降血脂海產(chǎn)品礦質(zhì)元素測定及相關(guān)性分析

吳雅清,許瑞安

1(華僑大學(xué) 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(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(chǎn)品含有豐富的蛋白質(zhì)和人體必須的礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分,經(jīng)常食用可預(yù)防心腦血管疾病[1]。海產(chǎn)品所含的長鏈不飽和脂肪酸、多糖可以調(diào)節(jié)血脂水平,改善代謝綜合征,但其含有的礦質(zhì)元素與血脂水平的關(guān)系較少被關(guān)注。礦質(zhì)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(guān),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(guān)[3]。因此本文擬探究有降脂作用的海產(chǎn)品中的礦質(zhì)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(guān)性。

以8種常食用的有降血脂功效的海產(chǎn)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(guān)的礦質(zhì)元素(鈣、鎂、錳、鐵、銅、鋅、釩、鉻、硒)[3],用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)[12]測定這8種海產(chǎn)品中9種礦質(zhì)元素含量,并用主成分分析和聚類分析[13]對這些礦質(zhì)元素與海產(chǎn)品降脂效果的相關(guān)性進(jìn)行討論,以期為這些海產(chǎn)品的研究與開發(fā)應(yīng)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(zhì)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(jī),德國Millipore公司；DHG-9143BS-III恒溫干燥箱,上海新苗。

多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液(10 μg/mL,內(nèi)含鈣、鎂、錳、鐵、銅、鋅、釩、鉻、硒等元素)、調(diào)諧液(10 μg/L,內(nèi)含鈰、鈷、鋰、鎂、鉈、釔元素)、內(nèi)標(biāo)貯備液(10 μg/mL,內(nèi)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(shí)驗(yàn)用水為電阻率≥18.2 MΩ·cm的超純水。

8種海產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),中國計量院國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理

參考GB 5009.268—2016進(jìn)行[14]。將8種海產(chǎn)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(zhǔn)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?jǐn)?shù)30%H2O2溶液,按微波消解程序(8 min內(nèi)將功率上升到500 W,500 W持續(xù)5 min；再在8 min內(nèi)將功率上升到1 000 W,1 000 W持續(xù)25 min；冷卻到70 ℃)進(jìn)行消解。消解完畢于130 ℃趕酸2 h至1 mL左右,將消解液轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),同時做空白試驗(yàn)。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液和內(nèi)標(biāo)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)溶液：取適量多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液(10 μg/mL),用2% HNO3溶液逐級稀釋成系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(鎂和鈣質(zhì)量濃度依次為0.01、0.1、0.5、1、2、5、10 μg/mL,其他元素質(zhì)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(nèi)標(biāo)溶液：取適量內(nèi)標(biāo)貯備液(10 μg/mL),用2% HNO3溶液配制成質(zhì)量濃度為0.5 μg/mL的內(nèi)標(biāo)工作溶液。

1.2.3 操作步驟

用調(diào)諧液對儀器質(zhì)量軸、分辨率、靈敏度、氧化物、雙電荷進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)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(bǔ)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(zhuǎn)速0.1 r/s；采樣錐、截取錐均為鎳錐。按照儀器標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行分析測試及數(shù)據(jù)處理,再采用SPSS 26.0軟件對各礦質(zhì)元素的含量進(jìn)行主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法學(xué)考察

2.1.1 線性關(guān)系和檢出限

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下,采集空白及系列標(biāo)準(zhǔn)溶液,儀器自動繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,給出相關(guān)系數(shù)R。對試劑空白連續(xù)測定11次,以測量值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍對應(yīng)的質(zhì)量濃度作為方法的檢出限。結(jié)果如表1所示,各元素在各自濃度范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系,相關(guān)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(guān)系數(shù)和檢出限Table 1 The linear equation,correlation coefficient and limits of detection

2.1.2 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)

為驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性,選擇國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)扇貝(GBW10024)按上述方法平行測定6份,結(jié)果如表2所示,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中各元素的測定值均在參考值范圍內(nèi),相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation,RSD)均<3%,表明該方法準(zhǔn)確性和精密度均良好。

表2 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)扇貝的測定結(jié)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(chǎn)品的礦質(zhì)元素測量結(jié)果見表3和圖1。不同海產(chǎn)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(zhì)元素總含量排序?yàn)樾窍x>滸苔>海帶>紫菜>貽貝>海參>牡蠣>鮑魚。將測量結(jié)果與已有文獻(xiàn)進(jìn)行對比,紫菜和海帶的測量結(jié)果與文獻(xiàn)[15]一致；滸苔與文獻(xiàn)[16]一致；海參與文獻(xiàn)[17]一致；鮑魚與文獻(xiàn)[18]一致；牡蠣與文獻(xiàn)[19]一致,貽貝與文獻(xiàn)[20]一致,星蟲與文獻(xiàn)[21]略有不同。礦質(zhì)元素的含量差異可能與海產(chǎn)品的品種、產(chǎn)地、測試的元素不同有關(guān)。

表3 海產(chǎn)品礦質(zhì)元素測定結(jié)果(n=6) 單位：mg/kg

圖1 降脂海產(chǎn)品礦質(zhì)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(chǎn)品的礦質(zhì)元素數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,再進(jìn)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(jìn)行評價。先計算其相關(guān)系數(shù)矩陣,發(fā)現(xiàn)75%的相關(guān)系數(shù)>0.3,所有的變量都至少和一個不同變量線性相關(guān),表明這些變量適合主成分分析。再計算相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值和方差貢獻(xiàn)率,結(jié)果見表4,前4個主成分貢獻(xiàn)率分別為41.799%、22.047%、16.322%、12.163%,累積貢獻(xiàn)率達(dá)92.330%,這4個主成分可以反映原始變量92.330%的信息。此結(jié)果與文獻(xiàn)[2]相符。

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

主成分載荷系數(shù)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(guān)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(chǎn)品礦質(zhì)元素之間的相關(guān)關(guān)系矩陣、載荷矩陣及各種礦質(zhì)元素的得分。

表5 主成分載荷系數(shù)矩陣Table 5 Principal component loading coefficient matrix

根據(jù)載荷矩陣得出各因子的得分,再根據(jù)各因子的得分情況進(jìn)行排名,找出影響各因子的主要元素,并以各因子的貢獻(xiàn)率為權(quán)重進(jìn)行線性加權(quán)求和,得出各種海產(chǎn)品的綜合得分,從而對其質(zhì)量優(yōu)劣進(jìn)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(jié)果如表6所示。8種海產(chǎn)品降血脂效果排名順序?yàn)樾窍x、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(jù)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(guān)；第2主成分因子主要與銅和鋅有較高的相關(guān)性,與鈣呈負(fù)相關(guān)；第3主成分主要與鋅/銅比值密切相關(guān),還與鈣相關(guān)；第4主成分與鎂和硒相關(guān)。主成分分析表明釩、鐵、鉻和錳是海產(chǎn)品降血脂的特征礦質(zhì)元素。文獻(xiàn)報道,鐵具有促進(jìn)脂肪消化、脂類轉(zhuǎn)運(yùn)、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等多種生物學(xué)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(jié)果與文獻(xiàn)[3]相符。

2.4 聚類分析

將8種降脂海產(chǎn)品的礦質(zhì)元素原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并采用離差平方和方法進(jìn)行聚類,得到的聚類譜系圖如圖2所示。8種降血脂海產(chǎn)品可分為兩大類,其中,滸苔和星蟲聚為一類,其余海產(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他海產(chǎn)品。在另一大類中,牡蠣和貽貝相似度較高,這2種海產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)了海產(chǎn)品中礦質(zhì)元素的協(xié)同作用。聚類分析結(jié)果和主成分分析結(jié)果基本一致。可見降脂海產(chǎn)品的元素譜系可為其藥理研究提供依據(jù)。

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

3 結(jié)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(chǎn)品進(jìn)行礦質(zhì)元素測定,并對測定結(jié)果進(jìn)行主成分分析和聚類分析,結(jié)果顯示各類海產(chǎn)品之間的礦質(zhì)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(guān)系,但其含量和分布與海產(chǎn)品的品種密切相關(guān),單純地以某一元素的含量來比較海產(chǎn)品的功效相似性不能從整體上體現(xiàn)出中醫(yī)用藥規(guī)律。海產(chǎn)品中礦質(zhì)元素含量和種類受其品種及生長環(huán)境等因素影響,運(yùn)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(zhì)元素之間的內(nèi)在規(guī)律并找出其相似性和差異性,這為海產(chǎn)品的食用和藥膳組方的研究及開發(fā)利用提供了一定科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。由于本文采用的品種數(shù)量有限,還有待擴(kuò)大研究范圍以進(jìn)一步挖掘其規(guī)律性。