降血脂海產品礦質元素測定及相關性分析

吳雅清,許瑞安

1(華僑大學 分析測試中心,福建 廈門,361021) 2(分子藥物教育部工程研究中心/福建省分子醫學重點實驗室,福建 廈門,361021)

血脂異常是動脈粥樣硬化乃至心腦血管疾病的危險因素之一,膳食是影響血脂水平的重要因素。海產品含有豐富的蛋白質和人體必須的礦物質等營養成分,經常食用可預防心腦血管疾病[1]。海產品所含的長鏈不飽和脂肪酸、多糖可以調節血脂水平,改善代謝綜合征,但其含有的礦質元素與血脂水平的關系較少被關注。礦質元素(包括鉀、鈣、鈉、鎂等常量元素和錳、鐵、銅、鋅等微量元素)與人體健康密切相關,其缺乏、不足或過量都會引起不同程度的生理異常或疾病[2]。研究報道,鈣、鎂、錳、鐵、銅、鋅、釩、鉻、硒以及鋅/銅比值與高血脂及動脈粥樣硬化密切相關[3]。因此本文擬探究有降脂作用的海產品中的礦質元素(鈣、鎂、錳、鐵、銅、鋅、釩、鉻、硒以及鋅/銅比值)與其降血脂功效的相關性。

以8種常食用的有降血脂功效的海產品(紫菜[4]、海帶[5]、滸苔[6]、海參[7]、鮑魚[8]、牡蠣[9]、貽貝[10]、星蟲[11])為研究對象,選擇與降血脂活性有關的礦質元素(鈣、鎂、錳、鐵、銅、鋅、釩、鉻、硒)[3],用電感耦合等離子體質譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)[12]測定這8種海產品中9種礦質元素含量,并用主成分分析和聚類分析[13]對這些礦質元素與海產品降脂效果的相關性進行討論,以期為這些海產品的研究與開發應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

7800電感耦合等離子體質譜儀,美國Agilent公司；Multiwave PRO微波消解儀,奧地利Anton-Paar公司；BHW-09A16趕酸儀,上海博通公司；SQP電子天平,德國Sartorius公司；IQ 7000超純水機,德國Millipore公司；DHG-9143BS-III恒溫干燥箱,上海新苗。

多元素標準貯備液(10 μg/mL,內含鈣、鎂、錳、鐵、銅、鋅、釩、鉻、硒等元素)、調諧液(10 μg/L,內含鈰、鈷、鋰、鎂、鉈、釔元素)、內標貯備液(10 μg/mL,內含鉍、鍺、銦、鋰、鈧、鋱、釔元素),美國Agilent公司；HNO3,色譜純,德國Merck公司；實驗用水為電阻率≥18.2 MΩ·cm的超純水。

8種海產品(紫菜、海帶、滸苔、海參、鮑魚、牡蠣、貽貝、星蟲),福建省廈門市海鮮市場;GBW10024扇貝成分分析標準物質,中國計量院國家標準物質研究中心。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理

參考GB 5009.268—2016進行[14]。將8種海產品編號1～8,以去離子水清洗干凈后取可食用部分烘干并研成粉末。準確稱取0.5 g(精確到0.000 1 g)樣品粉末,加6 mL濃硝酸和2 mL體積分數30%H2O2溶液,按微波消解程序(8 min內將功率上升到500 W,500 W持續5 min；再在8 min內將功率上升到1 000 W,1 000 W持續25 min；冷卻到70 ℃)進行消解。消解完畢于130 ℃趕酸2 h至1 mL左右,將消解液轉移至干凈的50 mL離心管中,以少量超純水洗滌消解罐與蓋子,合并洗滌液,定容至50 mL后稱量液體為50 g,混勻備用,分析前過濾并稀釋到不同濃度。同法處理國家標準物質,同時做空白試驗。

1.2.2 標準溶液和內標溶液的配制

標準溶液：取適量多元素標準貯備液(10 μg/mL),用2% HNO3溶液逐級稀釋成系列標準工作溶液(鎂和鈣質量濃度依次為0.01、0.1、0.5、1、2、5、10 μg/mL,其他元素質量濃度為0.1、1、5、10、20、50、100 μg/L),以2%HNO3溶液作為空白對照。

內標溶液：取適量內標貯備液(10 μg/mL),用2% HNO3溶液配制成質量濃度為0.5 μg/mL的內標工作溶液。

1.2.3 操作步驟

用調諧液對儀器質量軸、分辨率、靈敏度、氧化物、雙電荷進行優化，優化后的條件：射頻功率1 550 W；等離子體流量15 L/min，載氣流量1.0 L/min，輔助氣流量1.0 L/min，補償氣流量1.0 L/min；采樣深度8 mm；霧化室溫度2.0 ℃；蠕動泵轉速0.1 r/s；采樣錐、截取錐均為鎳錐。按照儀器標準操作步驟進行分析測試及數據處理,再采用SPSS 26.0軟件對各礦質元素的含量進行主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 方法學考察

2.1.1 線性關系和檢出限

在優化實驗條件下,采集空白及系列標準溶液,儀器自動繪制標準曲線,給出相關系數R。對試劑空白連續測定11次,以測量值標準偏差的3倍對應的質量濃度作為方法的檢出限。結果如表1所示,各元素在各自濃度范圍內呈良好的線性關系,相關性良好(R≥0.999 4),檢出限0.008～4.798 μg/kg,靈敏度較高。

表1 線性方程、相關系數和檢出限Table 1 The linear equation,correlation coefficient and limits of detection

2.1.2 精密度和準確度試驗

為驗證方法的準確性,選擇國家標準物質扇貝(GBW10024)按上述方法平行測定6份,結果如表2所示,標準物質中各元素的測定值均在參考值范圍內,相對標準偏差(relative standard deviation,RSD)均<3%,表明該方法準確性和精密度均良好。

表2 國家標準物質扇貝的測定結果(n=6)Table 2 Analytical results of national standard substance(n=6)

2.2 樣品測定

所選8種海產品的礦質元素測量結果見表3和圖1。不同海產品中各元素含量不同,含量差異反映自身遺傳的生物特征。如：滸苔的鎂元素含量最高(>1%),海帶的硒含量最低(0.10 mg/kg),相差約106倍。鎂、鈣、釩、鉻、錳、鐵、銅、鋅、硒等9種礦質元素總含量排序為星蟲>滸苔>海帶>紫菜>貽貝>海參>牡蠣>鮑魚。將測量結果與已有文獻進行對比,紫菜和海帶的測量結果與文獻[15]一致；滸苔與文獻[16]一致；海參與文獻[17]一致；鮑魚與文獻[18]一致；牡蠣與文獻[19]一致,貽貝與文獻[20]一致,星蟲與文獻[21]略有不同。礦質元素的含量差異可能與海產品的品種、產地、測試的元素不同有關。

表3 海產品礦質元素測定結果(n=6) 單位：mg/kg

圖1 降脂海產品礦質元素含量Fig.1 Content of mineral element in hypolipidemic seafood

2.3 主成分分析

對8種降血脂海產品的礦質元素數據進行標準化處理,再進行主成分分析和聚類分析,以對各樣品的相似性和差異性進行評價。先計算其相關系數矩陣,發現75%的相關系數>0.3,所有的變量都至少和一個不同變量線性相關,表明這些變量適合主成分分析。再計算相關系數矩陣的特征值和方差貢獻率,結果見表4,前4個主成分貢獻率分別為41.799%、22.047%、16.322%、12.163%,累積貢獻率達92.330%,這4個主成分可以反映原始變量92.330%的信息。此結果與文獻[2]相符。

表4 主成分分析特征值和方差貢獻率Table 4 Principal component analysis eigenvalue and variance contribution rate

主成分載荷系數矩陣如表5所示。載荷矩陣反映了各個初始變量與主成分的相關程度,也反映了變量的重要程度及作用。利用SPSS 26.0軟件計算8種海產品礦質元素之間的相關關系矩陣、載荷矩陣及各種礦質元素的得分。

表5 主成分載荷系數矩陣Table 5 Principal component loading coefficient matrix

根據載荷矩陣得出各因子的得分,再根據各因子的得分情況進行排名,找出影響各因子的主要元素,并以各因子的貢獻率為權重進行線性加權求和,得出各種海產品的綜合得分,從而對其質量優劣進行綜合評價。綜合得分公式為：F=F1×0.417 99+F2×0.220 47+F3×0.163 22+F4×0.121 63,結果如表6所示。8種海產品降血脂效果排名順序為星蟲、牡蠣、滸苔、貽貝、海帶、鮑魚、紫菜、海參。

表6 主成分得分和排名Table 6 Principal component score and ranking

根據主成分載荷矩陣可以得出：第1主成分因子主要與釩、鐵、鉻和錳密切相關；第2主成分因子主要與銅和鋅有較高的相關性,與鈣呈負相關；第3主成分主要與鋅/銅比值密切相關,還與鈣相關；第4主成分與鎂和硒相關。主成分分析表明釩、鐵、鉻和錳是海產品降血脂的特征礦質元素。文獻報道,鐵具有促進脂肪消化、脂類轉運、調節脂質代謝等多種生物學功能；錳是超氧化物歧化酶的主要成分,是葡萄糖和脂肪代謝的諸多酶的激活劑；鉻有助于增加膽固醇的分解和排泄、減少血清膽固醇的含量；釩有減少血漿和主動脈膽固醇水平的作用,能抑制膽固醇在肝臟中的合成[3]。主成分分析結果與文獻[3]相符。

2.4 聚類分析

將8種降脂海產品的礦質元素原始數據進行標準化處理并采用離差平方和方法進行聚類,得到的聚類譜系圖如圖2所示。8種降血脂海產品可分為兩大類,其中,滸苔和星蟲聚為一類,其余海產品聚合為一大類。滸苔和星蟲的釩、鐵和鉻含量高,這是它們相似性高的一面；但是它們的錳和硒含量差異較大,滸苔的鎂含量遠遠高于其他海產品。在另一大類中,牡蠣和貽貝相似度較高,這2種海產品在鈣、鐵、鋅、硒含量和鋅銅比值差異明顯,但鎂、釩、銅含量接近。紫菜和海參相似性較高。盡管這2組海產品在元素含量上有明顯差異,但元素之間的比例相似,這也體現了海產品中礦質元素的協同作用。聚類分析結果和主成分分析結果基本一致。可見降脂海產品的元素譜系可為其藥理研究提供依據。

圖2 降脂海產品聚類譜系圖Fig.2 Clustering genealogy of hypolipidemic seafood

3 結論與討論

本文利用ICP-MS對常食用的具有降血脂作用的8種海產品進行礦質元素測定,并對測定結果進行主成分分析和聚類分析,結果顯示各類海產品之間的礦質元素含量存在差異,雖鈣、鎂、錳、鐵、銅、鋅、釩、鉻、硒都和血脂存在密切的關系,但其含量和分布與海產品的品種密切相關,單純地以某一元素的含量來比較海產品的功效相似性不能從整體上體現出中醫用藥規律。海產品中礦質元素含量和種類受其品種及生長環境等因素影響,運用主成分分析和聚類分析可以從整體信息方面挖掘降血脂礦質元素之間的內在規律并找出其相似性和差異性,這為海產品的食用和藥膳組方的研究及開發利用提供了一定科學依據和指導。由于本文采用的品種數量有限,還有待擴大研究范圍以進一步挖掘其規律性。