CN104931428A - 一种栀子炮制过程在线控制的方法 - Google Patents

Abstract

针对现有技术中中药栀子在炮制生产过程中采取以个人经验对颜色观察作为唯一控制方法，从而缺乏客观性的技术问题，本发明引入一种能够准确量化中药外观颜色的技术，对栀子各饮片的果皮与种仁采取直接测色的方法，量化其颜色数据，并经过统计计算，确定栀子的数学判别函数用于栀子饮片炮制过程中的在线控制。将此法用于栀子的在线生产中，可保证栀子饮片质量的稳定性，并具有客观、快速、可靠的优点，解决现有技术中人为判断缺乏客观性的技术问题。

Description

一种栀子炮制过程在线控制的方法

技术领域

本发明涉及中药饮片的炮制工艺及其质量控制领域，具体涉及以颜色数据作为重要指标作为控制栀子饮片炮制程度的一种判别方法。

背景技术

栀子为茜草科植物栀子Gardenia jasminoides Eills的干燥成熟果实，具有泻火除烦、清热利尿、凉血解毒之功效。临床用于热病心烦、黄疽尿赤、血淋涩痛、目赤肿痛、火毒疮疡，外治扭挫伤痛。栀子常见的饮片品种有生栀子、炒栀子、焦栀子和栀子炭。研究表明，栀子的化学成分主要为环烯醚萜类(栀子苷、京尼平苷酸、京尼平龙胆二糖苷等)、二萜色素类(西红花苷类、西红花酸等)，另外还有黄酮类(栀子素、芦丁等)、有机酸类(绿原酸等)、甾醇类、三萜皂苷类、挥发油、多糖等成分。目前对栀子内在化学成分的研究主要集中在环烯醚萜类成分，尤以栀子苷作为其质量控制的指标。现代药理实验表明，栀子具有抗炎、利胆、抗病毒、促进胃液分泌及止血、治疗软组织损伤作用。

中药颜色是中药加工炮制程度判断的手段之一，中药在炮制过程中，常以颜色的变化来描述中药炮制的程度。《本草蒙筌》中指出：“凡药制造，贵在适中，不及则功效难求，太过则气味反失。”精辟地说明了掌握炮制火候对保证药物功效的重要性。其中饮片外观颜色则是中药炮制品“火候”和品质鉴别的重要指标之一，其具有长期的实践基础，涉及品种广，简便易懂等特点。如《中国药典》2010年版附录中药材“炮制通则”收载的“需炒焦者，一般用中火炒至表面焦黄色，断面色深为度，取出，放凉”；“炒炭是取净药材，置热锅内，用武火炒至表面焦黑色，内部焦黄色或至规定程度时，喷淋清水少许，熄灭火星，取出，晾干”。

在栀子各不同饮片的性状描述中，颜色是饮片性状评价中的重要指标，同时亦是饮片炮制过程中控制饮片炮制程度的唯一标准。《中国药典》2010年版、《全国中药饮片炮制规范》、各省中药饮片炮制规范及《中药炮制学》教科书中关于栀子各不同饮片的外观颜色及炮制程度的描述整理如表1：

表1 栀子及其不同规格炮制品的颜色表述统计

综合上表，可以看出关于栀子不同规格炮制品的颜色描述主要为：生品表面红黄色或棕红色，内表面色较浅，种子深红色或红黄色；栀子炒黄品表面黄褐色或黄红色；栀子焦品表面焦褐色、焦黄色或焦黑色，果皮内表面棕色，种子表面为黄棕色或棕褐色；炭品表面黑褐色或焦黑色。这些关于饮片颜色指标的描述较“模糊”，未达到数据化和标准化统一的衡量标准，无法得到准确掌握。

仅凭人类视觉的方法不仅不客观，受到环境和观察者自身的影响，而且涉及颜色指标的描述“模糊”，未达到数据化和标准化的衡量标准，无法得到准确掌握，故在中药生产过程中，不利于工艺规范化的实施，饮片质量无法得到稳定的控制；在饮片监管中更是无判断标准，使执法行动困难重重。因此，饮片外观颜色的客观量化成为中药炮制过程中亟待解决的重要问题。

目前关于栀子在炮制生产过程中仍采取以个人经验对颜色观察作为唯一的控制方法，针对其缺乏客观性，本发明引入一种能够准确量化中药外观颜色的技术，引入分光测色仪，对栀子各饮片的果皮与种仁采取直接测色的方法，量化其颜色数据，并经过统计计算，确定栀子的数学判别函数用于栀子饮片炮制过程中的在线控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种栀子炮制过程在线控制的方法。为了达到这个目的，采用如下技术方案：

一种栀子炮制过程在线控制的方法，包括测定与鉴定两步骤：

1)测定栀子的果皮及种仁的颜色参数：取炮制过程中的栀子饮片，利用分光测色仪进行测定，测定条件如下：光源为脉冲氙灯，光源D65，标准观察角度8°，照明口径Φ3mm，测量波长范围为360～740nm，照明系统为含镜面光的SCI反射光模式；分别测定栀子果皮的颜色参数L*、a*、b*值及种仁的颜色参数L*、a*、b*值，每个样品测3次并计算平均值。

2)以下述方法判定样品是否炮制至相应的规格：用步骤1)方法测定所得果皮与种仁的L*、a*、b*的平均值，按下述A或者B或者C的方法进行鉴定，由此控制栀子炮制品质量：

A.判别各类饮片的果皮及种仁颜色参数，需同时达到如下表所示的颜色参数范围：

*注：合格品需同时满足表中栀子果皮与种仁的颜色参数范围。

B.用如下公式计算与标准颜色参数间的色差值其中ΔL*＝L*_样品-L*_标准，Δa*＝a*_样品-a*_标准、Δb*＝b*_样品-b*_标准；当ΔΕ*ab小于下表中规定的范围时判别为相应栀子饮片：

*注：把所测样品颜色参数(L*，a*，b*)代入色差值ΔΕ*_ab计算公式计算得ΔΕ*_ab，合格品需同时满足表中栀子果皮与种仁的色差值ΔΕ*_ab的范围；

C.以判别函数的方法判定样品是否炮制至相应的规格：

各类饮片的果皮及种仁颜色参数代入以下四个数学辨别函数进行计算并比较Y1，Y2，Y3，Y4值的大小：其中Y1值最高即判定为生栀子、Y2值最高即判定为炒栀子、Y3值最高即判定为焦栀子、Y4值最高即判定为栀子炭。

Y1＝14.879L*w+6.104a*w–8.529b*w+9.528L*n+7.806a*n–3.775b*n–487.929

Y2＝13.122L*w+4.212a*w–7.633b*w+9.184L*n+3.236a*n–4.003b*n–313.226

Y3＝12.003L*w+1.821a*w–7.456b*w+10.012L*n+2.697a*n–4.345b*n–275.251

Y4＝10.754L*w+1.604a*w–6.885b*w+8.692L*n+2.301a*n–4.487b*n–210.236

*注：L*w，a*w，b*w分别指栀子果皮的颜色参数L*，a*，b*；L*n，a*n，b*n分别指栀子种仁的颜色参数L*，a*，b*。

有益效果

本发明引入的栀子炮制过程在线控制的方法，通过对栀子各饮片的果皮与种仁采取直接测色的方法，量化其颜色数据，并经过统计计算，确定栀子果皮与种仁的颜色参数的范围、色差值范围以及数学判别函数用于栀子饮片炮制过程中的在线控制。将此法用于栀子的在线生产中，可保证栀子饮片质量的稳定性，并具有客观、快速、可靠的优点，解决现有技术中人为判断缺乏客观性的技术问题。

附图说明

图1栀子各不同饮片颜色参数正态分布图(1-生品，2-炒品，3-焦品，4-炭品)；图中显示不同炮制程度的栀子各颜色参数分布不完全呈现正态分布，其中栀子炒品中颜色参数b*w和L*n，栀子焦品中颜色参数L*w、a*w、L*n、a*n、b*n，栀子炭品中颜色参数L*w、a*w、b*w、L*n呈正态分布，其余颜色参数均不符合正态分布。

图2为栀子各炮制品判别分析图。图中显示不同炮制程度的栀子(1-生品、2-炒品、3-焦品、4-炭品)外观标准颜色参数值范围存在显著区别。

具体实施方式

结合具体实施方式，对本发明进一步说明如下：

实施例1栀子饮片颜色参数范围的确定

1.1仪器与测定条件

仪器 CM-5型分光测色仪(日本柯尼卡美能达有限公司)，配Spectric-Magic NX工作站。

测定条件 光源为脉冲氙灯，光源D65，标准观察角度8°，照明口径Φ3mm。仪器误差ΔΕ*ab0.6以内；测量波长范围为360～740nm；重复性标准偏差ΔΕ*ab在0.07以内；仪器器间标准偏差ΔΕ*ab为0.15。照明系统为含镜面光的SCI(specular componetnt included)反射光模式及排除镜面反射(specular componetnt excluded，SCE)。

1.2饮片

栀子各饮片(34批生品、34批炒品、36批焦品、32批炭品)收集于全国主要代表性饮片企业，原药材来源于全国主要的栀子的主产区，经鉴定为茜草科植物栀子Gardeniajasminoides Ellis的干燥成熟果实及其相关的饮片。由于同一批样品外观颜色差异较大，且不同规格饮片的外观颜色有交叉，所以本实验根据其外观颜色，对颜色差异较大的同批次样品，先进行肉眼判断，分成若干颜色等级。并采用Delphi法经多个专家如南京中医药大学中药炮制学专家陆兔林、江苏省中医院田立元主管中药师等以经验判断其颜色为合格，即多位专家对每批次分出的若干颜色等级的样品进行2轮评审，根据2轮评审结果与样品收集厂家原标识一致，最终确定样品的归属。

具体的栀子饮片来源和专家判断结果见表2-5，通过15位专家两轮盲法评审评价，将厂家原标签信息与专家2轮评审结果完全一致的样品(即标识为“Y”)作为正确饮片，进行下一步的样品颜色检测，由此保证饮片外观颜色的采集及范围建立的合理性。而“N”表示专家判断与原厂家的样品标识不一致，“-”表示无此等级样品。

表2 生栀子饮片来源及专家判断结果

表3 炒栀子饮片来源及专家判断结果

表4 焦栀子饮片来源及专家判断结果

表5 栀子炭饮片来源及专家判断结果

1.3测色方法学考察

1.3.1不同测色模式对测色结果影响的考察

仪器检测时，提供了SCI与SCE两种测量模式。SCI测量模式下，镜面反射光与漫反射光将同时测定，而在SCE测量模式下，镜面反射光被排除在外只测定漫反射光。前者测出的值与观测者肉眼观察的物体颜色相当，而后者与物体整体客观颜色相当，与物体表面条件无关。取同一批生栀子样品，固定样品颜色采集点，分别测定其果皮的SCI值与SCE值，进行比较，结果表明，两种测量模式下，SCI与SCE测量值相近，具体结果见表6。因此，本实验采集饮片颜色参数只以SCI模式测定的结果进行分析。

表6 不同测色模式(SCI、SCE)对栀子颜色参数的影响

1.3.2测色方法精密度考察

取同一批次生栀子样品6个，固定样品的颜色采集点，以分光测色仪连续采集的颜色，每次重复测量6次，记录各饮片果皮颜色参数L*、a*、b*的数据，并分别计算其平均值及RSD，具体结果见表7。结果表明，各样品的外观颜色参数参数L*、a*、b*的RSD均小于3％，说明测色仪器精密度较高。

表7 测色方法的精密度结果(n＝6)

1.3.3测色方法稳定性考察

取同一批次生栀子样品6个，固定的采集点，分别于0h、2h、4h、6h、8h、10h、12h、18h、24h、36h、48h，采用连续开机及每次测量后均关机的方法，对其果皮进行颜色检测，记录各饮片不同时间点的颜色参数L*、a*、b*数据，并计算其平均值及RSD，具体结果见表8。结果表明，各样品外观颜色参数L*、a*、b*的RSD均小于3％，表明该测色方法的稳定性良好。

表8 测色方法稳定性结果

1.3.4不同外界光照强度对测色影响的考察

取同一批生栀子样品，固定样品颜色采集点，置于自然光下进行测量，分别在一天的六个不同光照时间点7:30，10:30，13:30，16:30，19:30，22:30，以CM-5分光测色仪对样品果皮的固定采集点进行颜色检测，记录各饮片颜色参数L*、a*、b*的数据，并计算平均值及RSD。具体结果见表9。结果表明不同光亮强度下各栀子外观颜色参数L*、a*、b*的RSD均小于3％，表明实验过程中外界光强度对试验结果影响较小。

表9 不同外界光照强度对测色影响的考察结果

1.4颜色参数标准范围的确定

1.4.1饮片外观颜色的测定

为了保证取样代表性，在采集颜色数据前，先根据样品外观颜色，主观肉眼判断将每批次样品分成1-4个不同的颜色等级，每个颜色等级选择10个样品，每个样品选择3个点测定，每个点重复测3次，记录颜色参数，根据每个样品测得的颜色平均值确定标准L*、a*、b*值；同样的方法对样品进行内部颜色采集。

1.4.2颜色数据正态分布检验

采用SPSS16.0软件对采集到的栀子各不同饮片外表面和内部颜色数据进行分析，主要采用探索性分析进行多元正态性检验，具体见表10。栀子各炮制品(生品、炒品、焦品、炭品)外观(L*w、a*w、b*w)和内部(L*n、a*n、b*n)颜色数据的正态分布曲线直方图见图1。

表10 栀子正态分布检验结果(*P>0.05)

按照P>0.05符合正态分布的检验标准，从表10中栀子不同饮片的颜色参数参数Kolmogorov-Smirnov正态分布检验结果(P值)可以看出，生品中各颜色参数(L*w、a*w、b*w、L*n、a*n、b*n)的数据均不符合正态分布；栀子炒品中除颜色参数b*w(P＝0.200)和L*n(P＝0.200)的数据符合正态分布外，其余各颜色参数的数值均不符合正态分布；栀子焦品中的除颜色参数b*w不符合正态分布外，其余各颜色参数的数据均符合正态分布(P>0.05)；栀子炭品中颜色参数a*n(P＝0.000)和b*n(P＝0.000)数据不符合正态分布，其余各颜色参数值均符合正态分布。

综合考虑，栀子各不同饮片(生栀子、炒栀子、焦栀子、栀子炭)内部(L*n、a*n、b*n)和外部(L*w、a*w、b*w)颜色变量的原始数据呈正态分布情况不一，因此，饮片颜色参数参考范围的建立采用四分位数间距法，即百分位数(Percentiles)，并以以中位数为标准颜色参数建立标准色差值ΔΕ*ab。

1.4.3颜色参数参考范围的建立

根据采集到的山楂和栀子各不同饮片外表面和内部颜色数据，采用描述性统计分析(Descriptive Statistics)中的频数统计法(Frenquencies过程)计算饮片各不同规格饮片内、外部颜色参数的P5和P95百分位数指标，分别得到栀子外部(果皮)和内部(种仁)双侧90％区间的颜色参数范围，并取中位数为标准颜色参数，根据公式 计算各饮片标准色差值ΔΕ*ab，其中ΔL*为所测样品L*值与标准颜色参数L*值之差，Δa*为所测样品a*值与标准颜色参数a*值之差、Δb*为为所测样品b*值与标准颜色参数b*值之差。具体见表11。

表11 栀子不同饮片外观颜色标准范围

1.4.4颜色参数标准范围的合理性验证

为了验证所建立的颜色范围是否可以将栀子不同饮片(生栀子、炒栀子、焦栀子和栀子炭)进行区分，判断饮片颜色参数参考范围的合理性。采用非参数检验(Nonparametric Tests)项下独立样本检验(K Independent Samples)对所采集到栀子的生栀子、炒栀子、焦栀子和栀子炭各组果皮颜色数据(L*w、a*w、b*w)和种仁颜色参数(L*n、a*n、b*n)进行统计分析，以验证所建立的栀子不同规格炮制品参考值范围的合理性。分别得到秩和检验(Kruskal-Wallis H)参数和中位数检验参数(Median Test)结果，具体见12。

表12 栀子的非参数检验(Kruskal-Wallis H Test)结果

表13 栀子的非参数检验(Median Test)结果

生栀子、炒栀子、焦栀子、栀子炭4组不同炮制品外部和内部颜色参数L*w、a*w、b*w、L*n、a*n、b*n在Kruska-Wallis H检验结果中各颜色参数的卡方χ2分别为2669、3237、2726、1317、1475、987.408，P值均为0.000；Median Test中L*w、a*w、b*w、L*n、a*n、b*n在χ2分别为1695、2349、1661、692.2、811.7、436.8，P值均为0.000，可见两种计算方法得出的结论一致，四组不同炮制规格栀子饮片的颜色标准范围之间的差异都具有显著性的统计学意义，表明所建立栀子生栀子、炒栀子、焦栀子和栀子炭的标准颜色范围可较好地将不同炮制规格的栀子饮片进行区分。

实施例2栀子果皮和种仁颜色的关联分析

由于栀子各饮片(生栀子、炒栀子、焦栀子、栀子炭)果皮和相应种仁的原始颜色数据不满足正态分布，因此采用单因素相关分析的Spearman’s rho相关系数，探索栀子不同饮片内、外颜色之间的关联性。栀子各饮片种仁(L*n、a*n、b*n)、果皮颜色变量(L*w、a*w、b*w)之间的相关系数结果见表14。

表14 栀子饮片果皮和种仁颜色相关分析结果

结果显示，生栀子果皮和相应种仁三组颜色参数参数(L*w—L*n、a*w—a*n、b*w—b*n)之间一一对应的Spearman’s rho等级相关系数分别为L*w—L*n(0.328，P＝0.001)，a*w—a*n(0.352，P＝0.000)，b*w—b*n(0.497，P＝0.000)；栀子炒品果皮颜色参数和相应种仁颜色参数之间一一对应的Spearman’s rho等级相关系数分别为L*w—L*n(0.193，P＝0.023)，a*w—a*n(0.049，P＝0.000)，b*w—b*n(0.390，P＝0.001)；栀子焦品果皮颜色和相应种仁颜色参数之间一一对应的Spearman’s rho等级相关系数分别为L*w—L*n(0.720，P＝0.000)，a*w—a*n(0.601，P＝0.000)，b*w—b*n(-0.776，P＝0.000)；栀子炭品果皮和相应种仁三组颜色参数之间一一对应的Spearman’s rho等级相关系数分别为L*w—L*n(0.750，P＝0.020)，a*w—a*n(0.820，P＝0.007)，b*w—b*n(0.833，P＝0.005)。

从上述结果可以看出，栀子不同饮片其内、外部各颜色参数之间具有相关性，且P值均小于0.05，有统计学意义，为栀子以外色控制内色的合理性提供了数据支撑。《中国药典》2010年版中关于栀子外观性状中对其果皮颜色有规定，说明栀子在颜色控制时可以采用单独的果皮颜色来表示。

实施例3栀子炮制程度数学判别公式的建立

为建立饮片炮制程度的数学模型。以栀子每个分组(生栀子、炒栀子、焦栀子、栀子炭)的参考值范围为基础，将采集到的栀子不同饮片颜色数据，采用判别分析(Discriminant)中的典型判别函数——贝尔斯(Bayes)判别法则建立判断栀子不同饮片炮制程度的数学判别函数模型，再采用普通方法(Original)及交互验证(Cross-validated)对栀子各饮片的每个颜色数据进行验证。

针对栀子不同饮片所采集到的原始颜色数据，经判别分析，分别建立以颜色数据来表征的栀子炮制程度数学判别函数式；并对所建立的判别函数的判别正确率进行交互验证。结果见表15和图2。

表15 栀子数学判别函数结果

根据表15中栀子各炮制品相应判别函数的系数，建立栀子不同炮制程度(火候)的典则判别函数如下：

生栀子:Y1＝14.879L*w+6.104a*w–8.529b*w+9.528L*n+7.806a*n–3.775b*n–487.929

炒栀子:Y2＝13.122L*w+4.212a*w–7.633b*w+9.184L*n+3.236a*n–4.003b*n–313.226

焦栀子:Y3＝12.003L*w+1.821a*w–7.456b*w+10.012L*n+2.697a*n–4.345b*n–275.251

栀子炭:Y4＝10.754L*w+1.604a*w–6.885b*w+8.692L*n+2.301a*n–4.487b*n–210.236

将已确定规格的生栀子、炒栀子、焦栀子、栀子炭各样品的具体颜色数据代入已建立的“火候”判别函数式，由此判断数学函数式的合理性。

进一步对栀子各炮制品外观颜色数据进行分析，得到其判别函数分析图2。从图上可以看出不同炮制程度的栀子(1-生品、2-炒品、3-焦品、4-炭品)外观标准颜色参数范围存在显著区别，是相互区分开来的，说明在此基础上建立的栀子不同“火候”数学预测模型可以较好判别饮片规格。

从栀子判别模型的验证表16中可以看出，第一部分中使用普通方法(Original)对四组规格样本(生栀子、炒栀子、焦栀子、栀子炭)中每条记录进行判别，结果显示，栀子各判别函数的判别正确率分别100％，100％，98.4％，98.5％。第二部分为使用交互(Cross-validated)验证结果，判别正确率分别100.0％，100％，96.8％，97.0％。可以看出，建立的栀子各炮制程度的判别函数对样本的错判非常少，因此所建立的栀子不同规格炮制的判别函数式较为稳定、合理。

表16 栀子判别模型交互验证结果

注：表中纵列的1，2，3，4分别代表栀子样品原有的归属，即生品、炒品、焦品、炭品；横列的1，2，3，4分别代表样品的颜色数据经判别函数计算所确定的归属即生品、炒品、焦品、炭品。

Claims (1)

1.一种栀子炮制过程在线控制的方法，包括测定与鉴定两步骤：

1)测定栀子的果皮及种仁的颜色参数：取炮制过程中的栀子饮片，利用分光测色仪进行测定，测定条件如下：光源为脉冲氙灯，光源D65，标准观察角度8°，照明口径Φ3mm，测量波长范围为360～740nm，照明系统为含镜面光的SCI反射光模式；分别测定栀子果皮的颜色参数L*、a*、b*值及种仁的颜色参数L*、a*、b*值，每个样品测3次并计算平均值。

2)以下述方法判定样品是否炮制至相应的规格：用步骤1)方法测定所得果皮与种仁的L*、a*、b*的平均值，按下述A或者B或者C的方法进行鉴定，由此控制栀子炮制品质量：

A.判别各类饮片的果皮及种仁颜色参数，需同时达到如下表所示的颜色参数范围：

*注：合格品需同时满足表中栀子果皮与种仁的颜色参数范围。

B.用如下公式计算与标准颜色参数间的色差值 其中ΔL*＝L*_样品-L*_标准，Δa*＝a*_样品-a*_标准、Δb*＝b*_样品-b*_标准；当ΔΕ*ab小于下表中规定的范围时判别为相应栀子饮片：

*注：把所测样品颜色参数(L*，a*，b*)代入色差值ΔΕ*_ab计算公式计算得ΔΕ*_ab，

合格品需同时满足表中栀子果皮与种仁的色差值ΔΕ*_ab的范围；

C.以判别函数的方法判定样品是否炮制至相应的规格：

各类饮片的果皮及种仁颜色参数代入以下四个数学辨别函数进行计算并比较Y1，Y2，Y3，Y4值的大小：其中Y1值最高即判定为生栀子、Y2值最高即判定为炒栀子、Y3值最高即判定为焦栀子、Y4值最高即判定为栀子炭。

Y1＝14.879L*w+6.104a*w–8.529b*w+9.528L*n+7.806a*n–3.775b*n–487.929

Y2＝13.122L*w+4.212a*w–7.633b*w+9.184L*n+3.236a*n–4.003b*n–313.226

Y3＝12.003L*w+1.821a*w–7.456b*w+10.012L*n+2.697a*n–4.345b*n–275.251

Y4＝10.754L*w+1.604a*w–6.885b*w+8.692L*n+2.301a*n–4.487b*n–210.236

*注：L*w，a*w，b*w分别指栀子果皮的颜色参数L*，a*，b*；L*n，a*n，b*n分别指栀子种仁的颜色参数L*，a*，b*。