外測(cè)溫技術(shù)采集溫度數(shù)據(jù)，投料后至山楂炒制成山楂炭過(guò)程共選定6個(gè)取樣點(diǎn) （達(dá)到出鍋溫度時(shí)取樣），包括生山楂共得到7份樣品，見(jiàn)表1，其中，1號(hào)為生山楂，3號(hào)為炒山楂，5號(hào)為焦山楂，7號(hào)為山楂炭；其余樣品（2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)）為各炮制品中間品。每批投料約5 kg，同法炒制3批。

表1 山楂樣品出鍋溫度Tab.1 Tem perature of pot when Crataegi Fructus sam p les taken out of the pot

1.2 儀器 可控溫滾筒式炒藥機(jī) （杭州春江自動(dòng)化研究所，具在線式非接觸紅外測(cè)溫系統(tǒng)）；機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng) （自制），包括：HAD攝影箱 （QT-310）、Canon相機(jī)（EOS 60D）、鏡頭（Canon EFS 18-55 mm）、聯(lián)想計(jì)算機(jī) （G470）和中藥顏色識(shí)別系統(tǒng) （自主開(kāi)發(fā)）；島津LC-2010A高效液相色譜儀，附帶LC Solution色譜工作站（日本島津公司）；TU-1901雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) （北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；新藥工中藥顏色識(shí)別系統(tǒng)（自主開(kāi)發(fā)），Alpha soft 12.45版分析軟件，Spss 17.0版分析軟件。

2 方法與結(jié)果

2.1 山楂炮制過(guò)程顏色變化研究

2.1.1 樣本圖像采集 本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)（自制），包括圖像采集系統(tǒng)和智能計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像的采集。本實(shí)驗(yàn)山楂圖片的采集統(tǒng)一以白色作為背景，以LED燈作為光源；相機(jī)鏡頭垂直放置，鏡頭前端與被測(cè)物體距離30 cm；設(shè)置相機(jī) （畫(huà)質(zhì)M；周邊光量校正啟動(dòng)；減輕紅眼 禁用；閃光燈禁用；曝光補(bǔ)償0步驟；曝光模擬 禁用；自動(dòng)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)；照片風(fēng)格 標(biāo)準(zhǔn)；白平衡日光；感光度400；焦距55 mm）并固定，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遙控拍攝。拍攝前打開(kāi)光源和LED燈30 min，以穩(wěn)定光源。

山楂炮制過(guò)程共7份樣品 （平行炮制3批），每份樣品中隨機(jī)挑選完整飲片各120個(gè)進(jìn)行拍照（正反兩面）。

2.1.2 圖像處理 本實(shí)驗(yàn)采用 “新藥工中藥顏色識(shí)別系統(tǒng)” （自主開(kāi)發(fā)）對(duì)拍攝的山楂照片進(jìn)行處理。

為消除背景的計(jì)算干擾，采用閾值分割算法，利用背景差分法將目標(biāo)圖像與背景圖像相減提取樣品區(qū)域。經(jīng)過(guò)閾值處理后的圖像，再經(jīng)過(guò)2次膨脹、3次腐蝕后消除噪聲。由相機(jī)獲取的山楂樣品圖片顏色信息皆為sRGB色空間模型，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)提取圖像中每個(gè)像素點(diǎn)顏色三通道r、g、b值。通過(guò)公式將RGB色空間模型轉(zhuǎn)化為HSV色空間模型，得到每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的H、S、V值以進(jìn)行后續(xù)處理，其中H為色相，S為顏色飽和度，V值為亮度。

2.1.3 精密度考察 為考察儀器精密度，實(shí)驗(yàn)采用上述方法，重復(fù)測(cè)定同一山楂樣品 （1號(hào)）5次。結(jié)果顯示，顏色值H、S、V相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）分別為0.8%、1.1%、1.5%，均小于2%，數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定，儀器精密度良好。

2.1.4 SQC分析 采用Alpha soft12.45版分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制法（SQC）分析。SQC的數(shù)學(xué)解釋是在考慮樣本的差異性的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算參考樣本得出接受區(qū)域和拒絕區(qū)域［8］。對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)而言，相互間的距離表明了所代表的顏色信息的差異。

為客觀化展示山楂炮制過(guò)程顏色變化規(guī)律，本實(shí)驗(yàn)將山楂炮制過(guò)程共7份樣品 （平行炒制3批）的H、S、V值進(jìn)行SQC分析，以1號(hào)樣品 （生山楂）為參照建立SQC圖模型，結(jié)果如圖1。由圖可見(jiàn)，隨著炒制程度加深，1號(hào)樣品至7號(hào)樣品的顏色特征變化明顯，具有一定的規(guī)律性，呈與參照樣品距離漸遠(yuǎn)趨勢(shì)。

圖1 山楂炮制過(guò)程樣品SQC分析圖Fig.1 SQC of Crataegi Fructus sam p les

2.2 枸櫞酸測(cè)定［9］

2.2.1 色譜條件 Global Chromatography C18色譜柱（250 mm×4.60 mm，5μm），流動(dòng)相為2%的磷酸二氫銨溶液（磷酸調(diào)PH至3.0）；檢測(cè)波長(zhǎng)210 nm，柱溫30℃，體積流量1.0 m L/min。

2.2.2 對(duì)照品溶液的制備 精密稱取枸櫞酸對(duì)照品適量，用水配制成為0.5 mg/mL的對(duì)照品溶液。

2.2.3 供試品溶液的制備 精密稱取山楂炮制過(guò)程各樣品粉末 （過(guò)50目篩）0.5 g，加入水50 mL，室溫放置4 h，不時(shí)振搖，濾過(guò)，取續(xù)濾液經(jīng)0.45μm微孔濾膜濾過(guò)，即得。

2.2.4 線性關(guān)系考察 6個(gè)不同質(zhì)量濃度的對(duì)照品溶液，在上述色譜條件下進(jìn)樣，以對(duì)照品進(jìn)樣量對(duì)峰面積積分值進(jìn)行線性回歸，回歸方程y= 23 659x+23 073，r=0.999 3。說(shuō)明枸櫞酸在0.5～12.5μg范圍內(nèi)，進(jìn)樣量與峰面積呈良好線性關(guān)系。

2.2.5 樣品檢測(cè) 吸取供試品溶液20μL，注入高效液相色譜儀。外標(biāo)一點(diǎn)法計(jì)算樣品中枸櫞酸量，結(jié)果如圖2。由圖可見(jiàn)，山楂炮制過(guò)程中，2號(hào)樣品枸櫞酸含有量略有增加，隨之不斷下降。

2.3 5-HMF測(cè)定 山楂樣品中5-HMF的定量測(cè)定見(jiàn)參考文獻(xiàn) ［10］，結(jié)果如圖3。由圖可見(jiàn)，隨著炒制程度加深，1號(hào)至6號(hào)樣品中5-HMF量不斷增加，但7號(hào)樣品中5-HMF量略有下降。

2.4 山楂炮制過(guò)程褐變程度測(cè)定 通過(guò)在420 nm處測(cè)定非酶褐化反應(yīng)產(chǎn)物的吸光度可用于間接反映類黑素的生成量及反應(yīng)的褐變程度［6-7，11］。

圖2 山楂樣品枸櫞酸含有量變化規(guī)律Fig.2 Content of citrate of Crataegi Fructus samp les

圖3 山楂樣品5-HM F變化規(guī)律圖Fig.3 Content of 5-HM F of Crataegi F ructus sam p les

精密稱取山楂炮制過(guò)程各樣品0.5 g，分別加入水100 mL，連續(xù)回流提取2 h，冷卻至室溫，抽濾，以水定容至100 mL，在420 nm處測(cè)定其吸光度 （A420），結(jié)果如圖4。由圖可見(jiàn)，1號(hào)至7號(hào)樣品的A420均持續(xù)增大，其褐變程度不斷加深。

圖4 山楂炮制過(guò)程樣品水提液在420 nm處吸光度Fig.4 A420(absorbance at 420nm)of water-soluble extracts of Crataegi Fructus sam p les

2.5 相關(guān)性分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。將原始數(shù)據(jù)炮制過(guò)程7份樣品的H、S、V值三組數(shù)據(jù)，通過(guò)主成分分析方法進(jìn)行降維處理，得到1組數(shù)據(jù) （個(gè)體第一主成分得分FAC1），結(jié)果見(jiàn)表 2，該組數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)率達(dá)到90.955%，能較好地反映原始數(shù)據(jù)信息。

表2 主成分得分值Tab.2 Values of the principal com ponent scores

由于數(shù)據(jù)不呈正態(tài)分布，本實(shí)驗(yàn)選用Spearman相關(guān)性檢測(cè)對(duì)三者相關(guān)性進(jìn)行分析。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 相關(guān)性分析結(jié)果Tab.3 Result of correlation analysis

3 結(jié)論與討論

本研究利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，將傳統(tǒng)主觀性描述的山楂炮制過(guò)程各樣品的顏色特征進(jìn)行了數(shù)據(jù)化表達(dá)，通過(guò)SQC數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖可以直觀地看到，隨著炒制程度的加深，各樣品顏色與生山楂顏色的差異愈加明顯，這與人眼識(shí)別的變化規(guī)律相一致。同時(shí)，炒制過(guò)程中枸櫞酸量總體呈降低趨勢(shì)。通過(guò)5-HMF定量測(cè)定可以發(fā)現(xiàn)，炒制初期，樣品中5-HMF的量極其微量，隨著炒制程度加深，5-HMF量逐漸增加達(dá)最高點(diǎn)后略有下降；A420也呈增加趨勢(shì)。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用將山楂炮制過(guò)程顏色特征數(shù)值化，對(duì)山楂炮制過(guò)程質(zhì)量控制具有重要意義。相關(guān)性分析顯示，山楂炮制過(guò)程顏色變化與枸櫞酸量、5-HMF量變化顯著相關(guān)，以顏色作為山楂炮制過(guò)程控制指標(biāo)確有一定的科學(xué)性。將數(shù)值化的顏色數(shù)據(jù)與山楂內(nèi)在化學(xué)成分相關(guān)聯(lián)，從而客觀、準(zhǔn)確判定最佳炮制程度，以現(xiàn)代化技術(shù)替代傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)術(shù)語(yǔ)為本課題組的研究目標(biāo)，后續(xù)將增加化學(xué)成分指標(biāo)及樣本量的采集等來(lái)進(jìn)一步研究其可行性。

美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)是生物材料中兩類主要的非酶褐化反應(yīng)［3］，5-HMF量及A420的變化說(shuō)明，這類反應(yīng)在山楂炮制過(guò)程中反應(yīng)程度不斷加劇，并且與山楂顏色變化相關(guān)，說(shuō)明炮制過(guò)程山楂顏色逐漸加深能初步反映出褐變反應(yīng)程度，美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)是山楂炮制過(guò)程的顏色變化機(jī)制之一；同時(shí)，已有研究報(bào)道美拉德反應(yīng)的最終產(chǎn)物類黑素對(duì)胃腸道有一定作用［12］，這與山楂炮制后消食導(dǎo)滯作用增強(qiáng)可能存在相關(guān)聯(lián)系，本課題組將以此來(lái)進(jìn)一步探討山楂炮制機(jī)理。

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Prelim inary study on themechanism of Crataegi Fructus stir-fried based on the changes of color and chem ical com ponents

LILiang， YANG Shi-long， XU Min， LIXin-yi， WU Na，AILi*
（Chengdu University of Traditional Chinese Medicine，Chengdu 611137，China）

AIMIn order to investigate the mechanism of Crataegi Fructus stir-fried，we studied the dynamic changes of color and chemical components in this process and their correlation.METHODSRequired samples were retrieved from Crataegi Fructus stir-fried process.Usingmachine vision system to take pictures for the samples and to extract the color character value from images.The datawasanalyzed by statistical quality control（SQC）.At the same time，we detected the contents of citrate and 5-HMF by high performance liquid chromatography（HPLC）and A420ofwater-soluble extracts（absorbance at420 nm）.Using correlation analysis to analyze the relationship among them.RESULTSSQCmodel established could show the change rules of color in Crataegi Fructus stir-fried process.As a whole citrate content decreased while 5-HMF content and A420showed the increasing trend.Correlation analysis showed that there was a significant correlation among them.CONCLUSIONSColor as control indicators of Crataegi Fructus stir-fried process has some scientific.Maillard reaction and Caramelization reaction may be one of themechanisms of Crataegi Fructus stir-fried.

Crataegi Fructus；color；chemical components；correlation analysis；processingmechanism

R283

：A

：1001-1528（2015）07-1530-04

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.07.029

2014-09-04

國(guó)家自然科學(xué)基金 （81403105）；四川省教育廳課題 （13ZB0313）；成都市科技惠民項(xiàng)目 （2013）

黎 量 （1989—），碩士生，研究方向?yàn)橹兴幣谥坪椭苿el：13981753256，E-mail：113127043@qq.com

*通信作者：艾 莉，講師，研究方向?yàn)橹兴幣谥婆c制劑。Tel：（028）61800024，E-mail：aili1129@foxmail.com

日期：2014-10-23

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/31.1368.R.20141023.0937.001.htm l