不同產(chǎn)地百合藥材中無機元素的分析與評價△

張黃琴，嚴輝，錢大瑋*，郭盛，張洋，華中一，郭蘭萍，唐志書，段金廒

(1.南京中醫(yī)藥大學 江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心 中藥資源產(chǎn)業(yè)化與方劑創(chuàng)新藥物國家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇 南京 210023；2.中國中醫(yī)科學院 道地藥材國家重點實驗室培育基地，北京 100700；3.陜西中醫(yī)藥大學 陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西 咸陽 712083)

不同產(chǎn)地百合藥材中無機元素的分析與評價△

張黃琴1，嚴輝1，錢大瑋1*，郭盛1，張洋1，華中一1，郭蘭萍2，唐志書3，段金廒1

(1.南京中醫(yī)藥大學 江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心 中藥資源產(chǎn)業(yè)化與方劑創(chuàng)新藥物國家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇 南京 210023；2.中國中醫(yī)科學院 道地藥材國家重點實驗室培育基地，北京 100700；3.陜西中醫(yī)藥大學 陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西 咸陽 712083)

目的對不同產(chǎn)地百合藥材中無機元素進行分析評價。方法采用微波消解樣品，電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法ICP-AES(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer)測定兩個主產(chǎn)地35批百合藥材中20種無機元素的含量，并用EZ info、SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行分析。結果百合中K、P、Mg、Ca、Na、Si、Fe、Al元素含量較高，含量范圍分別為7.200×103～1.955×104μg·g-1，1.114×103～2.982×103μg·g-1，450.525～772.953 μg·g-1，276.633～827.536 μg·g-1，51.884～871.821 μg·g-1，47.523～540.714 μg·g-1，46.847～595.202 μg·g-1，20.592～264.639 μg·g-1，所有樣品中均未檢測到Hg。以20種元素含量為變量，進行主成分分析，繪制PCA(principal components analysis)得分圖，35批百合藥材被分成以產(chǎn)地為區(qū)分的兩組。再結合直觀的變量重要性投影值VIP(variable importance in the projection)處理結果綜合給出各變量的權重系數(shù)，得出兩產(chǎn)地主要的差異性元素為：K、P、Fe、Si、Na。結論研究結果可為百合藥材的種植栽培與質量控制提供依據(jù)。

百合；無機元素；電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法；主成分分析

百合藥材為百合科植物卷丹LiliumlancifoliumThunb.、百合LiliumbrowniiF.E.Brown var.viridulumBaker或細葉百合LiliumpumilumDC.的干燥肉質鱗葉，其味甘、性寒，有養(yǎng)陰潤肺、清心安神之功[1]，用于治療陰虛燥咳、勞嗽咳血、肺癰、老年人慢性支氣管炎、神經(jīng)衰弱、失眠心悸、精神恍惚等癥[2-3]。百合含酚性甘油酯、甾體皂苷和生物堿等活性成分，此外還含有氨基酸、核苷、微量元素及磷脂等營養(yǎng)成分[4]?，F(xiàn)代研究表明，中藥療效與安全性不僅與其活性成分有關，而且與無機元素的種類和含量也有密切的聯(lián)系[5]。

目前我國百合藥材的主產(chǎn)地為湖南龍山、安徽霍山等地，栽培品種為卷丹[6]。本研究通過對主產(chǎn)地35批次百合中20種無機元素進行分析評價，為百合藥材的種植栽培與質量控制提供依據(jù)。

1 儀器與試藥

Optima 2100 DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國Perkin Elmer公司)；MilestoneEthos D型微波消解儀(意大利Milestone公司)；ML204電子分析天平(梅特勒-托尼多儀器有限公司)；Millipore Q純水系統(tǒng)(美國Millipore公司)；所用器皿以10%HNO3溶液浸泡24 h。

各元素標準溶液均為國家標準樣品，含有鋁(Al)、砷(As)、鋇(Ba)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、錫(Sn)、鋅(Zn)、硒(Se)、硅(Si)、汞(Hg)的多種元素標準溶液(100 μg·mL-1，批號：GSB04-1767-2004)；鉀(K，批號：GSB04-1751-2004)、鈣(Ca，批號：GSB04-1720-2004)、鈉(Na，批號：GSB04- 1738-2004)、磷(P，批號：GSB04-1741-2004)的單元素標準溶液(1000 μg·mL-1)，購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。超純水(18.3 MΩ·cm，Millipore Q純水系統(tǒng))；硝酸(優(yōu)級純)。

百合樣品為實地采集，經(jīng)南京中醫(yī)藥大學段金廒教授鑒定為百合科植物卷丹LiliumlancifoliumThunb.的干燥肉質鱗葉，憑證標本存放于江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心。S1～S18產(chǎn)自湖南龍山，S19～S35產(chǎn)自安徽霍山。

2 方法與結果

2.1 對照品溶液的制備

2.1.1 微量元素對照品溶液的配制 分別精密吸取多種元素標準溶液(100 μg·mL-1)適量，以超純水稀釋，配制成含鋁(Al、As、Ba、Cd、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Sn、Zn、Se、Si、Hg元素質量濃度分別為5.00、2.00、1.00、0.500、0.200 μg·mL-1的系列混合對照品溶液。

2.1.2 常量元素對照品溶液的配制 分別精密吸取K、Ca、Na、P標準溶液(1000 μg·mL-1)適量，以超純水稀釋，配制成含K、Ca、Na、P分別為400、200、100、50.0、10.0、5.00 μg·mL-1的系列質量濃度的混合對照品溶液。

2.2 供試品溶液制備

取樣品粉末0.5 g(60目)，精密稱定，于聚四氟乙烯消解罐中，置于通風櫥，加入濃硝酸8 mL，靜置20 min，待反應不劇烈后加蓋密封，放入微波消解儀中，按設定的消解程序處理：先經(jīng)10 min由室溫升溫至150 ℃，150 ℃維持2 min消解，然后3 min由150 ℃升溫至200 ℃，200 ℃維持8 min消解。消解完畢后，冷卻至室溫，取出消解罐，在通風櫥中將酸揮盡，轉移用超純水定容至25 mL。同步以8 mL濃硝酸做空白試驗。

2.3 測定條件

ICP-AES條件：等離子體射頻功率為1.3 kW；冷卻氣流量為15 L·min-1；輔助氣流速為0.2 L·min-1；載氣流量為0.8 L·min-1；觀測方向為Axial；觀測高度為15 nm；一次讀數(shù)時間為5 s；進樣延時30 s；泵速為15 r·min-1。

2.4 數(shù)據(jù)處理

將測得數(shù)據(jù)導入EZ info軟件(Waters公司)，進行主成分分析(principal components analysis，PCA)，得各樣品的得分圖。采用偏最小二乘法(partial least squares method，PLS)分析得到各元素的VIP值(variable importance in the projection)，依據(jù)VIP值的大小判斷各個元素對分類的重要程度。相關性分析使用SPSS 21.0。

2.5 線性關系的考察

按測定條件依次測定各無機元素的系列質量濃度對照品溶液，以對照品質量濃度為橫坐標(X)，對照品峰強度為縱坐標(Y)，進行回歸計算，得各元素的回歸方程、相關系數(shù)和線性范圍。結果見表1。

表1 20種無機元素的標準曲線

2.6 方法學考察

2.6.1 精密度試驗 按2.3項下的方法對上述混合標準溶液重復測定6次，各元素質量分數(shù)的RSD在0.65%～2.57%，表明該方法精密度良好。

2.6.2 重復性試驗 取樣品S3的供試品溶液，按2.2項下方法分別制備6份供試品溶液，按2.3項下的方法測定并計算各元素含量，結果RSD為1.54%～2.76%，可滿足實驗的要求。

2.6.3 穩(wěn)定性試驗 取樣品S3的供試品溶液，分別于0、2、4、6、8、10 h重復測定，各元素含量的RSD<2.98%，表明供試品溶液在10 h內測定結果穩(wěn)定。

2.6.4 加樣回收率試驗 精密稱取9份S3樣品適量，加入該樣品中各元素含量的80%、100%、120%的對照品，平行3份。按2.3項下的測試條件下分別測定，結果回收率為95.2%～104.5%，RSD<3.00%，說明該方法準確可靠。

2.7 樣品的測定結果

各樣品按2.2項下的方法制得供試品溶液。取各供試品溶液，按2.3項下的條件進樣測定，測定結果見表2。百合中的元素K、P、Mg、Ca、Na、Si、Fe、Al含量較高，含量范圍分別為7.200×103～1.955×104μg·g-1，1.114×103～2.982×103μg·g-1，450.525～772.953 μg·g-1，276.633～827.536 μg·g-1，51.884～871.821 μg·g-1，47.523～540.714 μg·g-1，46.847～595.202 μg·g-1，20.592～264.639 μg·g-1，所有樣品中均未檢測到Hg元素。

表2 百合樣品中無機元素測定結果(n=3) /μg·g-1

表2(續(xù))

注：nd表示低于檢測限。

3 討論

3.1 百合藥材樣品采集地的調研及確定

《中華人民共和國藥典》(《中國藥典》)收載的百合藥材基原為百合科植物卷丹LiliumlancifoliumThunb.、百合LiliumbrowniiF.E. Brown var.viridulumBaker或細葉百合LiliumpumilumDC.的干燥肉質鱗葉。本課題組在以往的研究中發(fā)現(xiàn)[7]，隨著經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的變化，許多藥材的主產(chǎn)地也會有相應的變化，如百合藥材，以往的記載宜興百合是道地藥材，但目前宜興當?shù)匮靥饔蛞褯]有百合種植，種植地已向山區(qū)遷移，且所產(chǎn)的百合都以價值更高的鮮百合出售，幾乎沒有加工成百合藥材的。又如蘭州百合，目前亦是以鮮品作為食品銷售的。我國目前百合藥材以卷丹為主。前期調研顯示[8-9]，目前市場上百合藥材主要是以湖南龍山與安徽霍山產(chǎn)的卷丹為主，商品百合藥材目前最大的產(chǎn)區(qū)為湖南龍山縣，遍及全縣的25個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。龍山縣的百合種植自20世紀50年代末引種自江蘇宜興，經(jīng)過50余年的發(fā)展，已形成了種植、加工、開發(fā)、銷售的百合生產(chǎn)經(jīng)營產(chǎn)業(yè)鏈。2015年全縣種植面積達5000余公頃，鮮百合年產(chǎn)量達7萬余噸。百合藥材另一個主產(chǎn)區(qū)集中在安徽霍山縣的漫水河、上土市、太平畈等鄉(xiāng)鎮(zhèn)和金寨縣、舒城縣、廬江縣、岳西縣，以及湖北省英山縣、羅田縣的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)。約30年前，由宜興引種，經(jīng)安徽天長引入霍山試種，近年栽培面積迅速擴大，至2015年，安徽省霍山縣及其周邊地區(qū)種植面積已達到4000多公頃，鮮百合年產(chǎn)量達6萬余噸，也是藥材市場上百合藥材和飲片的主要來源之一。因此，本研究主要選擇了兩產(chǎn)地的35批百合藥材進行元素的分析與評價。

3.2 不同產(chǎn)地的百合元素含量差異性分析與評價

將測定數(shù)據(jù)導入EZ info(Waters公司)軟件進行主成分分析，通過降維建立包含第一個主成分t[1]與第二個主成分t[2]二維空間的PLS-DA分類模型，見圖1。第一個主成分軸是原始數(shù)據(jù)矩陣方差最大方向，第二個主成分軸是方差次大方向，降維時，最大限度保留有用信息，尋找能夠使不同產(chǎn)地樣品得到最大分離的方向。由圖1分析得出，以20種元素含量為變量，進行主成分分析，繪制PCA得分圖，35批百合藥材被分成以產(chǎn)地為區(qū)分的兩組，即湖南龍山百合、安徽霍山百合。

圖1 35批百合藥材中元素含量的主成分得分圖

采用偏最小二乘法分析得到各個指標的VIP值，見圖2，K、P、Fe、Si、Na的VIP值均大于1，表明這5種元素在不同產(chǎn)地的百合中含量差異性較大；Mg、Cd、Pb、Cr、Zn、Sn、Ni、As、Se、Mn的VIP值較小，表明這些元素含量在不同的產(chǎn)地間相差較小，可能的原因有：1)百合有很強的元素吸收調節(jié)功能，無論產(chǎn)地環(huán)境的元素含量有多大的差異，它們保持這些元素在體內的相對平衡；2)兩個產(chǎn)地的環(huán)境中這幾種元素的含量相差較小，而造成百合元素中它們的含量相差較小。仍需要進一步開展這方面的研究。

圖2 各元素含量的VIP值

藥材的生長過程中，其體內元素的積累至少有兩種情況[10]：1)某些藥材對元素有較強的調節(jié)作用，表現(xiàn)為特殊富集或拒吸收某種或某幾種元素的特性，如：谷巍等[11]研究不同產(chǎn)地澤瀉及其根際土壤中無機元素分布特征和相關性得出各產(chǎn)地澤瀉對P、S、Zn、Mg、Cu元素有富集作用的結論；郭蘭萍等[12]研究土壤中無機元素對茅蒼術道地性的影響，得出茅蒼術主要是通過選擇性吸收調控藥材中無機元素的含量，即遺傳特性可能是影響茅蒼術無機元素吸收的主要因素，而土壤中無機元素在茅蒼術道地性形成中的作用可能很有限的結論。2)某些藥材在生長過程中沒有對元素特殊富集作用，亦無很強的自身調節(jié)作用，其體內的元素隨生長環(huán)境變化而變化，如：袁小鳳等[13]研究浙貝及土壤中無機元素含量的關系，得出產(chǎn)區(qū)環(huán)境對浙貝母元素特征的影響效果大于種源及物候期的影響的結論。對本研究結果中Cu、Pb、As、Cd、Hg 5種有害元素進行分析評價。運用SPSS軟件對兩產(chǎn)地樣品中Cu、Pb、As、Cd元素含量分別進行非參數(shù)檢驗，結果顯示兩產(chǎn)地間差異無統(tǒng)計學意義；但個別百合藥材的重金屬含量偏高，亦有的樣品含量卻很低，據(jù)此推測百合無主動富集有害元素的特性，它們在百合藥材中的含量主要與其生長環(huán)境的差異有關[14-15]。現(xiàn)行《藥用植物及制劑進出口綠色行業(yè)標準》的限量指標為重金屬總質量分數(shù)應≤20.0 mg·kg-1，Cu≤20.0 mg·kg-1，Hg≤0.2 mg·kg-1，Pb≤5.0 mg·kg-1，Cd≤0.3 mg·kg-1，As≤2.0 mg·kg-1[16]。同樣，2015版《中國藥典》也對部分藥材如西洋參、甘草、黃芪、丹參、金銀花等的重金屬及有害元素的限量作了同樣的規(guī)定，但未見對百合的重金屬及有害元素的限量作出規(guī)定。若以該標準衡量，則本實驗測得兩個產(chǎn)地百合中Pb、Cd均超標。故在百合栽培種植過程中要注意土壤及環(huán)境的測試。但也應防止采收加工、炮制及貯藏過程的污染[17]，以保證生產(chǎn)高品質的百合藥材。所有樣品中均未檢測到Hg，據(jù)此推測這可能與百合拒吸收Hg的特征有關。

3.3 元素間相關性分析

采用SPSS軟件進行相關性分析，因多數(shù)變量不服從正態(tài)分布，故采用Spearman等級相關系數(shù)法，結果見表3。元素含量之間有Al-Fe、Cu-Si、Ca-Mn、Mg-P等39對呈顯著正相關，表明百合中這39對元素吸收積累過程有很好的協(xié)同作用；Ba-Sn、K-Cr、Na-Ni等21對呈顯著負相關，表明百合中這21對元素的吸收積累過程起著拮抗作用[11]。藥材元素含量的相關性分析，是為探討藥材在生長過程中各元素的積累規(guī)律是否存在元素間彼此的吸收促進或拮抗等關系，其結果可為進一步開展卷丹植物生長發(fā)育過程中生理生化機制及肥料施用策略等研究提供有益參考。

表3 百合中無機元素含量間相關性分析

注：*P<0.05，**P<0.01。

4 結語與展望

本研究采用ICP-AES法分析不同產(chǎn)地百合藥材共35批樣品中20種元素，分析結果顯示，百合中的K、P、Mg、Ca等元素含量較高。其中K是機體中重要的電解質，可加強肌肉的韌性和心臟的運動力，促進蛋白質、碳水化合物和熱能代謝；P有調節(jié)神經(jīng)、催眠、鎮(zhèn)痛等作用；Mg是Na+-2K+-2ATP酶反應中重要的配體之一，對血管張力、反應性及外周管阻力的調節(jié)方面均起重要作用；Ca是生命活動中的重要元素，也是骨代謝的重要因子，攝入足夠的Ca是預防骨質疏松的重要基礎[14]。這些元素的富集與百合具有抗疲勞、抗腫瘤、降血糖、抗氧化、免疫調節(jié)、鎮(zhèn)靜及抗應激損傷功效相符。

通過PCA得分圖，35批百合藥材被分成以產(chǎn)地為區(qū)分的兩組。PCA屬于多指標綜合評價法中的客觀賦權法，該方法是通過恰當?shù)臄?shù)學變換，使新變量主成分成為原變量的線性組合，并選取少數(shù)幾個在變差總信息量中比例較大的主成分來分析事物的一種方法。PCA具有簡潔性、有效性、普遍性等特點，其反映主成分和指標包含信息量的權數(shù)，以計算綜合評價值，這樣在指標權重選擇上克服了主觀因素的影響，有助于保證客觀地反映樣本間的現(xiàn)實關系。再結合直觀的變量重要性投影值VIP處理結果綜合給出各變量的權重系數(shù)，得出了兩產(chǎn)地主要的差異性元素。研究直觀簡單地得出各元素對分組的貢獻率，反映了不同產(chǎn)地主要的差異性元素。

本研究結果為百合藥材的種植栽培與質量控制提供依據(jù)，但是土壤中無機元素的含量與百合藥材中無機元素含量的關系，土壤中無機元素的形態(tài)及其有效性有待進一步的分析研究。

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AnalysisandEvaluationofInorganicElementsinLiliumlancifoliumThunb.fromDifferentRegions

ZHANGHuangqin1，YANHui1，QIANDawei1*，GUOSheng1，ZHANGYang1，HUAZhongyi1，GUOLanping2，TANGZhishu3，DUANJin’ao1

(1.JiangsuCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization，NationalandLocalCollaborativeEngineeringCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrializationandFormulaeInnovativeMedicine，NanjingUniversityofChineseMedicine，Nanjing210023，China；2.StateKeyLaboratoryBreedingBaseofDao-diHerbs，ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100700，China；3.ShanxiCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization，ShanxiUniversityofChineseMedicine，Xianyang712083，China)

Objective：To analyze and evaluate the inorganic elements ofLiliumlancifoliumThunb.from different regions.MethodsThe contents of 20 kinds of inorganic elements inL.lancifoliumfrom 2 main regions were determined by ICP-AES(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer)after microwave digestion.The date was analyzed with EZ info and SPSS software.ResultsThe contents of K、P、Mg、Ca、Na、Si、Fe、Al were higher compared with other inorganic elements inL.lancifolium.The content ranges were respectively as follows：7.200×103-1.955×104μg·g-1，1.114×103-2.982×103μg·g-1，450.525-772.953 μg·g-1，276.633-827.536 μg·g-1，51.884-871.821 μg·g-1，47.523-540.714 μg·g-1，46.847-595.202 μg·g-1，20.592-264.639 μg·g-1.The content of Hg element was lower than the detection limit in all detected samples.According to PCA(principal components analysis) figure，35 batches were divided into two categories，namely Anhui Huoshan and Hunan Longshan.The main different elements between two categories were：K，P，F(xiàn)e，Si，Na according to the VIP(variable importance in the projection) points figure.ConclusionThis result can provide scientific basis for growing，cultivation and quality control ofL.lancifolium.

LiliumlancifoliumThunb.；inorganic elements；ICP-AES；principal components analysis

2016-04-04)

中央本級重大增減支項目(2060302)；國家自然科學基金(81373978)

*

錢大瑋，研究員，碩士生導師，研究方向：中藥資源化學；Tel:(025)85811916，E-mail: qiandwnj@126.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.8.004