阿膠脆性的客觀表征

孫陽恩 李 麗金玉翠于學(xué)龍張雅麗王春艷劉海濱張 淹*

（1.山東中醫(yī)藥大學(xué)，山東省中醫(yī)經(jīng)典名方協(xié)同創(chuàng)新中心，山東濟(jì)南 250355；2.東阿阿膠股份有限公司，國(guó)家膠類中藥工程技術(shù)研究中心，山東聊城 252201）

性狀為中藥品質(zhì)的綜合體現(xiàn),可有效反映中藥品種、產(chǎn)地、工藝、道地性等方面的差異,其中“辨狀論質(zhì)” 鑒別方法在其品質(zhì)評(píng)價(jià)中具有重要作用,但這種傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)手段對(duì)中藥材及飲片形狀、色澤、氣味、質(zhì)地的區(qū)分辨識(shí)易受外在因素及個(gè)體差異影響。因此,開發(fā)中藥性狀客觀化、標(biāo)準(zhǔn)化的表征方法對(duì)其品質(zhì)評(píng)價(jià)和質(zhì)量控制具有重要意義［1-2］。

阿膠是一味傳統(tǒng)的補(bǔ)血中藥,首載于《神農(nóng)本草經(jīng)》,被列為上品,在臨床上有著很高的應(yīng)用價(jià)值,其性平,味甘,歸肺、肝、腎經(jīng),具有補(bǔ)血、滋陰、潤(rùn)肺、止血功效,素有 “補(bǔ)血圣藥”之美譽(yù)［3-6］。該藥材生產(chǎn)工藝具有悠久的歷史,包括焯皮、化皮、煉膠、凝膠、切膠、晾膠、擦膠等諸多工序,原料品質(zhì)及提取加工對(duì)其質(zhì)量的優(yōu)劣至關(guān)重要,而最直觀的品質(zhì)表現(xiàn)為外在性狀［7］。2015年版《中國(guó)藥典》 一部阿膠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)下對(duì)其性狀指標(biāo)進(jìn)行了描述,規(guī)定合格品的質(zhì)地應(yīng)“質(zhì)硬而脆”,但目前尚無客觀量化的表征評(píng)價(jià)方法［8］。因此。本實(shí)驗(yàn)采用物性分析儀表征阿膠脆性,建立相關(guān)量化檢測(cè)方法,以期為該藥材品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的提升和制備工藝技術(shù)的優(yōu)化提供參考。

1 材料

東阿阿膠（東阿阿膠股份有限公司,國(guó)藥準(zhǔn)字Z37021368）,經(jīng)東阿阿膠股份有限公司李士棟高級(jí)工程師鑒定為正品。TA.XT-plus 100物性測(cè)試儀（英國(guó)Stable Micro System公司,力量感應(yīng)元100 kg）；電子游標(biāo)卡尺（日本Mitutoyo公司,精度±0.02 mm）。

2 方法與結(jié)果

2.1 模式實(shí)驗(yàn)篩選

2.1.1 壓縮模式實(shí)驗(yàn) 將待測(cè)樣品置于測(cè)試臺(tái)正中央,選取P50、P4、P2柱形探頭進(jìn)行壓縮模式質(zhì)構(gòu)測(cè)試實(shí)驗(yàn),設(shè)置基本參數(shù)為方法模式Compression；觸發(fā)力5 g；測(cè)前速率1 mm/s；測(cè)試速率0.1 mm/s；測(cè)后速5 mm/s。結(jié)果,由于阿膠硬度極高,3種柱形探頭在低速下壓（0.1 mm/s）過程中均會(huì)發(fā)生超載,無法將膠塊壓縮至破裂,而且探頭下壓速度越快,沖擊力越大,越容易發(fā)生超載,故壓縮模式不適用于高硬度的阿膠塊質(zhì)構(gòu)測(cè)試。

2.1.2 穿刺模式實(shí)驗(yàn) 采用P/2N針形探頭進(jìn)行穿刺模式質(zhì)構(gòu)測(cè)試實(shí)驗(yàn),設(shè)置基本參數(shù)為方法模式Compression；觸發(fā)力5 g；測(cè)前速率1 mm/s；測(cè)試速率0.5 mm/s；測(cè)后速率5 mm/s；下壓距離4 mm。結(jié)果,由于探頭接觸面積極小,故相同壓力下穿刺模式可產(chǎn)生更大的壓強(qiáng),而且探頭刺入膠塊至一定深度后,膠塊會(huì)以穿刺點(diǎn)為中心產(chǎn)生斷裂,穿刺模式曲線見圖1,可知探頭接觸膠塊時(shí)隨著下壓距離增加,受力不斷升高,當(dāng)達(dá)到膠塊碎裂點(diǎn)后迅速歸零。綜上所述,穿刺模式可用于阿膠塊的質(zhì)構(gòu)分析,但它僅能表征單個(gè)點(diǎn),整體代表性較差,對(duì)脆性差異性的敏感度也較低。

圖1 穿刺模式曲線Fig.1 Curve for puncturing pattern

2.1.3 三點(diǎn)彎曲模式實(shí)驗(yàn) 采用特制的平臺(tái)和3PB三點(diǎn)彎曲探頭,將平臺(tái)上2個(gè)支撐點(diǎn)調(diào)整到合適位置以支撐樣品長(zhǎng)度,然后將其安裝到儀器底座上并調(diào)整位置,使探頭對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)中心,將膠塊平行放置于支撐平臺(tái)上后進(jìn)行測(cè)試,設(shè)置基本參數(shù)為支點(diǎn)間距5 cm；方法模式Compression；觸發(fā)力5 g；測(cè)前速率1 mm/s；測(cè)試速率0.5 mm/s；測(cè)后速率10 mm/s；下壓距離4 mm,三點(diǎn)彎曲典型質(zhì)構(gòu)特性曲線見圖2,可知探頭與膠塊垂直接觸后隨著其下壓距離增加,壓力不斷升高,直至膠塊在彎折力下發(fā)生瞬間斷裂。由于在三點(diǎn)彎曲模式下探頭與膠塊的接觸面積較大,整體代表性強(qiáng),故本實(shí)驗(yàn)選擇其進(jìn)行后續(xù)研究。

圖2 三點(diǎn)彎曲模式典型質(zhì)構(gòu)特性曲線Fig.2 Typical texture characteristic curve for threepoint bending pattern

2.2 測(cè)試條件篩選

2.2.1 采集速率 阿膠塊硬度較大,在測(cè)試過程中會(huì)瞬時(shí)斷裂,時(shí)間非常短。因此,選擇最大數(shù)據(jù)采集速率,即500包/s,以盡可能采集到更多的受力變化細(xì)節(jié)。

2.2.2 脆性表征參數(shù) 通過三點(diǎn)彎曲質(zhì)構(gòu)曲線分析,可得到最大斷裂力F（N）、斷裂距離D（即斷裂時(shí)探頭的下壓距離,mm）。采用游標(biāo)卡尺測(cè)量樣品尺寸,計(jì)算脆裂應(yīng)力σ、脆裂應(yīng)變?chǔ)?公式分別為σ=3FL/2bh2、 ε=6hD/L2,其中L為平臺(tái)支點(diǎn)間距（mm）,b為樣品寬度（mm）,h為樣品厚度（mm）。再通過TA-Plus軟件計(jì)算曲線下面積,用于表示脆裂功。

2.2.3 測(cè)前速率 設(shè)置探頭測(cè)前速率為0.1、0.5、1.0、1.5、2.5 mm/s,平行測(cè)定5次。結(jié)果,不同測(cè)前速率下脆裂應(yīng)力、脆裂應(yīng)變、脆裂功無明顯差異（P＞0.05）,本實(shí)驗(yàn)選擇1.0 mm/s。

2.2.4 測(cè)試速率 設(shè)置探頭測(cè)試速率為0.1、0.2、0.3、0.5、1.0 mm/s,平行測(cè)定5次,結(jié)果見圖3～4。由此可知,隨著測(cè)試速率增大脆裂應(yīng)力、脆裂應(yīng)變升高,脆裂功降低,在0.5～1.0 mm/s時(shí)三者較穩(wěn)定,本實(shí)驗(yàn)選擇0.5 mm/s。

2.2.5 支點(diǎn)間距 設(shè)置支點(diǎn)間距為2、3、4、5 cm,平行測(cè)定5次,結(jié)果見圖5～6。由此可知,支點(diǎn)間距小于2 cm時(shí)脆裂應(yīng)力、脆裂應(yīng)變、脆裂功穩(wěn)定性不理想,在4～5 cm時(shí)三者較穩(wěn)定,本實(shí)驗(yàn)選擇5 cm。

2.2.6 測(cè)后速率 當(dāng)探頭壓力降低使膠塊斷裂后,會(huì)與后者脫離接觸,不再產(chǎn)生有效數(shù)據(jù),探頭在返回過程中也沒有力的作用。為了縮短檢測(cè)時(shí)間,本實(shí)驗(yàn)選擇測(cè)后速率為10 mm/s,在樣品批量連續(xù)檢測(cè)時(shí)可有效提高效率。

圖3 測(cè)試速率對(duì)脆裂應(yīng)力、脆裂應(yīng)變的影響Fig.3 Effects of test rate on embrittlement stress and embrittlement strain

圖4 測(cè)試速率對(duì)脆裂功的影響Fig.4 Effect of test rate on embrittlement work

圖5 支點(diǎn)間距對(duì)脆裂應(yīng)力、脆裂應(yīng)變的影響Fig.5 Effects of fulcrum distance on embrittlement stress and embrittlement strain

圖6 支點(diǎn)間距對(duì)脆裂功的影響Fig.6 Effect of fulcrum distance on embrittlement work

2.3 阿膠脆性評(píng)價(jià)

2.3.1 傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià) 感官評(píng)價(jià)測(cè)試在專用感官評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室中開展,選擇10名有豐富阿膠評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)技術(shù)人員組成評(píng)定小組,對(duì)5批樣品隨機(jī)編號(hào),每批評(píng)價(jià)3次,并保證獨(dú)立進(jìn)行,互不干擾。采用傳統(tǒng)的“一拍即碎” 感知方法,即手持膠塊在硬質(zhì)臺(tái)面拍擊,觀察其碎裂情況,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用9分制評(píng)分法,評(píng)價(jià)內(nèi)容分為碎裂用力、碎裂聲音、碎裂程度,其中碎裂用力為手持膠塊將膠塊拍碎時(shí)的用力,所需力量最小為1分,最大為9分；碎裂聲音為膠塊撞擊臺(tái)面發(fā)生碎裂時(shí)的聲音,聲音最清脆為1分,最低沉為9分；破碎性為膠塊拍擊后的碎裂程度,碎片最多為1分,僅2塊為9分,感官評(píng)價(jià)綜合評(píng)分=（碎裂用力評(píng)分+碎裂聲音評(píng)分+碎裂程度評(píng)分）/3,綜合評(píng)分越小,阿膠脆性越大。結(jié)果,5批樣品綜合評(píng)分分別為（3.07±0.55）、（1.87±0.51）、（4.87±0.38）、（5.53±0.18）、（8.53±0.30）分,即樣品2脆性最大,樣品5脆性最小。

2.3.2 三點(diǎn)彎曲模式實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià) 測(cè)定5批樣品脆裂應(yīng)力、脆裂應(yīng)變、脆裂功,通過SPSS 11.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,組間分析采用多重比較,結(jié)果見表1。由此可知,各批樣品3種參數(shù)比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 三點(diǎn)彎曲模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果（， n=5）Tab.1 Results for three-point bending pattern tests （， n=5）

表1 三點(diǎn)彎曲模式實(shí)驗(yàn)結(jié)果（， n=5）Tab.1 Results for three-point bending pattern tests （， n=5）

注：同一種參數(shù)不同小寫字母表示它們之間有顯著性差異（P＜0.05）。

2.3.3 相關(guān)性分析 表2顯示,“2.3.1” 項(xiàng)下感官評(píng)價(jià)綜合評(píng)分與“2.3.2” 項(xiàng)下脆裂應(yīng)力、脆裂應(yīng)變、脆裂功均具有一定相關(guān)性,其中與脆裂應(yīng)力之間的Pearson相關(guān)系數(shù)最高（0.979）,即該參數(shù)為阿膠脆性的最佳表征指標(biāo)。

表2 相關(guān)性分析結(jié)果Tab.2 Results of correlation analysis

3 討論

以中藥性狀來鑒別其品質(zhì)是重要的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn),其中“辨狀論質(zhì)” 法具有科學(xué)性和實(shí)用性,是中藥質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)［9-11］,但其主觀性較強(qiáng)、易受環(huán)境、評(píng)價(jià)人員情緒、健康狀況等因素影響,而且需要專業(yè)評(píng)審員,對(duì)感官評(píng)價(jià)人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高,無法準(zhǔn)確量化,可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升和有效控制［12-13］。

正品阿膠應(yīng)具有合適的脆性,以顏色烏黑、光亮、透明、無腥臭氣、經(jīng)夏不軟者為佳［14-15］。本實(shí)驗(yàn)采用物性測(cè)試儀建立了阿膠脆性的客觀表征方法,確定最佳脆性檢測(cè)模式為三點(diǎn)彎曲；最佳條件為測(cè)前速率1 mm/s,測(cè)后速率10 mm/s,測(cè)試速率0.5 mm/s,支點(diǎn)間距5 cm；最佳表征參數(shù)為脆裂應(yīng)力,該方法穩(wěn)定可行,重復(fù)性好,對(duì)該藥材性狀品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)、分級(jí)區(qū)分,以及生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性的提升具有良好的指導(dǎo)價(jià)值。但阿膠脆性受制作原料、生產(chǎn)加工工藝、厚度、貯存時(shí)間等影響,它與上述因素的關(guān)聯(lián)性仍需作進(jìn)一步研究。