砂仁是姜科豆蔻属植物阳春砂、海南砂、绿壳砂的干燥成熟果实,是中医常用的一味芳香性药材
[1]。因其良好的药用价值,与槟榔、益智、巴戟天共称为“四大南药”。海南砂仁是海南的道地药材,主要的功效是化湿开胃,已经有一千多年的应用历史
[1]。经研究发现,海南砂仁具有二芳基庚烷类、多糖类、黄酮类等成分
[2]。其中,3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷为海南砂仁的非挥发性成分中含量最大的二芳基庚烷类成分,具有抗氧化活性
[3]。5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮作为黄酮类成分,是海南砂仁中具代表性的活性成分之一,因其分子结构具有羟基,在抗氧化方面发挥良好的作用。除此之外,其也具有抑菌、抗肺结核、保肝等作用,如海南砂仁中的5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮
[4]。此外,砂仁多糖作为海南砂仁中的大分子成分,具有抗氧化、免疫调节、镇痛、抗炎等活性
[5]。据记载,砂仁的古代炮制方法有“捣细用”、炒法、煨法、姜汁炒、盐水浸炒等十多种方法
[6]。现如今砂仁采用的炮制方法‑盐炙法,可能是由清朝的盐水浸炒演变而来。2005版《中国药典》、安徽省、福建省、贵州省、辽宁省及全国中药炮制规范均记载砂仁的盐炙法,但均以“取净砂仁,照盐水炙法炒至干”为判断标准,未对砂仁具体炮制工艺参数进行明确规定。现代研究表明砂仁经过加工炮制后,使药理活性发生改变
[7,8]。因此,开展海南砂仁盐炙工艺的研究,可为盐炙海南砂仁质量标准的建立及临床合理用药提供参考。
本研究以3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷的含量、多糖提取率和5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮的含量为评价指标,在单因素研究的基础上,采用熵权法结合响应面法设计优化海南砂仁盐炙工艺,旨在为海南砂仁的炮制工艺及提高盐炙海南砂仁质量提供参考。
1 材料与方法
1.1 仪器
98‑1‑C型数字控温电热套(天津市泰斯特仪器有限公司);减压旋转蒸发仪(上海爱朗仪器有限公司);U3000高效液相色谱仪(赛默飞);半制备型液相色谱仪(北京赛谱锐思);JYC‑21HS29九阳电磁灶(九阳股份有限公司);ATY124电子天平(岛津菲律宾工厂)。
1.2 试药
对照品3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷和5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮均为实验室自制,从海南砂仁中分离得到,纯度均大于90%。食盐,购自海南省盐业有限公司;磷酸、甲醇均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司,水为实验室自制蒸馏水。
1.3 方法
1.3.1 盐炙海南砂仁的制备
海南砂仁(批号:20231210,产地:海南省白沙自治区),购自海南省白沙自治区七坊镇,经海南医科大学药学院生药学教研室田建平教授鉴定为姜科植物海南砂Amomum longiligulare T.L.Wu的干燥成熟果实。
盐水的制备:先加适量食盐,加入蒸馏水,至食盐溶化,再取上层的澄清液备用
[9]。取海南砂仁50 g,参照2020年版《中国药典》的盐炙法,药材和食盐的比例是50∶1 (g/g),加入适量盐水拌匀,用保鲜膜盖住装样品的容器,闷润一段时间后,将炒锅预先加热至适当温度、再将样品放于炒锅内用文火快速翻炒至微黄,取出,放凉,即得。
1.3.2 色谱条件
色谱柱是赛默飞C
18柱(200 mm×4.6 mm,5 μm),水相(A)是含0.1%甲酸的超纯水,甲醇是有机相(B),流动速度是1 mL/g,波长为263 nm,柱子温度是30 ℃,进样体积为5 µL,色谱梯度洗脱条件见
表1。
1.3.3 对照品溶液的制备
精密称取3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷对照品适量,加甲醇溶解,并定容于1 mL容量瓶中,得到浓度为5.9 mg/mL的对照品母液1。精密称取5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮对照品适量,于1 mL容量瓶中,加乙腈定容,得到浓度为0.6 mg/mL的对照品母液2。
1.3.4 供试品溶液的制备
取盐炙海南砂仁样品适量,粉碎,经70%乙醇提取得到盐炙海南砂仁醇提物浸膏,精密称取浸膏约0.2 g于锥形瓶中,精密加入50%甲醇10 mL,超声20 min,过滤,即得。
1.3.5 方法学考察
1.3.5.1 线性关系考察
将5.9 mg/mL的3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷对照品母液1,依次往下稀释成6个浓度,将0.6 mg/mL的对照品母液2也依次往下稀释,再将其按照“1.3.2”项下进行进样分析,以对照品峰面积为纵坐标,对照品浓度为横坐标,制作标准曲线,将其进行回归分析处理得到方程和相关系数(R)。
1.3.5.2 精密度试验
取3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷对照品溶液,按“1.3.2”项下条件在 1 d内重复进样6次测定精密度,得到精密度结果并计算RSD;取5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮对照品溶液,按“1.3.2”项下条件在1 d内重复进样6次测定精密度,得到精密度结果并计算RSD。
1.3.5.3 重复性试验
按“1.3.1”项下方法制备盐炙海南砂仁,精密称取6份样品浸膏,每份0.2 g,加入50%甲醇10 mL,超声过滤后,按“1.3.2”项下条件,计算得到3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷、5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮峰面积RSD。
1.3.5.4 稳定性试验
取盐炙海南砂仁供试品溶液,按“1.3.4”项下方法制备得到供试品溶液,于室温条件下,在12 h内每隔2 h进样测定,计算得到3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷、5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮峰面积RSD。
1.3.6 多糖提取率的计算
采用水提醇沉法提取盐炙海南砂仁多糖
[10]。称取10 g盐炙海南砂仁,按照海南砂仁和蒸馏水比例为1∶15,加入蒸馏水,提取2次,每次提取1 h,待提取液温度冷却后,过滤除去滤渣,合并滤液,浓缩,浓缩液按照1∶4的配比添加60%无水乙醇,混合均匀后于4 ℃冰箱内,静置沉淀24 h,过滤,干燥,得盐炙海南砂仁多糖。
盐炙海南砂仁多糖提取率(Y,%)公式:
式中x1为干燥后盐炙海南砂仁多糖的重量(g);x2为盐炙海南砂仁的取样重量(g)。
1.3.7 熵权法计算权重
(1)归一化处理。
(2)计算第j次试验在第i个评价指标下的概率Pij:
(3)计算各项指标的信息熵:
(4)计算各指标的权重系数:
1.3.8 综合评分确定
运用熵权法对响应面法实验数据进行赋权,按下式计算综合评分y=[R
1×Y
1/Y
1(max)+R
2×Y
2/Y
2(max)+R
3×Y
3/Y
3(max)]×100%(式中,Y
1~Y
3分别为3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷质量分数、5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮质量分数、多糖提取率;Y
1(max)~Y
3(max)分别为上述成分实测值的最大值,R
1~R
3分别为3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷质量分数、5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮质量分数、多糖提取率的权重系数)
[12]。该评分越高,表示盐炙工艺越优。
1.3.9 单因素实验
取海南砂仁50 g,加入适量盐水拌匀,闷润,文火炒干。以盐炙海南砂仁中两种指标成分和盐炙海南砂仁多糖提取率为指标,初步筛选盐炙海南砂仁盐炙过程中可能影响指标成分含量的四个因素:水盐比例(15∶1、20∶1、25∶1)、闷润时间(2、4、6 h)、炒制瓦数(120、300、600 W)和炒制时间(10、20、30 min)。
1.3.9.1 水盐比例
取3份各50 g海南砂仁,按照药材和食盐的比例是50∶1(g/g),分别加入15、20、25 mL盐水,加入待炮炙品中拌匀,闷润4 h,置于炒制瓦数为300 W的炒锅内,炒30 min,取出,放凉备用。按照“1.3.2”、“1.3.4”和“1.3.6”项下方法,测定各成分含量,综合评价计算总评分。
1.3.9.2 焖润时间
取3份各50 g海南砂仁,按照食盐和蒸馏水比例是1∶20(g/mL),加入20 mL盐水,闷润时间分别为2、4、6 h后,300 W炒30 min,阴凉处静置备用。按照“1.3.2”、“1.3.4”和“1.3.6”项下方法,测定各成分含量,综合评价计算总评分。
1.3.9.3 炒制瓦数
取3份各50 g海南砂仁,按照食盐和蒸馏水比例是1∶20(g/mL),加入20 mL盐水,闷润4 h,分别于120、300、600 W下炒制30 min,阴凉处静置备用。按照“1.3.2”、“1.3.4”和“1.3.6”项下方法,测定各成分含量,综合评价计算总评分。
1.3.9.4 炒制时间
取3份各50 g海南砂仁,按照食盐和蒸馏水比例是1∶20(g/mL),加入20 mL盐水,闷润4 h,于300 W条件下分别炒制10、20、30 min,阴凉处静置。按照“1.3.2”、“1.3.4”和“1.3.6”项下方法,测定各成分含量,综合评价计算总评分。
1.3.10 响应面法优化实验
在单因素试验的基础上,结合当地的环境湿度情况,排除了闷润时间这一因素选取了水盐比例(A)、炒制瓦数(B)、炒制时间(C)这3个因素为自变量,以综合评分为响应值,自变量因素及水平见
表2。
1.3.11 响应面分析
运用Design Expert 10软件分析响应面数据,建立3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷、5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮和盐炙海南砂仁多糖提取率的综合评分(Y)对水盐比例(X1)、炒制瓦数(X2)、炒制时间(X3)的二次多元回归模型方程,进行方差分析,并进行最佳盐炙海南砂仁工艺预测,参考响应面优选方案,进行海南砂仁盐炙工艺的验证实验。
2 结果
2.1 盐炙海南砂仁中3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷和5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮的含量测定
2.1.1 系统适用性
将2种对照品溶液、海南砂仁样品溶液和盐炙海南砂仁样品溶液的色谱图进行比较,结果发现,2个对照品分别在39 min,55 min左右出现色谱峰,且峰形良好,见
图1。
2.1.2 线性关系考察
由回归方程结果可知,2个化合物线性范围良好(
R2>0.999 2),见
表3。
2.1.3 精密度
测定了3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷对照品溶液得到的精密度RSD为1.21%,5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮对照品溶液得到的精密度RSD为3.61%,实验结果表明仪器精密度良好。
2.1.4 重复性
测定了3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷对照品溶液得到的重复性RSD为0.25%,5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮对照品溶液得到的重复性RSD为4.17%,实验结果表明该方法重复性良好。
2.1.5 稳定性
测定了3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷对照品溶液得到的稳定性RSD为0.16%,5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮对照品溶液得到的稳定性RSD为2.31%,结果表明,在12 h内,盐制海南砂仁样品溶液稳定性符合要求。
2.2 单因素实验
2.2.1 各指标成分权重系数及综合评分的确定
根据单因素实验结果,3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷质量分数、5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮质量分数、多糖提取率的权重系数结果见
表4,可按下式计算综合评分y=[0.329×Y
1/Y
1(max)+0.34×Y
2/Y
2(max)+0.331×Y
3/Y
3(max)]×100%(式中,Y
1~Y
3分别为3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷质量分数、5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮质量分数、多糖提取率;Y
1(max)~Y
3(max)分别为上述成分实测值的最大值。
2.2.2 水盐比例对海南砂仁盐炙工艺综合评分的影响
随着水盐比例的增多,综合评分先升高后降低,在水盐比例为20∶1时,综合评分达到最高,见
表5。
2.2.3 闷润时间对海南砂仁盐炙工艺综合评分的影响
随着闷润时间的增多,综合评分先升高后降低,在闷润时间为4 h时,综合评分达到最高,见
表6。
2.2.4 炒制瓦数对海南砂仁盐炙工艺综合评分的影响
随着炒制瓦数的增大,综合评分先升高后降低,在炒制瓦数为300 W时,综合评分达到最高,见
表7。
2.2.5 炒制时间对海南砂仁盐炙工艺综合评分的影响
随着炒制时间的增加,综合评分先升高后降低,在炒制时间为20 min时,综合评分达到最高,见
表8。
2.3 响应面优化实验结果
2.3.1 响应面实验结果
根据各指标性成分的权重系数可计算综合得分,同实验结果汇总于
表9。
2.3.2 模型拟合及方差分析
运用Design Expert 10软件分析
表9数据,建立3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷、5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮和盐炙海南砂仁多糖提取率的综合评分(Y)对水盐比例(X
1)、炒制瓦数(X
2)、炒制时间(X
3)的二次多元回归模型方程:Y=94.55-1.77A+2.45B+4.59C-1.09AB+0.37AC+7.72BC-7.35A
2-18.57B
2-2.27C
2。
方差分析结果见
表10,二项式拟合方程的
P<0.000 1,说明该模型选择合理,失拟项
F=0.88,大于0.05,说明拟合度佳,综合表格数据分析,说明该模型可用于预测盐炙海南砂仁的炮制工艺。
2.3.3 响应面分析及最佳盐炙工艺预测
使用Design Expert 10获得“1.3.10”项下样品的炮制条件与3个指标关系的响应面图(
图2)。结果显示,炒制瓦数(B)与炒制时间(C)间交互作用最强,响应曲面陡峭;水盐比例(A)与炒制瓦数(B)间的交互作用相对较弱,曲面较为陡峭;水盐比例(A)与炒制时间(C)间交互作用最弱。
优化得到的海南砂仁最佳盐炙工艺为蒸馏水和食盐比例是19.565∶1 (mL/g)、炒锅的设置瓦数是300 W、炒制25.786 min。考虑到当地的环境湿度情况,结合实际操作,确定海南砂仁的最优盐炙工艺:取50 g海南砂仁生品,按照药材∶食盐的比例是50∶1 (g/g),蒸馏水和食盐比例是20∶1 (mL/g),加入盐水20 mL,拌匀,用保鲜膜盖住装样品的容器,闷润4 h后,将炒锅预先加热至300 W、再将样品放于炒锅内快速翻炒25 min。
2.4 工艺验证
根据优选出的盐炙海南砂仁最佳炮制工艺,每50 g海南砂仁原药材,按照药材∶食盐的比例是50∶1 (g/g),蒸馏水和食盐比例是20∶1 (mL/g),加入盐水20 mL,拌匀,用保鲜膜盖住装样品的容器,闷润4 h后,将炒锅预先加热至300 W、再将样品放于炒锅内快速翻炒25 min。按照最佳盐制条件炮制3批盐炙海南砂仁,进行3次验证试验,实验结果见
表11,平均综合评分为93.42,RSD=1.44%,预测值为93.608,说明盐炙海南砂仁炮制工艺进行响应面优化具有一定的稳定性和可靠性,具备参考价值和可操作性。
3 讨论
3.1 指标性成分的选择
中药因其独特的功效和神奇的魅力,作为中国传统医学的瑰宝,被广泛应用于各种疾病的治疗中,其疗效备受认可。与西药不同的是,中药以多成分共同作用而起效。据《中国药典》记载,挥发油总量和乙酸龙脑酯含量是砂仁的质量控制指标
[1],其中乙酸龙脑酯是海南砂仁挥发油中主要的化学成分之一。砂仁在临床上常用“后下水煎”,“后下”强调了挥发性成分,“水煎”强调了砂仁中的非挥发油类成分,这就说明了非挥发性成分和挥发性成分具有同等重要的作用,而且,这类成分能够被吸收入血、发挥作用
[13]。从中药的疗效点出发,只以单个成分难以全面检测海南砂仁的质量,也忽略了海南砂仁疗效发挥的整体性,因此,在指标成分的选择过程中也考虑了砂仁非挥发性成分的药理作用,如3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷具有抗氧化活性
[3],5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮是具有抑菌、抗肺结核、保肝等生物活性
[4],砂仁多糖作为海南砂仁中的活性成分之一,具有抗氧化、免疫调节、镇痛、抗炎等活性
[5],故本研究选取非挥发性成分‑3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷、5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮、多糖提取率作为海南砂仁炮制工艺的指标性成分。
3.2 色谱条件的选择
对于流动相的选择,本实验参考相关文献
[14,15],考察了流动相梯度洗脱的时间对3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷和5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮色谱峰的影响。当流动相为0.1%甲酸水(A)‑甲醇(B),梯度洗脱(5%~100%B),洗脱时间为50 min时,5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮色谱峰的分离度小于1.5,但是当洗脱时间延长至60 min时,3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷和5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮色谱峰的分离度和峰型均较好,因此最终选择的洗脱时间为60 min。
3.3 样品溶剂的选择
根据黄酮类和二芳基庚烷类化合物性质,难溶于水,可溶于甲醇、乙醇等有机溶剂性质,本研究分别考察了使用甲醇、80%甲醇、50%甲醇作为盐炙海南砂仁的溶剂对3,5‑二乙酰氧基‑1,7‑双(3,4‑二羟基苯基)庚烷和5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮色谱峰的影响,结果甲醇溶剂、70%甲醇溶剂的含量测定结果相似,但由于甲醇溶剂毒性相较其他溶剂大,并且5‑羟基‑3,7,4'‑三甲氧基黄酮色谱峰的分离度不太好,因此选用50%乙醇溶剂为盐炙海南砂仁的溶剂。
3.4 炮制工艺优化方法的选择
熵权法是一种通过对实验数据的权重进行赋值的客观分析方法,忽视了主观导致的偏差性,具有一定的准确性
[16]。响应面法作为主要的多因素多水平实验设计方法之一,根据交互试验中心点,开展多因素多水平的试验,以响应面值与不同因素的关系建立函数,并将其函数通过图形的形式展示出来,具有快速、简便的特点,可用于最佳炮制工艺的优化
[17]。本研究前期采用单因素实验考察筛选影响海南砂仁盐炙工艺的变量,再结果发现水盐比例、炒制瓦数和炒制时间对各指标成分含量影响较大,因此,结合盐炙海南砂仁炮制工艺及生产的实际情况,选择水盐比例、炒制瓦数和炒制时间为考察因素,采用熵权法结合响应面法,采用现代工艺研究方法优化盐炙海南砂仁的炮制工艺参数,最终确定最佳炮制工艺为:每50 g海南砂仁原药材,按水盐比例20∶1 (mL/g)加入盐水20 mL,闷润4 h后,300 W炒25 min。本研究筛选得到的盐炙海南砂仁炮制工艺稳定可行,为后续的海南砂仁炮制规定建立提供一定的参考。
作者贡献度说明:
程倩颖:设计实验方案、进行实验并撰写论文;练勇、罗明权、周小妹、张迎:分析数据;孔奕丹、魏娜:提供研究思路、负责论文校审及指导。
所有作者声明不存在利益冲突关系。
海南省自然科学基金资助项目(821RC743)
海南医学院研究生创新科研课题资助项目(HYYB2022A48)
海南医学院研究生创新科研课题资助项目(HYYS2022B15)