基于熵权逼近理想解排序法的西红花质量综合评价*

张梦奇,李彬,王琼芬,张红萍,石婧,徐虹,吴纤愫

(浙江省舟山市食品药品检验检测研究院,舟山 316000)

西红花又名藏红花、番红花,系鸢尾科番红花属植物番红花CrocussativusL.的干燥柱头,是素有“红色黄金”之称的名贵药材,具有活血化瘀、凉血解毒、解郁安神的功效[1]。随着现代药理学研究的发展,西红花已被证实对心血管疾病、肝肾损伤、精神疾病、糖尿病、眼部疾病、癌症等多种疾病均有治疗作用[2-4]。据统计,中国西红花年产量仅约为10 000 kg,仅能满足约20%的市场需求[5,6],导致国内西红花产地造假、以次充好、掺假掺伪现象较为严重。因此,有必要建立一种多指标组合的西红花质量综合评价方法。

目前,关于西红花的质量评价研究基本都集中于指标成分苦番红花素、西红花苷-Ⅰ和西红花苷-Ⅱ的含量测定[7-9]。笔者尚未见基于熵权逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)的西红花质量综合评价相关研究报道。TOPSIS是一种目前已广泛应用于各领域的多指标决策分析方法,能充分利用原始数据,避免数据的主观性,客观地反映各评价对象间的相对优劣[10-11]。可满足西红花质量综合评价需求,实现药材择优、排序。基于此,本研究采用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)法波长切换法测定苦番红花素及西红花苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含量,以4种成分总含量、干燥失重、总灰分、吸光度和浸出物作为质量综合评价指标,采用熵权TOPSIS法,以计算出的相对贴近度大小进行排序,对不同产地西红花质量进行比较,旨在为西红花质量综合评价、实现药材优质优价,促进优质产区开发提供参考。

1 仪器与试药

1.1仪器 Agilent 1260 Infinity Ⅱ 高效液相色谱仪,DAD检测器(美国安捷伦公司);XSE205DU电子天平[梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司,感量:0.01 mg];UV-2700紫外-可见分光光度计(日本岛津公司);DHG9240A型热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司);HWS-12电热恒温水浴锅(上海一恒科技有限公司);KQ- 300VDE 双频数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。

1.2试药 苦番红花素(批号:112056-202102,含量:97.3%)、西红花苷-Ⅰ(批号:111588-201704,含量:88.4%)、西红花苷-Ⅱ(批号:111589-201705,含量:92.2%)对照品均购于中国食品药品检定研究院;西红花苷-Ⅲ对照品(批号:wkq-21081003,含量:99.75%)购于四川省维克奇生物科技有限公司。甲醇、乙腈为色谱纯(J.T.Baker 公司);水为Milli-Q自制水,其他试剂均为分析纯。

1.3药材 18批西红花产地信息见表 1,由舟山市食品药品检验检测研究院郑国平主任中药师鉴定为番红花(CrocusSativusL.)的干燥柱头。

表1 西红花产地信息Tab.1 Origin information of Croci Stigma

2 方法与结果

2.1多指标成分含量测定

2.1.1色谱条件 色谱柱:Agilent Poroshell 120 EC-C18(4.6 mm×100 mm,2.7 μm);流动相:乙腈(A)-水(B);梯度洗脱(0～6 min,流动相A为15%→25%,6～14 min,流动相A为25%,14～30 min,流动相A为25%→40%);流速1.0 mL·min-1;检测波长(0～6 min,254 nm;6～30 min,440 nm);柱温25 ℃;进样体积10 μL。在该色谱条件下,各成分峰分离良好,见图1。

A.混合对照品溶液;B.供试品溶液。1.苦番红花素;2.西红花苷-Ⅰ;3.西红花苷-Ⅱ;4西红花苷-Ⅲ。图1 西红花HPLC色谱图 A.mixed reference solution;B.sample solution;1.picrocrocin;2.crocin Ⅰ;3.crocin Ⅱ;4.crocin Ⅲ.Fig.1 HPLC chromatogram of Croci Stigma

2.1.2对照品溶液的制备 取苦番红花素、西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ和西红花苷-Ⅲ对照品适量,精密称定,分别加稀乙醇制成浓度为0.274 0、0.288 5、0.099 4、0.031 4 mg·mL-1的混合对照品贮备溶液(1)。精密量取上述贮备溶液(1)1.0 mL,置10 mL量瓶中,加稀乙醇稀释至刻度,制成各对照品浓度分别为27.40、28.85、9.94、3.14 μg·mL-1的混合对照品溶液。另取苦番红花素、西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ和西红花苷-Ⅲ对照品适量,精密称定,分别加稀乙醇制成浓度为0.164 5、0.173 9、0.071 2、0.022 6 mg·mL-1的混合对照品贮备溶液(2)。

2.1.3供试品溶液的制备 取西红花细粉约10 mg,精密称定,置50 mL棕色量瓶中,加稀乙醇适量,置冰浴中超声处理20 min,放至室温,加稀乙醇稀释至刻度,摇匀,滤过,取续滤液,即得。

2.1.4线性关系考察 分别精密量取“2.1.2节”下混合对照品贮备溶液0.1,0.2,0.5,1.0和2.0 mL,分别置10 mL量瓶中,加稀乙醇稀释至刻度,按“2.1.1节”下的色谱条件,依次进样测定苦番红花素、西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ和西红花苷-Ⅲ的峰面积,以各对照品浓度(X,μg·mL-1)为横坐标,相应峰面积(Y)为纵坐标,进行线性回归,结果见表2。

表2 4种成分的回归方程与线性范围Tab.1 Regression equations and linear ranges of four components

2.1.5精密度试验 精密量取“2.1.2节”下混合对照品溶液,按“2.1.1节”下的色谱条件,连续进样6次,记录各成分的峰面积,计算苦番红花素、西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ和西红花苷-Ⅲ峰面积的RSD,结果分别为0.14%、0.53%、0.32%、0.44% ,表明仪器精密度良好。

2.1.6重复性试验 取西红花样品(编号S1)细粉适量,精密称定,共6份,按“2.1.3节”下方法平行制备供试品溶液,并按“2.1.1节”下的色谱条件分别进样测定,计算苦番红花素、西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ和西红花苷-Ⅲ含量的RSD,结果分别为0.32%、0.45%、0.76%、0.93%,表明该方法重复性良好。

2.1.7稳定性试验 取供试品溶液,室温下于制备后0、2、4、8、10、12 h,按“2.1.1节”下的色谱条件进样测定,记录苦番红花素、西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ和西红花苷-Ⅲ峰面积,并计算峰面积的RSD,结果分别为0.61%、1.62%、1.34%、1.77%,表明供试品溶液在12 h内稳定性良好。

2.1.8加样回收率试验 精密称取西红花(编号S1)细粉约10 mg,置100 mL棕色量瓶中,共6份,分别加入“2.1.2节”下混合对照品贮备溶液(2)10 mL,按“2.1.3节”下方法制备供试品加标溶液,按“2.1.1节”下色谱条件分别进样测定,计算加样回收率。结果显示,苦番红花素、西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ和西红花苷-Ⅲ的平均加样回收率分别为99.58%、98.40%、99.63%、98.90%,RSD分别为0.70%、1.18%、0.42%、1.35%(n=6),表明该方法准确性良好,结果见表3。

表3 4种成分的加样回收率实验结果Tab.3 Recovery rate experimental results of four components n=6

2.1.9样品测定 分别取不同产地西红花样品适量,研细,按“2.1.3节”下方法制备供试品溶液,每个样品平行制备3份。按“2.2.1节”下色谱条件测定,按回归方程分别计算样品中苦番红花素、西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ和西红花苷-Ⅲ的含量,18批西红花4种成分总含量为16.71%～40.84%,不同产地间含量差异较大,浙江、西藏、安徽、江苏、上海产西红花4种成分总含量均值分别为31.49%、23.98%、24.70%、19.78%、17.64%,浙江产西红花整体含量较高,安徽、西藏次之,结果见表4。

表4 西红花中4种成分含量测定结果Tab.4 Content determination results of four components in Croci Stigma %,n=3

2.2干燥失重、总灰分、吸光度、浸出物测定干燥失重 按干燥失重测定法(《中华人民共和国药典》2020年版四部通则0831)测定;总灰分按灰分测定法(《中华人民共和国药典》2020年四部通则2302)测定;吸光度按《中华人民共和国药典》2020年版一部西红花项下测定方法测定;浸出物按“醇溶性浸出物测定法”中热浸法(《中华人民共和国药典》2020年版四部通则2201),以30%乙醇作溶剂测定,每份样品平行测定3次。18批西红花干燥失重在8.72%～11.92%,平均值为10.32%;总灰分在4.19%～7.37%,平均值为4.87%;吸光度在0.50～0.85,平均值为0.65;浸出物含量在58.11%～69.72%,平均值为64.50%;上述测定结果均符合《中国药典》2020年版一部西红花各项下的标准规定,结果见表5。

表5 西红花各评价指标测定结果Tab.5 Results of each evaluation index in Croci Stigma

2.3熵权TOPSIS法分析

表6 熵权法权重计算结果Tab.6 Weight calculation results by entropy method

公式(1)

pijlnpij=0

公式(2)

公式(3)

表7 西红花质量综合评价排序Tab.7 Relative ordering of comprehensive quality evaluation of Croci Stigma

公式(4)

公式(5)

公式(6)

3 讨论

3.1评价指标选择 西红花中西红花苷类成分(西红花苷-Ⅰ～西红花苷-Ⅴ)为最主要的药效成分,也是西红花色泽指标成分,苦番红花素为西红花特有苦味的来源[13-14]。本研究在前期对西红花有效成分含量测定时,发现除含量较高的西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ及苦番红花素外,西红花苷-Ⅲ也存在于每批次样品中,而其他成分如西红花苷-IV等含量微乎其微,且并不普遍存在于每批样品中,因此本研究最后选取苦番红花素、西红花苷-Ⅰ、西红花苷-Ⅱ和西红花苷-Ⅲ4种成分总含量作为质量评价指标之一。而以浸出物和吸光度作为指标,可测定出在HPLC检测中无法精确定量及结构未知的其他活性成分含量。水分是保证西红花质量的重要因素,过高的水分易导致西红花苷类成分降解同时也更易发生虫害、霉变。西红花作为常见贵细药材,不法商家为非法牟利,掺杂增重的现象屡见不鲜,而总灰分能够反映药材中的外来掺杂物及其洁净程度,因此也是西红花质量综合评价的重要指标之一。综上,本研究最终确定以4种成分总含量、干燥失重、总灰分、吸光度和浸出物,作为西红花质量综合评价指标。

3.2含量测定方法优化 项目组在前期研究中发现,“2.1.2节”下混合对照品溶液稳定性较好,但供试品溶液在配制时间超过12 h后,3种西红花苷含量均出现一定程度的下降。另外,现行法定标准收载的西红花含量测定方法分析时间长,且无法有效分离西红花苷-Ⅲ。鉴于此,项目组对法定标准收载的色谱条件进行了优化,首先比较了不同规格的色谱柱: Agilent ZORBAX Eclipse XDB-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm)、Agilent Poroshell 120 EC-C18(4.6 mm×150 mm,4 μm)、Agilent Poroshell 120 EC-C18(4.6 mm×100 mm,2.7 μm),结果各成分分离度及理论板数均能满足检测需求,故实验中选用了保留时间短的Agilent Poroshell 120 EC-C18(4.6 mm×100 mm,2.7 μm)。随后为进一步缩短分析时间,对流动相梯度也进行了优化,最终确定“2.2.1节”下洗脱条件,在30 min内即可实现各待测成分间的良好分离。优化后的含量测定方法较现行法定标准,在增加了西红花苷-Ⅲ测定的同时,显著提高了检测效率,确保多样品连续检测时结果的准确性和可靠性。

3.3熵权TOPSIS法分析 熵权TOPSIS法分析结果显示,浙江、西藏、安徽、江苏、上海产西红花的相对贴近度均值分别为0.654、0.396、0.426、0.326、0.341,产地为浙江的西红花质量最佳,6批样品相对贴近度均大于0.5。浙江、上海、江苏和安徽均属于华东地区,所处地理自然环境相似,但浙江产西红花整体质量最佳,除环境因素外,可能在种球繁育、栽培技术等方面具有优势。产地为西藏的西红花批次间质量差异较大,可能是由于西藏栽培西红花多采用“室外直接种植”的一段法,而非华东地区所采用的“室外田间种植+室内培育开花”的二段法,导致其质量更易受外界气候环境的影响。

综上所述,本研究以苦番红花素和西红花苷(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)4种成分总含量、干燥失重、总灰分、吸光度和浸出物作为评价指标,采用熵权TOPSIS法可实现对不同产地西红花的综合评价,可为西红花整体质量研究和优质产地筛选提供依据。此外,西红花的质量是否受采收时间、干燥工艺、贮藏条件等其他因素影响还有待进一步的研究。