摘要：為優(yōu)化黃芪瞬時(shí)高溫滅菌（high temperature short time，HTST）工藝參數(shù)并多維度考察其對黃芪質(zhì)量的影響，基于指標(biāo)相關(guān)性的權(quán)重系數(shù)（criteria importance though intercrieria correlation，CRITIC）法采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化黃芪滅菌工藝參數(shù)，以滅菌溫度、滅菌時(shí)間、藥材粉碎粒度為考察因素，以滅菌率、5種化合物含量及1，1-二苯基-2-苦基肼自由基（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH·）清除率為考察指標(biāo)，通過直觀及方差分析評價(jià)滅菌對3個(gè)考察指標(biāo)的影響；并運(yùn)用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）確認(rèn)指紋圖譜共有峰的結(jié)構(gòu)，以偏最小二乘回歸分析法分析共有峰與抗氧化活性的譜效關(guān)系。結(jié)果顯示， 滅菌溫度是具有顯著影響的因素（Plt;0.05），最佳滅菌工藝參數(shù)為滅菌溫度（170±2）℃，滅菌時(shí)間5 s，粉碎粒度50目；按優(yōu)化工藝滅菌后的3批樣品微生物水平均符合藥典規(guī)定，5種化合物含量及DPPH·清除率與滅菌前比較無明顯變化；滅菌前后指紋圖譜相似度均大于0.900；譜效學(xué)分析相關(guān)性結(jié)果與化合物單體抗氧化的試驗(yàn)結(jié)果及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本一致。綜上所述，瞬時(shí)高溫滅菌對黃芪中微生物具有明顯殺滅作用且對其質(zhì)量無明顯影響，表明該方法適用于黃芪藥材滅菌。

關(guān)鍵詞：黃芪；瞬時(shí)高溫滅菌；指標(biāo)相關(guān)性權(quán)重系數(shù)；正交設(shè)計(jì)；譜效關(guān)系

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.1049

中圖分類號(hào)：S377；R284 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008?0864（2024）07?0223?11

黃芪為豆科植物蒙古黃芪[Astragalusmembranaceus（Fisch.） Bge.var.mongholicus（Bge.）Hsiao] 或膜莢黃芪[Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge.]的干燥根，具有補(bǔ)氣升陽、固表止汗、利水消腫等功效[1]。黃芪含有黃酮類、皂苷類、多糖類等多種有效成分[2?3]。現(xiàn)代藥理研究表明，黃芪有增強(qiáng)免疫功能、抗炎、抗氧化、抗感染和減緩衰老等作用[4]，是常用的滋補(bǔ)藥材。

中藥在貯藏過程中易出現(xiàn)蟲蛀、霉變等問題，黃芪每年在貯存過程中因微生物污染導(dǎo)致的霉變損失占5%～10%[5]。在常用的中藥滅菌方法中，環(huán)氧乙烷滅菌后極易產(chǎn)生溶劑殘留[6]；臭氧的強(qiáng)氧化性在滅菌過程中對有效成分有影響[7]；濕熱滅菌由于濕熱蒸汽含有水分易使中藥中的成分發(fā)生變化[8]；60Co-γ輻照滅菌會(huì)降低有效成分的含量且存在放射線殘留[9]。合適的滅菌方法在達(dá)到滅菌效果的同時(shí)，有效成分的穩(wěn)定也是選擇滅菌方法的重要依據(jù)。瞬時(shí)高溫滅菌（high temperature short time，HTST）最突出的優(yōu)點(diǎn)是滅菌效果好、時(shí)間短、機(jī)械化程度強(qiáng)，是中藥滅菌手段中具有良好應(yīng)用前景的技術(shù)[10]，但其對中藥的質(zhì)量是否有影響還需進(jìn)行深入研究。滕寶霞等[5]對5種不同滅菌方式對黃芪中毛蕊異黃酮苷含量的影響進(jìn)行了研究，但黃芪成分復(fù)雜，以一種成分含量衡量藥材質(zhì)量存在局限性。

本研究采用正交設(shè)計(jì)及指標(biāo)相關(guān)性的權(quán)重系數(shù)（criteria importance though intercrieria correlation，CRITIC）法優(yōu)化黃芪瞬時(shí)高溫滅菌工藝參數(shù)，選取滅菌率、5種化合物總含量和1，1-二苯基-2-苦基肼自由基（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH·）清除率作為考察指標(biāo)，多維度綜合評價(jià)瞬時(shí)高溫滅菌對黃芪質(zhì)量的影響，以期為瞬時(shí)高溫滅菌技術(shù)在黃芪藥材加工、貯藏中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

黃芪飲片購自吉林省長春市各轄區(qū)藥房，經(jīng)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)田義新教授鑒定為豆科植物蒙古黃芪的干燥根。對照品毛蕊異黃酮（RFS-G02101903026）、毛蕊異黃酮苷（RFSG02001902019）、刺芒柄花素（RFS-G01801905020）、芒柄花苷（RFS-M01301904002）和山奈酚（RFSG03311812016），高效液相色譜法（high performanceliquid chromatography ，HPLC）檢測純度均大于98%，購自成都瑞芬思生物科技有限公司；乙腈為色譜純，美國TEDIA生產(chǎn)；甲酸為色譜純，北京化工廠生產(chǎn)；DPPH試劑，純度≥98.5%，上海麥克林生化科技有限公司生產(chǎn)；其他試劑均為分析純；水為超純水。

試驗(yàn)用儀器包括LC-15C高效液相色譜儀，日本島津公司；Waters SYNAPT G2 超高效液相色譜-四極飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Waters公司；KQ-500E超聲波清洗儀，昆山市超聲儀器有限公司；BT25S型十萬分之一電子天平，德國賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；UV-1801紫外分光光度計(jì)，北京瑞利分析儀器公司；FW177 型高速萬能粉碎機(jī)，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；WS-FMD15過熱蒸汽瞬時(shí)滅菌系統(tǒng)，長春鉆智制藥有限公司等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 滅菌樣品制備

取黃芪飲片1 800 g，均勻分成3份，分別粉碎成24、50、80目顆粒備用；采用PE自封袋分裝成9袋，每袋200 g，按照正交因素水平表（表1）對9袋樣品進(jìn)行瞬時(shí)高溫滅菌處理，用無菌采樣袋收集滅菌后的樣品。

1.2.2 瞬時(shí)高溫滅菌工藝優(yōu)化

采用正交試驗(yàn)法，根據(jù)瞬時(shí)高溫滅菌的經(jīng)驗(yàn)及設(shè)備參數(shù)的控制范圍，選取滅菌溫度、滅菌時(shí)間和粉碎粒度為考察因素，每個(gè)因素設(shè)3個(gè)水平，因素水平見表1。以滅菌率、5種化合物總含量及DPPH·清除率為考察指標(biāo)，CRITIC法綜合評價(jià)優(yōu)化黃芪瞬時(shí)高溫滅菌工藝參數(shù)。

1.2.3 正交試驗(yàn)方法

按照 L9 （ 34 ） 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表的條件進(jìn)行滅菌處理，1～9號(hào)為正交試驗(yàn)9組樣品，10號(hào)為未滅菌樣品。測定菌落總數(shù)等微生224物水平、5種化合物總含量和DPPH·清除率[11]。

1.2.4 微生物限度檢查

分別取不同批次滅菌前后樣品各10 g，加入pH 7.0 的無菌氯化鈉-蛋白胨緩沖液100 mL，混勻即為1∶10（g·mL-1）供試液，依次進(jìn)行10、100、1 000倍系列稀釋。需氧菌總數(shù)、霉菌和酵母菌、大腸埃希菌和沙門菌及耐膽鹽革蘭陰性菌檢測按照2020 年版《中華人民共和國藥典（四部）》[12]（以下簡稱《藥典》）通則1105 非無菌產(chǎn)品微生物限度檢查：微生物計(jì)數(shù)法操作，并計(jì)算滅菌率[13]。

樣品菌落總數(shù)=樣品細(xì)菌菌落總數(shù)+霉菌及酵母菌菌落總數(shù)（1）

滅菌率=（未滅菌樣品菌落總數(shù)-滅菌樣品菌落總數(shù)）/未滅菌樣品菌落總數(shù)（2）

1.2.5 HPLC法測定5種化合物含量

①對照品溶液的制備。分別精密稱取毛蕊異黃酮、毛蕊異黃酮苷、刺芒柄花素、芒柄花苷、山奈酚5種對照品各5 mg，置于10 mL的量瓶中，加70%甲醇使溶解并稀釋至刻度，搖勻，即得含量為0.5 mg·mL?1混合對照品母液。再精密吸取對照品母液1 mL至10 mL量瓶中，加70%甲醇稀釋至刻度，搖勻，即得0.05 mg·mL-1的混合對照品溶液。

②供試品溶液的制備。分別精密稱取黃芪粉末1.25 g，加25 mL 70%甲醇回流提取2次，每次1 h，合并濾液，蒸干，殘?jiān)?0%甲醇使溶解，轉(zhuǎn)移至25 mL 量瓶中，用70% 甲醇稀釋至刻度，搖勻，用0.45 μm微孔濾膜濾過，即得。

③色譜條件[14]。色譜柱為Agilent色譜柱（HCC18，4.6mm×250 mm）；總流速為1.0 mL·min-1；柱溫40 ℃，檢測波長280 nm，進(jìn)樣量10 μL；流動(dòng)相為乙腈-0.2%甲酸水；二元梯度洗脫條件見表2。

④含量測定。分別精密吸取對照品溶液及供試品溶液各10 μL，注入高效液相色譜儀測定峰面積按下列公式計(jì)算化合物含量。

式中，A 樣為樣品峰面積； A 對為對照品峰面積； C 對為對照品質(zhì)量濃度，mg·mL-1； V 供為供試品進(jìn)樣體積，μL；V 對為對照品進(jìn)樣體積，μL； V 供定為供試品定容體積，mL；W 供為供試品稱量，g。

1.2.6 DPPH·抗氧化活性測定

取1.2.5中的供試品溶液適量，加入70%甲醇配制成質(zhì)量濃度分別為7、6、5、4 g·L-1的系列質(zhì)量濃度。精密稱取對照品毛蕊異黃酮苷、毛蕊異黃酮、芒柄花苷、芒柄花素、山奈酚適量，加入70%甲醇使溶解，配制成50、100、150、200 μg·L-1的系列質(zhì)量濃度[15?16]。參照王存琴等[17]方法，在紫外-可見分光光度計(jì)518 nm波長下分別測定空白樣品溶液（A空白樣品）、DPPH·對照溶液、對照樣品溶液（A對照樣品）及樣品溶液（A樣品）的吸光度，按下列公式計(jì)算自由基清除率。

1.2.7 基于CRITIC法的最佳滅菌工藝優(yōu)化

根據(jù)1.2.4、1.2.5、1.2.6得到的數(shù)據(jù)，通過 SPSSAU 軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理并進(jìn)行 CRITIC分析，確定各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，根據(jù)權(quán)重系數(shù)計(jì)算綜合評分[18]，以綜合評分進(jìn)行直觀分析及方差分析優(yōu)化滅菌工藝。

綜合評分= Ai/Amax × 權(quán)重系數(shù)+ Bi/Bmax ×權(quán)重系數(shù)+Ci/Cmax × 權(quán)重系數(shù)（5）

式中，Ai為5種化合物含量；Amax為A組內(nèi)最高值；Bi為DPPH·清除率；Bmax為B組內(nèi)最高值；Ci為滅菌率；Cmax為C組內(nèi)最高值。

1.2.8 HPLC指紋圖譜的建立

按最佳滅菌工藝處理10 批樣品（S1～S10）。按1.2.5 中對照品、供試品溶液制備方法及色譜條件操作測定，導(dǎo)入數(shù)據(jù)生成指紋圖譜及對照指紋圖譜，采用中藥色譜指紋圖譜相似度評價(jià)系統(tǒng)（2012版）處理[19]。

1.2.9 液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（liquid chromatography-massspectrometry， LC-MS）確認(rèn)共有峰的結(jié)構(gòu)

質(zhì)譜條件：高分辨Q-TOF ESI源；正負(fù)離子檢測模式；樣品錐電壓35 V；噴霧電壓正離子3 000 V；負(fù)離子2 400 V；源溫150 ℃；去溶劑氣為氮?dú)?；溫?00 ℃；流速300 L·h-1。

1.2.10 譜效關(guān)系分析

采用 SIMCA-P 14.0 軟件中偏最小二乘回歸分析模塊對黃芪指紋圖譜及DPPH·清除率進(jìn)行相關(guān)性分析，以指紋圖譜中各峰的峰面積為自變量（X），以黃芪提取物DPPH·清除率為因變量（Y），計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)和變量重要性投影值（projection valueof variable importance，VIP）。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)黃芪微生物水平考察

微生物水平考察結(jié)果見表3，滅菌前需氧菌總數(shù)、霉菌和酵母菌總數(shù)均超過《藥典》[12]規(guī)定的微生物限度標(biāo)準(zhǔn)，分別為105、104 CFU·g-1；滅菌后，需氧菌總數(shù)、霉菌和酵母菌總數(shù)均小于滅菌前， 瞬時(shí)高溫滅菌對黃芪中微生物具有明顯殺滅作用，滅菌后黃芪中微生物數(shù)量符合《藥典》[12]規(guī)定。大腸埃希菌、沙門菌和耐膽鹽革蘭陰性菌在滅菌后均未檢出。由此可見，瞬時(shí)高溫滅菌技術(shù)是一種有效降低黃芪中微生物含量的方法。

2.2 黃芪DPPH·自由基清除率分析

由表3可知，瞬時(shí)高溫滅菌正交試驗(yàn)9組樣品DPPH·自由基清除率分別為52.29%、62.89%、67.79%、53.96%、57.95%、60.20%、58.88%、55.53%、59.01%，表明滅菌溫度、滅菌時(shí)間、粉碎粒度對黃芪抗氧化性均無明顯影響。

2.3 黃芪5 種化合物含量分析

5種化合物含量測定結(jié)果如表4所示，可以看出，滅菌溫度、滅菌時(shí)間、粉碎粒度對5種化合物含量均影響不大，其中，3號(hào)樣品的化合物總含量最高，為0.155%。

2.4 正交試驗(yàn)綜合評分結(jié)果分析

通過 CRITIC 分析，確定指標(biāo)A（5 種化合物含量）的權(quán)重為23.69%，B（DPPH·清除率）的權(quán)重為26.42%，C（滅菌率）的權(quán)重為49.88%，根據(jù)權(quán)重系數(shù)采用公式（5）計(jì)算綜合評分。由表5、表6 可知，各因素作用主次順序?yàn)榉鬯榱６萭t;滅菌溫度gt;滅菌時(shí)間，方差分析表明滅菌溫度是有顯著影響的因素，確定最佳滅菌工藝為滅菌溫度170 ℃，滅菌時(shí)間5 s，粉碎粒度50 目。分別進(jìn)行滅菌率、5 種化合物總含量以及DPPH·清除率的直觀分析及方差分析，滅菌溫度對滅菌率具有顯著影響，其他因素對滅菌率無顯著影響，滅菌溫度、滅菌時(shí)間及粉碎粒度對5 種化合物總含量以及DPPH·清除率均無顯著性影響（表6）。

2.5 最佳工藝參數(shù)驗(yàn)證

以最佳滅菌工藝條件處理3批樣品，進(jìn)行微生物水平測定，結(jié)果見表7。滅菌前后樣品中5 種化合物總含量及DPPH·清除率測定結(jié)果見表8，結(jié)果經(jīng)t 檢驗(yàn)均無顯著性差異（Pgt;0.05），見表9。樣品中5種化合物總含量與DPPH·清除率均未發(fā)生明顯變化。需氧菌含量低于105 CFU·g-1，霉菌和酵母菌含量低于103 CFU·g-1，微生物水平均符合《藥典》[12]規(guī)定，表明該工藝合理可行，具有可操作性。

2.6 滅菌處理后黃芪指紋圖譜分析

結(jié)合DAD檢測器檢出色譜峰的紫外譜圖，以未滅菌樣品（S11）指紋圖譜為參照，經(jīng)Mark峰比對，確定了13 個(gè)共有峰（圖1）。經(jīng)計(jì)算，S1～S11號(hào)樣品與對照指紋圖譜的相似度分別為0.945、0.942、0.915、0.947、0.951、0.945、0.948、0.921、0.955、0.969、0.939，滅菌后黃芪樣品與對照指紋圖譜相似度均在0.900以上，表明滅菌后樣品質(zhì)量穩(wěn)定。

2.7 基于LC-MS 對13 個(gè)共有峰的結(jié)構(gòu)確認(rèn)

基于黃芪質(zhì)譜正負(fù)總離子流圖和5種對照品正負(fù)離子流圖，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)庫NCBI 檢索、文獻(xiàn)[20?21]對比及5種對照品質(zhì)譜裂解碎片信息對得出的13個(gè)共有峰進(jìn)行結(jié)構(gòu)推斷，確認(rèn)均為黃酮類化合物，結(jié)果如表10。

2.8 滅菌處理黃芪DPPH·清除率測定結(jié)果

S1～S10樣品質(zhì)量濃度為7 g·L-1時(shí)， DPPH·清除率分別為54.96%、61.87%、60.79%、56.68%、63.07%、62.35%、58.50%、57.47%、58.92%、60.88%。

2.9 黃芪中5 種單體化合物DPPH·清除率測定結(jié)果

5 種化合物均為黃酮，各單體質(zhì)量濃度為150 μg·L-1 時(shí)，DPPH·清除率從大到小依次為山奈酚（86.15%）、毛蕊異黃酮（65.76%）、毛蕊異黃酮苷（25.63%）、刺芒柄花素（16.68%）、芒柄花苷（16.68%）。

2.10 譜效關(guān)系分析

以10個(gè)指紋圖譜中13個(gè)共有峰的峰面積為自變量（X），與其對應(yīng)的DPPH·清除率為因變量（Y），導(dǎo)入SIMCA-P 14.1軟件中，作偏最小二乘回歸分析模型擬合，變量重要性投影值（VIP）和偏回歸系數(shù)見圖2。VIP值由大到小的順序依次為山奈酚、毛蕊異黃酮-7-0-葡萄糖-6\"-0-丙二酸鹽、漢黃芩素/千層紙素、異鼠李素、毛蕊異黃酮-葡萄糖-丙二酸鹽異構(gòu)體、鼠李檸檬素（VIPgt;1），均與DPPH·清除率呈正相關(guān)，說明黃芪中上述成分含量增加時(shí)DPPH·清除率會(huì)提高。

3 討論

瞬時(shí)高溫滅菌技術(shù)因其溫度高、時(shí)間短，可以在殺滅微生物的同時(shí)更好保留食物的營養(yǎng)，多用于食品行業(yè)[22]。目前，此方法用于中藥滅菌的報(bào)道較少，袁武會(huì)[23]研究表明，參術(shù)止帶糖漿采用高溫瞬時(shí)滅菌法，既能有效殺滅微生物又能最大限度保證其質(zhì)量；李振豪等[24]研究表明，瞬時(shí)高溫滅菌在徹底殺滅白術(shù)、木香及牛黃中的致病菌時(shí)，不會(huì)改變其中天然成分的完整性。本研究以DPPH·清除率為指標(biāo)評價(jià)瞬時(shí)高溫對黃芪抗氧化活性的影響，結(jié)合指紋圖譜，利用譜效關(guān)系分析評價(jià)高溫瞬時(shí)滅菌對黃芪藥材質(zhì)量的影響，為高溫瞬時(shí)滅菌技術(shù)在黃芪藥材貯藏中的科學(xué)應(yīng)用提供依據(jù)。

滕寶霞等[5]通過考察不同的滅菌方式對黃芪質(zhì)量的影響發(fā)現(xiàn)，幾種滅菌方式均會(huì)影響黃芪中毛蕊異黃酮葡萄糖苷的含量。本研究通過直觀及方差分析發(fā)現(xiàn)，瞬時(shí)高溫滅菌能有效降低黃芪的微生物水平，且滅菌溫度越高，樣品微生物水平越低，而滅菌溫度的變化對其中5種化合物含量及DPPH·清除率均無明顯影響。最佳工藝滅菌后3批樣品與滅菌前比較，5種化合物總含量增加，DPPH·清除率升高，可能與滅菌后水分減少從而使化合物相對含量增加有關(guān)。張婷等[25]研究也表明，瞬時(shí)高溫滅菌后的苦丁茶冬青的有效成分相對含量增加，這與本研究結(jié)果一致。可見，瞬時(shí)高溫滅菌技術(shù)適合黃芪藥材滅菌。

姚靜等[26]通過高效液相色譜-電噴霧檢測利用指紋圖譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量評價(jià)黃芪質(zhì)量，采用對照品分析確認(rèn)了其中10個(gè)色譜峰的歸屬。本研究利用LC-MS聯(lián)用技術(shù)對共有峰進(jìn)行了定性分析，確定了13個(gè)共有峰的結(jié)構(gòu)，且以抗氧化活性為指標(biāo)，進(jìn)行了譜效關(guān)系研究，結(jié)果表明多數(shù)成分抗氧化活性呈正相關(guān)，相關(guān)性與化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本一致。

本研究同時(shí)進(jìn)行了5種對照品單體的抗氧化活性測定，抗氧化活性效果從大到小依次為山奈酚、毛蕊異黃酮、毛蕊異黃酮苷，芒柄花素、芒柄花苷，與譜效學(xué)分析相關(guān)性結(jié)果及化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本一致。其中山奈酚的抗氧化活性最強(qiáng)，與其分子結(jié)構(gòu)中酚羥基基團(tuán)較多相關(guān)；毛蕊異黃酮有2個(gè)酚羥基，抗氧化活性次之；毛蕊異黃酮苷與芒柄花素都有1個(gè)酚羥基，但毛蕊異黃酮苷C3位上的酚羥基活性高于芒柄花素C7位上的酚羥基，所以毛蕊異黃酮苷的抗氧化性強(qiáng)于芒柄花素，結(jié)果與陳星宇等[27]借助于密度泛函理論分析黃酮類化合物構(gòu)效關(guān)系的結(jié)論基本一致，即黃酮類化合物結(jié)構(gòu)中的酚羥基是發(fā)揮抗氧化作用的主要活性基團(tuán)，毛蕊異黃酮苷和芒柄花苷分子的葡萄糖苷上雖然也有酚羥基，但未表現(xiàn)出強(qiáng)抗氧化性，由此可推斷抗氧化活性的強(qiáng)弱取決于化合物中酚羥基的數(shù)量及位置，糖苷上的羥基不具有抗氧化活性。

參 考 文 獻(xiàn)

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