基于ICP-MS法對不同產地酸棗仁中微量元素的主成分分析

2018-06-05 06:57:18劉寧杜會茹黃文杰張之東蔣翠嵐

食品研究與開發 2018年11期

劉寧，杜會茹，黃文杰，張之東，蔣翠嵐，*

（1.河北省中醫院，河北石家莊050011；2.河北化工醫藥職業技術學院，河北石家莊050058）

酸棗仁為鼠李科植物酸棗Ziziphus jujuba Mill.Var.spinosa（Bunge）Hu ex H.F.Chou 的干燥成熟種子[1]，多生于向陽山坡或路旁，分布于河北、河南、陜西、遼寧、山東等地。始載于《神農本草經》，列為上品，醫籍初見于《傷寒雜病論》，并以酸棗仁湯而著名，已有1 700多年的藥用歷史[2-3]。其味甘、酸，性平，歸心、肝、膽經，具有養肝寧心、斂汗生津之功效[4]。現代藥理研究表明，酸棗仁中富含的生物堿、三萜類、多種氨基酸、黃酮類、糖類和金屬微量元素等成分[5-6]，具有鎮靜催眠、抗心律失常、改善微循環、增強免疫功能、降低血壓及血脂等方面生物活性[7-8]。

目前，對酸棗仁的藥理作用研究較多，而對微量元素或重金屬元素的研究較少。微量元素是中藥歸經和藥效物質基礎的重要組成部分[9]，中藥的藥效不僅與所含的有機成分有關，還與微量元素的含量密切相關[10]。因此，隨著對中藥化學成分研究的深入，微量元素作用也日益被人們所重視[11]。微量元素的研究方法主要包括原子吸收光譜法（atomic absorption spectroscopy，AAS）、原子熒光光譜法（atomic fluorescence spectrometry，AFS）、電感耦合等離子體發射光譜法（inductively coupled plasma optical emission spectrometer，ICP-OES）和電感耦合等離子質譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）[12-15]等。相比上述幾種分析方法，ICP-MS法的檢出限更低、靈敏度更高，普遍用于多組分同時測定。由于不同產地的酸棗仁樣品中微量元素差異較大，故本試驗采用微波消解ICP-MS法測定了13個不同地區的酸棗仁樣品中的 Mg、Mn、Fe、Zn、Cu、Cd、Hg、Pb 8 種微量元素，結合主成分分析對不同產地酸棗仁中微量元素進行分析評價，探討其相似性和差異性，為進一步開發利用酸棗仁資源提供基礎數據。

1 材料與儀器

1.1 儀器

Agilent7500電感耦合等離子體質譜儀：美國Agilent公司；Milli-Q超純水系統：美國Millipore，Bedford MA；CEM MARs 5微波消解儀：美國CEM公司；KQ-400DBC超聲波清洗儀：昆山超聲波儀器有限公司。

1.2 藥品與試劑

Mg、Mn、Fe、Zn、Cu、Cd、Hg、Pb 單元素標準溶液：國家標準物質研究中心；HNO3和HClO4為優級純，試驗用水為超純水，其他試劑均為分析純。

試驗用酸棗仁分別采自河北（內丘、邯鄲、石家莊、行唐、懷安、興隆、阜平）、河南、山東、陜西、遼寧，收集時間在2016年9月～10月，酸棗仁陳貨（3年以上，邢臺產）和進口酸棗仁均購于安國東方中藥材市場，所有樣品均經河北中醫學院鄭玉光教授鑒定為酸棗仁（Ziziphus jujuba Mill.Var.spinosa（Bunge）Hu ex H.F.Chou）。

2 方法

2.1 儀器工作參數

ICP-MS法儀器工作參數為：功率1 550 W，冷卻氣流量14.0 L/min，霧化氣流速1.0 L/min，輔助氣流量0.8 L/min，樣品提升量4.0 L/min，采樣深度7.8 mm，重復采樣3次。

2.2 樣品微波消解

將13個產地酸棗仁樣品經超純水洗滌，淋干水分后放入烘箱中，50℃干燥3 h后取出，用瑪瑙研缽研磨粉碎后過60目篩。精密稱取酸棗仁細粉0.5 g于干凈的聚四氟乙烯微波消解內罐中，加入5.0 mL硝酸和2.0 mL H2O2，搖勻，放入微波消解儀中，按微波程序進行消解（如表1）。消解完成后，消解液轉移到試管中并于140℃水浴趕酸，最后將消解液轉移至25 mL容量瓶中，定容、搖勻，即得供試品溶液。

表1 微波消解條件Table 1 Procedure of microwave digestion

3 結果與討論

3.1 回收率試驗

精密移取內丘酸棗仁細粉0.2 g，共3組9份，同時按表2分別加入適量標準溶液，依“2.2項下”所述進行消解和“2.1項下”方法測定各微量元素的含量，并計算回收率和相對標準偏差（relative standard deviation，RSD），結果見表2。

表2 回收率和精密度試驗Table 2 Recovery of standard addition and precision

采用ICP－MS法測定的8種微量元素的平均加標回收率在 91.85%～99.67%之間，RSD 值在 0.29%～2.58%，表明此方法具有良好的準確度，能達到檢測要求。

3.2 樣品微量元素測定

按“2.1項下”設定的儀器操作條件，測定不同產地酸棗仁中各元素的含量，測定結果見表3。

表3 不同產地酸棗仁中微量元素的測定結果Table 3 Determination of trace elements in Zizyphi spinosae semen from different growing areas μg/g

酸棗在生長發育過程中通過從土壤中吸收和富集各種微量元素，這些元素不僅有利于自身的生長，而且使其果實酸棗仁具有防病治病作用的物質基礎。由表3所示，在不同產地酸棗仁中所含營養元素Mg、Mn、Fe、Zn 分布均較豐富，順序為Mg＞Fe＞Zn＞Mn。

有害重金屬元素殘留及超標問題已經嚴重影響我國中藥材的質量安全，還影響到其飲品、中成藥及其制劑的質量與用藥安全[9]。在《中國藥典》2015版規定了重金屬的限量指標，如 Cu≤20.0 μg/g（Cu 雖為人體必需元素，但過量也有害），Cd≤0.3 μg/g，Pb≤5.0 μg/g，Hg≤0.02 μg/g。由表3可知，在所有產地的酸棗仁中，均未檢出Hg；而Cu、Cd、Pb的含量在不同產地間存在顯著差異，其中Cu的含量在不同產地間含量變幅較大，在 9.57 μg/g～14.98 μg/g 之間，均符合限量指標；Cd和Pb的含量僅在少數地區存在，如興隆、懷安、陳貨和進口，但均符合限量指標。

3.3 主成分分析

主成分分析法（principal components analysis，PCA）是多元統計分析中用來分析數據的一種方法，是用一種較少數量的特征對樣本進行描述，以達到降低特征空間維數的方法[16－17]。主成分分析的主要步驟包括原始數據的提取和處理、計算相關系數矩陣、特征值和主成分累積貢獻率、主成分載荷等，SPSS軟件可以方便、快速地得出相關數據。

3.3.1 主成分個數的確定

對 5 種營養元素 Mg、Mn、Fe、Zn、Cu 應用 SPSS 20.0軟件進行標準化處理（表4），進行主成分分析，得到因子分析初始解（表5）和碎石圖1。

根據主成分分析的最優方案要求，即選取主成分應方差大于1的成分作為試驗因素，故選前兩個因子，其方差分別是2.22、1.39，兩者在總方差貢獻率和為72.14%，且3個因子在碎石圖中陡峭斜率大。

表4 酸棗仁原始變量標準化Table 4 Zizyphi spinosae semen primitive variable standard

表5 因子分析初始解對原有變量總體描述Table 5 Factor analysis initial solution for a general description of the original variables

圖1 主成分分析碎石圖Fig.1 Screen plot of principal component analysis

3.3.2 主成分得分的計算

主成分的特征向量表示主成分與對應變量的相關系數，不同含量元素在主成分計算中起到的作用不同。主成分的特征向量系數見表6。

根據表6數值得各個主成分表達式：Z1=0.08X1+0.05X2+0.52X3-0.28X4-0.45X5；Z2=0.26X1+0.56X2+0.37X3-0.31X4-0.04X5。

3.3.3 主成分得分的計算

將表4中標準化后變量代入主成分表達方程中，即得13個不同產地酸棗仁各個主成分得分值，結果見表7。

表6 主成分的特征向量系數Table 6 Principal components feature vector

表7 主成分得分分值、綜合得分分值及排序Table 7 Principal components scores and sort results of the samples

各產地酸棗仁的綜合主成分值顯示，進口產酸棗仁質量最好，阜平、內丘、邢白酸棗仁（陳貨）、陜西、石家莊產酸棗仁藥材綜合質量評價分數也顯示較好。

4 結論

本試驗采用ICP-MS法測定了河北（內丘、邯鄲、石家莊、行唐、懷安、興隆、阜平、陳貨）、河南、山東、陜西、遼寧和進口貨13個不同產地酸棗仁中微量元素，并引入主成分分析法對試驗數據進行系統分析，結果表明：13個不同產地酸棗仁均含有豐富的Mg、Mn、Fe、Zn微量元素，Cu、Cd、Hg、Pb重金屬元素含量也均在限量范圍內；主成分分析結果表明進口酸棗仁質量最佳，阜平、內丘、邢臺棗仁（陳貨）、陜西、石家莊等產地的酸棗仁質量尚可。酸棗仁中微量元素的不同含量與各地種植區土壤中富集各種微量元素有關，本文為酸棗仁的合理開發利用提供一定科學依據。

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