本发明涉及中药领域，具体涉及一种干燥药材润制时基于水分分布状态及质构变化的药材润制程度检测方法。
背景技术：
：：药材在切制饮片前，一般须经过水分软化处理，使药材的质地变软，利于切制。俗话说“三分刀工，七分润工”，说明药材软化的好坏，是饮片切制的关键。目前，润药过程仍主要凭经验把握，软化程度判断的主观性和随意性导致生产过程可控性差，时有伤水、硬心、连片、起滑、发霉、药效成分损失等现象，严重影响中药饮片质量的一致性、安全性和有效性。润药过程时，外部水分通过药材的表层持续进入和扩散至药材内部、药材组织吸水膨胀、质地变软、部分水溶性成分被浸出。其实质是水分在药材中迁移、分布，引起药材质构特性、药效成分的变化。对药材中的水分，尤其是水分分布、水相状态、迁移行为，以及其对药材质构特性影响的理解是准确把握药材润制软化过程的关键。目前，传统的水分研究方法无法检测水分在药材中的流动性以及分布状态，“看水头”等经验不能准确掌握水分引起药材质构的变化。技术实现要素：本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供基于水分分布状态及质构变化的药材润制程度检测方法。本发明的技术解决方案如下：基于水分分布状态及质构变化的药材润制程度检测方法，包括以下步骤：步骤一：对药材进行不同时间的润制，分别得到不同时间润制的药材样品；步骤二：采用质构仪对步骤一中不同时间润制的药材样品进行剪切试验，获取剪切测试曲线，根据剪切测试曲线对药材样品进行特性测定，所述剪切测试曲线用于表征药材样品的感应力值变化情况。优选地，所述步骤二中，剪切测试曲线包括起始点a、拐点b以及峰值点f，起始点a和拐点b形成第一曲线，拐点b和峰值点f形成第二曲线，并分别计算第一曲线的曲线斜率k1和第二曲线的曲线斜率k2；第一曲线用于表征切刀切过已浸润药材部分时的感应力值；第二曲线用于表征切刀切过未浸润药材部分时的感应力值；所述曲线斜率用于表征药材样品抵抗剪切力的能力，曲线斜率值越大，表示药材样品韧性越强，切制越困难，软化程度低。优选地，所述峰值点f用于表征药材样品的硬度。优选地，如果k2>k1，表示药材未润透，如果k2≤k1，说明药材润透均匀。优选地，还包括步骤三，采用低场核磁共振仪对步骤一中的不同时间润制的药材样品进行横向驰豫时间t2测定，获取t2图谱，所述t2图谱用于表征药材样品的润制程度以与所述步骤二中特性测定的结果相印证。优选地，所述t2图谱中，具体检测方法为：横向弛豫时间t2用于表示水分的自由度以区分药材样品中的结合水和自由水，h质子受束缚力越大或自由度越小，t2时间越短，在t2图谱上峰位置较靠左，此为结合水；反之则t2弛豫时间越长，此为自由水；相对应的峰积分面积用于表征相应的水含量。优选地，还包括步骤四，采用低场核磁共振测定所述步骤一中的不同润制时间样品药材的含水量以及在浸泡和闷润过程水分分布与迁移过程的表征以与所述步骤二中特性测定的结果相印证。优选地，所述药材为干燥根、根茎或果实类药材。优选地，还包括步骤五，采用核磁共振仪对步骤一中的不同时间润制的药材样品进行图像检测，获取图像，所述图像用于表征药材样品的润制程度和水分迁移（迁移）过程以与步骤二中特性测定的结果相印证。优选地，图像检测过程中，采用h质子数量表征药材样品中的水分含量，所述图像中的不同颜色表示h质子密度的高低，其中红色代表的水分含量高，黄色代表水分含量较低，绿色代表水分含量最少。本发明具有以下有益效果：本发明的基于水分分布状态及质构变化的药材润制程度检测方法，采用质构仪进行剪切试验，获取剪切测试曲线，从而用来判断药材样品的特性测定，该测试方法由于剪切试验与饮片的切制过程相似，因此尤其适合于根、根茎及果实类药材。本发明还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解释样品中水分的分布变化和迁移情况，同时采用核磁共振仪成像可以实现样品内部水分流动的可视化观测，判断时间大大缩短，更加客观、准确地对干燥药材润制时水分分布状态及质构变化的软化程度进行判断，避免了传统经验方法，如弯曲法受主观因素的影响而导致判断不够准确，重现性差等问题，本发明的检测方法能够将经验形成数字化，更利于中药饮片生产的研究和应用。附图说明图1是白芍剪切试验曲线图；图2是不同润制时间下白芍的质构曲线；图3是白芍润药过程中mri图像变化图；图4是白芍润药过程的t2图谱；图5是白芍润药过程中切片情况。具体实施方式通过结合具体实施例描述本发明，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均包括在本发明的范围内。基于水分分布状态及质构变化的药材润制程度检测方法，包括以下步骤：步骤一：对药材进行不同时间的润制，分别得到不同时间润制的药材样品；步骤二：采用质构仪对步骤一中不同时间润制的药材样品进行剪切试验，获取剪切测试曲线，根据剪切测试曲线对药材样品进行特性测定，所述剪切测试曲线用于表征药材样品的感应力值变化情况。优选地，所述步骤二中，剪切测试曲线包括起始点a、拐点b以及峰值点f，起始点a和拐点b形成第一曲线，拐点b和峰值点f形成第二曲线，并分别计算第一曲线的曲线斜率k1和第二曲线的曲线斜率k2；第一曲线用于表征切刀切过已浸润药材部分时的感应力值；第二曲线用于表征切刀切过未浸润药材部分时的感应力值；所述曲线斜率用于表征药材样品抵抗剪切力的能力，曲线斜率值越大，表示药材样品韧性越强，切制越困难，软化程度低。优选地，所述峰值点f用于表征药材样品的硬度。优选地，如果k2>k1，表示药材未润透，如果k2≤k1，说明药材润透均匀。优选地，还包括步骤三，采用低场核磁共振仪对步骤一中的不同时间润制的药材样品进行横向驰豫时间t2测定，获取t2图谱，所述t2图谱用于表征药材样品的润制程度以与所述步骤二中特性测定的结果相印证。优选地，所述t2图谱中，具体检测方法为：横向弛豫时间t2用于表示水分的自由度以区分药材样品中的结合水和自由水，h质子受束缚力越大或自由度越小，t2时间越短，在t2图谱上峰位置较靠左，此为结合水；反之则t2弛豫时间越长，此为自由水；相对应的峰积分面积用于表征相应的含量。优选地，还包括步骤四，采用低场核磁共振测定所述步骤一中的不同润制时间样品药材的含水量以及在浸泡和闷润过程水分分布与迁移过程的表征以与所述步骤二中特性测定的结果相印证。优选地，所述药材为根、根茎或果实类药材，更具体地，药材为干燥药材，但不限于此。优选地，还包括步骤五，采用核磁共振仪对步骤一中的不同时间润制的药材样品进行图像检测，获取图像，所述图像用于表征药材样品的润制程度和水分迁移过程以与步骤二中特性测定的结果相印证。优选地，图像检测过程中，采用h质子数量表征药材样品中的水分含量，所述图像中的不同颜色表示h质子密度的高低，其中红色代表的水分含量高，黄色代表水分含量较低，绿色代表水分含量最少。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面以白芍为例，对本发明的技术方案进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。文中提到的lf-nmr/mri为低场核磁共振及成像技术。mri为磁共振。本发明是以传统润药经验为依据，采用低场核磁共振表征传统中药润药过程水分迁移、水分相态的变化和水分含量测定。水分迁移速度可以采用nmi（核磁共振成像分析仪）清晰显示水分在润药过程迁移的速度和部位，以及药材润制至适合切制饮片还需要的时间；t2图谱能够表征润制药材时其内部水分相态的变化，同时可以快速测定药材的水分含量。药材润制的目的是保证药材顺利切制成饮片，不易出现裂片、碎片和细粉，本发明采用质构仪对润药过程中药材进行剪切试验，获取剪切曲线，表征已润透药材部分和未润透部分的感应力，比较两者的大小，从确定所润制的药材是否适合切制。本申请的明显创新性是采用lf-nmr/mri（低场核磁共振及成像技术），从微观角度呈现药材润制过程水分的迁移行为、有利于准确控制润制时间和水分进入药材的数量，避免药材润制时在水中浸泡时间过长而造成药效成分损失。采用质构仪表征药材润制时质构的变化，确定药材是否适合切制。将传统润药经验用现代科学技术表征，使其数据化、可视化，能减少人为主观差异，保证产品质量的的一致性、均一性，更好保证中药疗效，提高生产效率。解决了传统方式依据老药工的经验判断，没有客观指标，存在很强的主观性，并且因人、因区域、因季节等的不同存在明显差异，难以保证产品质量的均一性、稳定性，从而影响中药疗效的问题。以下实施例采用的白芍药材购于安徽亳州，经江西中医药大学药学院刘勇教授鉴定为毛莨科植物芍药paeonialactiflorapall.的干燥根；nmi20-025v-1型核磁共振成像分析仪，苏州纽迈分析仪器股份有限公司，共振频率21.3mhz，磁体强度0.55t，线圈直径25mm，磁体温度32℃；日本岛津lc-20at高效液相色谱仪；ml3002e分析电子天平，梅特勒托利多仪器有限公司；ta-hdplus物性测定仪，英国stablemicrosystem公司。纯水配置质量浓度为0.05%mncl2溶液；乙腈、甲醇为色谱纯，其余为分析纯。将白芍大小分档，取直径约为10±2mm规格的白芍样品200g放置容器内，定量加水（30℃）至盖过白芍（加水量约为其重量的2.5倍），浸泡至6～7成透时取出，闷润至内外湿度一致，切薄片，烘干；分别在不同的润制时间（0、2、4、6、8、10、12h）取样分别进行实施例1-4的方法进行特性测定。实施例1（质构特性测定）采用ta-hdplus物性测定仪（质构仪）测定白芍润制过程中的质构特性，参数设置：选用a/ckb切刀，测试前速度：1mm·s-1，测试速度：1mm·s-1；测试后速度：5mm·s-1；测试形变量：70%；触发力：20g；剪切距离：9mm；所有测试重复测定9次，绘制白芍剪切测试曲线，如图1所示，曲线abf段为切刀在切制白芍过程中感应力值变化情况。曲线ab段表示切刀切过已被水分浸润的药材部分时感应力值较小，曲线斜率k1较小；b点为曲线的拐点，曲线bf段表示切制药材未浸润部分时感应力值较大，曲线斜率k2较大。曲线斜率可以表征药材抵抗剪切力的能力，韧性是材料的断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力，曲线斜率越大，表示药材韧性越强，切制越困难。用仪器自带的分析软件进行编辑，将两段曲线分别进行线性拟合计算曲线斜率。图2为不同润制时间白芍的质构曲线特征图，可以采用本实施例的检测方法：将力值为0~1000g的曲线斜率k1定义白芍的表面韧性；力值为最大峰值的30~90%的曲线斜率k2定义白芍的内部韧性，最大峰值f定义为白芍的硬度，即白芍切断时切刀所需的最大力。如果k2>k1，表示药材未润透，如果k2≤k1，说明药材润透均匀。说明通过比较k1、k2值的大小，能够准确反映药材润透的程度。实施例2（横向驰豫时间t2测定）将样品表面的水吸干，称重，然后放入永久磁场中心位置的直径为25mm的玻璃管中，利用cpmg（carr-purcell-meiboom-gillsquence）脉冲序列测样品t2，连续测三次，取平均值。采用多脉冲回波序列（cpmg）扫描采集核磁信号，通过调整mse（multi-slicespinechoes）序列中的选层梯度、相位编码梯度和频率编码梯度，分别获取样品俯视和测视成像数据，然后利用sirt算法，迭代次数为10万次进行反演得到t2图谱。t2试验主要参数：sf=20mhz（主频），o1=680khz（偏移频率），p1=6.52μs（90°脉宽），p2=12μs（180°脉宽），ns=16（采集次数），te=0.2ms（回波时间），sw=200khz（采样频率），tw=6000（重复采样等待时间），nech=2000（回波个数）。白芍润药过程中水分的状态和变化如图4所示，每条曲线是3个样本的9次独立测量的平均值。横向弛豫时间t2可以表示水分的自由度，h质子受束缚力越大或自由度越小，t2时间越短，在t2图谱上峰位置较靠左；反之则t2弛豫时间越长，因此，从图4中可以判断出，h质子的弛豫时间分布表明在白芍组织结构中存在2个水分群，即t21(0.01～1ms)代表与药材结合紧密的结合水，t22(1～500ms)代表与纯水无差别的自由水，峰积分面积（a21，a22）代表其相对水含量，其中a21为t21（0.01～1ms）对应的峰面积，其中a22为t22（1～500ms）对应的峰面积。实施例3（含水量测定）采用lf-nmr法测定，分别精密称取纯水配置质量浓度为0.05%的mncl2溶液0.1258，0.5241，1.0015，2.0872，3.0333，4.0183，4.8086g，采用实施例2的设定方法以质量为横坐标（x）（mncl2溶液中的溶剂质量为水的重量），频率鉴别信号（fid）幅值为纵坐标（y），建立标准曲线，得到回归方程，再根据方程计算不同润制时间白芍的含水量。含水量=（mn-mo）/mo´100%，式中mn为不同润制时间白芍的含水重量，mo为白芍初始重量。测试结果见表1；表1白芍润制过程中驰豫时间t2和含水量变化从图4可以看出，白芍t2图谱上存在2种相态的水：t21(0.01～1ms)代表与药材结合紧密的结合水，t22(1～500ms)代表与纯水无差别的自由水，峰积分面积（a21，a22）代表其相对含量。从表1可知，白芍润药过程中分浸泡和闷润两个阶段，在浸泡前，白芍初始含水量为12.96%，其中结合水占总水量的96.84%。在浸泡后4h，含水量快速增加至60.44%，结合水和自由水各占21.19%和78.81%，快速进入药材的水分主要转变为自由水；浸泡6～10h，t2继续向右移动，说明水分与药材组织间的结合变得更加疏松。含水量增速减慢，结合水未检出，水分状态全部为自由水。从理论上分析，结合水不应该为零，原因可能是自由水含量占比过大，仪器灵敏度不够所致。在闷润过程中，药材总含水量不变，水分向未润透的中心部位分布，结合水重新出现，占总水量的7.60%，t2逐渐左移说明水分与药材组织间的结合越来越紧密，水分流动性变差。白芍润制过程水分迁移和水相状态的特点是浸泡时增加总含水量以自由水形式存在，流动性增大。在闷润时，总含水量不增加，而是药材多水部分向少水部分分布，流动性变差，最后使药材润透，此结果可以与mri结果（实施例4）相互印证。实施例4（mri检测）采用多层自旋回波序列（mse）采集药材样品横断面的h质子密度图像，采用磁共振（mri）成像软件进行磁共振（mri）成像试验。mri成像参数：层数=3，层厚=0.9mm，层间隙=1.6mm，采集次数=16，重复时间=260ms，视野=100mm×100mm，频率方向256，编码步数192。如图3所示，红色、黄色、绿色表示质子密度的高低，红色代表的水分含量高，黄色代表水分含量较低，绿色代表水分含量最少，成像图见图3。从图3可以看出，在浸泡前，白芍水分含量很低，在mri图中几乎不能检识；在浸泡过程中，随着时间的增加，外层红圈、黄圈、绿圈面积逐渐增大，篮圈面积逐渐减少，说明表皮水分增加明显，水分是由外到内逐渐增加的过程。白芍浸泡10h时（按中部横断面半径计算）达到润至6~7成透，此时采用“弯曲法”检验药材能略显弯曲而不易折断，与传统经验判断具有一致性。在闷润过程中，水分含量不变，红圈、蓝圈面积逐渐减少，黄圈面积逐渐增加，说明水分继续由外向内迁移，闷润12h时，内层蓝圈消失，显示白芍已润透，经验判断认为药材的湿度内外一致。以上结果说明mri图像能够直观、形象、准确表征药材的润制程度和水分迁移过程。同时实施例1中对不同润制时间的白芍进行切片以及进行硬度、表面韧性、内部韧性进行测试，测试值见表2，切片图见图5；表2白芍润药过程中质构变化表2显示了白芍在润药过程中硬度、表面韧性、内部韧性的变化及切片情况。可以看出，随着润制时间的增加，白芍的硬度、表面韧性和内部韧性逐渐下降，表面韧性值小于内部韧性，润制2h后，表面韧性在显著下降，随着润制时间的增加而逐渐下降，内部韧性的变化规律与硬度相似。该结果与白芍润药过程中mri图像变化结果一致，且与实施例1采用的检测方法的结果具有一致性，说明白芍在润制前期，药材表层含水量明显增加，使表面韧性显著下降，而白芍内部因水分尚未渗入，内部韧性变化不大；随着润制时间的增加，水分由外向内逐渐分布，内部韧性逐渐下降；闷润过程中表面韧性、内部韧性均降低较慢，闷润12h时，表面韧性与内部韧性值基本相等，说明白芍已润透，与弯曲法（弯曲法：即将长条形的药材，握入手中，大拇指向外推，其余四指内握以能微变而不折断即可）判断结果一致。润制不同时间切制的饮片外形见图5，可见润制不当时可出现硬心、碎心、碎片现象，闷润12h后，白芍润透，内外软硬适宜，切制饮片的表面光滑平整、均匀美观。在白芍质构评价（实施例1）中，质构仪的测定模式和样品的规格明显影响试验结果的稳定性和重现性。白芍软化生产过程中要求大小分档，为了保证试验结果的重现性，选定了表面光滑、质地均匀长约为10cm，直径10±2mm药材进行试验；用质构仪测定白芍质构的预实验中，比较了剪切和穿刺两种测试模式的测定结果，发现剪切模式与饮片切制过程更为相似，能够观察到白芍切制过程出现的裂片、硬心等生产中常出现的问题，并且剪切试验数据参数更能够体现饮片切制的特点，试验数据的稳定性和准确性更好，能够较好表征药材的切制过程，故选择剪切模式测定样品。采用烘干法测定白芍水分含量至少需要数小时，经试验，烘干温度控制在70～80℃，烘干时间约为4小时，而采用实施例3中通过lf-nmr测得的含水量仅需1分钟左右就可得到数据，并且lf-nmr比烘干法测得的含水量值不超过±0.8%，利用lf-nmr测含水量具有方便快速，准确，无侵入性优势，特别适合大量样品的测定。实施例4的检测方法中，在白芍mri图中始终有一个清晰的红色、黄色圆圈，推测与白芍组织结构特点有关。此位置大约是白芍的维管形成层环外方的次生韧皮部，主要由薄壁细胞组成。与厚壁细胞相比，薄壁细胞富含许多亲水性胶体，如糖类、蛋白质、苷类及淀粉粒等，是植物药效成分的主要贮藏场所，含水量高达85%~95%。药材干燥后，亲水胶体中的水分失去，细胞内只余下多糖、蛋白质及其他有机物和无机物。当药材重新浸润在水中时，水分进入维管形成层及其外侧的次生韧皮部后，细胞中的多糖、蛋白质等分子，以及细胞壁中纤维素、半纤维素、木质素中有大量的羟基基团对水分有强的吸附能力，能够结合大量的水分，直到含水量达到饱和，并能形成较大的渗透压，促进水分向药材中心分布。所以在mri图中药材在浸泡时呈现明显的红黄环圈，而在闷润过程结束后，在mri图表现为中间的蓝圈消失，红黄圈颜色变淡。采用lf-nmr/mri能够清晰了解白芍润药过程中水分的分布变化、迁移情况和水分相态，快速测定结合水、自由水的含量。药材浸泡时，结合水含量变化不明显，主要增加自由水含量，t2向右移动，水分流动性增大。闷润时进入药材的自由水继续在其内部迁移，部分自由水转化成结合水，t2向左移动，水分流动性下降。说明采用lf-nmr/nmi技术、质构仪可以较好表征润药过程特点，对研究白芍软化的“少泡多润，药透水尽”科学内涵、“看水头”，传统经验的数据化表达提供了一种可行较为客观评价手段，有利于优化软化工艺参数、科学制定操作规范、减少饮片批间差异，促进中药炮制的传承创新。以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。当前第1页12当前第1页12