中药女贞子的B—Z化学振荡指纹图谱研究

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摘要：研究了中药女贞子-KBrO3-MnSO4-H2SO4-CH3COCH3体系的B-Z化学振荡反应，考察了女贞子提取液不同浓度和反应温度对女贞子振荡指纹图谱的振荡诱导期、平均振荡周期、振荡寿命的影响。结果表明，中药女贞子可以在一定浓度和温度范围内产生明显的化学振荡，振荡诱导期与浓度呈现出良好的线性关系；计算得到的振荡诱导期表观活化能为33.37 kJ/mol，平均振荡周期的表观活化能为74.20 kJ/mol，并讨论了反应机理。

关键词：化学振荡；女贞子；指纹图谱

中图分类号：O657.15；S567.1+9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）14-3357-04

中草药具有治疗疾病的作用是由于它参与了人体或动物的血液循环及代谢过程；人体的活动如心跳、情绪、饮食等都存在着周期性的变化，这种生物节律可通过现代技术手段予以显现，如心电图是心脏跳动时的体电流与时间的周期性波动行为，实质上是人体或动物的振荡行为[1]。人体若产生病变，则人体相应的振荡波形会出现紊乱，外在表现是生理上出现不适。而中草药通过补充或增强人体机能，可以纠正这些异常的振荡[2]；所以研究中草药的振荡行为显得十分必要。

女贞子（Fructus ligustri lucidi）为木犀科（Oleaceae）女贞属（Ligustrum L.）植物女贞（L. lucidum Ait.）的果实，是一种传统的中草药，具有补益肝肾、清热明目的功效，主治头昏目眩、腰膝酸软、遗精、耳鸣、须发早白等病征[3]。女贞子药用组分复杂[4-6]，有效成分、作用机制和活性原理目前还不太清楚。如果把女贞子作为一个整体，采用化学振荡方法研究女贞子的化学振荡行为，确定其振荡反应的浓度范围，就可以从理论上得到女贞子的最佳用量范围，进而探讨女贞子用量对振荡图谱的影响，给出女贞子化学振荡反应的振荡参数，并绘制出能显示药物特性的振荡指纹图谱[7-12]，这样既具有中医药的特点、又具有高科技的特征，这对于中医治疗疾病的理论阐述及机理研究有一定的现实意义。因此试验采用以Mn2+为催化剂的B-Z（Belousov-Zhabotinsky）振荡反应体系（呈现化学振荡现象的含溴酸盐的反应系统）获得中药女贞子化学振荡的指纹图谱，通过在反应体系里考察女贞子提取液浓度和反应温度对指纹图谱的影响，得到女贞子发生化学振荡反应时的提取液浓度和反应温度范围，并计算出振荡诱导期和平均振荡周期相对应的表观活化能等振荡参数，现将结果报告如下。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

供试女贞子在黄州市药材市场购得；试剂主要有KBrO3、MnSO4、H2SO4、CH3COCH3等，均为分析纯；仪器主要是ZD-BZ振荡实验装置（南京桑力电子设备厂）、SYC-15B超级水浴恒温槽（南京桑力电子设备厂）、SWQ智能数字恒温控制器（南京桑力电子设备厂，恒温误差±0.1 K）、213型铂电极（上海精密科学仪器有限公司）、217型饱和氯化钾甘汞电极（上海康宁电光技术有限公司）、AR5120电子天平 （上海精科仪器厂）。

1.2 方法

1.2.1 女贞子提取液制备 女贞子提取液通过最传统的煎煮方式得到。称取若干重量的女贞子，放入烧杯中，加200 mL的去离子水，用电炉先大火煮45 min，然后再小火煎15 min，冷却后转移到100 mL容量瓶中稀释至刻度，待用。

1.2.2 女贞子提取液在振荡反应体系中的特征振荡指纹图谱构建 化学振荡反应在外带SYC-15B超级水浴恒温槽的夹层玻璃反应器中进行，温度由超级水浴恒温槽控制，反应体系温度控制在（310.00+0.15）K，恒定搅拌速度。先将10 mL KBrO3（0.25 mol/L）加到夹层玻璃反应器中并恒温10 min，再依次加入反应物MnSO4（0.02 mol/L）、CH3COCH3（0.54 mol/L）、H2SO4 （0.90 mol/L）、女贞子提取液（0.040 g/mL）各10 mL，混合后组成振荡反应体系，用213型铂电极与217型饱和氯化钾甘汞电极测定反应体系的电位（E）随时间（t）的变化（计时电位法），并由计算机记录E-t曲线[13]。

1.2.3 女贞子提取液浓度对化学振荡的影响 固定振荡反应体系中各反应物KBrO3、MnSO4、H2SO4、CH3COCH3的浓度，反应体系温度控制在（310.00+0.15）K，通过改变女贞子提取液的浓度研究振荡反应的变化；女贞子提取液的浓度分别是0.040、0.048、0.054、0.060 g/mL。为保证图谱的重现性和准确性，要求做到以下几点：①溶样时间应相同；②搅拌充分且速度应恒定；③取同一批次女贞子提取液；④加样顺序不变[2]。

1.2.4 反应体系温度对化学振荡的影响 在振荡反应体系中固定女贞子提取液浓度为0.040 g/mL，在ZD-BZ振荡实验装置中调节反应温度分别为（305.00+0.15）、（310.00+0.15）、（315.00+0.15）、（321.00+0.15）K，以比较反应体系里不同温度对振荡反应的影响。利用公式ln（1/t）=-E/RT+C，分别以振荡平均周期的自然对数为纵坐标，以反应温度的倒数为横坐标，探讨诱导期和平均振荡周期与反应温度的关系。计算诱导期和平均振荡周期的表观活化能[14，15]。

2 结果与分析

2.1 女贞子提取液特征振荡指纹图谱

图1是KBrO3、MnSO4、H2SO4、CH3COCH3各反应物溶液10 mL组合在反应温度控制在（310.00+0.15）K时、加入0.040 g/mL女贞子提取液10 mL组成的振荡反应体系于ZD-BZ振荡实验装置中得到的典型指纹图谱。从图1可以明显看出，该反应体系的振荡反应诱导期短，其周期和振幅随着反应的进程逐渐变小；而在实际过程中观察到，反应体系溶液颜色随反应的进程逐渐变浅，在反应停止后，溶液颜色已接近无色透明。并且在振荡停止后，若再次加入女贞子提取液进行振荡，又可以产生女贞子的特征指纹图谱；重复若干次，其振荡特征参数的诱导期、周期、振幅及最高电位的相对标准偏差均小于2.0%。但如果在振荡结束时补充加入KBrO3或CH3COCH3等反应物，则化学振荡反应不再发生，没有起振。这个结果充分表明，试验得到的指纹图谱是中药女贞子的特征B-Z化学振荡图谱，而且特征指纹图谱稳定、重现性良好、数据可靠，是中药女贞子特性的体现。

2.2 女贞子提取液浓度对化学振荡的影响

图2是反应体系温度控制在（310.00+0.15） K时固定反应物KBrO3、MnSO4、H2SO4、CH3COCH3浓度及加样顺序等条件只改变女贞子提取液浓度的化学振荡指纹图谱。从图2可见，女贞子提取液的浓度对反应体系振荡的诱导期、振荡周期和振荡寿命参数都有影响；随着女贞子提取液浓度的增加，诱导期和平均振荡周期也增加，但振荡寿命变短，具体结果见表1。从表1中可以清楚看到，在高浓度时振荡幅度低，振荡寿命短；而在低浓度时振荡幅度高，振荡寿命较长。依据这一特点可以给医生提供建议，在给病人用药的时候可以依据病情的轻重来调整用药量，对重症疾病加大用药量，促使药物快速吸收循环，达到迅速控制之目的；而对慢性疾病可降低药量，尽量保持药效持久，以利达到最好的治疗效果[6]。

当然，在该振荡体系中，并不是任意浓度的女贞子提取液都可以产生化学振荡的，只有在一定的浓度范围内才能发生[16]。经试验得出的提取液浓度范围为0.036～0.072 g/mL。当女贞子提取液浓度大于0.072 g/mL或小于0.036 g/mL，均不能产生振荡。这说明女贞子只有在一定剂量范围才能起到有效作用，任意的减少或增加其剂量，则治疗作用会减弱甚至消失。特别要提出的是试验发现，女贞子提取液浓度与振荡诱导期呈现出较好的线性关系（图3），这有望建立一种新的方法来分析中药女贞子的药用成分含量。

2.3 反应温度对化学振荡的影响

反应温度对化学振荡的影响结果见表2。从表2可以明显看出，随着反应温度的增加，振荡诱导期在逐渐缩短，并且平均振荡周期也在缩短。说明在女贞子提取液浓度相同的条件下，随着温度的升高，反应速率在加快。根据公式ln（1/t）=-E/RT+C[2]，分别以振荡平均周期的自然对数为纵坐标、以反应温度的倒数为横坐标，得到了振荡诱导期和平均振荡周期与温度的关系（图4），并计算出振荡诱导期表观活化能为33.37 kJ/mol，平均振荡周期的表观活化能为74.20 kJ/mol，两者的相关系数均大于0.988。

2.4 化学振荡机理的探讨

由于多糖和苷类无还原性，而其水解产物还原糖具有还原性。根据试验实际，反应体系的电势发生了连续变化，从而断定多糖或苷类结构中的结合键首先因水解而发生断裂，形成了具有还原性的葡萄糖（或果糖）及苷元2种产物；葡萄糖中的醛基易于氧化，它可使Mn3+还原成Mn2+、Br2还原成Br-；与此同时，丙酮分子中的氢极易接受亲电的Br2与Mn3+，还会因BrO3-与Mn2+在H+存在下再次产生Br2与Mn3+，这种周而复始的反应就形成了化学振荡图谱。

3 小结

通过对女贞子-KBrO3-MnSO4-H2SO4-CH3COCH3体系B-Z化学振荡体系的研究，发现中药女贞子提取液在一定浓度和温度范围内能产生明显的振荡反应，反应温度和女贞子提取液浓度均能对女贞子的振荡指纹图谱产生一定的影响。其中振荡诱导期与女贞子提取液浓度呈现出较好的线性关系，并计算出振荡诱导期表观活化能为33.37 kJ/mol，平均振荡周期的表观活化能为74.20 kJ/mol。

中草药化学信息是由多种化学成分综合构成的，目前研究较多的是利用高效液相色谱法（HPLC）建立中草药的指纹图谱。然而HPLC法使用的仪器昂贵，分析样品时柱前处理过程复杂，分析结果及重复性的精度对试验操作人员要求较高。而中草药化学振荡技术瞄准中草药应用中存在的现实问题，利用灵敏度高、选择性强的振荡技术获得中草药振荡特征图谱，综合考虑了混合体系多组分的相互影响，使复杂问题变得简单化、经验问题科学化。同时克服了目前其他方法所得到的指纹图谱不能表明中草药成分来源的弊端，使中草药特性及协同作用真正体现在指纹图谱之中[10]。在此基础上，如果进一步开展谱效学研究，可使中草药质量与其药效真正结合起来，有助于阐明中草药的作用机理[19]。总之，振荡指纹图谱是对中草药指纹图谱的补充与发展，它反映了药物体系的综合特征，较好地表达了中草药的特性，为中草药的指纹图谱研究找到了一条新路，这对于提高中草药质量、促进中草药现代化具有重要意义。

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