不同產地黑果枸杞中主要礦質元素含量比較及主成分分析

王亞盟，郭家平，劉 潔，于 斐，田詠梅，吳擁軍，劉利娥

（鄭州大學公共衛生學院，河南鄭州 450001）

黑果枸杞（Lycium ruthenicumMurray），又名黑枸杞，為茄科枸杞屬多棘刺灌木植物，耐旱性極強，主要生長于荒山、河床等生長環境較差的地區，如我國寧夏、青海、新疆、內蒙古、甘肅和西藏等地[1]。黑果枸杞具有一定的醫療保健功能，其味甘、性平、清心熱，民間常生食或榨汁做飲料，也用作滋補強壯、明目及降壓藥，并被收載于《四部醫典》、《晶珠本草》等藏醫藥經典著作中[2]，一些藏醫還將黑果枸杞用于治療月經異常、痛風、心臟病和更年期[3]。黑果枸杞作為枸杞的品種之一，已有多項研究證實了其富含人體所需要的礦物質、脂肪酸、蛋白質和氨基酸、多糖等營養素[4?6]，具有抗氧化、抗炎[7]、降血脂[8]、降血糖、抗衰老[9]、抗疲勞[10]、維持腸道健康[11]等生理作用。近幾年來對于黑果枸杞的研究層出不窮，并且其相關產品越來越受到消費者的青睞。

礦質元素是人體內某些酶、活性蛋白、維生素和激素不可缺少的組成成分，對機體的新陳代謝和生長發育有著極其重要的生物學作用[12]。黑果枸杞作為一種藥食同源的物質，其生理功能與其礦質元素的含量有著密切的關系，而土壤中的礦質元素能直接影響到黑果枸杞中的礦質元素含量，從而影響黑果枸杞的品質[13]。目前，有關黑果枸杞的研究多集中在開發利用[14]、栽培技術[15]，或關于蛋白質、氨基酸、多糖[16?17]以及黃酮化合物[18]、花青素[19]等植物化學物的相關研究，針對礦質元素的分析相對較少，或測定的元素種類較少[20]，或分析的樣品多來自同一地區或同一省份[17]，關于多個地區間礦質元素含量比較的研究很少。為了更加全面地評價黑果枸杞的品質優劣，本研究檢測了來自寧夏、新疆、青海、內蒙古、甘肅和西藏的22個不同產地的黑果枸杞樣品中K、Ca、P、Na、Mg、Fe、Co、Zn、Mn、Cu、Cr、Ni、Pb元素的含量，旨在比較這22個產地礦質元素的含量差異，然后將其平均含量與文獻中紅枸杞的相應元素含量進行比較，并采用主成分分析將不同產地的黑果枸杞進行綜合排名。這對于研究不同產地黑果枸杞的藥理和保健功效以及開發相關功能性產品具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

銅、鋅、鐵、錳、鈣、鎂、鉀、鈉、鈷、鎳、鉻、鉛、磷元素的標準溶液 1000 mg/L，壇墨質檢科技股份有限公司；濃硝酸 分析純，德國默克公司；22份黑果枸杞樣品 分別購于22個地區（寧夏回族自治區中衛、石嘴山；新疆維吾爾自治區阿克蘇、庫爾勒、阿勒泰、喀什、吐魯番、哈密；青海省德令哈、諾木洪、格爾木；內蒙古自治區烏拉特前旗、額濟納旗、察哈爾；甘肅省酒泉、敦煌、武威、白銀；西藏自治區拉薩、山南、林芝、日喀則），并分別進行如下編號：S1、S2、S3、……、S22。

BT125D電子分析天平 賽多利斯科學儀器有限公司；XMTD-8222電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏有限公司；JYL-C50T粉碎機 九陽股份有限公司；CEM Mars 6微波消解儀 美國培安公司；XPRESS TFM 55 mL聚四氟乙烯消解罐 美國培安公司；EHD-24趕酸儀 東方科創生物技術有限公司；ZA-3000偏振塞曼原子吸收分光光度計 日本日立公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 黑果枸杞的處理 將黑果枸杞去蒂后取可食用部分，放置于50 ℃恒溫干燥箱內烘干，取出后用粉碎機打成粉末狀并過20目篩，裝入塑料袋，貼標簽，儲存于干燥器內。精確稱取0.2500 g黑果枸杞粉末置于微波反應罐中，加入10.0 mL濃硝酸，搖勻，使樣品浸于濃硝酸中，加蓋，室溫浸泡，過夜。將反應罐放進微波消解儀中消解，微波消解條件見表1。

表1 微波消解參數Table 1 Microwave digestion parameters

微波消解程序結束后，取出反應罐，消化液呈無色或淡黃色，肉眼觀察無明顯沉淀表示消化完成。然后，在通風櫥內，將反應罐置于趕酸儀中，在150 ℃條件下加熱，除余酸。剩余1～2 mL時加入3 mL超純水，繼續加熱；此過程重復進行3～4次，趕酸基本完成。最后，用超純水洗滌反應罐3次，洗液轉移到25 mL容量瓶中，混勻，定容。同時做平行操作及空白。

1.2.2 分析條件 食品中元素測定參照國家標準分析方法進行，用火焰原子吸收分光光度法測定樣品中銅（GB 5009.13-2017）、鋅（GB 5009.14-2017）、鐵（GB 5009.90-2016）、錳（GB 5009.242-2017）、鎂（GB 5009.241-2017）、鈣（GB 5009.92-2016）、鈉（GB 5009.91-2017）、鉀（GB 5009.91-2017）的含量，石墨爐原子吸收分光光度法測定樣品中鉻（GB 5009.123-2014）、鉛（GB 5009.12-2017）、鈷（GB/T 13884-2018）、鎳（GB 5009.138-2017）的含量，用磷鉬藍分光光度法（GB 5009.87-2016）測定磷的含量。

1.3 數據處理

對樣品進行處理時，每個樣品做三份平行；每個測試液上機測定時，平行測定三次，取平均值，測定結果以平均值±標準差（±sSD）表示。采用SPSS 26.0軟件進行數據處理和統計分析，采用t檢驗進行黑果枸杞與紅果枸杞的均值比較，差異顯著性水平為P<0.05。

2 結果與討論

2.1 黑果枸杞中主要礦質元素含量分析結果

將原子吸收分光光度計調節到各元素最佳的檢測條件，測定每份樣品中各礦質元素的含量，結果見表2和表3。

由表2和表3可知，黑果枸杞含有豐富的對人體有益的礦質元素。2015年版《中國藥典》Ⅰ部[23]中規定枸杞子的重金屬含量標準為：Pb≤5 mg/kg、Cu≤20 mg/kg、Cd≤0.3 mg/kg、As≤2 mg/kg、Hg≤0.2 mg/kg，本實驗中測定了以往研究顯示出較易超標的鉛、銅含量，結果表明，所有產地的黑果枸杞樣品的鉛、銅含量均遠遠小于此限定值，符合藥用的基本安全標準。有研究認為[24]，當Zn/Cu>10和Zn/Fe>1時通常會發生拮抗作用，而樣品的Zn/Cu和Zn/Fe分別為1.1872～3.5772和0.0326～0.4743，比值合理，不會發生拮抗作用，有利于機體的吸收；且所有樣品的K/Na為5.4259～57.7249，屬于典型的“高鉀低鈉”食品，故適量食用黑果枸杞對于預防和治療高血壓和腦卒中有一定的益處[25]。

不同產地的黑果枸杞礦質元素含量有差別，其中產自S4的黑果枸杞樣品中鐵、鈷、錳、鎳、鈣元素的含量最高，分別為517.7631、22.3371、417.7469、2.9087 μg/g 、8.5122 mg/g；產自S12的黑果枸杞樣品中銅的含量最高，為16.8765 μg/g；產自S3的黑果枸杞樣品中鋅的含量最高，為40.9729 μg/g；產自S8的黑果枸杞樣品中鉻、鎂的含量最高，鐵含量排名第二，分別為10.5630 μg/g、2.4640 mg/g、476.3550 μg/g；產自S9的黑果枸杞樣品中磷的含量最高，為4.6208 mg/g；產自S1的黑果枸杞樣品中鈉的含量最高，為4.4369 mg/g；產自S5的黑果枸杞樣品中鉀的含量最高，為29.7180 mg/g。鐵、鈷、錳、鎳、鈣、鋅、鉻、鎂、鉀含量最高的黑果枸杞樣品均來自新疆地區，說明該地區的環境可能有利于黑果枸杞礦質元素的聚集，此地屬于溫帶大陸性氣候，四季分明、氣候干燥、日照長、晝夜溫差極大。不同產地黑果枸杞中同一礦質元素含量波動較大，說明產地的環境條件、黑果枸杞的品種及栽培技術等因素會影響黑果枸杞的礦質元素含量[26]。

2.2 黑果枸杞與類似食物的礦質元素含量比較

對所有地區的黑果枸杞樣品中每種元素的含量求平均值，并與文獻中來自青海都蘭諾木洪和寧夏固原、中衛、中寧和銀川的紅果枸杞中相應元素的平均含量進行比較。由表2～表3可知，共有十種元素（Ca、Mg、K、P、Cu、Zn、Fe、Mn、Co、Cr）差異具有顯著性（P<0.05），且都是黑果枸杞的含量（分別為4.454、1.989、24.850、3.104 mg/g，10.91、22.43、188.03、12.84、115.90、3.27 μg/g）遠高于紅果枸杞（平均含量分別為0.766、0.800、9.562、1.892 mg/g，8.77、13.35、59.66、5.67、0.09、0.55 μg/g）。這些元素均在體內參與十分重要的生理功能，如Mn是超氧化物歧化酶的重要組成部分，可以有效去除體內自由基，Cr能加速膽固醇的分解代謝和排泄，降低血清膽固醇水平，對于血糖代謝也至關重要，而黑果枸杞中Mn和Cr含量分別是紅果枸杞的2.26倍和5.95倍，故食用黑果枸杞以達到延緩衰老、抗氧化、降血脂、降血糖的效果可能要比食用紅果枸杞好[27?28]。由此可以推斷，黑果枸杞的藥用和保健功能可能遠遠高于普通紅果枸杞。

表2 黑果枸杞中8種微量元素的含量（μg/g）Table 2 The contents of eight kinds of trace elements in Lycium ruthenicum Murray(μg/g)

表3 黑果枸杞中5種常量元素的含量（mg/g）Table 3 Contents of five kinds of macroelements in Lycium ruthenicum Murray (mg/g)

有研究表明[29]，黑豆中Fe和Ca的含量非常高，分別為109 μg/g和3.37 mg/g，顯示了黑色食品的特色優勢，而黑果枸杞中Fe和Ca含量分別是黑豆的1.73倍和1.32倍，這表明食用黑果枸杞比食用黑豆以達到預防缺鐵性貧血和骨質疏松的效果可能更好[30?31]。黑果枸杞中Fe、Cu的平均含量明顯超過常見的黑色食物—藍莓中相應元素的含量（P<0.05）[32]，分別為藍莓的18.8倍和16倍，可有效改善缺鐵性貧血和動脈粥樣硬化等[33]。黑果枸杞中Cr的平均含量為3.274 μg/g，顯著超過桑葚中Cr的含量（0.26 μg/g）（P<0.05）[34]，是桑葚的12.59倍，動物缺鉻會表現出膽固醇或血糖升高，故黑果枸杞有助于預防高血壓、糖尿病、高血脂等疾病[35]。由此可見，相對于其他水果，黑果枸杞的礦質元素含量非常高，具有十分廣泛的益處，是原生態的滋補佳品。

2.3 黑果枸杞中礦質元素含量的主成分分析

由于鉛是一種具有神經毒性的重金屬元素，在人體內無任何生理功用，理想的血鉛濃度為零[36]。用SPSS 26.0對來自22個產地的黑果枸杞中除鉛之外的12種礦質元素含量進行主成分分析，通過提取主成分（KMO=0.598，P<0.001，且元素兩兩之間有較大的相關系數），進一步分析不同產地黑果枸杞中礦質元素的含量差異。

由表4可知，特征值大于1的主成分有4個，且累計方差達到78.831%，由表5可知，Mn、Fe、Co、Ca、Cr和Mg在第一主成分上有較高載荷，說明第一主成分主要反映了這些元素的信息；P、Na和K在第二主成分上有較高載荷；Cu和Ni在第三主成分上有較高載荷；Zn在第四主成分上有較高載荷。故提取這四個主成分可以基本反映本實驗測量的所有礦質元素的信息，因此決定用這四個新變量來代替原來的12個變量。將得到的特征向量標準化后可得出如下四個主成分表達式：

表4 總方差解釋Table 4 Explanation of total variance

表5 主成分載荷矩陣Table 5 Principal component loading matrix

其中，F1～F4為4個主成分，ZX1～ZX12為12種礦質元素含量經標準化后的數據。然后以每個主成分所對應的特征值λn（n=1,2,3,4）占所提取主成分總的特征值之和λ的比例作為權重，即，計算總得分F，并按其大小進行排序，即可對各地區的黑果枸杞進行綜合比較（表6）。由表6可知，綜合得分排名由高到低依次為：新疆庫爾勒、新疆阿克蘇、新疆哈密、甘肅武威、新疆阿勒泰、甘肅白銀、甘肅敦煌、寧夏石嘴山、寧夏中衛、青海格爾木、青海都蘭諾木洪、新疆吐魯番、新疆喀什、內蒙古烏拉特前旗、青海德令哈、內蒙古額濟納旗、內蒙古察哈爾、甘肅酒泉、西藏山南、西藏拉薩、西藏林芝、西藏日喀則，說明來自新疆的黑果枸杞樣品礦質元素品質較佳，而來自西藏的黑果枸杞樣品礦質元素品質較差。

表6 不同產地黑果枸杞礦質元素含量主成分綜合得分和排序Table 6 The comprehensive scores of the principal component analysis and rankings of the mineral element content of Lycium ruthenicum Murray from different habitats

2.4 黑果枸杞中礦質元素含量的聚類分析

采用SPSS 26.0對來自22個不同產地的黑果枸杞中13種礦質元素含量進行系統聚類分析。由圖1可知，22份黑果枸杞可以分為六大類，其中第一大類包括10份樣品，分別為S16、S17、S13、S7、S11、S3、S5、S10、S2、S6；第二類包括4份樣品，分別為S12、S15、S9、S1；第三大類包括5份樣品，分別是S14、S22、S18、S21、S19；S20、S4、S8單獨成為第四大類、第五大類和第六大類。對比主成分分析的綜合評價排名可知，第一大類的排名基本為中上等，第二大類的排名基本為下等，第三大類的排名基本為中下等，第四大類的排名基本為中等，第五、六大類的排名為上等。由此表明，聚類分析結果與主成分分析結果基本一致。

圖1 不同產地黑果枸杞的聚類分析圖Fig.1 Cluster analysis diagram of Lycium ruthenicum Murray from different habitats

3 結論

本研究對來自寧夏、新疆、青海、內蒙古、甘肅和西藏的22個不同產地的黑果枸杞樣品進行了礦質元素含量測定及分析。結果顯示，黑果枸杞中含有多種對人體有益的礦質元素，如Ca、Mg、K、P、Zn、Fe、Mn、Co、Cr，且平均含量普遍高于紅果枸杞；而重金屬Cu和Pb的含量也符合《中國藥典Ⅰ部》衛生標準，因此黑果枸杞可以作為礦質元素的良好食源；主成分分析結果顯示，新疆庫爾勒、新疆阿克蘇、新疆哈密、甘肅武威、新疆阿勒泰的綜合得分位居前五，甘肅酒泉、西藏山南、西藏拉薩、西藏林芝、西藏日喀則的綜合得分排名為末五位，說明來自新疆的黑果枸杞樣品礦質元素品質較好，而來自西藏的黑果枸杞樣品礦質元素品質較差。本試驗所得數據可為不同地區黑果枸杞的進一步開發利用提供理論參考。