毛騰霄 黃春燕 伍欣然 張 良 陳 紅 何 江 黃 敏
(1成都市藥品檢驗(yàn)研究院化學(xué)藥品質(zhì)量研究與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610045;2四川省原子能研究院輻照保藏四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610101)
牡丹皮,別名丹皮、木芍藥、洛陽花,為毛莨科植物牡丹(PaeoniasuffruticosaAndr.)的干燥根皮,具有清熱涼血、活血化瘀功能,為《中華人民共和國藥典2020 年版 一部》[1]收載品種。牡丹皮的產(chǎn)地分布于安徽、重慶、山東[2]、四川和陜西[3]等地?,F(xiàn)代藥理研究表明,牡丹皮的藥效成分丹皮酚具有降溫、鎮(zhèn)痛及抗動(dòng)脈粥樣硬化等作用[4-5],其水提物具有抑菌作用[6]。牡丹皮質(zhì)量常用的評價(jià)方法有形態(tài)學(xué)方法[7]、微性狀觀察法、多指標(biāo)性成分測定法[8]和指紋圖譜對比法[9]等。
中藥材在流通過程中儲(chǔ)藏不當(dāng)易受微生物污染[10-11]。60Co-γ輻照滅菌是近年來發(fā)展起來的一種新的滅菌方法[12],屬于非熱殺菌技術(shù),具有穿透力強(qiáng)、消毒均勻、快速簡單等特點(diǎn)[13],常用于中藥材或中成藥滅菌處理[14]。我國對輻照滅菌有相關(guān)規(guī)定,原中華人民共和國衛(wèi)生部于1997 年發(fā)布的《60Co 輻照中藥滅菌劑量標(biāo)準(zhǔn)(內(nèi)部試行)》(衛(wèi)藥發(fā)[1997]第38號(hào))[15]規(guī)定中藥原料粉輻照的最大吸收劑量不得大于6 kGy,國家食品藥品監(jiān)督管理總局通告《中藥輻照滅菌技術(shù)指導(dǎo)原則》(2015年第86號(hào))[16]規(guī)定中藥最大總體平均輻照劑量原則上不超過10 kGy。
牡丹皮是中藥材的一個(gè)單品,因此屬于允許輻照的對象。前期調(diào)研顯示,成都地區(qū)一些藥品生產(chǎn)企業(yè)在對藥材進(jìn)行60Co-γ 輻照滅菌時(shí)往往超吸收劑量照射,一般為10~15 kGy,個(gè)別品種可達(dá)30 kGy。輻照后的藥材,如果仍達(dá)不到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),會(huì)再次照射[17]。
60Co-γ 輻照滅菌對牡丹皮化學(xué)成分的影響已有報(bào)道。如陳小堅(jiān)[18]采用分光光度法測定丹皮酚含量,經(jīng)10 kGy 吸收劑量輻照后含量無變化。范鐵林等[19]研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)10 kGy 吸收劑量輻照后的丹皮酚含量基本不變。李躍輝等[20]采用高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)測定了6 kGy吸收劑量輻照后牡丹皮中丹皮酚和芍藥苷含量,認(rèn)為輻照對其無影響。上述研究僅對牡丹皮1~2種化學(xué)成分進(jìn)行了考察,缺乏系統(tǒng)性,且劑量設(shè)置也遠(yuǎn)低于當(dāng)前企業(yè)普遍采用劑量。鑒于此,本研究以牡丹皮為研究對象,通過考察不同吸收劑量60Co-γ 輻照前后微生物負(fù)載、HPLC 指紋圖譜、抑菌活性和近紅外光譜變化來評價(jià)60Co-γ 輻照滅菌對牡丹皮質(zhì)量的影響,旨在為其質(zhì)量控制提供參考依據(jù)。
20 批牡丹皮藥材樣品購自于成都荷花池中藥材市場,產(chǎn)地為重慶市墊江縣,經(jīng)成都市藥品檢驗(yàn)研究院中藥材質(zhì)量監(jiān)測評價(jià)重點(diǎn)試驗(yàn)室鑒定后備用。
金黃色葡萄球菌[CMCC(B) 26003],中國食品藥品檢定研究院(北京);甲醇(色譜純)和甲酸,賽默飛世爾科技(中國)有限公司;自配抗生素檢定用培養(yǎng)基Ⅰ(胨5 g、牛肉浸出粉3 g、磷酸氫二鉀3 g、瓊脂15 g、水1 000 mL,滅菌后備用,終pH值7.9);胰酪大豆胨液體培養(yǎng)基(批號(hào):200224-21),北京陸橋技術(shù)股份有限公司。
Waters 2695 液相色譜儀,沃特世科技(上海)有限公司;MATRIX-F 在線傅立葉變換近紅外光譜儀,布魯克(北京)科技有限公司;ZY-300Ⅳ多功能微生物自動(dòng)測量分析儀,北京先驅(qū)威鋒技術(shù)開發(fā)公司;GHP9270隔水式恒溫培養(yǎng)箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;Rotavapor R-3旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,瑞士BUCHI;AEG 220電子天平(精度:萬分之一),島津(上海)實(shí)驗(yàn)器材有限公司;FSJ-A05N6高速粉碎機(jī),佛山市小熊廚房電器有限公司;Waters 色譜柱(×Bridge C18 5 μm 4.6×250 mm Colum),沃特世(科技)上海有限公司;MNT919102 游標(biāo)卡尺,德國美耐特。
1.3.1 樣品制備 分別取牡丹皮樣品,經(jīng)高速粉碎機(jī)粉碎后,過60目篩,收集篩出的粉末,全部混勻后用聚乙烯(polyethylene,PE)無菌自封袋分裝,每批5 袋,每袋100 g。
1.3.2 樣品輻照(60Co-γ) 輻照在四川省輻照中心進(jìn)行,吸收劑量分別設(shè)置為0(未輻照)、5、10、20 和30 kGy。輻照完成后30 d內(nèi)完成各項(xiàng)檢測。
1.3.3 微生物限度檢查 經(jīng)預(yù)試驗(yàn)選取需氧菌總數(shù)、霉菌和酵母菌總數(shù)及耐膽鹽革蘭陰性菌數(shù)超過《美國藥典》(USP-NF2023)[21]相關(guān)限量值的3批牡丹皮樣品,分別取其0、5、10、20和30 kGy 5個(gè)吸收劑量的樣品,按照《中華人民共和國藥典 2020 年版 四部》[22]1108 中藥飲片微生物限度檢查法檢查上述項(xiàng)目,檢查前需按要求進(jìn)行方法適用性試驗(yàn)。
1.3.4 HPLC 指紋圖譜采集 樣品溶液的制備:隨機(jī)選取3 批微生物檢查結(jié)果未超限值(《美國藥典》USPNF2023)[21]的正常牡丹皮樣品,分別取其0、5、10、20和30 kGy 吸收劑量的樣品,進(jìn)行以下操作。精密稱取供試品0.5 g 置于具塞錐形瓶中,精密加入70%甲醇50 mL,密塞,穩(wěn)定重量,超聲處理30 min,放冷,再稱重并用70%甲醇補(bǔ)足減失重量,搖勻,濾過,精密量取續(xù)濾液1 mL 置于10 mL 量瓶中,加70%甲醇稀釋至刻度,即得。色譜條件:流動(dòng)相為甲醇(A)-0.1%甲酸水溶液(B),梯度洗脫(0~10 min,7% A;10~20 min,7%~20% A;20~40 min,20%~40% A;40~60 min,40%~65%A;60~70 min,65%~90% A;70~75 min,90%~7% A),流速1.0 mL·min-1,柱溫30 ℃。以70%甲醇作為空白溶劑,吸取樣品溶液10 μL,于280 nm 波長處測定,即得HPLC指紋圖譜。
1.3.5 近紅外一致性評價(jià)模型建立 取全部20 批牡丹皮樣品,每一批分別對其0、5、10、20 和30 kGy 吸收劑量的樣品使用光纖漫反射探頭進(jìn)行圖譜采集:分辨率8 cm-1,光譜掃描范圍12 000~4 000 cm-1,每個(gè)樣品重復(fù)掃描3 次,同時(shí)采集背景光譜并在每個(gè)檢測光譜中予以扣除,求取平均光譜。將未輻照(0 kGy)樣品的圖譜設(shè)置為參考光譜,將輻照后樣品的圖譜設(shè)置為測試光譜,對預(yù)處理方法、平滑點(diǎn)數(shù)等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,創(chuàng)建一致性評價(jià)模型。
1.3.6 抑菌活性評價(jià)模型建立
1.3.6.1 牡丹皮水提物制備 取1.3.4 中的3 批樣品,每一批分別取0、5、10、20 和30 kGy 吸收劑量的輻照樣品制備水提物。稱取50 g 至三角瓶中,加500 mL純化水,精密稱定質(zhì)量,浸泡30 min 后煎煮,煮沸后用文火再煮40 min,放冷,稱定質(zhì)量,加水補(bǔ)足減失的質(zhì)量,取全部煎煮液,3 000 r·min-1離心5 min,收集全部上清液,旋轉(zhuǎn)濃縮至1 g·mL-1,即得。取金黃色葡萄球菌標(biāo)準(zhǔn)菌株適量,接種至100 mL 胰酪大豆胨液體培養(yǎng)基中,于33 ℃培養(yǎng)24 h,備用(濃度約為107CFU·mL-1)。
1.3.6.2 牡丹皮水提物對金黃色葡萄球菌活性的量效關(guān)系考察 取直徑為90 mm 的平皿,注入已融化的抗生素檢定用培養(yǎng)基Ⅰ 20 mL,使之在皿底均勻攤布平整,待凝固后作為底層;另取培養(yǎng)基適量,加熱融化后放冷至50 ℃,加入適量金黃色葡萄球菌菌液,使菌液濃度約為105CFU·mL-1,搖勻后分別向每一平皿注入5 mL,使之在底層培養(yǎng)基上均勻攤布平整,放置水平臺(tái)面冷卻后使用。取牡丹皮未輻照(0 kGy)樣品的水提物,用無菌水梯度稀釋成各種濃度的溶液,各濃度之間劑距為0.8,抑菌圈直徑測定采用管碟法,取備妥的雙碟若干,每只碟內(nèi)以等距離均勻放置6 個(gè)牛津杯,分別依次加入各種濃度的提取液,用無菌陶瓦蓋覆蓋后,置36 ℃培養(yǎng)16 h。取出,用游標(biāo)卡尺測量抑菌圈直徑,預(yù)試驗(yàn)完成后,選取適宜的系列濃度重復(fù)3 次試驗(yàn),取抑菌圈直徑平均值,以濃度劑量為橫坐標(biāo)、抑菌圈直徑大小為縱坐標(biāo)擬合回歸方程。找到水提物劑量和抑菌圈直徑呈線性關(guān)系的劑量范圍。
1.3.6.3 牡丹皮抑菌活性測定 根據(jù)量效關(guān)系曲線,選取適宜的濃度測定牡丹皮抑菌活性。測定每1 批樣品時(shí),取雙碟6只,各碟內(nèi)間隔的3只牛津杯滴滿某一濃度的水提物(1只為未輻照對照,另2只為某一劑量輻照樣品),另3 只牛津杯按以上設(shè)置滴滿另一濃度的水提物,按照1.3.6.2量效關(guān)系考察方法進(jìn)行培養(yǎng)和測定。
采用IBM SPSS Statistics 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
由于《中華人民共和國藥典 2020 年版 四部》未規(guī)定使用前需煎煮的中藥材或飲片的微生物限度,故參照《美國藥典》USP-NF2023“非無菌營養(yǎng)和膳食補(bǔ)充劑的微生物限度標(biāo)準(zhǔn)”中“使用前用沸水處理的植物”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)。即1 g牡丹皮藥材中需氧菌總數(shù)應(yīng)≤106,霉菌和酵母菌總數(shù)應(yīng)≤104,耐膽鹽革蘭陰性菌應(yīng)≤102。由表1 可知,3 批樣品未輻照(0 kGy)前需氧菌總數(shù)、霉菌和酵母菌總數(shù)以及耐膽鹽革蘭陰性菌指標(biāo)均超過限量值。經(jīng)5 kGy 吸收劑量處理后,各批次1 g 樣品中需氧菌總數(shù)下降至360~540 CFU·g-1,霉菌和酵母菌總數(shù)下降至120 CFU·g-1及以下,耐膽鹽革蘭陰性菌數(shù)量也降至10 CFU·g-1以下。上述結(jié)果說明5 kGy60Co-γ 輻照吸收劑量能夠較好地殺滅試驗(yàn)樣品中的微生物。
表1 不同吸收劑量60Co-γ射線輻照對牡丹皮微生物存活數(shù)的影響Table 1 Effects of different dose of 60Co-γ irradiation on the microorganism of Cortex Moutan/(CFU·g-1)
分別將3 批樣品0、5、10、20 和30 kGy 吸收劑量輻照后測得的HPLC 圖譜導(dǎo)入中藥色譜指紋圖譜相似度評價(jià)系統(tǒng)分析軟件(2012.130723 版本)。選擇工作狀態(tài)為生成對照,將未輻照樣品(0 kGy)設(shè)置為參照圖譜,采用多點(diǎn)校正的方式對各圖譜共有峰進(jìn)行峰匹配,共匹配到56個(gè)共有峰(圖1)。相似度計(jì)算結(jié)果表明,吸收劑量為5 kGy 時(shí),相似度下降至0.905~0.944;劑量為30 kGy時(shí),相似度下降至0.864~0.916(表2),說明在設(shè)定劑量范圍內(nèi)輻照后,牡丹皮指紋圖譜發(fā)生了變化。
圖1 不同劑量60Co-γ輻照處理后牡丹皮指紋圖譜Fig.1 HPLC fingerprint chromatograms of Cortex Moutan irradiated by different dose of 60Co-γ
表2 不同吸收劑量60Co-γ輻照滅菌后牡丹皮HPLC指紋圖譜相似度Table 2 HPLC fingerprint chromatograms similarity evaluation of Cortex Moutan irradiated by different dose of 60Co-γ
由圖2 可知,20 批牡丹皮樣品共得到100 張?jiān)脊庾V,輻照與未輻照樣品難以進(jìn)行區(qū)分。采用OPTUS 5.0 圖譜處理軟件,以20 張未輻照(0 kGy)樣品的光譜作為參考光譜并進(jìn)行平均光譜處理,以平均光譜作為建立一致性模型的基礎(chǔ)。以80 張輻照(5~30 kGy)樣品的光譜作為測試光譜進(jìn)行驗(yàn)證。模型的預(yù)處理采用二階導(dǎo)數(shù),平滑點(diǎn)為9。對建立的模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明,所建立的一致性評價(jià)模型能有效識(shí)別出未輻照的牡丹皮樣品和輻照后的牡丹皮樣品,一致性指標(biāo)(consistency index,CI)值為3.6,且區(qū)分度較大(圖3),說明可以通過建立近紅外一致性評價(jià)模型對輻照后的牡丹皮進(jìn)行辨別。
圖2 牡丹皮樣品近紅外光譜圖Fig.2 Near infrared spectrogram of Cortex Moutan samples
圖3 牡丹皮樣品近紅外一致性評價(jià)模型Fig.3 Near-infrared consistency evaluation model of Cortex Moutan samples
對牡丹皮未輻照樣品不同濃度水提物抑菌圈直徑進(jìn)行測量(圖4-A),以濃度(C)為橫坐標(biāo),抑菌圈直徑大小(D)為縱坐標(biāo),進(jìn)行線性擬合。得到量效關(guān)系直線方程式:
圖4 牡丹皮水提物對金黃色葡萄球菌的抑菌活性Fig.4 The water extract showed inhibitory activity against Staphylococcus aureus of Cortex Moutan
擬合系數(shù)R2=0.985 6,表明當(dāng)牡丹皮水提取物濃度為0.13~0.41 g·mL-1時(shí),提取物濃度與抑菌圈大小線性關(guān)系良好。
根據(jù)量效關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果,在建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi),選擇0.13 和0.41 g·mL-1兩個(gè)濃度,采用管碟法進(jìn)行抑菌活性測試(圖4-B)。對于同一批樣品,分別比較在同一濃度下各吸收劑量之間抑菌圈直徑差異(采用配對樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析)。測量結(jié)果如表3所示,同一批樣品不同輻照劑量下的抑菌圈直徑均無顯著差異(P>0.05)。上述結(jié)果表明,輻照未顯著影響牡丹皮水提物對金黃色葡萄球菌的活性。
表3 牡丹皮水提物對金黃色葡萄球菌活性抑菌圈直徑測量結(jié)果Table 3 Measurement results of the diameter of the zone of inhibition of the Staphylococcus aureus/mm
吸收劑量與滅菌效果的量效關(guān)系已有較多報(bào)道[23]。如尚炳嫻等[24]研究了開心散最佳60Co-γ 射線輻照工藝,當(dāng)吸收劑量達(dá)到6 kGy 及以上時(shí)能完全殺滅制劑中的微生物。周詩施等[25]研究發(fā)現(xiàn),60Co-γ 吸收劑量達(dá)4 kGy 時(shí),已能完全殺滅紅花生粉中的微生物。為考察不同吸收劑量60Co-γ輻照對牡丹皮的滅菌效果,本研究選取具有代表性的高負(fù)載微生物樣品進(jìn)行測試,當(dāng)吸收劑量為5 kGy 時(shí),衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)均達(dá)到《美國藥典》USP-NF2023[21]中“使用前用沸水處理的植物”的控制標(biāo)準(zhǔn);當(dāng)吸收劑量達(dá)到10 kGy 時(shí),未檢出需氧菌、霉菌和酵母菌及耐膽鹽革蘭陰性菌。因此,在對牡丹皮進(jìn)行滅菌時(shí),建議將60Co-γ 吸收劑量控制在5 kGy以下。
中藥指紋圖譜是指中藥經(jīng)適當(dāng)方法處理后,應(yīng)用一定手段獲得的能夠標(biāo)示該藥材特征的共有峰圖譜[26]。中藥指紋圖譜能夠反映一些化學(xué)成分的種類和數(shù)量,在一定程度上可表征中藥質(zhì)量。本研究HPLC指紋圖譜分析表明,隨著吸收劑量的增加,指紋圖譜相似度呈下降趨勢,說明即使在國家允許的60Co-γ 吸收劑量下也會(huì)引起牡丹皮樣品某些化學(xué)成分的改變。關(guān)于輻照引起中藥材及制劑HPLC 指紋圖譜發(fā)生變化的結(jié)果已有較多報(bào)道,如張夢晨等[27]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)吸收劑量達(dá)到8 kGy 時(shí),山藥指紋圖譜中一些共有峰的相對保留時(shí)間與未輻照樣品相比差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);蔣桃[28]研究了輻照對六味安消散的影響,結(jié)果表明,經(jīng)10 kGy 輻照后,樣品HPLC 指紋圖譜與未輻照的相似度降低至0.827。本研究結(jié)果表明,當(dāng)輻照吸收劑量為5 kGy 時(shí),既可以達(dá)到較好的殺菌效果,又不會(huì)引起牡丹皮指紋圖譜發(fā)生較大改變,可為牡丹皮加工過程中輻照滅菌的劑量設(shè)置提供參考。
近紅外一致性評價(jià)模型常被用于藥品質(zhì)量控制和真?zhèn)舞b別等[29-31]。其基本原理是測定一組參考光譜,計(jì)算參考光譜在各個(gè)波長的吸光度和標(biāo)準(zhǔn)偏差,將各個(gè)波長的平均值加減若干倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為該波長的可信區(qū)間[32]。待測光譜在該波長下,吸光度與平均值的差值除以標(biāo)準(zhǔn)偏差為一致性指數(shù),即預(yù)設(shè)置的倍數(shù)值CI,一致性評價(jià)時(shí)將待測光譜的CI值與之前設(shè)置的CI 值進(jìn)行比較,可快速判斷測試光譜與參考光譜的一致性[33]。本研究建立的牡丹皮一致性評價(jià)模型,采用二階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行預(yù)處理,并設(shè)置適宜的平滑點(diǎn)數(shù)以消除背景干擾,能有效區(qū)分輻照與未輻照樣品,未輻照的樣品CI 值小于3.6,而輻照(>5 kGy)后的樣品CI 值大于3.6。說明輻照與未輻照牡丹皮樣品在近紅外光譜上存在差異,推測輻照引起牡丹皮中含氫基團(tuán)變化,從而導(dǎo)致特征信息改變。
據(jù)報(bào)道,牡丹皮的水提物具有一定的抑菌作用,例如宮毓靜等[34]考察了10種中藥材水提物對白色念珠菌浮游菌最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration,MIC)和抑制50%生物膜的作用,發(fā)現(xiàn)僅牡丹皮和高良姜對白色念珠菌的生物膜有抑制作用。胡永志等[35]將牡丹皮提取物丹皮酚添加到漱口水配方中,發(fā)現(xiàn)其對牙齦卟啉單胞菌、變形鏈球菌有一定的抑制作用。傅若秋等[36]研究發(fā)現(xiàn),牡丹皮水提物和醇提物對金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌和大腸桿菌均有較好的抑制作用。在前期藥敏試驗(yàn)時(shí),本研究也發(fā)現(xiàn)金黃色葡萄球菌對牡丹皮水提物最敏感,故選為試驗(yàn)菌株。參照《中華人民共和國藥典 2020 年版 四部》[22]“中藥生物活性測定指導(dǎo)原則”,本研究設(shè)置劑量梯度試驗(yàn),找到了水提物與抑菌活性呈線性關(guān)系的濃度范圍,并選取適宜濃度對輻照前后的抑菌活性進(jìn)行了對比。測定結(jié)果表明,經(jīng)5~30 kGy 吸收劑量輻照后,牡丹皮水提物對金黃色葡萄球菌活性未發(fā)生明顯變化,推測輻照雖然改變了一些化學(xué)成分,但未對相關(guān)的抑菌成分物質(zhì)產(chǎn)生影響。
本研究基于化學(xué)指紋圖紋-近紅外光譜-抑菌活性分析了60Co-γ 輻照滅菌對牡丹皮質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,輻照會(huì)引起指紋圖譜相似度發(fā)生變化,且與輻照劑量存在一定相關(guān)性;通過近紅外光譜一致性評價(jià)模型能較好地區(qū)分輻照與未輻照樣品,說明輻照引起牡丹皮含氫基團(tuán)發(fā)生改變;輻照后牡丹皮水提物的抑菌活性未出現(xiàn)顯著變化,推測與抑菌活性相關(guān)的成分未受到輻照影響。綜上,建議相關(guān)企業(yè)對牡丹進(jìn)行60Co-γ 輻照滅菌時(shí)將吸收劑量控制在5 kGy 以下。由于輻照應(yīng)用于中藥滅菌的時(shí)間較短,作用機(jī)理等基礎(chǔ)研究薄弱,本研究僅對上述項(xiàng)目作了考察,今后還應(yīng)收集不同產(chǎn)地樣品,考察60Co-γ 低劑量輻照(<5 kGy)對滅菌效果、指紋圖譜的影響;進(jìn)一步在藥效成分、穩(wěn)定性影響方面展開研究。