山楂、牡丹皮、桂枝燃烧稳定性和多指标计量分析研究*

吴梦诗，苏文章，周利兵

(广西科技师范学院食品与生化工程学院，广西 来宾 546199)

山楂性味偏酸、甘，微温，归脾、胃、肝经，对于消化油腻肉食的积滞具有较好的功效[1]。其核质硬、果肉薄、味微酸涩，果可生吃或作果脯、果糕，干制后可入药，是我国特有的药果兼用树种[2]。牡丹皮多指毛茛科芍药属植物牡丹的干燥根皮，主要成分包括丹皮酚和芍药苷。该药物具有抗肿瘤、抗心律失常、增强免疫力和保护脑组织缺血的作用[3]。且牡丹皮及所含牡丹酚及其糖苷类成分具有较强的抑菌抗炎、抗肿瘤、抗心律失常、降糖、激活机体免疫系统及保护心血管等多种作用[4]。中药桂枝是樟科植物肉桂的干燥嫩枝，主要分布于我国广西、广东、云南等地。性温，味辛、甘，归心、肺、膀胱经，发汗解肌，温通经脉，通阳化气，归属于解表散寒类药物，是最多配伍使用的中药之一[5]。桂枝辛温，辛散风寒，温通经络，入心经走血分，通达四末[6]。中草药产业是我国为数不多的具有自主知识产权的产业，也是我国在国际市场竞争中具有比较优势的产业[7]。

选择山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药作为研究对象，本研究把中草药燃烧热、热重分析、脂肪含量和灰分、粗纤维含量微量元素等指标建立3种中草药的多指标综合评价体系，为大规模开发中草药资源以及中草药分类研究提供有力地科学依据。

1 实 验

1.1 材料与仪器

选择山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药作为分析样本，样品均用研钵研细并过40目药典筛。山楂(拉丁文学名：CrataeguspinnatifidaBungeHawthorn，英文名：Hawthorn，产地：广西市靖西市，生产日期：2020年5月)，牡丹皮(拉丁文学名：PaeoniasuffruticosaAndr，英文名：Paony bark，产地：广西来宾象州县，生产日期：2020年5月)，桂枝(拉丁文学名：CassiaTwig，英文名CassiaTwig，产地：广西来宾兴宾区，生产日期：2020年5月)。

HR-15BH系列燃烧热测定实验装置、点火丝(镍铬丝)、压片机，湖南长沙长兴高教仪器设备开发有限公司；FW135型粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；FA200电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；NETZSCH STA 2500热重分析仪、坩埚，德国NETZSCH公司；SE206脂肪测定仪、F1600全自动纤维测定仪，济南阿尔瓦仪器有限公司；AUY120万分之一电子分析天平，岛津公司；GZX-GF101-3-S干燥箱，上海沪粤明科学仪器有限公司；SX-4-10P马弗炉，天津市泰斯特仪器有限公司；iCAP 7200 SERIES ICP-OES光谱仪，美国Thermo scientific。

苯甲酸(分析纯)，天津市科密欧化学试剂有限公司；2006003药用胶囊，广东生物有限公司；石油醚(沸程30～60 ℃)、石油醚(沸程60～90 ℃)均为分析纯，广州化工股份有限公司；硝酸(优级纯)、盐酸(分析纯)、过氧化氢(分析纯)，西陇科学股份有限公司；多元素标准液，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

1.2 各指标测定方法

中草药燃烧热的测定利用氧弹量热计测定，参阅文献[8]；热重分析是在程序控温和一定气氛下，测量试样的质量变化与温度或时间关系的技术，热重测定参阅文献[9]；脂肪测定参照《GB5009.6-2016食品安全国家标准食品中脂肪的测定》方法测定[10]；灰分的测定参照《GB5009.4-2016食品安全国家标准食品中灰分的测定》方法测定[11-12]；粗纤维测定参照《GBT5009.10-2003植物类食品中粗纤维的测定》方法测定[13]；微量元素测定参考文献[14]每个样品重复三次试验(n=3，CV<5%)。

1.3 多指标综合评价方法

构建3种中草药燃烧热、燃烧性(中草药的燃烧稳定性)、脂肪含量、灰分、粗纤维、微量元素的多指标的综合评价体系。

2 结果与讨论

2.1 中草药燃烧热的测定

(1)绘制山楂燃烧热测定曲线，重复三次试验，见图1雷诺温度ΔT曲线图。

Δm山楂1Qv=W卡ΔT-Q点火丝Δm点火丝-Q胶囊Δm胶囊

Δm山楂1=0.103 2 g，Δm点火丝=0.016 5 g，Q点火丝=1 400.800 0 J/g，Δm胶囊=0.099 8 g，W卡=13 688.441 7 J/℃，ΔT为0.206 ℃，Q胶囊=21 888.411 7 J/g，由公式求得Qv山楂1= 5 932.580 6 J/g。

图1 山楂雷诺温度ΔT曲线图Fig.1 Reynolds temperature ΔT curve of Crataegus pinnatifida Bunge Hawthorn

(2)同理，测定牡丹皮、桂枝燃烧热，重复三次试验。

山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药燃烧热见表1。由表1知，3种中草药燃烧热大小顺序为：牡丹皮>桂枝>山楂。3种中草药燃烧热在6 241.131 0～18 781.861 5 J/g之间，CV<5%，其中牡丹皮燃烧热18 781.861 5 J/g，能量最高，山楂、桂枝的燃烧热分别为6 241.131 0和6 541.803 6 J/g，能量相对较小。

表1 中草药燃烧热 (n=3)Table 1 Combustion heat of Chinese herbal medicines

2.2 热重分析

2.2.1 热重分析

(1)山楂热重分析

山楂的热重见图2和热重分析数据见表2。由图2可以看出，山楂样品在温度达到46.6 ℃时开始失重，是山楂水分的失重，损失率为11.75%；温度达到111.2 ℃，样品进入分解的第二阶段，试样开始出现淀粉、蛋白质的损失，温度达到423.9 ℃，损失率为58.19%；试样再进一步分解，剩余样品质量为8.90%。

图2 山楂热重(TG)曲线、微商热重(DTG)曲线、 热差分析(DTA)曲线Fig.2 Thermogravimetric (TG)，derivative thermogravimetric (DTG)curves of maizemeal，differential thermal analysis (DTA )curves of Hawthorn

山楂DTG曲线呈现出两个峰形，峰形的拐点分别为91.4 ℃、317.2 ℃。另外，DTA曲线有一个放热峰，峰值为102.7 ℃，温度范围为54.1～142.4 ℃，峰面积为448.7 J/g。

(2)牡丹皮热重分析

牡丹皮的热重见图3和热重分析数据见表3。由图3可以看出，牡丹皮样品在温度达到72.5 ℃时开始失重，是牡丹皮水分的失重，损失率为3.72%；温度达到134.2 ℃，样品进入分解的第二阶段，试样开始出现淀粉、蛋白质的损失，温度达到387.5 ℃，损失率为53.64%；试样再进一步分解，剩余样品质量为31.34%。

牡丹皮DTG曲线呈现出两个峰形，峰形的拐点分别为99.4 ℃、321.6 ℃。另外，DTA曲线有一个放热峰，峰值为114.0 ℃，温度范围为72.1～159.2 ℃，峰面积为192.1 J/g。

图3 牡丹皮热重(TG)曲线、微商热重(DTG)曲线、 热差分析(DTA)曲线Fig.3 Thermogravimetric (TG)，derivative thermogravimetric (DTG)curves of maizemeal，differential thermal analysis DTA curves of Paony bark

表3 牡丹皮热重分析表Table 3 Thermogravimetric analysis of paony bark

(3)桂枝热重分析

桂枝的热重见图4和热重分析数据见表4。由图4可以看出，桂枝样品在温度达到43.0 ℃时开始失重，是桂枝水分的失重，损失率为7.09%；温度达到106.0 ℃，样品进入分解的第二阶段，试样开始出现淀粉、蛋白质的损失，温度达到405.9 ℃，损失率为61.32；试样再进一步分解，剩余样品质量为16.24%。

桂枝DTG曲线呈现出两个峰形，峰形的拐点分别为83.9 ℃、354.1 ℃。另外，DTA曲线有一个放热峰，峰值为101.3 ℃，温度范围为69.6～134.0 ℃，峰面积为133.6 J/g。

图4 桂枝热重(TG)曲线、微商热重(DTG)曲线、 热差分析(DTA)曲线Fig.4 Thermogravimetric (TG)，derivative thermogravimetric (DTG)curves of maizemeal，differential thermal analysis (DTA)curves of CassiaTwig

表4 桂枝热重分析表Table 4 Thermogravimetric analysis of CassiaTwig

2.2.2 3种中草药燃烧稳定性分析

根据山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药燃烧性参数数据构建燃烧热多指标评价体系。热重则是通过热重分析仪研究中草药颗粒在不同升温速率中的燃烧特性指数，判断食品的燃烧稳定性。本课题根据灰色模式识别的方法[15]。采用EXCEL计算，山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药F值分别为0.552 8、0.317 6、0.466 3，3种中草药燃烧稳定性排序为：山楂>桂枝>牡丹皮。

2.3 脂肪、灰分、粗纤维的测定

2.3.1 脂肪、灰分、粗纤维的测定结果

3种中草药脂肪、灰分、粗纤维含量测定结果见表5。

表5 3种中草药脂肪、灰分、粗纤维含量测定结果(n=3，CV<0.20%)Table 5 Determination of fat，ash and crude fiber content in 3 Chinese herbal medicines (n=3)

2.3.2 脂肪、灰分、粗纤维的结果分析

由表5知，山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药脂肪含量(%)大小顺序为：山楂>桂枝>牡丹皮。灰分含量大小顺序为：牡丹皮>桂枝>山楂。粗纤维含量大小顺序为：牡丹皮>山楂>桂枝。

2.4 微量元素测定结果

3种中草药微量元素的测定结果分析如表6。由表6可知，Al：山楂>牡丹皮>桂枝；Ba：桂枝>牡丹皮>山楂；Cd：桂枝>山楂>牡丹皮；Co：山楂>牡丹皮>桂枝；Cr：牡丹皮>桂枝>山楂；Cu：桂枝>牡丹皮>山楂；Fe：山楂>桂枝>牡丹皮；Mg：牡丹皮>桂枝>山楂；Mn：桂枝>山楂>牡丹皮。

表6 3种中草药微量元素的测定结果分析Table 6 Determination of trace elements in 3 Chinese herbal medicines

2.5 构建中草药多指标综合评价体系

根据山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药燃烧热、热重分析参数，脂肪、灰分、粗纤维含量、微量元素数据构建多指标评价体系。本课题运用文献[16]方法，对3种中草药进行赋值，山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药F值为0.308 8、0.647 0、0.340 4。山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药多指标燃烧热、燃烧性(中草药的燃烧稳定性)、脂肪含量、灰分、粗纤维含量、微量元素的综合评价多指标排序为：牡丹皮>桂枝>山楂。

3 结 论

3种中草药失重最快温度为317.2～354.1 ℃。本研究所选山楂、牡丹皮、桂枝3种中草药多指标燃烧热、燃烧性(中草药的燃烧稳定性)、脂肪含量、灰分、粗纤维含量、微量元素多指标的综合评价如下：牡丹皮>桂枝>山楂。本研究对中草药的多指标测定与综合评价具有重要的理论意义和实践意义，可为中草药的质量及分类研究提供科学依据和研究意义。