中药材贮藏过程中“走油”变质的影响因素品质评价及其机制研究进展△

2022-12-06 12:42程云霞刘伟王凯郭兰萍王晓
中国现代中药 2022年6期
关键词:药典五味子变质

程云霞,刘伟,王凯,郭兰萍,王晓*

1.齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省分析测试中心,山东 济南 250014;2.山东中医药大学 药学院,山东 济南 250355;3.中国中医科学院 中药资源中心/道地药材国家重点实验室培育基地,北京 100700

优良、稳定的中药品质是确保中医临床疗效和保障患者生命安全的基础。贮藏条件是否恰当与中药材品质优劣密切相关,绝大多数中药材因贮藏不当极易发生“走油”、虫蛀、变色、发霉、潮解、气味散失、风化等变质现象,影响药材质量[1]。其中,“走油”是一种在高温、高湿等条件下贮藏时,药材中所含的糖类、挥发油、油脂等成分发生外溢,出现表面变色、显油性、质地发软、变黏并有哈喇味的变质现象,又称为泛油[2]。一些临床常用的大宗中药,如枸杞子、党参、五味子、苦杏仁、当归、麦冬等常发生“走油”变质。“走油”后的药材轻则降低治病效果,重则产生毒性,致人死亡。本文对影响中药材“走油”的因素及“走油”前后化学成分变化等展开文献分析,同时基于不同物质基础对“走油”变质机制进行归类总结,以期为预防、调控中药材“走油”,合理利用中药资源、确保中药品质提供参考。

1 影响中药材“走油”变质的因素

关于影响中药材“走油”的因素,可概括为外因和内因两部分。外因是“走油”发生的催化剂,内因则决定“走油”发生的程度,两者相辅相成,共同作用。

1.1 外因

外因包括温度、湿度、氧气、光照、加工方式、贮藏年限、包装材料等外界诸多因素。文献研究发现,在中药材贮藏过程中,温度越高(≥30 ℃)、相对湿度越大(≥75%),越会加快药材的呼吸速率,使其释放出大量热量,若不能及时逸散,药材温度升高会加速“走油”发生。而一定的温度、湿度条件能够为霉菌生存、酶活性提供适宜的外部环境,加快了药材中糖类、油脂类成分溢出[3-4]。空气中的氧气和臭氧可使不饱和脂肪酸中的双键氧化,经一系列反应,最终生成小分子的醛和酸类成分,导致富含油脂的中药材出现酸败变质[5]。日光中的红外线会引起药材表面及内部温度升高,促使药材发生一系列氧化、分解、聚合等光化学反应[6]。有研究者研究不同温度(4、15、25、35 ℃)下45%、60%、75%相对湿度贮藏条件下有无包装对枸杞子“走油”程度的影响,发现随着温度、湿度升高,药材中的水分及水分活度值也随之增加,药材“走油”程度加深;与之相比,采用聚乙烯材料包装的枸杞子“走油”发生的速率明显减缓[7-8]。孟祥才等[9]研究了不同温度、湿度和贮藏时间对五味子药材品质的影响,结果表明,影响五味子药材质量的关键因素是湿度,其次是温度。此外,为了节省贮藏空间,常将一些中药材堆叠存放,药材间的挤压会造成其内含物(如油脂、黏液质、糖类等成分)外溢,从而发生“走油”变质。

1.2 内因

内因与药材自身的理化性质有关,包括药材所含的化学成分、含水量及部分内含微生物等因素。中药材具有复杂的化学组分,如初级代谢物(糖、蛋白质、油脂等)、次级代谢产物(糖苷类、木脂素类、黄酮类等)等,各组分性质各异[10-11]。正是中药材中的这些组分的差异构成了中药质与量变化的物质基础,也决定了“走油”发生程度和临床疗效。水分也是中药材贮藏过程中影响品质的关键因素,《中华人民共和国药典》(以下简称《中国药典》)2020 年版将水分列为必查项,其是药材质量评价的重要指标之一。一些具有多孔组织结构和巨大表面积及含有的亲水性大分子组分(糖类、黏液质、蛋白质及多酚等)的中药材具有较强的吸湿作用,可使药材内水分增加,加速药材变软、发黏和变色等现象发生[11]。建议药材在贮藏过程中,应控制自身含水量不超过13%,水分活度不超过0.5[7]。

综上所述,中药材“走油”的发生是外在条件(贮藏温度、湿度、时间等)致使内在因素(药材性状、理化性质)变化的结果。建议此类中药材应贮藏在低温(≤25 ℃)、干燥(相对湿度≤45%)、避光的环境中,聚乙烯材料真空包装,切勿堆叠存放,贮藏时间越短越好。

2 中药材“走油”品质评价

中药材在贮藏过程中受外界环境及自身内在因素的影响常表现为一些理化性质的改变,这些改变伴随着药材变质的发生。

目前,判断中药材“走油”变质最为经典且应用历史最久的是传统感官鉴别法,包括肉眼观察法、手触摸法、鼻闻法等,这些方法虽然操作简单、快速,但要求鉴定者经验丰富,且不同的鉴定者描述极易出现误差,鉴定结果具有一定的主观性,缺乏客观的评价标准,限制了其在实际中的应用。近年来,活性成分含量测定也成为评价中药质量的重要方法之一,即选取中药中的1 种或几种成分作为指标成分进行含量测定,用于中药品质评价。《中国药典》2020 年版(一部)的检查项下有对易“走油”中药材相应的指标含量的规定。

枸杞子中富含多糖类组分,若贮藏条件不当,多糖易外溢,从而出现“走油”变质现象。枸杞多糖为枸杞子“走油”变质的化学物质基础,《中国药典》2020 年版中规定其含量不得少于1.80%。有研究发现,“走油”后的枸杞子出现了质地松软且粘连、表面泛油光、果皮颜色由鲜红色变成紫红或暗红色等变化[2,8,12];当枸杞子在温度为40 ℃、相对湿度为75%条件下贮藏时,贮藏至第40天,有50%左右的药材出现了“走油”现象,此时枸杞多糖质量分数为1.22%~1.59%,已低于《中国药典》2020年版规定;另有研究中也对“走油”前后的甜菜碱、总酚酸、类胡萝卜素及芦丁含量进行比较,结果表明芦丁、类胡萝卜素在变质前后含量差异较大,均呈明显下降趋势,此2 种成分可作为枸杞子“走油”的指标性成分,而《中国药典》2020 年版中并未对芦丁、类胡萝卜素进行含量限定,有待补充。

木脂素类组分是五味子的主要成分。拱健婷[13]通过加速实验法对五味子药材进行质量评价,选取五味子醇甲、五味子酯甲、五味子甲素、五味子乙素4 个木脂素类成分作为研究指标,结果发现,随着贮藏时间的延长,五味子表面颜色加深、质发软且显油性,同时4 个成分含量均有不同程度的下降。这一结论表明,上述4 个成分可作为五味子品质研究的指标成分,对其进行含量限定后能够客观反映五味子药材是否发生“走油”变质。《中国药典》2020 年版中仅对五味子醇甲含量进行限定,不得少于0.40%,为更全面客观地评价五味子的质量,更多组分的含量应该被研究、被限定。

苦杏仁中含丰富脂肪油(占总量的40%~56%)[14],在贮藏中极易发生“走油”变质,严重影响苦杏仁品质及临床用药安全性。赵丽莹[15]采用加速实验法制备不同走油程度苦杏仁样品,选取苦杏仁苷、苦杏仁苷酶、苦杏仁油脂及酸败度作为表征苦杏仁“走油”程度的变质指标,研究各指标在“走油”过程中变化趋势,并结合性状变化及电子鼻技术分析结果,建立了苦杏仁“走油”预警模型,得出苦杏仁苷在苦杏仁生品中质量分数<3.01%,燀品质量分数<2.1%,炒品质量分数<1.91%时,即可认为发生“走油”,不能药用这一结论。《中国药典》2020年版中规定,苦杏仁生品种苦杏仁苷质量分数≥3.0%,燀品≥2.4%,炒品≥2.4%,故苦杏仁炮制品的含量限定需后续研究进一步验证。另《中国药典》2020 年版中要求苦杏仁过氧化值不得超过0.11。陈慧荣[16]及本课题组前期的研究结果均表明,“走油”后的苦杏仁样品的过氧化值低于0.11,这可能是由于过氧化物仅是脂肪油氧化初期的产物,只代表脂肪油氧化初期的酸败程度,而过氧化物本身性质不稳定,到了氧化后期,易分解成醛类、酮类成分,故满足不超过0.11 过氧化值并不能表明苦杏仁样品发生“走油”的程度较低。

吴翠等[17]对党参“走油”前后色泽变化与5-羟甲基糠醛(5-HMF)含量相关性进行研究,研究中使用色差仪测定色度值,采用高效液相色谱法(HPLC)测定5-HMF 含量。结果发现,党参色度值(L*)与5-HMF含量呈显著负相关,总色度值(ΔE*)与5-HMF 含量呈显著正相关,据此推断党参“走油”后的色泽变化与5-HMF 含量有关,建议对L*、5-HMF 含量进行限定,来确保党参药材品质和临床疗效。另外,党参中的多糖、炔苷、苍术内酯Ⅲ等成分在药材发生“走油”后,质与量也会有改变,这也是评价党参品质的重要指标。《中国药典》2020年版中并未对上述指标进行含量限定,有待进一步研究。

川芎的主要成分为挥发油、生物碱、多糖等,药材在贮藏期间易出现泛油、香气减弱、断面颜色变黄等现象,并伴随着阿魏酸松柏酯、洋川芎内酯A、Z-藁本内酯、总阿魏酸等多个活性成分含量的变化,这必然会引起药材质量和功效的改变[18-19]。《中国药典》 2020 年版中仅对阿魏酸质量分数进行限定(≥0.10%),制约了川芎药材的品质评价研究。吴翠等[20]研究表明,色差仪测定结果可客观地描述天冬“走油”前后色泽变化,且色泽变化与5-HMF 含量呈显著相关,为保证天冬药材品质建议以5-HMF 质量分数低于0.02%为宜,高于此数值则可认为天冬药材发生“走油”变质。《中国药典》2020 年版中尚未有对天冬药材指标成分进行规定。

实际上,中药材种类众多,所含化学成分复杂,《中国药典》2020 年版对药材的指标性成分含量限定不全面,需后续进一步研究、补充,故采用1 种或几种活性成分含量测定法获得的结果并不能够充分表征药材整体品质信息,且样品要经过复杂的前处理,耗时费力。因此,建立一种高效、客观、准确、全面的中药材“走油”判别方法,对确保中药材品质、提高临床疗效尤为重要。

3 中药材“走油”机制研究

中药材在贮藏过程中基于一定的因素条件,其油脂、糖、黏液质、蛋白质、挥发油等内含物发生外流,经过一系列的氧化或分解反应,最终发生“走油”变质。药材发生“走油”的物质基础不同,“走油”机制也各异。

3.1 富含油脂的药材

查阅文献后发现,油脂类中药材在贮藏过程中发生“走油”变质有2 种可能的机制:一是此类药材因贮藏条件不当,内含的不饱和脂肪酸中的双键被氧气或臭氧氧化,生成小分子醛和酸类组分,产生难闻的酸臭味;二是油脂在光照、脂肪氧化酶、微生物等因素的协同作用下发生一系列分解,生成甘油和脂肪酸,甘油进一步被氧化生成具有特臭气味的1,2-内醚丙醛,脂肪酸进一步被氧化生成酮酸,在失去1个分子CO2后,最终生成一些具有苦味、臭味的低分子酮和酸味的醋酸组分,出现酸败变质[21]。此外,也有研究发现,在苦杏仁贮藏过程中,油脂的过氧化值受湿度影响显著,推断是由于环境湿度增大,溶解在水中的氧含量增多,随水汽进入苦杏仁中的活性氧变多,最终导致过氧化值变大,酸败加速,但此结论的可靠性尚需进一步研究[11]。

3.2 富含挥发性组分的药材

含挥发油等挥发性成分高的中药材,在贮藏过程中发生的“走油”变质多与药材的吸附和陈化性质有关[11]。若药材贮藏不当,内含组分挥发逸散,出现变色、质地变软等“走油”现象,这不仅降低药材本身的疗效,而且药材间易发生串味,严重可产生酸臭味。而有些药材的吸附作用具有非选择性,一旦吸附了其他药材的挥发性成分就不易除去。因此,此类药材应尽可能做到避光、低温、干燥、分开贮藏,减少或防止串味[22]。此外,在陈化作用下挥发油会挥发,致使药材失去原有气味,待完全“走油”后,也会有酸败味产生。一些萜类、小分子芳香族类等挥发性组分也能够发生一系列的氧化聚合反应,导致药材颜色加深,表面显油性。例如,“走油”后的白术中的γ-榄香烯组分消失,苍术酮含量的大幅降低,剖开后内色加深,显油样[23]。

3.3 富含糖类及黏液质组分的药材

富含多糖的中药材,如枸杞子在高温、高湿条件下贮藏一段时间后,内部水分增加,超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性降低,药材内在自由基平衡系统被打破,产生的活性氧自由基无法被及时清除,致使细胞的结构、功能遭到破坏,细胞膜透性增大,多糖发生外溢,导致“走油”发生[2,24]。外溢出的糖类组分会进一步分解生成糖醛等化合物,此类化合物含有活泼羟基,性质不稳定,在空气中易被氧化成褐色、黑色的物质,导致药材颜色加深、糖类含量下降,加重了“走油”变质[11]。

3.4 富含氨基酸及蛋白质组分的药材

富含蛋白质类成分的药材,如哈蟆油、刺猬皮、壁虎、狗肾、九香虫等,若贮藏不当,蛋白质、多肽组分外溢,从而发生“走油”变质,溢出的蛋白质类组分被氧化、分解最终生成有异味醛酮类物质[1]。

另外,这些富含氨基酸及蛋白质药材“走油”时也伴随着颜色的变化,这与贮藏过程中发生的美拉德反应(非酶褐变反应)有关,变色的原因是药材中含有丰富的氨基酸、多肽、蛋白质、有机胺等组分,会与还原糖(羰基化合物)发生聚合、缩合反应,最终生成了黄色、褐色或黑色的美拉德产物[11,25-26]。5-HMF 是葡萄糖、果糖等单糖在高温或弱酸条件下脱水产生的醛类化合物,美拉德反应中总会有5-HMF 生成,可用于指示反应进行的程度。黄精、党参、山萸肉、五味子、百部等含氨基酸、多糖丰富的药材在一定贮藏条件下,内部会发生美拉德反应,贮藏时间越久,反应产生的5-HMF 越多,药材颜色加深,“走油”现象加重[27]。

综上所述,在高温、高湿度、光照等的贮藏条件下,中药材易发生“走油”变质现象。中药材所含的物质基础不同,“走油”机制也有所差异。目前,关于“走油”变质的发生、发展机制研究仍处于初级阶段,存在机制研究不透彻、不系统等不足,有待进一步研究。

4 结语

随着生活水平的提高,人们对中医药的需求也日益增多,中药材品质问题已引起广泛关注。“走油”是富含糖、油脂、黏液质、挥发油等成分的中药材,在贮藏过程中因受热、受潮而出现的一种变质现象,“走油”直接影响药材品质,降低其临床疗效。

通过查阅文献及相关资料后发现,影响中药材“走油”变质的因素及“走油”前后化学成分含量变化的研究较多,但研究中尚存在不足,如中药材“走油”机制研究多集中于基础分析,且有限的研究资料时间较早,尚需要在不同的实验条件下进行全面、系统的机制探讨;中药材成分复杂,活性成分含量测定法并不能充分表征其整体品质,且操作繁琐、耗时费力,一种准确、快速、客观的中药材“走油”评价模型亟须建立;《中国药典》2020 年版中含量测定内容不丰富、不全面,还需后续研究进行补充、验证。

针对上述问题,研究人员需更加深入开展中药材“走油”变质的物质基础研究,政府部门也应设立专项鼓励相关科研部门和行业开展中药材“走油”过程中生理、生化方面的分析,以丰富中药材“走油”变质机制内容,这对预防、调控药材“走油”具有重要理论指导意义。此外,顶空-气相-离子迁移谱法、气相色谱-质谱法、液相色谱-质谱法等现代分析技术也逐步应用到中药材“走油”变质的质量检测研究中,其定性、定量分析结果与主成分分析、判别分析等化学计量法相结合建立一种不同“走油”程度中药材的分类、判别模型,力求实现中药材“走油”程度的快速、准确鉴别,这为“走油”中药质量的客观评价提供新方法、新思路。

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