正交設(shè)計和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合G1-熵權(quán)法對比優(yōu)化羌藥刷格痛風(fēng)顆粒水提工藝

吉部肖情，李 麗，阮婧華，趙日雜，馮維國，張志鋒, 4*

正交設(shè)計和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合G1-熵權(quán)法對比優(yōu)化羌藥刷格痛風(fēng)顆粒水提工藝

吉部肖情1，李 麗1，阮婧華3，趙日雜1，馮維國2，張志鋒1, 4*

1. 西南民族大學(xué)藥學(xué)院，青藏高原研究院，四川 成都 610041 2. 北川中羌醫(yī)醫(yī)院，四川 綿陽 622753 3. 貴州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，貴州 貴陽 550001 4. 四川省羌彝藥用資源保護(hù)與利用技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610225

通過多指標(biāo)組合賦權(quán)的正交試驗(yàn)綜合評分和反向傳播（back propagation，BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測綜合得分對比優(yōu)化篩選刷格痛風(fēng)顆粒的水提工藝參數(shù)。采用正交試驗(yàn)設(shè)計，以料液比、提取時間、提取次數(shù)為考察因素，沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸含量，干浸膏得率和指紋圖譜相似度為評價指標(biāo)，采用G1-熵權(quán)法進(jìn)行權(quán)重賦值計算綜合評分。對比正交試驗(yàn)結(jié)果和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模仿真優(yōu)化結(jié)果，尋找刷格痛風(fēng)顆粒的最佳水提工藝參數(shù)?；?種分析方法對比發(fā)現(xiàn)，正交試驗(yàn)分析得到最佳提取工藝的綜合評分低于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模結(jié)果，故最終確定刷格痛風(fēng)顆粒的最佳提取工藝參數(shù)為料液比1∶12，提取2次，每次3 h。優(yōu)選出的刷格痛風(fēng)顆粒最佳水提工藝穩(wěn)定可行，正交試驗(yàn)結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行方法尋優(yōu)高效可靠，為復(fù)方制劑的開發(fā)和現(xiàn)代化研究提供了新的思路和參考。

羌藥；刷格痛風(fēng)顆粒；G1-熵權(quán)法；正交試驗(yàn)；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；沒食子酸；鹽酸黃柏堿；綠原酸；咖啡酸；紫花前胡苷；鹽酸小檗堿；蘆薈大黃素；大黃酸；指紋圖譜；相似度

痛風(fēng)是一種常見且復(fù)雜的炎癥性關(guān)節(jié)病，與嘌呤代謝紊亂、尿酸增多直接相關(guān)，尿酸鹽結(jié)晶沉積于關(guān)節(jié)、組織處引發(fā)急性關(guān)節(jié)疼痛[1]。全球痛風(fēng)的患病率和發(fā)病率根據(jù)所研究的人群和所采用的方法而有很大的不同，患病率從＜1%～6.8%不等，發(fā)病率為0.058%～0.289%/年[2]，我國的痛風(fēng)患病率也高達(dá)1.3%，且逐年升高，已成為僅次于糖尿病的第2大代謝類疾病[3]。

羌醫(yī)認(rèn)為嚕唔依基（痛風(fēng)）病癥，屬羌醫(yī)“得迪（堵塞?。狈懂?，其病灶部位在四肢，特別腳拇趾掌關(guān)節(jié)好發(fā)，與脾胃和肝腎的賽米薩喜居器官功能失調(diào)密切相關(guān)。近年來，運(yùn)用羌醫(yī)藥治療痛風(fēng)取得較好療效，依據(jù)本病滋（水）、莫（火）、穆爾（雨水）、吉納咨斯（好吃好喝過盛）之病理，治以清火熱除雨水，化厚味食解毒為主。羌醫(yī)先后撰寫和編著了《羌醫(yī)治療嚕唔依基（痛風(fēng)）性關(guān)節(jié)炎診療常規(guī)》，制定不同時期痛風(fēng)的臨床診斷、綜合治療的研究和痛風(fēng)分型和個體化診療技術(shù)。常用的口服藥物嚕唔依基散（刷格痛風(fēng)顆粒，Shuage Tongfeng Granules，STG），是由和扎哈（黃柏）、刷格禾（生大黃）、格時牯思柏（威靈仙）、喝啥思格補(bǔ)（黃連）、寺格（羌活）、呼叉（川芎）、夷西米（薏苡仁）、日古孜苀唔（金錢草）、苀格（黃芪）、莫各麻哈（蒲公英）、日俄格思柏（山藥）、赫勒木依格補(bǔ)（土茯苓）12味藥組成，主要起消腫止痛、軟堅散結(jié)、化石通管、益肺健脾健腎、利水祛毒作用，對不同發(fā)病期的痛風(fēng)，尤其對中重度、難治性痛風(fēng)具有顯著的療效。本實(shí)驗(yàn)旨在優(yōu)選STG的最佳水提工藝，以沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸含量、干浸膏得率和指紋圖譜相似度為評價指標(biāo)，多指標(biāo)賦權(quán)評分優(yōu)選水提工藝參數(shù)，保證其結(jié)果的科學(xué)合理。

G1-熵權(quán)法[4]是主觀賦權(quán)法序關(guān)系分析法（G1法）與客觀賦權(quán)法熵權(quán)法組合賦權(quán)的方法，它既可避免主觀的隨意性又可增加各指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系，尤其適合成分復(fù)雜并具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的復(fù)方中藥研究[5]。反向傳播（back propagation，BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種按誤差逆向傳播算法訓(xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，包括信號前向傳播和誤差反向傳播兩個過程，經(jīng)過反復(fù)交替學(xué)習(xí)訓(xùn)練，得到與最小誤差向?qū)?yīng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，適用于研究復(fù)雜的非線性關(guān)系[6]。本實(shí)驗(yàn)采用L9(34)正交設(shè)計，利用G1-熵權(quán)法進(jìn)行權(quán)重賦值計算綜合評分，再驗(yàn)證正交試驗(yàn)結(jié)果和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模預(yù)測結(jié)果，對STG的最佳水提工藝參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)。

1 儀器與試藥

1.1 儀器

Agilent 1100高效液相色譜儀、Agilent LC-1100 ChemStation色譜工作站、Diamonsil 5 μm C18（250 mm×4.6 mm，1.8 μm）色譜柱，美國安捷倫公司；Mettler Tolepo ME55電子天平，梅特斯-托利多儀器（上海）有限公司；JA1003A電子天平，上海精天電子儀器有限公司；KQ-300DE型數(shù)控超聲波清洗儀，昆山市超聲儀器有限公司；HWS-12型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；FD-1A-50冷凍干燥機(jī)，北京博醫(yī)康試驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 試藥

對照品沒食子酸（批號20032802，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.04%）、鹽酸黃柏堿（批號20051801，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98.48%）、綠原酸（批號20080301，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞98%）、咖啡酸（批號17011309，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞98%）、紫花前胡苷（批號18051702，質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%）、鹽酸小檗堿（批號20051903，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%），均購自成都康邦生物科技有限公司；對照品蘆薈大黃素（批號20042803，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞98%）、大黃酸（批號20040901，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞98%），均購自成都麥德生物科技有限公司；屈臣氏水，廣州屈臣氏食品飲料有限公司；色譜級甲醇、乙腈，北京迪科馬科技有限公司；色譜級磷酸，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

黃柏（批號171101，蕓香科黃柏屬植物黃皮樹Schncid的干燥樹皮）、大黃（批號190701，蓼科大黃屬植物掌葉大黃L.的干燥根和根莖）、威靈仙（批號191015，毛茛科鐵線蓮屬植物威靈仙Osbeck.的干燥根和根莖）、黃連（批號190801，毛茛科黃連屬植物黃連Franch.的干燥根莖）、羌活（批號190801，傘形科羌活屬植物羌活Ting ex H. T. Chang.的干燥根莖和根）、川芎（批號190501，傘形科藁本屬植物川芎Hort.的干燥根莖）、薏苡仁（批號190501，禾本科薏苡屬植物薏米L. var.(Roman.) Stapf的干燥成熟種仁）、金錢草（批號171101，報春花科珍珠菜屬植物過路黃Hance的干燥全草）、黃芪（批號190701，豆科黃芪屬植物膜莢黃芪(Fisch.) Bunge的干燥根）、蒲公英（批號191015，菊科蒲公英屬植物蒲公英Hand. -Mazz.的干燥全草）、山藥（批號190501，薯蕷科薯蕷屬植物薯蕷Thunb.的干燥根莖）、土茯苓（批號190801，百合科菝葜屬植物光葉菝葜Roxb.的干燥根莖），均購自四川皓博藥業(yè)有限公司，經(jīng)西南民族大學(xué)張志鋒教授鑒定，均為符合《中國藥典》2020年版的正品藥材。

2 方法與結(jié)果

2.1 STG干浸膏的制備及干浸膏得率的測定

按處方配方比（黃柏10 g，大黃10 g，威靈仙10 g，黃連10 g，羌活10 g，川芎10 g，薏苡仁15 g，金錢草15 g，黃芪15 g，蒲公英15 g，山藥20 g，土茯苓15 g）稱取原藥材155 g，先浸泡30 min，再按照正交試驗(yàn)設(shè)計方案各條件對其進(jìn)行提取，濾過，濾液進(jìn)行濃縮、冷凍干燥成干浸膏，精密稱定，計算干浸膏得率[7]。

2.2 干浸膏中8種指標(biāo)成分的含量測定

2.2.1 色譜條件 Diamonsil 5 μm C18（250 mm×4.6 mm，1.8 μm）色譜柱；以乙腈-0.1%磷酸水溶液為流動相進(jìn)行梯度洗脫，洗脫條件：0～3 min，5%～17%乙腈；3～13 min，17%～22%乙腈；13～22 min，22%～31%乙腈；22～29 min，31%～36%乙腈；29～32 min，36%～57%乙腈；32～33 min，57%～80%乙腈；33～34 min，80%～95%乙腈；34～37 min，95%乙腈；柱溫30 ℃；體積流量1 mL/min；進(jìn)樣量10 μL，檢測波長為230 nm。理論塔板數(shù)按鹽酸小檗堿峰計算不低于4000。

2.2.2 對照品溶液的制備 精密稱取沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸8種對照品適量，加甲醇制成分別含1.017、1.022、1.083、1.085、1.037、1.042、1.083、1.026 mg/mL的混合對照品儲備液，備用。再取1 mL定容至10 mL作為混合對照品溶液用于HPLC分析。

2.2.3 供試品溶液的制備 精密稱取STG各提取工藝的干浸膏1 g置具塞錐形瓶中，精密加入80%甲醇溶液10 mL，密塞，稱定質(zhì)量，超聲（100 W、40 kHz）處理30 min，放冷稱定，用80%甲醇溶液補(bǔ)足減失質(zhì)量，搖勻，濾過，取續(xù)濾液，濾液過0.22 μm有機(jī)濾膜后用于HPLC分析。對照品及供試品HPLC色譜圖如圖1所示。

2.2.4 線性關(guān)系考察 分別精密稱取沒食子酸10.17 mg、鹽酸黃柏堿10.22 mg、綠原酸10.83 mg、咖啡酸10.85 mg、紫花前胡苷10.37 mg、鹽酸小檗堿10.42 mg、蘆薈大黃素10.83 mg、大黃酸10.26 mg，置10 mL量瓶中，加甲醇定容至刻度，再將混合對照品溶液依次稀釋5、10、25、50、100、160、200倍后，過0.22 μm微孔濾膜，按照色譜條件進(jìn)樣10 μL，記錄各對照品峰面積。以色譜峰峰面積為縱坐標(biāo)（），對照品質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（）進(jìn)行線性回歸，8種成分的線性回歸方程和線性范圍結(jié)果分別為沒食子酸＝74 631－1.466 6，線性范圍5.1～203.4 μg/mL，2＝0.999 5；鹽酸黃柏堿＝103 131＋26.839，線性范圍6.4～204.4 μg/mL，2＝0.999 7；綠原酸＝24 797－5.561 9，線性范圍5.4～216.6 μg/mL，2＝0.999 4；咖啡酸＝44 608－3.122 9，線性范圍5.4～108.5 μg/mL，2＝0.999 4；紫花前胡苷＝28 607＋43.825，線性范圍10.4～207.4 μg/mL，2＝0.999 7；鹽酸小檗堿＝28 022＋6.496 8，線性范圍10.4～1 042.0 μg/mL，2＝0.999 7；蘆薈大黃素＝7 583.8－7.585 6，線性范圍6.8～108.3 μg/mL，2＝0.999 1；大黃酸＝23 267＋38.994，線性范圍6.4～102.6 μg/mL，2＝0.997 3；各成分在其各自的線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)2均≥0.997 3。

2.2.5 精密度試驗(yàn) 取各成分質(zhì)量濃度約為0.1 mg/mL的混合對照品溶液，在“2.2.1”項色譜條件下重復(fù)進(jìn)樣6次，每次進(jìn)樣10 μL，結(jié)果沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸峰面積的RSD分別為1.26%、0.78%、1.03%、1.21%、0.89%、1.11%、1.06%、1.27%，表明儀器精密度良好。

1-沒食子酸 2-鹽酸黃柏堿 3-綠原酸 4-咖啡酸 5-紫花前胡苷 6-鹽酸小檗堿 7-蘆薈大黃素 8-大黃酸

2.2.6 重復(fù)性試驗(yàn) 取按“2.1”項下方法制備的STG S1樣品，平行制備6份供試品溶液，按“2.2.1”項下色譜條件進(jìn)樣，結(jié)果沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的RSD分別為1.05%、1.21%、1.08%、1.34%、1.11%、1.18%、1.20%、1.72%，表明方法重復(fù)性良好。

2.2.7 穩(wěn)定性試驗(yàn) 取STG S1供試品溶液分別于制備后0、2、4、8、12 h按“2.2.1”項下色譜條件進(jìn)樣測定，結(jié)果沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸峰面積的RSD分別為1.12%、1.07%、1.11%、0.85%、0.96%、1.01%、0.84%、1.15%，表明STG供試品溶液在12 h內(nèi)穩(wěn)定。

2.2.8 加樣回收率試驗(yàn) 精密稱取已測定8種指標(biāo)成分含量的樣品（S1）6份，每份約0.5 g，精密稱定，按重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果計算出來的8個被測成分的含量分別加入對應(yīng)量的沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸對照品溶液（分別相當(dāng)于樣品中各成分含量的50%），按“2.2.3”項下方法制備供試品溶液，按“2.2.1”項下色譜條件測定。結(jié)果沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸的平均回收率分別為92.92%、96.66%、95.34%、97.82%、95.65%、98.84%、95.17%、96.24%，RSD分別為1.27%、0.72%、0.71%、0.69%、1.54%、1.22%、1.48%、1.57%。

2.2.9 STG中多指標(biāo)成分的含量測定 精密稱取正交試驗(yàn)下所得樣品1 g，按“2.2.3”項下方法制成供試品溶液，按“2.2.1”項色譜條件下進(jìn)行測定，計算STG中沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸8種成分的含量。

2.3 指紋圖譜的建立

按供試品溶液制備方法及色譜條件進(jìn)樣測定，得到9個水提工藝樣品的色譜圖。將色譜圖導(dǎo)入《中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)》（2012年版）軟件進(jìn)行分析，對照圖譜采用中位數(shù)法生成，以S5為參照圖譜，時間窗寬度設(shè)定為0.2 min，全峰匹配，生成9個STG樣品的疊加指紋圖譜（S1～S9），如圖2。并計算相似度，結(jié)果見表1。

2.4 多指標(biāo)的組合賦權(quán)

2.4.1 G1法 依據(jù)STG復(fù)方中配伍原則和功效相關(guān)藥效物質(zhì)，確定STG提取物中10個評價指標(biāo)的順序關(guān)系為（沒食子酸）1＝（鹽酸黃柏堿）2＝（綠原酸）3＝（咖啡酸）4＝（紫花前胡苷）5＝（鹽酸小檗堿）6＝（蘆薈大黃素）7＝（大黃酸）8＞（干浸膏量）9＞（相似度）10；并確定各指標(biāo)的權(quán)重評價標(biāo)度，其中2＝1，3＝1，4＝，5＝1，6＝1，7＝1，8＝1，9＝1.3，10＝1.4[8]，最后按公式（1）計算指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)（w）。

圖2 正交試驗(yàn)9組樣品（S1～S9）HPLC指紋圖譜

表1 水提工藝正交試驗(yàn)因素水平及結(jié)果(, n = 3)

Table 1 Factors level and result of orthogonal test of water extracting technology (, n = 3)

序號A/倍B/hC/次D (誤差)y1/(mg?g?1)y2/(mg?g?1)y3/(mg?g?1)y4/(mg?g?1)y5/(mg?g?1)y6/(mg?g?1)y7/(mg?g?1)y8/(mg?g?1)y9/%y10Pj S16 (1)1 (1)2 (1)(1)0.792±0.0310.075±0.0031.215±0.0510.180±0.0070.625±0.0313.216±0.1090.102±0.0030.101±0.00513.570.91056.27 S26 (1)2 (2)3 (2)(2)1.754±0.0200.070±0.0031.479±0.0080.168±0.0070.806±0.0163.081±0.1040.336±0.0240.176±0.01119.510.90278.90 S36 (1)3 (3)4 (3)(3)0.562±0.0720.067±0.0060.815±0.0980.161±0.0130.638±0.0622.542±0.2610.222±0.0190.073±0.01021.070.92551.98 S48 (2)1 (1)3 (2)(3)0.507±0.0060.062±0.0090.968±0.0300.149±0.0200.470±0.0292.278±0.0700.163±0.0160.133±0.03019.010.91548.22 S58 (2)2 (2)4 (3)(1)0.573±0.0420.067±0.0051.060±0.0580.162±0.0110.236±0.0034.217±0.3610.256±0.0080.122±0.00523.440.91167.59 S68 (2)3 (3)2 (1)(2)0.862±0.0460.065±0.0051.088±0.1170.157±0.0120.909±0.0283.708±0.0150.135±0.0150.085±0.00616.110.92164.47 S710 (3)1 (1)4 (3)(2)0.788±0.0620.071±0.0071.198±0.1150.170±0.0150.455±0.1453.198±0.4390.222±0.0240.101±0.01314.370.91459.30 S810 (3)2 (2)2 (1)(3)1.395±0.0190.070±0.0001.480±0.0080.167±0.0010.642±0.0052.838±0.0090.081±0.0010.114±0.00014.380.88258.36 S910 (3)3 (3)3 (2)(1)1.001±0.0070.070±0.0011.004±0.0110.168±0.0010.652±0.0034.794±0.0090.203±0.0000.263±0.00123.660.82784.19 K1187.15163.79179.10208.05 K2180.28204.85211.31202.67 K3201.85200.64178.87158.56 R21.5741.0632.4449.49

w＝(1＋r)?1（1）

w－1＝rw，＝,－1, …, 2（為評價指標(biāo)個數(shù)）

2.4.2 熵權(quán)法 在該類賦權(quán)法中，指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)熵值越小，提供的信息量就越大，其在綜合評價中所起的作用也越大，即所占權(quán)重就越大，反之，其所占權(quán)重就越小[9]。以此為基礎(chǔ)計算STG水提工藝各評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)（w）。具體步驟采用李俊萍等[10]運(yùn)用的方法。

2.4.3 組合權(quán)重的確定 由G1法得到的主觀權(quán)重為1，熵權(quán)法得到的客觀權(quán)重為2，則組合權(quán)重（w）按公式（2）進(jìn)行計算[11]。

w＝1j2j/1j2j（2）

2.5 正交試驗(yàn)優(yōu)化STG水提工藝參數(shù)

2.5.1 正交試驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果 按處方配方比例稱取STG處方藥材共155 g，選擇料液比（A）、提取時間（B）、提取次數(shù)（C）作為考察因素，設(shè)計3因素3水平的L9(34)正交試驗(yàn)。結(jié)合G1-熵權(quán)法對沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸的含量（1～8）與干浸膏得率（9）以及指紋圖譜相似度（10）進(jìn)行綜合評分計算，正交因素水平見表1。

采用G1-熵權(quán)法對STG的多指標(biāo)成分含量、干浸膏得率和相似度進(jìn)行綜合評分（P），P依據(jù)公式（3）進(jìn)行計算[12]。STG提取各評價指標(biāo)的權(quán)重值見表2，提取工藝正交試驗(yàn)結(jié)果見表1，提取工藝方差分析見表3。

P＝(100 wy)/ymax（3）

表2 水提工藝評價指標(biāo)的權(quán)重值

Table 2 Weight values of evaluation indicators for extraction technology

評價指標(biāo)w1w2w組合 沒食子酸含量0.500 00.223 50.142 8 鹽酸黃柏堿含量0.500 00.003 70.002 4 綠原酸含量0.500 00.044 60.028 5 咖啡酸含量0.500 00.003 50.002 2 紫花前胡苷含量0.500 00.138 00.088 2 鹽酸小檗堿含量0.500 00.667 00.426 1 蘆薈大黃素含量0.500 00.210 00.134 2 大黃酸含量0.500 00.206 20.131 7 干浸膏得率0.384 60.053 70.026 4 相似度0.274 70.050 10.017 6

表3 水提工藝參數(shù)方差分析

Table 3 Variance analysis of extraction technology

方差來源離差平方和自由度均方F值顯著性 A80.950 2240.475 10.164 7無 B340.174 52170.087 20.692 1無 C232.210 12116.105 00.472 4無 D (誤差)491.544 12245.772 0

2.5.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析 由表1直觀分析可知，各因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合評分的作用主次為B＞C＞A，且B2＞B3＞B1，C2＞C1＞C3，A3＞A1＞A2；由方差分析可知，各因素在α＝0.05時對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合評分均無顯著性影響，可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計方案兼顧傳統(tǒng)中藥煎煮條件，所設(shè)置的因素水平間距不大，所得結(jié)果差異不顯著。為了最大限度地提取出該復(fù)方的起效物質(zhì)，保證臨床療效，選取各因素較高水平組合A3B2C2為最佳水提工藝，即加10倍量的水煎煮3次，每次2 h。

2.6 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模及尋優(yōu)

2.6.1 模型建立 本實(shí)驗(yàn)采用3層結(jié)構(gòu)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模型，輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)為3個，即加水量（A）、提取時間（B）、提取次數(shù)（C），輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)為1個，即綜合評分。

2.6.2 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練及參數(shù) BP算法以誤差平方為目標(biāo)函數(shù)，使用梯度下降法，通過反向傳播來不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，使網(wǎng)絡(luò)的誤差平方和最小。此時經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能對類似樣本的輸入信息自行處理，輸出誤差最小的經(jīng)過非線性轉(zhuǎn)換的信息[13]。采用上述確定的BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使用Visio Studio 2017編程軟件進(jìn)行語言編程，選擇雙曲正切傳遞函數(shù)（tansig）作為隱含層傳遞函數(shù)，線性傳遞函數(shù)（sigmoid）作為輸出層傳遞函數(shù)，設(shè)置隱含層1個，通過對含不同神經(jīng)元數(shù)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練對比，采用梯度下降算法對新建BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，設(shè)定網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練參數(shù)值，最大訓(xùn)練次數(shù)為5 000 000次，訓(xùn)練精度為0.001，學(xué)習(xí)率為0.8，采用均方誤差（MSE）評估神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測性能（MSE為0.001 22）。使用sim仿真函數(shù)進(jìn)行仿真輸出網(wǎng)絡(luò)預(yù)測，使用正交試驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)輸入，對訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明，網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測性能良好，網(wǎng)絡(luò)的期望輸出和實(shí)際輸出的相對誤差小于1%，表明訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測性能良好，可用于STG水提工藝參數(shù)的預(yù)測。

2.6.3 STG水提工藝參數(shù)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測 在訓(xùn)練得到網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的基礎(chǔ)上，輸入新的條件，即加水量為6～12倍（步長為2），提取時間為1～4 h（步長為1），提取次數(shù)為1～4（步長為1），通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模并預(yù)測可得到64個條件下的綜合評分，從中篩選出最佳水提工藝，結(jié)果見表4。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測得到STG的最佳水提工藝在第45、49、50、53、54、57～64號條件下綜合評分一樣高，考慮實(shí)際生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，最終確定最佳水提工藝為料液比1∶12，提取2次，每次3 h。

2.7 驗(yàn)證試驗(yàn)

將以上2種分析方法得到的最佳水提工藝結(jié)果分別進(jìn)行工藝驗(yàn)證試驗(yàn)，測定沒食子酸、鹽酸黃柏堿、綠原酸、咖啡酸、紫花前胡苷、鹽酸小檗堿、蘆薈大黃素、大黃酸的含量與干浸膏得率以及相似度，計算其P，并將其結(jié)果進(jìn)行對比，從而最終確定STG的最佳水提工藝，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。從上述驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，正交試驗(yàn)分析得到最佳水提工藝的綜合得分略低于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模得到最佳水提工藝的綜合得分，故最終確定該STG的最佳水提工藝參數(shù)為料液比1∶12，提取2次，每次3 h。

表4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果

Table 4 Prediction results of BP neural network

編號A/倍B/hC/次Pj編號A/倍B/hC/次Pj 16110.001 950121284.190 0 261256.270 7…………… 361381.017 053122184.190 0 461478.984 954122284.190 0 ………………………… 258310.247 257123184.190 0 2683264.468 758123284.190 0 2783375.315 559123384.190 0 2883451.069 560123484.190 0 ……………61124184.190 0 45104184.190 062124284.190 0 46104284.189 963124384.190 0 ……………64124484.190 0 49121184.190 0

3 討論

STG具有消腫止痛、軟堅散結(jié)、化石通管、益肺健脾健腎、利水祛毒作用，對于不同發(fā)病期的痛風(fēng)，尤其對中重度、難治性痛風(fēng)以及痛風(fēng)的康復(fù)具有特別的療效。水提工藝考察時選擇了8種成分的含量納入考核指標(biāo)，其中，沒食子酸是處方大黃中的主要有效成分之一，其具有抗炎、抗氧化、抗菌、抗病毒等多種生物活性[14]；鹽酸黃柏堿是黃柏中主要藥效成分之一，具有抗菌抗炎、抗痛風(fēng)、抗腫瘤等藥理活性[15-16]；綠原酸作為一種水溶性酚類化合物，在植物界中分布廣泛，具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化和抗炎以及治療代謝類疾病等多種藥理作用[17]；咖啡酸是一類在植物中分布非常廣泛的次級代謝產(chǎn)物，具有抗病毒活性、抑菌、抗感染、心腦血管疾病、抗肝纖維化和保肝作用、抗腫瘤作用[18]；紫花前胡苷是一種線型四氫呋喃型香豆素苷類化合物，對治療功能控制障礙、細(xì)菌感染、疼痛、腹瀉、維生素E缺乏和放松子宮有效[19]；鹽酸小檗堿是處方黃連、黃柏中的主要有效成分，其具有抗菌消炎、抗腫瘤、調(diào)血脂、降糖、神經(jīng)調(diào)節(jié)等作用[20]；蘆薈大黃素、大黃酸屬于大黃蒽醌類衍生物，蘆薈大黃素能抗菌、防護(hù)肝損傷及抗癌等，大黃酸能抗腫瘤及抗炎等[21]。它們均是刷格痛風(fēng)方中的關(guān)鍵藥效物質(zhì)。由于此方制成顆粒劑，亦要考慮出膏量。兼顧藥效成分與干浸膏得率，結(jié)合指紋圖譜的相似度，選擇它們的綜合評分為評價指標(biāo)，可以更合理的確定STG的水提工藝。

表5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果(n = 3)

Table 5 Verification test results (n = 3)

分析方法y1/(mg?g?1)y2/(mg?g?1)y3/(mg?g?1)y4/(mg?g?1)y5/(mg?g?1)y6/(mg?g?1)y7/(mg?g?1)y8/(mg?g?1)y9/%y10Pj平均值RSD/% 正交試驗(yàn)1.126 80.069 71.226 00.163 90.645 73.989 10.208 80.206 523.520.91376.7478.101.77 1.101 30.070 01.203 80.167 80.651 14.092 20.201 40.253 123.580.90779.50 1.121 00.068 21.282 10.171 50.656 33.909 20.227 20.227 923.820.91778.05 BP神經(jīng)網(wǎng)1.314 20.072 71.316 80.168 80.792 34.217 00.256 20.212 322.780.89383.9784.380.74 絡(luò)建模1.266 70.071 61.269 30.162 90.705 34.533 00.237 20.220 222.850.89885.10 1.155 40.686 71.265 80.163 20.689 74.417 20.218 80.217 222.830.89284.06

G1法是在層次分析法的基礎(chǔ)上改進(jìn)的一種主觀賦權(quán)法，具有計算速度快、無需一致性檢驗(yàn)、同一層次中元素個數(shù)的伸展性強(qiáng)、具有保序性等優(yōu)點(diǎn)[4]。熵權(quán)法是基于“差異驅(qū)動”原理，以各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)所提供信息量求得最優(yōu)權(quán)重來反映信息熵值的效用價值的客觀賦權(quán)法[22]。其最大優(yōu)點(diǎn)是避免了人為影響因素，使給出的指標(biāo)權(quán)重更具客觀性，因此具有較高的重現(xiàn)性和可靠性[4]。G1法和熵權(quán)法的組合賦權(quán)方法計算各指標(biāo)的權(quán)重，可兼顧主觀賦權(quán)解釋性較強(qiáng)、客觀賦權(quán)準(zhǔn)確性高的優(yōu)點(diǎn)，使綜合權(quán)重賦予更加合理，避免了單一指標(biāo)評價復(fù)方制劑的局限性和片面性，使評分更全面，更符合實(shí)際；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一，具有任意復(fù)雜的模式分類能力和優(yōu)良的多維函數(shù)映射能力，具有柔性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的中間層數(shù)、各層的神經(jīng)元個數(shù)可以根據(jù)具體情況任意設(shè)定，而且該網(wǎng)絡(luò)模型能夠以任意精度逼近任意連續(xù)函數(shù)，訓(xùn)練算法簡單明確、學(xué)習(xí)速度快、計算量小、非線性映射能力強(qiáng)，為多維非線性系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化提供了選擇[23]。并且它從整個試驗(yàn)區(qū)間進(jìn)行考慮，對試驗(yàn)中各因素的變化規(guī)律做出準(zhǔn)確的描述，優(yōu)選出最佳參數(shù)，基于少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可準(zhǔn)確預(yù)測更多方案，便捷可靠。將傳統(tǒng)的方法正交試驗(yàn)，與BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可充分發(fā)掘試驗(yàn)信息，進(jìn)行仿真和優(yōu)化，對試驗(yàn)各主要因素的變化進(jìn)行仿真分析，模擬試驗(yàn)過程，反映各因素的變化規(guī)律，獲得多因素連續(xù)區(qū)域中的最優(yōu)組合[24]。

痛風(fēng)的發(fā)病率逐年上升，且復(fù)發(fā)率高，給患者帶來巨大的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，已成為嚴(yán)重的社會問題。西醫(yī)治療痛風(fēng)以秋水仙堿、非甾體抗炎藥、糖皮質(zhì)激素為主，但難以根治且不良反應(yīng)較多[25]。民族醫(yī)藥是我國傳統(tǒng)醫(yī)藥的重要組成部分，各族人民幾千年來總結(jié)出的用藥經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)方、治療方法對于很多常見多發(fā)病、疑難雜癥有很好的治療效果，同時具有較高的安全性，應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代分析方法及技術(shù)對民族藥進(jìn)行研究，為更好的深入挖掘、開發(fā)利用民族藥奠定基礎(chǔ)，讓民族醫(yī)藥更廣泛的被人們所應(yīng)用，從而更好地為人類健康服務(wù)，更好地彰顯中華民族傳統(tǒng)瑰寶的價值。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

[1] Robinson P C, Dalbeth N. Advances in pharmacotherapy for the treatment of gout [J]., 2015, 16(4): 533-546.

[2] Dehlin M, Jacobsson L, Roddy E. Global epidemiology of gout: Prevalence, incidence, treatment patterns and risk factors [J]., 2020, 16(7): 380-390.

[3] 魏藹玲, 袁明昊, 劉娟汝, 等. 中藥在痛風(fēng)疾病中的應(yīng)用及其作用機(jī)制研究進(jìn)展 [J]. 中國實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志, 2020, 26(19): 225-234.

[4] 王繼龍, 魏舒暢, 劉永琦, 等. 基于G1-熵權(quán)法和正交設(shè)計優(yōu)選黃芪百合顆粒的提取純化工藝 [J]. 中草藥, 2018, 49(3): 596-603.

[5] 柳蘭, 李雅, 郭志華, 等. Box-Behnken響應(yīng)面法結(jié)合G1-熵權(quán)法的理氣活血復(fù)方浸膏噴霧干燥工藝研究 [J]. 中草藥, 2019, 50(11): 2560-2566.

[6] 易麗娟, 李雅, 鄒蘇蘭, 等. 基于正交試驗(yàn)設(shè)計與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化益氣活血方水提工藝研究 [J]. 中草藥, 2019, 50(18): 4305-4312.

[7] Xu W B, Yang Y Y, Dai C W,. Optimization of spinning parameters of 20/316L bimetal composite tube based on orthogonal test [J]., 2020, 27(1): 272-279.

[8] 劉建, 鄭雙忠, 鄧云峰, 等. 基于G1法的應(yīng)急能力評估指標(biāo)權(quán)重的確定 [J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報, 2006, 16(1): 30-33.

[9] 陳方圓, 王繼龍, 魏舒暢, 等. 基于Box-Behnken響應(yīng)面法結(jié)合G1-熵權(quán)法的黃芪百合顆粒浸膏減壓干燥工藝研究 [J]. 中草藥, 2018, 49(21): 5100-5106.

[10] 李俊萍, 張爽, 王謙博, 等. 基于G1-熵權(quán)法和正交設(shè)計多指標(biāo)優(yōu)化刺五加提取工藝 [J]. 中國新藥雜志, 2019, 28(7): 871-876.

[11] 曹苗苗, 許明君, 于桂芳, 等. G1-熵權(quán)法聯(lián)合響應(yīng)面法優(yōu)選百清膠囊浸膏的減壓干燥工藝 [J]. 西北藥學(xué)雜志, 2020, 35(2): 196-200.

[12] 易麗娟, 鄒蘇蘭, 柳蘭, 等. 基于G1-熵權(quán)法和響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化益氣活血方醇提工藝 [J]. 中國中醫(yī)藥信息雜志, 2019, 26(7): 73-78.

[13] 馬建春, 李勇. 正交試驗(yàn)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型優(yōu)化通痹凝膠貼劑提取工藝 [J]. 藥學(xué)研究, 2019, 38(4): 201-204.

[14] 鄭雪花, 楊君, 楊躍輝. 沒食子酸藥理作用的研究進(jìn)展 [J]. 中國醫(yī)院藥學(xué)雜志, 2017, 37(1): 94-98.

[15] 付媛媛, 蔣玉蘭, 單鳴秋, 等. 鹽黃柏飲片與易黃湯的特征圖譜與主要成分測定研究 [J]. 中草藥, 2020, 51(10): 2790-2797.

[16] 高妍, 周海芳, 劉朵, 等. 黃柏化學(xué)成分分析及其藥理作用研究進(jìn)展 [J]. 亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥, 2019, 15(4): 207-209.

[17] 王慶華, 杜婷婷, 張智慧, 等. 綠原酸的藥理作用及機(jī)制研究進(jìn)展 [J]. 藥學(xué)學(xué)報, 2020, 55(10): 2273-2280.

[18] 包伊凡, 沈新春, 汪芳. 咖啡酸及其主要衍生物的研究進(jìn)展及開發(fā)前景 [J]. 天然產(chǎn)物研究與開發(fā), 2018, 30(10): 1825-1833.

[19] Lee N Y, Chung K S, Jin J S,. The inhibitory effect of nodakenin on mast-cell-mediated allergic inflammation via downregulation of NF-κB and caspase-1 activation [J]., 2017, 118(11): 3993-4001.

[20] 張磊. 小檗堿與葛根素的合成以及急性毒性、相關(guān)藥效學(xué)研究 [D]. 廣州: 廣州中醫(yī)藥大學(xué), 2015.

[21] 熊興富. 中藥大黃主要有效成分藥理學(xué)研究進(jìn)展 [J]. 中醫(yī)臨床研究, 2014, 6(10): 143-146.

[22] Du Y P, Zhang Y, Zhao X G,. Risk evaluation of bogie system based on extension theory and entropy weight method [J]., 2014, 2014: 195752.

[23] 張超, 韓麗, 楊秀梅, 等. BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合正交試驗(yàn)優(yōu)化苦參方中荊芥揮發(fā)油的提取工藝 [J]. 中成藥, 2015, 37(1): 70-74.

[24] 江華娟, 何瑤, 陳意, 等. BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合熵權(quán)法多指標(biāo)優(yōu)化四物湯水提工藝 [J]. 中草藥, 2019, 50(18): 4313-4319.

[25] 李強(qiáng), 于萍. 痛風(fēng)的診斷與治療 [J]. 國際內(nèi)分泌代謝雜志, 2011, 31(5): 289-291.

Contrast optimization of water extracting technology parameters of Shuage Tongfeng Granules based on BP neural network and orthogonal test combined with G1-entropy weight method

JI BU Xiao-qing1, LI Li1, RUAN Jing-hua3, ZHAO Ri-za1, FENG Wei-guo2, ZHANG Zhi-feng1, 4

1. Qinghai-Tibet Plateau Research Institute, College of Pharmmacy, Southwest Minzu University, Chengdu 610041, China 2. Beichuan Zhongqiang Medical Hospital, Mianyang 622753, China 3. First Affiliated Hospital of Guizhou University of Traditional Chinese Medicine, Guiyang 550001, China 4. Sichuan Engineering Laboratory of Qiang-Yi Medicinal Resources Protection and Utilization Technology, Chengdu 610225, China

The water extraction technology parameters of Shuage Tongfeng Granules (刷格痛風(fēng)顆粒, STG) were optimized by multi-index comprehensive score of orthogonal test and BP neural network.Orthogonal test design was adopted using the solid-liquid ratio, extraction time and extraction times as investigation factors, and the contents of gallic acid, phellodendrine chloride, chlorogenic acid, caffeic acid, nodakenin, berberine hydrochloride, aloe-emodin, rhein, dried extraction yield and fingerprint similarity were used as evaluation indexes. And the comprehensive scores were obtained by G1-entropy weight method. The optimal water extraction parameters of STG were obtained by comparing orthogonal test analysis and BP neural network modeling simulation optimization.Based on the comparison of the two analytical methods, it was found that the comprehensive score of the optimal water extraction parameters obtained by orthogonal test analysis was slightly lower than that obtained by BP neural network modeling. The optimal water extraction parameters were determined as follows: the solid-liquid ratio was 1:12, and extracted twice for 3 h each time.The optimized water extraction parameters of STG is stable and feasible, and the orthogonal test combined with BP neural network is efficient and reliable, which provides new ideas and references for the development and modernization of compound preparation of Chinese medicine.

Qiang medicine; Shuage Tongfeng Granules; G1-entropy weight method; orthogonal test; BP neural network; gallic acid; phellodendrine chloride; chlorogenic acid; caffeic acid; nodakenin; berberine hydrochloride; aloe-emodin; rhein acid; fingerprint; similarity

R283.6

A

0253 - 2670(2022)04 - 1051 - 08

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.04.011

2021-09-05

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃課題（2019YFC1712503）；四川省科技廳區(qū)域創(chuàng)新合作項目（2020YFQ0007）；西南民族大學(xué)研究生創(chuàng)新型科研項目（CX2021SZ85）

吉部肖情（1995—），男，碩士研究生，主要從事中藥資源品質(zhì)評價相關(guān)研究。Tel: 17713563534 E-mail: 602511447@qq.com

張志鋒，教授，主要從事中藥資源品質(zhì)評價相關(guān)研究。E-mail: zhangzhf99@gmail.com

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