基于熵權(quán)逼近理想解排序法的西紅花質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)*

張夢(mèng)奇,李彬,王瓊芬,張紅萍,石婧,徐虹,吳纖愫

(浙江省舟山市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院,舟山 316000)

西紅花又名藏紅花、番紅花,系鳶尾科番紅花屬植物番紅花CrocussativusL.的干燥柱頭,是素有“紅色黃金”之稱的名貴藥材,具有活血化瘀、涼血解毒、解郁安神的功效[1]。隨著現(xiàn)代藥理學(xué)研究的發(fā)展,西紅花已被證實(shí)對(duì)心血管疾病、肝腎損傷、精神疾病、糖尿病、眼部疾病、癌癥等多種疾病均有治療作用[2-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)西紅花年產(chǎn)量?jī)H約為10 000 kg,僅能滿足約20%的市場(chǎng)需求[5,6],導(dǎo)致國(guó)內(nèi)西紅花產(chǎn)地造假、以次充好、摻假摻偽現(xiàn)象較為嚴(yán)重。因此,有必要建立一種多指標(biāo)組合的西紅花質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法。

目前,關(guān)于西紅花的質(zhì)量評(píng)價(jià)研究基本都集中于指標(biāo)成分苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ和西紅花苷-Ⅱ的含量測(cè)定[7-9]。筆者尚未見基于熵權(quán)逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)的西紅花質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)相關(guān)研究報(bào)道。TOPSIS是一種目前已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的多指標(biāo)決策分析方法,能充分利用原始數(shù)據(jù),避免數(shù)據(jù)的主觀性,客觀地反映各評(píng)價(jià)對(duì)象間的相對(duì)優(yōu)劣[10-11]。可滿足西紅花質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)需求,實(shí)現(xiàn)藥材擇優(yōu)、排序?；诖?本研究采用高效液相色譜(high performance liquid chromatography,HPLC)法波長(zhǎng)切換法測(cè)定苦番紅花素及西紅花苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含量,以4種成分總含量、干燥失重、總灰分、吸光度和浸出物作為質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),采用熵權(quán)TOPSIS法,以計(jì)算出的相對(duì)貼近度大小進(jìn)行排序,對(duì)不同產(chǎn)地西紅花質(zhì)量進(jìn)行比較,旨在為西紅花質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)、實(shí)現(xiàn)藥材優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià),促進(jìn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)區(qū)開發(fā)提供參考。

1 儀器與試藥

1.1儀器 Agilent 1260 Infinity Ⅱ 高效液相色譜儀,DAD檢測(cè)器(美國(guó)安捷倫公司);XSE205DU電子天平[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司,感量:0.01 mg];UV-2700紫外-可見分光光度計(jì)(日本島津公司);DHG9240A型熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司);HWS-12電熱恒溫水浴鍋(上海一恒科技有限公司);KQ- 300VDE 雙頻數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。

1.2試藥 苦番紅花素(批號(hào):112056-202102,含量:97.3%)、西紅花苷-Ⅰ(批號(hào):111588-201704,含量:88.4%)、西紅花苷-Ⅱ(批號(hào):111589-201705,含量:92.2%)對(duì)照品均購(gòu)于中國(guó)食品藥品檢定研究院;西紅花苷-Ⅲ對(duì)照品(批號(hào):wkq-21081003,含量:99.75%)購(gòu)于四川省維克奇生物科技有限公司。甲醇、乙腈為色譜純(J.T.Baker 公司);水為Milli-Q自制水,其他試劑均為分析純。

1.3藥材 18批西紅花產(chǎn)地信息見表 1,由舟山市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院鄭國(guó)平主任中藥師鑒定為番紅花(CrocusSativusL.)的干燥柱頭。

表1 西紅花產(chǎn)地信息Tab.1 Origin information of Croci Stigma

2 方法與結(jié)果

2.1多指標(biāo)成分含量測(cè)定

2.1.1色譜條件 色譜柱:Agilent Poroshell 120 EC-C18(4.6 mm×100 mm,2.7 μm);流動(dòng)相:乙腈(A)-水(B);梯度洗脫(0～6 min,流動(dòng)相A為15%→25%,6～14 min,流動(dòng)相A為25%,14～30 min,流動(dòng)相A為25%→40%);流速1.0 mL·min-1;檢測(cè)波長(zhǎng)(0～6 min,254 nm;6～30 min,440 nm);柱溫25 ℃;進(jìn)樣體積10 μL。在該色譜條件下,各成分峰分離良好,見圖1。

A.混合對(duì)照品溶液;B.供試品溶液。1.苦番紅花素;2.西紅花苷-Ⅰ;3.西紅花苷-Ⅱ;4西紅花苷-Ⅲ。圖1 西紅花HPLC色譜圖 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對(duì)照品溶液的制備 取苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ和西紅花苷-Ⅲ對(duì)照品適量,精密稱定,分別加稀乙醇制成濃度為0.274 0、0.288 5、0.099 4、0.031 4 mg·mL-1的混合對(duì)照品貯備溶液(1)。精密量取上述貯備溶液(1)1.0 mL,置10 mL量瓶中,加稀乙醇稀釋至刻度,制成各對(duì)照品濃度分別為27.40、28.85、9.94、3.14 μg·mL-1的混合對(duì)照品溶液。另取苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ和西紅花苷-Ⅲ對(duì)照品適量,精密稱定,分別加稀乙醇制成濃度為0.164 5、0.173 9、0.071 2、0.022 6 mg·mL-1的混合對(duì)照品貯備溶液(2)。

2.1.3供試品溶液的制備 取西紅花細(xì)粉約10 mg,精密稱定,置50 mL棕色量瓶中,加稀乙醇適量,置冰浴中超聲處理20 min,放至室溫,加稀乙醇稀釋至刻度,搖勻,濾過,取續(xù)濾液,即得。

2.1.4線性關(guān)系考察 分別精密量取“2.1.2節(jié)”下混合對(duì)照品貯備溶液0.1,0.2,0.5,1.0和2.0 mL,分別置10 mL量瓶中,加稀乙醇稀釋至刻度,按“2.1.1節(jié)”下的色譜條件,依次進(jìn)樣測(cè)定苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ和西紅花苷-Ⅲ的峰面積,以各對(duì)照品濃度(X,μg·mL-1)為橫坐標(biāo),相應(yīng)峰面積(Y)為縱坐標(biāo),進(jìn)行線性回歸,結(jié)果見表2。

表2 4種成分的回歸方程與線性范圍Tab.1 Regression equations and linear ranges of four components

2.1.5精密度試驗(yàn) 精密量取“2.1.2節(jié)”下混合對(duì)照品溶液,按“2.1.1節(jié)”下的色譜條件,連續(xù)進(jìn)樣6次,記錄各成分的峰面積,計(jì)算苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ和西紅花苷-Ⅲ峰面積的RSD,結(jié)果分別為0.14%、0.53%、0.32%、0.44% ,表明儀器精密度良好。

2.1.6重復(fù)性試驗(yàn) 取西紅花樣品(編號(hào)S1)細(xì)粉適量,精密稱定,共6份,按“2.1.3節(jié)”下方法平行制備供試品溶液,并按“2.1.1節(jié)”下的色譜條件分別進(jìn)樣測(cè)定,計(jì)算苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ和西紅花苷-Ⅲ含量的RSD,結(jié)果分別為0.32%、0.45%、0.76%、0.93%,表明該方法重復(fù)性良好。

2.1.7穩(wěn)定性試驗(yàn) 取供試品溶液,室溫下于制備后0、2、4、8、10、12 h,按“2.1.1節(jié)”下的色譜條件進(jìn)樣測(cè)定,記錄苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ和西紅花苷-Ⅲ峰面積,并計(jì)算峰面積的RSD,結(jié)果分別為0.61%、1.62%、1.34%、1.77%,表明供試品溶液在12 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.1.8加樣回收率試驗(yàn) 精密稱取西紅花(編號(hào)S1)細(xì)粉約10 mg,置100 mL棕色量瓶中,共6份,分別加入“2.1.2節(jié)”下混合對(duì)照品貯備溶液(2)10 mL,按“2.1.3節(jié)”下方法制備供試品加標(biāo)溶液,按“2.1.1節(jié)”下色譜條件分別進(jìn)樣測(cè)定,計(jì)算加樣回收率。結(jié)果顯示,苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ和西紅花苷-Ⅲ的平均加樣回收率分別為99.58%、98.40%、99.63%、98.90%,RSD分別為0.70%、1.18%、0.42%、1.35%(n=6),表明該方法準(zhǔn)確性良好,結(jié)果見表3。

表3 4種成分的加樣回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Recovery rate experimental results of four components n=6

2.1.9樣品測(cè)定 分別取不同產(chǎn)地西紅花樣品適量,研細(xì),按“2.1.3節(jié)”下方法制備供試品溶液,每個(gè)樣品平行制備3份。按“2.2.1節(jié)”下色譜條件測(cè)定,按回歸方程分別計(jì)算樣品中苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ和西紅花苷-Ⅲ的含量,18批西紅花4種成分總含量為16.71%～40.84%,不同產(chǎn)地間含量差異較大,浙江、西藏、安徽、江蘇、上海產(chǎn)西紅花4種成分總含量均值分別為31.49%、23.98%、24.70%、19.78%、17.64%,浙江產(chǎn)西紅花整體含量較高,安徽、西藏次之,結(jié)果見表4。

表4 西紅花中4種成分含量測(cè)定結(jié)果Tab.4 Content determination results of four components in Croci Stigma %,n=3

2.2干燥失重、總灰分、吸光度、浸出物測(cè)定干燥失重 按干燥失重測(cè)定法(《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版四部通則0831)測(cè)定;總灰分按灰分測(cè)定法(《中華人民共和國(guó)藥典》2020年四部通則2302)測(cè)定;吸光度按《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版一部西紅花項(xiàng)下測(cè)定方法測(cè)定;浸出物按“醇溶性浸出物測(cè)定法”中熱浸法(《中華人民共和國(guó)藥典》2020年版四部通則2201),以30%乙醇作溶劑測(cè)定,每份樣品平行測(cè)定3次。18批西紅花干燥失重在8.72%～11.92%,平均值為10.32%;總灰分在4.19%～7.37%,平均值為4.87%;吸光度在0.50～0.85,平均值為0.65;浸出物含量在58.11%～69.72%,平均值為64.50%;上述測(cè)定結(jié)果均符合《中國(guó)藥典》2020年版一部西紅花各項(xiàng)下的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,結(jié)果見表5。

表5 西紅花各評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Tab.5 Results of each evaluation index in Croci Stigma

2.3熵權(quán)TOPSIS法分析

表6 熵權(quán)法權(quán)重計(jì)算結(jié)果Tab.6 Weight calculation results by entropy method

公式(1)

pijlnpij=0

公式(2)

公式(3)

表7 西紅花質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)排序Tab.7 Relative ordering of comprehensive quality evaluation of Croci Stigma

公式(4)

公式(5)

公式(6)

3 討論

3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇 西紅花中西紅花苷類成分(西紅花苷-Ⅰ～西紅花苷-Ⅴ)為最主要的藥效成分,也是西紅花色澤指標(biāo)成分,苦番紅花素為西紅花特有苦味的來源[13-14]。本研究在前期對(duì)西紅花有效成分含量測(cè)定時(shí),發(fā)現(xiàn)除含量較高的西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ及苦番紅花素外,西紅花苷-Ⅲ也存在于每批次樣品中,而其他成分如西紅花苷-IV等含量微乎其微,且并不普遍存在于每批樣品中,因此本研究最后選取苦番紅花素、西紅花苷-Ⅰ、西紅花苷-Ⅱ和西紅花苷-Ⅲ4種成分總含量作為質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。而以浸出物和吸光度作為指標(biāo),可測(cè)定出在HPLC檢測(cè)中無(wú)法精確定量及結(jié)構(gòu)未知的其他活性成分含量。水分是保證西紅花質(zhì)量的重要因素,過高的水分易導(dǎo)致西紅花苷類成分降解同時(shí)也更易發(fā)生蟲害、霉變。西紅花作為常見貴細(xì)藥材,不法商家為非法牟利,摻雜增重的現(xiàn)象屢見不鮮,而總灰分能夠反映藥材中的外來?yè)诫s物及其潔凈程度,因此也是西紅花質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。綜上,本研究最終確定以4種成分總含量、干燥失重、總灰分、吸光度和浸出物,作為西紅花質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.2含量測(cè)定方法優(yōu)化 項(xiàng)目組在前期研究中發(fā)現(xiàn),“2.1.2節(jié)”下混合對(duì)照品溶液穩(wěn)定性較好,但供試品溶液在配制時(shí)間超過12 h后,3種西紅花苷含量均出現(xiàn)一定程度的下降。另外,現(xiàn)行法定標(biāo)準(zhǔn)收載的西紅花含量測(cè)定方法分析時(shí)間長(zhǎng),且無(wú)法有效分離西紅花苷-Ⅲ。鑒于此,項(xiàng)目組對(duì)法定標(biāo)準(zhǔn)收載的色譜條件進(jìn)行了優(yōu)化,首先比較了不同規(guī)格的色譜柱: 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),結(jié)果各成分分離度及理論板數(shù)均能滿足檢測(cè)需求,故實(shí)驗(yàn)中選用了保留時(shí)間短的Agilent Poroshell 120 EC-C18(4.6 mm×100 mm,2.7 μm)。隨后為進(jìn)一步縮短分析時(shí)間,對(duì)流動(dòng)相梯度也進(jìn)行了優(yōu)化,最終確定“2.2.1節(jié)”下洗脫條件,在30 min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)各待測(cè)成分間的良好分離。優(yōu)化后的含量測(cè)定方法較現(xiàn)行法定標(biāo)準(zhǔn),在增加了西紅花苷-Ⅲ測(cè)定的同時(shí),顯著提高了檢測(cè)效率,確保多樣品連續(xù)檢測(cè)時(shí)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.3熵權(quán)TOPSIS法分析 熵權(quán)TOPSIS法分析結(jié)果顯示,浙江、西藏、安徽、江蘇、上海產(chǎn)西紅花的相對(duì)貼近度均值分別為0.654、0.396、0.426、0.326、0.341,產(chǎn)地為浙江的西紅花質(zhì)量最佳,6批樣品相對(duì)貼近度均大于0.5。浙江、上海、江蘇和安徽均屬于華東地區(qū),所處地理自然環(huán)境相似,但浙江產(chǎn)西紅花整體質(zhì)量最佳,除環(huán)境因素外,可能在種球繁育、栽培技術(shù)等方面具有優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)地為西藏的西紅花批次間質(zhì)量差異較大,可能是由于西藏栽培西紅花多采用“室外直接種植”的一段法,而非華東地區(qū)所采用的“室外田間種植+室內(nèi)培育開花”的二段法,導(dǎo)致其質(zhì)量更易受外界氣候環(huán)境的影響。

綜上所述,本研究以苦番紅花素和西紅花苷(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)4種成分總含量、干燥失重、總灰分、吸光度和浸出物作為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用熵權(quán)TOPSIS法可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同產(chǎn)地西紅花的綜合評(píng)價(jià),可為西紅花整體質(zhì)量研究和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)地篩選提供依據(jù)。此外,西紅花的質(zhì)量是否受采收時(shí)間、干燥工藝、貯藏條件等其他因素影響還有待進(jìn)一步的研究。