任永申，鄭堯，雷蕾，艾嬌，梁帥，鄧鑫，汪蘭

(1中南民族大學(xué) 藥學(xué)院，武漢 430074；2 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，武漢 430064)

中藥干燥過程是中藥加工的重要環(huán)節(jié)，干燥工藝及終點控制將直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)和療效.目前《中國藥典》收錄品種中90%以上的中藥飲片是干制飲片，然而長期以來對中藥干制過程及工藝條件設(shè)定不夠重視，對干燥過程多僅以“陰干/曬干”描述，對工藝條件無具體要求，對干燥終點無準(zhǔn)確判定指標(biāo)，嚴(yán)重影響中藥飲片質(zhì)量的一致性、穩(wěn)定性，給中藥安全有效用藥帶來較大的挑戰(zhàn).鑒于當(dāng)前中藥材供應(yīng)來源分散、產(chǎn)地加工條件參差不齊、水分控制模糊等因素，深入開展干制過程中水分變化規(guī)律研究，對規(guī)范中藥加工過程、科學(xué)界定干制工藝終點、保障中藥材質(zhì)量等具有重要意義.

低場核磁共振(LF-NMR)和磁共振成像(MRI)是利用氫原子核在磁場中的自旋弛豫特性，通過弛豫時間的變化從微觀的角度解釋樣品中水分的分布變化和遷移情況[1,2].由核磁共振原理可知，樣品中氫質(zhì)子(H)橫向弛豫時間(T2)因化學(xué)環(huán)境而不同，T2的大小反映樣品中水分自由度的大小，T2越長說明樣品與水分的結(jié)合度越小，流動性越大，可用以表征樣品干燥過程中水分的遷移規(guī)律.LF-NMR被公認為是調(diào)查各種食物中水的狀態(tài)、流動性和分布的有力工具，并可為水遷移提供直接信息，由于可以準(zhǔn)確表征樣品中自由水、半結(jié)合水、結(jié)合水的水分分布狀態(tài)，現(xiàn)已成為水分探測領(lǐng)域的重要新興手段[3-6].

天花粉為葫蘆科植物栝樓TrichosantheskirilowiiMaxim或雙邊括樓TrichosanthesrosthorniiHarms的干燥根，甘、微苦，微寒，歸肺、胃經(jīng)，具有清熱瀉火，生津止渴，消腫排膿的功效，用于熱病煩渴，肺熱燥咳，內(nèi)熱消渴，瘡瘍腫毒[7].天花粉為常用根類藥材，常鮮用或干燥使用；鮮品含水量高，干燥周期長，受干燥條件影響大，自然干燥過程中易發(fā)生復(fù)雜的成分轉(zhuǎn)化或變質(zhì)，但目前尚缺乏對天花粉干燥過程中水分的狀態(tài)和含量變化的研究.由此，以天花粉為例，采用低場核磁技術(shù)，考察在不同干燥溫度、不同干燥時間下天花粉水分含量及狀態(tài)(自由水、束縛水分布)的變化規(guī)律，從而為優(yōu)化干燥工藝及準(zhǔn)確界定干燥終點提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 藥材、試劑與儀器

新鮮天花粉(栝樓)采集于湖北巴東，經(jīng)鑒定為葫蘆科植物栝樓TrichosantheskirilowiiMaxim的根.

核磁共振成像分析儀(NMI20-025V-1，蘇州紐邁分析公司)，共振頻率21.3 MHz，磁體強度0.55 T，線圈直徑25 mm，磁體溫度32 ℃；干燥箱(WGL-2308，天津泰斯特公司).

1.2 天花粉干燥條件

將新鮮天花粉洗凈，剖為四瓣，切成5 mm厚片，每組設(shè)置3個平行樣本，置于干燥箱中，分別選擇 40、50、60 ℃進行干燥.隔一定時間取樣，稱定，低場核磁檢測、MRI成像檢測(表1).

表1 天花粉干燥工藝及取樣時間

1.3 低場核磁法測定樣品橫向弛豫時間

取樣后，將樣品降至室溫后稱量，然后放入永久磁場中心位置的直徑為25 mm的玻璃管中，利用硬脈沖自由感應(yīng)衰減(FID)序列獲得樣品中心頻率，再利用CPMG (carr-purcell- meiboom-gillsquence)脈沖序列測樣品橫向弛豫時間(T2)，連續(xù)測量3次，取平均值.采用多脈沖回波序列CPMG掃描采集核磁信號，通過調(diào)整MSE 序列中的選層梯度、相位編碼梯度和頻率編碼梯度，分別獲取樣品俯視和側(cè)視成像數(shù)據(jù)，然后利用sirt算法，迭代次數(shù)為10萬次進行反演得到T2譜圖.T2試驗主要參數(shù)：主頻 SF=20 MHz，偏移頻率 O1=638 KHz，90 度脈沖時間P1=8.52 ms，180 度脈沖時間 P2=16 ms，累加采樣次數(shù) NS=4，回波時間TE=1 ms，回波個數(shù) NECH=1500，信號接收帶寬SW=100 KHz.

1.4 低場核磁共振成像(MRI)檢測

采用多層自旋回波序列(MSE)采集樣品橫斷面的質(zhì)子H質(zhì)子密度圖像，采用MRI成像軟件進行核磁共振成像實驗.MRI 成像參數(shù)：選層層厚2 mm，層間隙 1.5 mm，重復(fù)時間300 ms，回波時間20 ms，頻率編碼方向視野80 mm，相位編碼方向視野80 mm，采集次數(shù)20，頻率方向256，編碼步數(shù)192.

2 結(jié)果與分析

2.1 在50 ℃干燥過程中天花粉水分狀態(tài)變化

通過連續(xù)分布的CPMG弛豫曲線的多指數(shù)擬合獲得的T2弛豫時間的分布如圖所示.每條曲線是3個樣本的9次獨立測量的平均值.按照水分與底物結(jié)合的狀態(tài)，最短弛豫時間在0.1～10 ms之間的質(zhì)子池T21代表束縛水，弛豫時間在10～1000 ms之間的質(zhì)子池T22代表自由水，峰積分面積代表其相對含量[8].樣品的干燥過程中，橫向弛豫時間T2的大小反映了不同狀態(tài)的水分分布與變化情況，T2越小，水分自由度越小，表明水與所處環(huán)境中的大分子等的結(jié)合越緊密;T2越大，表明水分自由度越大，越容易除去.天花粉50 ℃干燥過程中弛豫時間T2和峰面積的變化見表2.

從表中可以得出，天花粉在干燥過程中束縛水(T21)和自由水(T22)隨著干燥時間的延長，水的流動性變差，峰面積逐漸變小，說明在干燥過程中天花粉內(nèi)部水分的狀態(tài)和含量都發(fā)生了變化.通過不同的橫向弛豫時間T2對應(yīng)的峰面積可以得知天花粉在干燥過程中自由水和束縛水的相對含量.在干燥初始時，天花粉中水分含量為64.96%(自由水占比77.79%)；0～0.5 h，自由水的峰面積下降，束縛水的含量基本不變，說明此時主要干燥的是自由水；0.5～3.5 h，A21和A22都在減小，提示自由水和束縛水的含量都下降；3.5～7.5 h，自由水的含量下降，束縛水的含量上升，提示在干燥過程中，自由水逐漸向束縛水轉(zhuǎn)換，水分與組織的結(jié)合變緊密.7.5～12.5 h，兩種水的含量再次下降，提示在干燥過程中藥材組織逐漸被破壞，組織對水分的束縛減少，組織中束縛水和自由水逐漸減少，T2向左移動.干燥結(jié)束時，水分大部分為束縛水(A21)，少部分為自由水(A22)，水分與組織的結(jié)合變得更加緊密.

表2 天花粉50 ℃干燥過程中弛豫時間T2和峰面積的變化

2.2 不同干燥溫度的干燥過程中水分含量與形態(tài)變化

干燥溫度和干燥時間是藥材炮制的重要參數(shù)，對藥材的品質(zhì)和外觀的形成均有影響.圖1表明，在不同干燥溫度條件下，天花粉的水分狀態(tài)變化規(guī)律相似，橫向馳豫時間T2逐漸縮短，水分由低熵、低序狀態(tài)的自由水向高能級、有序狀態(tài)的束縛水移動，且干燥溫度越高，天花粉失水越快.干燥12.5 h，40 ℃下天花粉未干燥徹底；50 ℃和60 ℃下，天花粉已接近干燥終點.

圖1 不同干燥溫度下天花粉橫向弛豫時間T2的變化

2.3 天花粉干燥過程中的 MRI 圖像變化

利用 MRI成像技術(shù)獲得的天花粉在干燥過程中H質(zhì)子密度圖像變化，圖中紅色代表的水分含量高，黃色代表水分含量較低，綠色代表水分含量最少(圖2).圖2顯示，在干燥開始時，天花粉外層先開始失水；隨著干燥時間的延長，水分減失開始向內(nèi)層延伸；干燥后期，水分僅殘存于內(nèi)層且含量很低，在MRI圖中幾乎不能檢識.MRI圖中的變化和橫向弛豫時間T2的變化一致，溫度越高，藥材失水越快.

圖2 不同干燥溫度下天花粉的MRI圖

3 結(jié)語

在天花粉干燥過程中，水的流動性變差，峰面積逐漸變小，水分由低熵、低序狀態(tài)的自由水向高能級、有序狀態(tài)的束縛水移動；隨著干燥的進行，藥材組織逐漸被破壞，組織對水分的束縛減少，組織中束縛水和自由水逐漸減少；干燥后期，自由水基本消失，只剩下少量的束縛水且束縛水與組織的結(jié)合更加緊密.在實驗條件下，50 ℃和60 ℃能使天花粉較快達到干燥終點，40 ℃在12.5 h內(nèi)難以達到干燥狀態(tài)，表明溫度對干燥過程具有較大影響，提示需要對傳統(tǒng)使用的藥材“陰干/曬干”模式進行研究以確定更為標(biāo)準(zhǔn)的干燥模式.在干燥過程中低場核磁成像(MRI)給出了更加直觀的水分變化規(guī)律，結(jié)果也顯示了飲片由外而內(nèi)的干燥失水過程.兩者都揭示了干燥溫度不同時，水分的狀態(tài)變化相似，溫度越高，藥材失水越快.本研究初步揭示了天花粉干燥過程中水分的變化規(guī)律.低場核磁共振及成像技術(shù)作為近年來新興的一種研究方法，在水分測定研究中顯示出獨特的優(yōu)越性，與傳統(tǒng)的與差式掃描量熱法(DSC)、卡爾·費休法、動態(tài)熱機械分析(DM-TA)、烘箱干燥等常規(guī)水分分析方法相比[9]，其能夠提供樣品內(nèi)部水分狀態(tài)信息而不會對樣品造成干擾，研究結(jié)果更加直觀、數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、檢測更加快捷.該方法的建立為根類藥材炮制方法的優(yōu)化提供了更為直觀的評價方法和技術(shù)支撐.