段文娟+李月+崔莉+刘峰+杨国红+郭兰萍+王晓

[摘要] 该文采用低场核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）及成像（nuclear magnetic resonance imaging，MRI）技术对白芍炮制过程中的水分状态和含量进行研究，考察白芍药材水煮、干燥过程中驰豫时间（transverse relaxation time，T₂）和MRI图像的变化。结果显示白芍鲜品中主要是自由水，煮制过程中，结合水的含量下降而自由水的含量增加，煮制过程结束时，白芍药材中自由水的含量达到90%以上。干燥过程中，T₂向左移动，水分流动性降低。MRI图像显示白芍炮制过程中水分的增加和减少均是由外而内的过程，干燥结束时，剩余水主要存在于白芍内层。水分的变化对药材炮制后的品质和外观均有影响，低场核磁及成像技术为白芍药材炮制过程中水分的变化提供了直观的参考依据，研究结果为根类药材的炮制方法的优化及饮片评价提供直观的参考方法和技术支撑。

[关键词] 白芍；炮制；低场核磁共振技术；驰豫时间

[Abstract] Moisture status and content during the processing of Paeoniae Radix Alba were studied by nuclear magnetic resonance （NMR） and nuclear magnetic resonance imaging （MRI） to investigate the changes of transverse relaxation time （T₂） and MRI images during boiling and drying processes of Paeoniae Radix Alba. The results showed that water in Paeoniae Radix Alba fresh products was major of free water，and in the boiling process，the content of free water increased whereas the content of bound water declined. At the end of boiling，content of free water reached over 90%. During the drying process，T₂ moved to the left，and moisture mobility was reduced. The MRI image directly showed that moisture transfer was outside-in process for both increase and decrease. At the end of drying，remaining moisture was mainly present in inner layer of Paeoniae Radix Alba. Quality and appearance were affected by the change of moisture during processing process of medicinal herbs. NMR and MRI could provide direct reference evidence for its moisture changes，and the results of this study could provide direct references and technical support for optimization of processing process of root medicinal materials and evaluation of Chinese herbal pieces.

[Key words] Paeoniae Radix Alba；processing process；nuclear magnetic resonance；transverse relaxation time

白芍是毛茛科植物芍藥Paeonia lactiflora Pall.的干燥根，苦、酸，微寒，归肝、脾经，具有养血调经，敛阴止汗，柔肝止痛，平抑肝阳的作用[1]。白芍的炮制工艺较为复杂，夏、秋二季采挖，洗净，除去头尾和细根，置沸水中煮后除去外皮或去皮后再煮，然后干燥。炮制品质量的优劣直接关系到药材临床治疗的效果，因此，近年来，人们越来越关注中药炮制的过程控制。目前，关于白芍炮制过程的研究主要依据白芍中的指标性成分——芍药苷的含量变化[2-5]，但是，对药材炮制过程中水分的形态和含量变化未见报道，水分的变化对药材炮制后的品质和外观均有影响。水分按照与组织中底物的结合程度分为2种类型：束缚水和自由水，束缚水是被细胞中生物大分子吸附不能自由移动的水，自由水是存在于细胞外的间隙中能够自由移动的水[6-7]。

低场核磁低场核磁共振（low-fieldnuclearmagnetic resonance，LF-NMR）是利用氢原子核在磁场中的自旋弛豫特性，通过弛豫时间的变化从微观的角度解释样品中水分的分布变化和迁移情况，具有快速、准确、无损、无侵入等优点[8-11]。近年来，此技术已广泛应用于观测样品干燥过程中水分的存在形式及变化[12-15]。本实验采用低场核磁成像技术（nuclear magnetic resonance imaging，MRI）和弛豫时间（transverse relaxation time，T₂）研究白芍炮制过程中的水分传递过程，监测水分的含量及状态变化，为深入研究白芍的炮制原理、优化和完善白芍炮制过程的质量评价方法提供更加直观的技术方法和理论依据。

1 材料与方法

1.1 药材、试剂与仪器 白芍药材采自山东省平阴市，经山东省中医药大学李佳副教授鉴定为毛茛科植物芍药P. lactiflora的干燥根；纯水配制质量浓度为0.2 g·L^-1的硫酸铜溶液；MesoMR23-60中尺寸核磁共振成像分析仪，上海纽迈电子科技有限公司生产，共振频率23.309 MHz，磁体强度0.55 T，线圈直径25 mm，磁体温度32 ℃；BAS124S 1/1万天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；HF881-2型红外干燥箱，吴江华飞电热设备有限公司。

1.2 白芍的炮制 采收3—5年生的白芍根，挖出后洗净，去除头尾和细根，除去外皮后将样品切成3 cm的短段，置沸水中煮10 min，然后置于红外干燥箱中，分别选择40，50，60 ℃进行干燥试验[16]，白芍炮制过程中隔一定时间取样进行称量、T₂测定、MNR成像，详细情况见表1。

1.3 样品横向弛豫时间（T₂）的测定 实验过程中，样品降至室温后称量，然后放入永久磁场中心位置的直径为25 mm的玻璃管中，利用硬脉冲自由感应衰减（free induction decay，FID）序列获得样品中心频率，再利用CPMG（carr-purcell-meiboom-gill sequence）脉冲序列测样品横向弛豫时间（T₂），连续测量3 次，取平均值[15]。采用多脉冲回波序列 CPMG扫描采集核磁信號，通过调整MSE 序列中的选层梯度、相位编码梯度和频率编码梯度，分别获取样品俯视、侧视成像数据，然后利用sirt算法，迭代次数为10万次进行反演得到T₂谱图。T₂试验主要参数：主频 SF=20 MHz，偏移频率O1=987 kHz，90度脉冲时间 P1=7.52 μs，180度脉冲时间P2=14 μs，累加采样次数NS=16，回波时间TE=0.250 ms，回波个数NECH=5 000，信号接收带宽SW=250 kHz。

1.4 低场核磁共振成像（MRI）试验 本实验中，采用多层自旋回波序列（multi-slice spin echo，MSE）采集样品横断面的质子H质子密度图像[14]，采用MRI成像软件进行核磁共振成像试验。MRI成像参数：选层层厚2.0 mm，层间隙1.5 mm，重复时间300 ms，回波时间20 ms，频率编码方向视野80 mm，相位编码方向视野80 mm，采集次数16，频率方向256，编码步数192。

2 结果

2.1 白芍煮制过程中水分含量和状态的变化 H质子的弛豫时间分布可以表明在白芍组织结构中存在多个水分群，横向弛豫时间T₂可以表明水分的自由度，弛豫时间（T₂）越短说明水分与底物结合越紧密或自由度越小，在T₂谱上峰位置较靠左；反之弛豫时间（T₂）越长说明水分越自由，在T₂谱上峰位置较靠右[17]。水分按照与底物结合的状态，主要分为2种，自由水和束缚水，T₂谱中的2个峰分别对应2种状态的水：T₂₁（0～10 ms）对应的是束缚水， T₂₂（10～1 000 ms）对应的是自由水，峰积分面积分别代表2种状态水的相对含量[18]。白芍煮制过程中，水分的状态和变化见表1，2。白芍鲜品中所含的水分是束缚水和自由水，分别占总水分的22.72%，77.28%。煮制过程中，0～2 min，水分的含量和状态变化较大，自由水的含量下降64.40%，束缚水的含量增加了27.41%，并且T₂向左移动，水分与底物的结合越来越紧密；2～8 min，随着煮制时间的延长，自由水的含量增加，且T₂继续向左移动；煮制过程结束时，水分组成中自由水达到93.29%。

2.2 白芍干燥过程中水分含量的变化 样品的干燥过程中，横向弛豫时间T₂的大小反映了不同状态的水分分布与变化情况，T₂越小，水分自由度越小，表明水与所处环境中的大分子等的结合越紧密；T₂越大，表明水分自由度越大，越容易除去[19]。白芍50 ℃条件下干燥过程中不同时间的水分的状态和变化见表3，表3中存在2种不同的峰，在0～10 ms流动性较差的T₂₁，以及在10～1 000 ms流动性较强的T₂₂。从表3可知，干燥过程中2种水分的变化具有一定的规律，随着干燥时间的延长，水分峰向左移动，水分的流动性变差，峰面积逐渐变小，说明干燥过程中白芍内部水分的含量和分布都发生了变化。通过分别计算不同弛豫时间T₂对应的峰面积（A₂₁，A₂₂）可以定量计算出白芍药材中束缚水和自由水的相对含量。干燥初始时，白芍煮制后的样品中束缚水4.7%，自由水95.3%，0～1.5 h，随着干燥时间的延长，自由水含量（A₂₂）逐渐下降，束缚水含量（A₂₁）逐渐上升，说明干燥的前期过程中，自由水向束缚水方向转化，与大分子之间的结合变得更加紧密。干燥至2.5 h，束缚水消失，水分状态全部转化为自由水，可能是由于组织被破坏，束缚水在组织中受到的束缚作用力减小，导致束缚水向自由水转变。2.5～9.5 h，水分的总量不断下降，T₂向左移动，水分流动性变差，低熵、低序状态的水向高能级、有序状态的水移动。9.5 h后，随着干燥时间的延长，T₂继续向左移动，水分状态大部分转化为束缚水（A₂₁），少量为自由水（A₂₂），水分总量继续下降且水分与组织间的结合变得更加紧密。

2.3 不同干燥溫度的干燥过程中水分含量与形态变化 干燥的温度和干燥时间是药材炮制方法的重要参数，对药材的品质和外观的形成均有影响，不同干燥温度条件下，水分状态变化相似，均向水分流动性变差的方向移动，横向驰豫时间T₂逐渐缩短，见图1。束缚水和自由水所占比例随着干燥时间的变化而变化，干燥温度越高，白芍药材失水越快。

2.4 白芍炮制过程中的MRI图像变化 利用MRI技术获得的白芍炮制过程中1H质子密度图像变化，见图2，红色代表的水分含量高，黄色代表水分含量低，绿色代表水分含量最少。MRI图像表明，白芍煮制过程中前2 min，水分含量明显增加，且外层增加的比内层明显，2 ～10 min，水分含量增加不明显，而是逐渐向内层聚集；干燥开始时，可能由于组织被破坏，水分向外层扩散，白芍的表层最先失水；干燥过程中，随着干燥时间的延长，水分逐渐向内层聚集，水分是由外到内逐渐失去的过程，内部最后失水；干燥后期，水分集中于白芍的内层，由于水分含量太低，成像模糊。

3 讨论

白芍鲜品中的水分状态是束缚水和自由水2种，自由水所占比例较大，横向弛豫时间T₂显示在炮制的过程中，水分的含量和状态均发生了明显变化。首先，煮制过程中，束缚水的含量下降而自由水的含量增加明显，煮制过程结束时，白芍药材中自由水的含量达到90%以上。干燥过程中，水分的总量不断下降，T₂向左移动，水分流动性降低，干燥后期，束缚水的相对含量（A₂₁）增加，而自由水的相对含量（A₂₂）下降，水分与组织间的结合变得更加紧密。干燥温度不同时，水分的状态变化相似，温度越高，药材失水越快。MRI图像给出了更加直观的炮制过程中水分变化规律，炮制过程中水分的增加和减少均是由外而内的过程，煮制的过程中，前2 min水分增加分布在表层，然后逐渐向内聚集，干燥过程中，表层最先失去水分，水分向内层聚集，内层最后失去水分，干燥结束时，剩余水主要存在于白芍内层。低场核磁共振及成像技术作为近年来新兴的一种研究方法在水分测定研究中显示出独特的优越性，如：被测试的样品无需处理而且用量极少，可实时获得实验数据，能够从分子水平直观的显示被测试材料中水分的分布、流动性及迁移过程等。与差式扫描量热法（DSC）、卡尔·费休法、动态热机械分析（DMTA）、烘箱干燥等常规水分分析方法相比，研究结果更加直观、数据更加准确、检测更加快捷。此方法的建立为根类药材炮制方法的优化提供了更为直观的评价方法和技术支撑。

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[责任编辑 孔晶晶]