丹參地上部分熱風(fēng)干燥過程中的水分變化規(guī)律

史國玉 曹紅 武衛(wèi)紅 商慶節(jié) 葛秀允 趙永曜 姜斌 崔莉

摘要：研究丹參地上部分在熱風(fēng)干燥過程中的水分變化，基于低場核磁共振技術(shù)比較了不同部位的水分分布及不同溫度（35、55 ℃）條件下水分散失規(guī)律。結(jié)果表明，白花丹參與紫花丹參地上部位的水分特征一致，都有3種狀態(tài)的水，即結(jié)合水、不易流動水和自由水，葉、花萼中以不易流動水為主，莖、側(cè)枝、花（除花萼）、花蕾中以自由水為主。在熱風(fēng)干燥過程中，隨干燥時間的延長和溫度的升高，丹參莖、側(cè)枝及葉中3種狀態(tài)的水均呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，干燥前期均為自由水先散失，莖中自由水會有部分轉(zhuǎn)化為結(jié)合力更強的不易流動水，低溫干燥初期葉與莖、側(cè)枝相比，自由水的散失更慢，低場核磁共振技術(shù)為丹參不同地上部位中水分狀態(tài)變化研究提供了直觀的參考，側(cè)枝及莖可采用較高的熱風(fēng)溫度進行干燥加工，葉片等部位適宜采用較低的熱風(fēng)溫度。

關(guān)鍵詞：丹參;地上部分;低場核磁共振;熱風(fēng)干燥;水分變化

中圖分類號：R283 ? 文獻標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）14-0166-04

丹參（Salvia miltiorrhiza Bunge.）為唇形科鼠尾草屬多年生草本植物[1]，是我國常用大宗中藥材，我國種植丹參面積約1.3萬hm2[2]。丹參以根及根莖入藥，地上部分占全株生物量的60%～70%[3]，因此生產(chǎn)過程中大量非傳統(tǒng)藥用部位，如花、莖、葉等，大多被丟棄，造成嚴(yán)重資源浪費。近年來，越來越多研究者關(guān)注丹參的資源化利用[4]，現(xiàn)代研究顯示，丹參花與花序、莖葉、須根等非傳統(tǒng)藥用部位中含有豐富的酚酸類、黃酮類、揮發(fā)油類、三萜類等活性成分[5-7]，具有防治心腦血管疾病和糖尿病、抗腫瘤等藥理活性[8-11]和巨大的開發(fā)潛力，目前已有莖、葉、花等被開發(fā)為保健飲品、花茶、化妝品等各類產(chǎn)品[12]，市場上已有丹參花茶、丹參葉茶、化妝品等產(chǎn)品出現(xiàn)，但尚未得到充分有效的利用，亟待開展相關(guān)研究。

采收加工是中藥生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，新鮮丹參含水量約70%左右，因而干燥是資源綜合利用的首要加工過程，不同組織部位因結(jié)構(gòu)差異其加工特性也不同。同時，隨著水分遷移及水分狀態(tài)的變化，丹參各部位細胞中會發(fā)生復(fù)雜的生理生化變化，新鮮組織經(jīng)過干燥等過程，其活性成分會發(fā)生不同的變化，干燥脫水與多種成分含量的變化密切相關(guān)[13-15]，因而探明丹參不同部位中不同狀態(tài)水分的散失規(guī)律，將有利于進一步優(yōu)化丹參地上部位干燥生產(chǎn)工藝，促進品質(zhì)提升。

低場核磁共振（low field nuclear mangenetic resonance，簡稱LF-NMR）技術(shù)是近年來發(fā)展的一種無損、無侵入的水分測量方法[16]，可定性、定量描述及動態(tài)監(jiān)測物料內(nèi)部水分變化，近年來迅速在農(nóng)業(yè)食品、生命科學(xué)、石油能源、高分子材料等領(lǐng)域得到應(yīng)用[17-20]。本試驗基于LF-NMR技術(shù)，研究丹參地上部位水分分布及干燥過程中水分遷移規(guī)律，以期為丹參資源開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

丹參于2020年5月采自山東省濟南市，采摘紫花丹參、白花丹參的新鮮整株，按不同部位分別制作樣品，挑選健康、無機械損傷、大小均勻的備用。

MesoMR23-040V-I核磁共振分析系統(tǒng)，購自蘇州紐邁電子科技有限公司，磁體強度為0.55 T，磁體溫度為32 ℃;電熱鼓風(fēng)干燥箱，購自上海一恒科學(xué)儀器有限公司;BAS124S萬分之一天平，購自賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理 丹參植株地上部分按照不同部位切割，獲得莖和側(cè)枝（剪切為2 cm長的小段）、花瓣、花萼、無葉柄鮮葉，各部位分別混合均勻，挑選稱質(zhì)量備用。將丹參不同部位的樣品單層平鋪于干燥箱內(nèi)的中層隔板上，在設(shè)定溫度（35、55 ℃）下進行熱風(fēng)干燥，分別在不同烘干時間取樣，稱質(zhì)量。

1.2.2 低場核磁共振檢測 將不同丹參樣品進行低場核磁共振橫向弛豫時間（T2）的測定。經(jīng)自由感應(yīng)衰減（free induction decay，簡稱FID）序列獲得中心頻率，待樣品溫度降到室溫，放入永久磁場中心位置（直徑為25 mm 的射頻線圈中心），采用多脈沖回波序列掃描采集核磁信號，然后利用同時迭代重建（sirt）算法（迭代次數(shù)為10萬次）進行反演得到T2譜圖。主要參數(shù)：主頻為20 MHz，偏移頻率為995 371.01 kHz，90度脈沖時間為7 μs，180度脈沖時間為14 μs，累加采樣次數(shù)為6，回波時間為 0.2 ms，回波個數(shù)為10 000。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理及分析 利用T-invfit軟件得到丹參樣品的T2反演圖譜，采用Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)處理及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 丹參不同地上部位的T2譜圖測定

一般花冠為紫色或紫紅色的丹參為紫花丹參，白花丹參（Salvia miltiorrhiza Bunge. f. alba）花冠為白色或淡黃色，是丹參的白花變型，主要分布在山東省境內(nèi)[21]，研究表明，2種丹參化學(xué)成分基本相同，本研究比較了2種丹參不同地上部位的水分狀態(tài)。分別檢測紫花丹參的花（除花萼）、花萼、葉片、側(cè)枝、主莖的T2譜圖，經(jīng)峰面積歸一化處理，結(jié)果見圖1，T2與樣品中氫質(zhì)子所受的束縛力及其自由度有關(guān)，反映了組織內(nèi)部氫質(zhì)子的化學(xué)環(huán)境，而這受到組織結(jié)構(gòu)的影響，因而不同組織中水和其他成分間的相互作用影響氫質(zhì)子弛豫時間，即弛豫時間越長，說明水分受的自由度越大，也就是受到的束縛越小，表現(xiàn)在T2譜上即峰位置越偏右，不同部位水分有明顯差異，花萼和葉片T2譜上的峰位置偏左，與其他3個部位相比，水分自由度較低。檢測白花丹參不同部位的T2譜圖，結(jié)果見圖2，白花丹參與紫花丹參地上部位的水分差異表現(xiàn)出相同的特征，花萼、花蕾和葉片的T2譜峰位置偏左，花（除花萼）、側(cè)枝和主莖峰位置越偏右，水分自由度較高。

經(jīng)過加權(quán)之后確定，T2譜中的 3個峰分別對應(yīng)3種狀態(tài)的水，即：結(jié)合水 0～<10 ms（T21）、不易流動水10～<100 ms（T22）、自由水100～10 000 ms（T23），峰積分面積（A21、A22、A23）分別代表3種狀態(tài)水的相對含量[22-23]，各峰積分面積占總峰面積（A）的比例見表1，丹參葉、花萼中以不易流動水為主，莖、側(cè)枝、花（除花萼）、花蕾中以自由水為主，即葉、花萼部位對水的束縛力較其他地上部位更強，由于不同部位的組織結(jié)構(gòu)不同，其表層組織結(jié)構(gòu)致密程度也不同，與水分之間的作用力有差異，從而導(dǎo)致水分狀態(tài)的不同。

2.2 干燥過程中丹參地上部位水分遷移規(guī)律

橫向弛豫時間T2反映水分子的結(jié)合力和水分遷移等信息，干燥過程中T2 越大，表明水分自由度越大，與所處環(huán)境中的大分子等的結(jié)合力越弱，即越容易除去。白花丹參的葉、側(cè)枝及莖在35 ℃干燥過程中不同時間的T2譜見圖3。

干燥初期各部位的弛豫時間均較長，以大量自由水為主，即H質(zhì)子與組織中大分子之間的相互作用力較小，隨著干燥時間延長，首先表現(xiàn)為自由水明顯降低，圖像向左側(cè)移動，弛豫時間都有所減少，水分的流動性逐漸減小，至干燥中期，剩余水分以不易流動水為主。干燥過程中，莖中自由水一部分表現(xiàn)出流動性減小，同時有一部分流動性仍較大，峰形呈現(xiàn)出2個頂點，而葉與側(cè)枝中自由水的峰逐漸整體左移，即莖與葉、側(cè)枝相比，自由水會有部分轉(zhuǎn)化為結(jié)合力更強的不易流動水。

白花丹參的葉片、側(cè)枝及莖在55 ℃熱風(fēng)干燥過程中不同時間的T2譜見圖4。溫度升高，水分的散失明顯加快，各部位的T2譜圖各吸收峰均向左遷移且信號幅值變小，丹參莖中自由水逐漸減少，在前20 min明顯減少，不易流動水呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，可能在干燥初期，高溫導(dǎo)致丹參莖組織結(jié)構(gòu)變化，部分水分的結(jié)合力增加，側(cè)枝中T2圖像逐漸向左側(cè)移動，弛豫時間逐漸減少，該溫度條件下丹參葉迅速失水，40 min時自由水基本完全散失。

35 ℃ 熱風(fēng)干燥條件下丹參葉在干燥初期（1 h內(nèi)）水分散失較慢，丹參葉片表面有密度不一的氣孔分布[24]，新鮮葉片在離開植株后，氣孔全部呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)，以降低自身的水分散失[25]，推測可能在35 ℃的低溫環(huán)境下，葉片表面氣孔大部分仍保持關(guān)閉，同時組織結(jié)構(gòu)尚未受到破壞，導(dǎo)致僅有少量自由水散失，T2譜圖變化較小。55 ℃的高溫環(huán)境下，干燥20 min時自由水、不易流動水均明顯減少，從外觀看（圖5）至40 min時干燥得到的葉片出現(xiàn)明顯的枯萎狀，體積縮小，推測該條件下葉片表面氣孔張開，迅速的高溫逆境導(dǎo)致葉片組織結(jié)構(gòu)被破壞，持水力下降，因而不同狀態(tài)的水均迅速散失。同時55 ℃熱風(fēng)干燥下，葉片迅速發(fā)生顏色變化，這可能是由于葉片局部溫度過高導(dǎo)致葉綠素分解[26]，這也說明了該條件下葉片細胞結(jié)構(gòu)被破壞，有研究報道顯示脫水是丹參葉干燥過程中各成分含量增加的直接因素，部分酚酸和黃酮類成分的含量是常溫陰干高于50 ℃烘干，低溫干燥是更好的丹參葉干燥方式[27]。因此為更好地開發(fā)利用丹參地上部分，側(cè)枝及莖可采用較高的熱風(fēng)溫度進行干燥加工，葉片等部位適宜采用較低的熱風(fēng)溫度。

3 結(jié)論與討論

丹參地上部位的水分狀態(tài)差異明顯，花萼、花蕾和葉片的水分自由度較低，花（除花萼）、側(cè)枝和主莖的水分自由度較高。丹參地上部位中都有3種狀態(tài)的水，即結(jié)合水、不易流動水、自由水，葉、花萼中以不易流動水為主，莖、側(cè)枝、花（除花萼）、花蕾中以自由水為主。在熱風(fēng)干燥過程中，隨干燥時間的延長和溫度的升高，丹參莖、側(cè)枝及葉中3種狀態(tài)的水均呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，干燥前期均為自由水先散失，莖中自由水會有部分轉(zhuǎn)化為結(jié)合力更強的不易流動水，低溫干燥初期葉與莖、側(cè)枝相比，自由水的散失更慢。低場核磁共振技術(shù)可以很好地進行丹參不同部位中水分狀態(tài)變化規(guī)律的分析研究，為更好地開發(fā)利用丹參地上部分，側(cè)枝及莖可采用較高的熱風(fēng)溫度進行干燥加工，葉片等部位適宜采用較低的熱風(fēng)溫度。

參考文獻：

[1]國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典：一部[M]. 2015版. 北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2015.

[2]顧俊菲，宿樹蘭，彭珂毓，等. 丹參地上部分資源價值發(fā)現(xiàn)與開發(fā)利用策略[J]. 中國現(xiàn)代中藥，2017，19（12）：1659-1664.

[3]張 玉，劉 謙，蒲高斌，等. 丹參非藥用部位藥用價值及開發(fā)利用研究進展[J]. 中國現(xiàn)代中藥，2019，21（2）：266-270.

[4]段金廒，宿樹蘭，郭 盛，等. 中藥廢棄物的轉(zhuǎn)化增效資源化模式及其研究與實踐[J]. 中國中藥雜志，2013，38（23）：3991-3996.

[5]曾慧婷，宿樹蘭，沙秀秀，等. 丹參莖葉提取物抗氧化活性物質(zhì)基礎(chǔ)與量效關(guān)系研究[J]. 中草藥，2017，48（22）：4688-4694.

[6]Qian L，Zong S L，Jun R W，et al. Essential oil composition of Salvia miltiorrhiza flower[J]. Food Chemistry，2009，113（2）：592-594.

[7]Zeng H，Su S，Xiang X，et al. Comparative analysis of the major chemical constituents in Salvia miltiorrhiza roots，stems，leaves and flowers during different growth periods by UPLC-TQ-MS/MS and HPLC-ELSD methods[J]. Molecules，2017，22（5）：771.

[8]Gu J F，Su S L，Guo J M，et al.The aerial parts of Salvia miltiorrhiza Bge.strengthen intestinal barrier and modulate gut microbiota imbalance in streptozocin-induced diabetic mice[J]. Journal of Functional Foods，2017，36：362-374.

[9]Cai H D，Su S L，Li Y H，et al. Protective effects of Salvia miltiorrhiza on adenine-induced chronic renal failure by regulating the metabolic profiling and modulating the NADPH oxidase/ROS/ERK and TGF-β/Smad signaling pathways[J]. Journal of Ethnopharmacology，2018，212：153-165.

[10]Zhang Y，Li X，Wang Z Z. Antioxidant activities of leaf extract of Salvia miltiorrhiza Bunge. and related phenolic constituents[J]. Food and Chemical Toxicology，2010，48（10）：2656-2662.

[11]俞辰亞代，于金高，顧俊菲，等. 丹參莖葉提取物對高糖誘導(dǎo)的果蠅代謝紊亂模型的糖脂代謝的調(diào)節(jié)作用及其機制[J]. 中國中藥雜志，2018，43（7）：1484-1491.

[12]薛 楊，秦寧寧，宿馨心，等. 不同加工方法下丹參花茶的質(zhì)量評價[J]. 中國食物與營養(yǎng)，2020，26（1）：37-40.

[13]Cochard H，Badel E，Herbette S，et al. Methods for measuring plant vulnerability to cavitation：a critical review[J]. Journal of Experimental Botany，2013，64（15）：4779-4791.

[14]Bucci S J，Scholz F G，Campanello P I，et al. Hydraulic differences along the water transport system of South American Nothofagus species：do leaves protect the stem functionality？[J]. Tree Physiology，2012，32（7）：880-893.

[15]曾慧婷，宿樹蘭，朱 悅，等. 丹參酚酸類成分生物合成途徑及調(diào)控機制研究進展[J]. 中草藥，2016，47（18）：3324-3331.

[16]Geng S T，Wang H H，Wang X L，et al. A non-invasive NMR and MRI method to analyze the rehydration of dried sea cucumber[J]. ?Analytical Methods，2015，7（6）：2413-2419.

[17]Suchanek M，Kordulska M，Olejniczak Z，et al. Application of low-field MRI for quality assessment of ‘Conferencepears stored under controlled atmosphere conditions[J]. Postharvest Biology and Technology，2017，124：100-106.

[18]Defernez M，Wren E，Watson A D，et al. Low-field 1H NMR spectroscopy for distinguishing between arabica and robusta ground roast coffees[J]. Food Chemistry，2017，216：106-113.

[19]Xiao Q，Lim L T，Zhou Y J，et al. Drying process of pullulan edible films forming solutions studied by low-field NMR[J]. Food Chemistry，2017，230：611-617.

[20]Guo Q Y，Ren S Y，Wang J Y，et al. Low field nuclear magnetic sensing technology based on hydrogel-coated superparamagnetic particles[J]. Analytica Chimica Acta，2020，1094：151-159.

[21]杭 亮，王俊儒，楊東風(fēng)，等. 紫花丹參和白花丹參不同部位有效成分的分布特征[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，36（12）：217-222.

[22]杜利平，崔 莉，趙恒強，等. 基于低場核磁技術(shù)的不同花期金銀花紅外干燥過程中的水分變化[J]. 現(xiàn)代食品科技，2017，33（9）：189-194，201.

[23]Faal S，Tavakoli T，Ghobadian B. Mathematical modelling of thin layer hot air drying of apricot with combined heat and power dryer[J]. Journal of Food Science and Technology，2015，52（5）：2950-2957.

[24]羅明華，胡進耀，吳慶貴，等. 干旱脅迫對丹參葉片氣體交換和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010，21（3）：619-623.

[25]季蕾蕾，木泰華，孫紅男. 不同干燥方式對甘薯葉片水分遷移、微觀結(jié)構(gòu)、色澤及復(fù)水性能影響的比較[J]. 食品科學(xué)，2020，41（11）：90-96.

[26]魏 瓏. 果蔬葉綠素降解機理研究進展[J]. 食品安全導(dǎo)刊，2016（9）：49-50.

[27]周 濤，羅春梅，張松林，等. 丹參葉干燥過程中化學(xué)成分的動態(tài)變化[J]. 中成藥，2019，41（12）：2946-2952.