邢 博,張 霽,李杰慶,王元忠,*,劉鴻高,*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院,云南昆明 650201;2.云南省農(nóng)業(yè)科學院藥用植物研究所,云南昆明 650200;3.云南省省級中藥原料質(zhì)量監(jiān)測技術服務中心,云南昆明 650200)

云南野生與栽培茯苓中礦質(zhì)元素含量研究

邢 博1,2,張 霽2,3,李杰慶1,王元忠2,3,*,劉鴻高1,*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院,云南昆明 650201;2.云南省農(nóng)業(yè)科學院藥用植物研究所,云南昆明 650200;3.云南省省級中藥原料質(zhì)量監(jiān)測技術服務中心,云南昆明 650200)

建立微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定云南15個產(chǎn)地野生與栽培茯苓菌核中Fe、Mn、Cu、Zn、Co、Li、V、Ba、Cr、As、Cd、Pb等12種礦質(zhì)元素,探討茯苓中礦質(zhì)元素的含量分布特征。采用SPSS 21.0進行主成分分析和相關性分析。結(jié)果顯示,線性回歸方程相關系數(shù)r均大于0.9990,檢出限范圍在0.009～1.035 μg/L之間,參考物菠菜(GBW10015)和灌木枝葉(GBW07603)測定值在國家參考標準值范圍內(nèi),表明該方法準確、可靠。所測樣品中含有豐富的礦質(zhì)元素,栽培種Fe、Mn、Co、V、Cr等元素含量高于野生;野生和栽培菌核中Fe元素含量范圍分別為31.86～108.3、49.71～805.62 mg/kg,Mn元素含量分別為5.59～35.6、12.9～67.7 mg/kg;Cu、Zn和Ba元素平均含量在1～10 mg/kg之間;Co、Li、V、As、Cd、Pb、Cr等均小于1 mg/kg,其中As(<0.16 mg/kg)、Cd(<0.03 mg/kg)、Pb(<0.35 mg/kg)等有毒重金屬均低于食品安全國家標準、世界衛(wèi)生組織(WHO)和《中國藥典》(2015版)最高限量。第一主成分解釋原始數(shù)據(jù)變量的49.060%,Mn、Fe、V、Li、As、Cr等元素載荷值較大,茯苓中特征元素為Mn、Fe、V、Li、As、Cr。相關性分析顯示14對礦質(zhì)元素呈現(xiàn)顯著相關(p<0.05)或極顯著相關(p<0.01)。元素在茯苓生長過程中存在內(nèi)在的相關關系,不同產(chǎn)地樣品中元素含量差異顯著,可能與降水、溫度、生長的土壤環(huán)境和生長方式有關。

茯苓,電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS),礦質(zhì)元素,主成分分析,相關性分析

食(藥)用菌含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、礦質(zhì)元素、膳食纖維素等營養(yǎng)物質(zhì),及多糖類、核苷類、生物堿類、呋喃衍生物類等功效成分,其豐富的營養(yǎng)物質(zhì),獨特的風味,特殊的食藥用價值,深受各國消費者的喜愛[1-3]。

表1 茯苓樣品信息

Fe、Mn、Cu、Zn等元素是人體內(nèi)某些活性蛋白、酶、激素等的重要組成成分,是維持生理活動不可缺少的物質(zhì),對機體代謝有著極其重要的作用,在人體內(nèi)無法合成,需從食物中獲取[4-6]。食(藥)用菌在生物地球化學循環(huán)和元素循環(huán)中起著重要作用,能夠吸收、積累、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移多種礦質(zhì)元素[7]。子實體內(nèi)富集的大量和微量元素可作為調(diào)節(jié)血液和組織滲透壓平衡的多種輔酶因子[8-10],具有維持人體的正常生理機能、促進生長發(fā)育及抵抗疾病等多種功能[11]。研究發(fā)現(xiàn)大型真菌具有較強的元素富集能力[12-14],且對重金屬元素富集能力高于蔬菜和水果[15]。

茯苓(Wolfiporiaextensa)為多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核,多依附在松科植物赤松或馬尾松的根部生長[16]。作為食品和藥品在亞洲許多國家都有廣泛的應用[17-20]。據(jù)第3次全國中藥資源普查統(tǒng)計,茯苓的配伍率達70%以上。在中國,茯苓點心、云片白雪糕、八珍茯苓糕、長壽掛面等產(chǎn)品在市場上隨處可見,深受人們的喜愛。該物種主要分布在云南、湖北、安徽、湖南等省,在云南被稱為“云苓”,是我國道地產(chǎn)區(qū)之一[21-23]。目前主要研究關于營養(yǎng)成分及藥用價值,其礦質(zhì)元素的測定分析相對較少,主要集中在放射性及重金屬元素方面。

本文采用微波消解結(jié)合電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測定云南野生與栽培茯苓菌核中Fe、Mn、Cu、Zn、Co、Li、V、Ba、Cr、As、Cd、Pb等12種礦質(zhì)元素的含量,利用SPSS進行主成分分析和相關性分析,有毒重金屬元素與食品安全國家標準、世界衛(wèi)生組織(WHO)和國家藥典(2015版)最高限量進行比較,對云南省茯苓中礦質(zhì)元素含量整體評價,從元素角度探討食用安全性,為消費者提供健康保障。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茯苓樣品于2014年采自云南省15個地區(qū)(詳細信息見表1)。由云南農(nóng)業(yè)大學劉鴻高教授鑒定為多孔菌科茯苓屬真菌茯苓Wolfiporiaextensa(Peck)Ginns,保存于云南農(nóng)業(yè)大學菌物研究所樣品室;每個地區(qū)采集樣品數(shù)量≥5;器皿均用10% HNO3溶液浸泡過夜,超純水清洗,烘干備用。

微波消解儀Mars6 美國CEM公司;ICP-MSNexION300 美國安捷倫公司;AR1140型萬分之一分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;100目標準篩盤 浙江上虞市道墟五四儀器廠;超純水(電阻率>18.25 MΩ·cm);65%濃硝酸(優(yōu)級純)和30%過氧化氫(分析純) 西隴化工股份有限公司;礦質(zhì)元素標準溶液 濟南眾標科技有限公司;參考物菠菜(GBW10015)和灌木枝葉(GBW07603) 地球物理地球化學勘察研究所。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品消解 新鮮茯苓樣品用不銹鋼刀和毛刷清理干凈,分為白色的茯苓菌核和茯苓皮。所有樣品在室溫條件下陰半干或全干,置于烘箱中于50 ℃烘干后粉碎,過100目篩備用。精密稱取樣品0.2000 g于消解管中,加入6 mL硝酸和3 mL雙氧水,放入微波消解儀中,對儀器的工作參數(shù)進行優(yōu)化,按表2的參數(shù)至消解完全,冷卻后轉(zhuǎn)移至比色管中,用超純水定容至25 mL,放置澄清后即可得樣品待測液,采用相同方法制備空白對照和標準物質(zhì)消解液。

表4 菠菜葉(GBW10015)和灌木枝葉(GBW07603)12種元素的測定結(jié)果(n=5)

表2 微波消解條件

1.2.2 建立標準曲線 取Fe、Mn、Cu和Zn等元素的標準儲備液,加體積分數(shù)5%的HNO3溶液配制成0、0.5、1、2、5、10、20 μg/mL的混合標準液,用于測定Fe、Mn、Cu和Zn元素的標準曲線。取Co、Li、V、Ba、Cr、As、Cd和Pb元素標準儲備液,加體積分數(shù)5%的HNO3溶液,配制成0、0.01、0.02、0.05、0.1、0.5、1 μg/mL的混合標準液。標準曲線方程如表3所。

1.2.3 元素含量測定 對儀器的工作參數(shù)進行優(yōu)化,得到ICP-MS最佳的儀器工作條件,射頻功率1300 W,等離子體氣流量15 L/min,載氣流量1.6 mL/min,采樣深度6.5 mm,進樣速率0.1 mL/min。其中等離子氣、輔助氣、霧化氣均為高純氬。按照選定的儀器工作條件,取樣液直接測定各元素含量,各試樣重復測定3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)應用Microsoft Excel 2007對數(shù)據(jù)進行初步處理,計算不同產(chǎn)地茯苓中礦質(zhì)元素的平均含量,并用SPSS 21.0系統(tǒng)進行主成分分析和相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法驗證

根據(jù)茯苓中不同元素的含量,選擇合適的濃度范圍繪制元素標準曲線方程(表3)。12種元素的線性回歸方程相關系數(shù)r均大于0.9990。對空白樣品測量所得的標準偏差的3倍計算各元素的檢出限,檢出限在0.009～1.035 μg/L范圍內(nèi),計算測定方法的相對標準偏差(RSD),結(jié)果表明RSD值均小于8%。采用國家標準菠菜參考(GBW10015)和灌木枝葉(GBW07603)對ICP-MS法進行驗證。由表4可知,礦質(zhì)元素的測定值都在國家標準參考值范圍內(nèi)。表明該方法準確、可靠,適用于茯苓中礦質(zhì)元素的測定。

表3 元素線性回歸方程、相關系數(shù)、檢出限和RSD

2.2 茯苓中12種礦質(zhì)元素含量分析

茯苓菌核中Fe、Mn、Cu、Zn、Co、Li、V、Ba、Cr、As、Cd、Pb等12種元素含量的均值見表5。結(jié)果表明,所測元素含量因采集地不同差異明顯,含有豐富的Fe、Mn、Cu、Zn等礦質(zhì)元素。

表5 栽培與野生茯苓中礦質(zhì)元素含量(mg/kg)

注:ND表示未檢測到。Fe是菌核中含量最豐富的元素;Mn元素次之;Cu、Zn和Ba的平均含量在1～10 mg/kg之間;Co、Li、V、As、Cd、Pb、Cr的平均含量均小于1 mg/kg。栽培與野生中元素含量差異顯著,可能與降水、溫度等氣候條件的差異性有關,與其所生長的土壤環(huán)境、地質(zhì)地貌及人為等因素有關。

2.2.1 Fe、Mn含量 栽培和野生樣品中Fe含量分別為31.86～108.3,49.71～805.62 mg/kg,Mn元素平均含量為5.59～35.6、12.9～67.7 mg/kg,栽培茯苓Fe、Mn元素的含量略高于野生樣品。Li[24]測定云南絨柄牛肝菌中Fe元素含量均值為121 mg/kg,Liu[25]研究云南10種野生食用菌中Fe、Mn元素的含量為1.4～70、22～510 mg/kg,Liu等[26]測定食用菌Fe、Mn元素含量為1.54～110.5、2.00～826.5 mg/kg,Fe、Mn含量與文獻報道的食用菌相近。

表6 GB 2762-2012、WHO和中國藥典標準(mg/kg)

2.3 茯苓中12種礦質(zhì)元素主成分分析

對15個地區(qū)的茯苓樣品12種礦質(zhì)元素含量測定值標準化后進行主成分分析(表7),載荷圖見圖1。由表7可知,本文選取的4個主成分的累積貢獻率為91.406%,即保留了原始指標91.406%的信息,具有代表性。第一主成分的特征值為5.887,解釋原始數(shù)據(jù)變量的49.060%,Mn、Fe、V、Li、As、Cr等在指標上的載荷比較大,說明Mn、Fe、V、Li、As、Cr等元素對第一主成分有較高的貢獻率。第二主成分的特征值為2.199,累計貢獻率為67.389%,Co、Cd、Pb在指標上的載荷比較大,表明Co、Cd、Pb在第二主成分有較高的相關性。第三、第四主成分的特征值為1.604、1.165,累計貢獻率分別為80.75%、91.406%,由表7可以看出,第三和第四主成分反映了Cu、Zn、Ba等元素的信息。因總方差49.060%的貢獻率來自第一個主成分因子,故認為茯苓中特征元素為Mn、Fe、V、Li、As和Cr。

表8 茯苓中12種元素的相關性分析

注:*表示p<0.05顯著相關,**表示p<0.01極顯著相關。

表7 茯苓礦質(zhì)元素主成分分析結(jié)果

圖1 茯苓中元素主成分分析載荷圖Fig.1 The loading plot of the first three principal components of W. extensa

2.4 茯苓中12種礦質(zhì)元素相關性分析

實驗測定茯苓中12種礦質(zhì)元素含量進行相關性分析,如表8所示,14對礦質(zhì)元素呈現(xiàn)顯著相關(p<0.05)或極顯著相關(p<0.01)。Fe與V、Li、Cr、As;V與Li、Cr、As;Co與Cd、Pb,呈極顯著相關,系數(shù)最高為0.997。Cu與Zn、Cr與As、Cd與Pb等呈極顯著相關,系數(shù)范圍在0.651～0.968。Mn與Li、As與Cd呈顯著相關,相關系數(shù)為0.520、0.596。元素間相關性較強,表明此類元素在茯苓生長過程中存在內(nèi)在的相關關系。

3 結(jié)論

本實驗采用ICP-MS法,對云南省15個地區(qū)野生與栽培茯苓野中12種礦質(zhì)元素含量進行測定,不同產(chǎn)地茯苓樣品中元素含量差異明顯,可能與降水、溫度等氣候條件的差異性有關,與其所生長的土壤環(huán)境、地質(zhì)及地貌等因素有關。栽培茯苓中Fe、Mn、Co、V、Cr等元素含量高于野生茯苓,Cu、Zn元素在兩者中含量接近。Fe是菌核中含量最豐富的元素;Mn元素次之;Cu、Zn和Ba的平均含量在1～10 mg/kg之間;Co、Li、V、As、Cd、Pb、Cr的平均含量均小于1 mg/kg。茯苓菌核含有豐富的Fe、Mn等礦質(zhì)元素對人體免疫功能的維護、新陳代謝等生命活動有重要作用,可作為人體日常礦質(zhì)元素的來源。含有的As、Cd、Pb等有毒重金屬低于國家標準、WHO、中國藥典規(guī)定的最高限量。

對茯苓中12種元素的主成分分析結(jié)果顯示,本文選取的4個主成分的累積貢獻率為91.406%,總方差49.060%的貢獻率來自第一主成分因子,故可認為茯苓中特征元素為Mn、Fe、V、Li、As和Cr。相關性分析顯示14對礦質(zhì)元素呈現(xiàn)顯著相關(p<0.05)或極顯著相關(p<0.01),元素間相關性較強。相關性分析結(jié)果與主成分分析結(jié)果一致,表明此類元素在茯苓生長過程中存在內(nèi)在的相關關系,可能與茯苓的生長方式有關。

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Determination of mineral elements of wild and cultivatedWolfiporiaextensacollected from Yunnan

XING Bo1,2,ZHANG Ji2,3,LI Jie-qing1,WANG Yuan-zhong2,3,*,LIU Hong-gao1,*

(1.College of Agronomy and Biotechnology,Yunnan Agricultural University,Kunming 650201,China; 2.Institute of Medicinal Plants,Yunnan Academy of Agricultural Sciences,Kunming 650200,China; 3.Yunnan Technical Center for Quality of Chinese Materia Medica,Kunming 650200,China)

In order to study the distribution characteristics of mineral elements inWolfiporiaextensafrom Yunnan Province,12 elements of Fe,Mn,Cu,Zn,Co,Li,V,Ba,Cr,As,Cd and Pb in wild and cultivatedW.extensafrom 15 origins were determined using inductively coupled plasma mass spectrometer(ICP-MS)method. The quantitative results were analyzed by principle component analysis(PCA)and correlation analysis using SPSS 21.0 software. The results showed that the correlation coefficients(r)of linear regression equations were all higher than 0.999 and the detection limits were in range of 0.009～1.035 μg/L. Besides,the measured values of national standard reference of spinach(GBW 10015)and shrub leaves(GBW 07603)were within the standard range,demonstrating that this method could be used for the determination of mineral elements ofW.extensaaccurately and reliably. The results showed that the test samples were rich in mineral elements and the content of Fe,Mn,Co,V and Cr in cultivatedW.extensawere higher than that of the wild ones. In addition,the contents of Fe in wild and cultivated sclerotia were 31.86～108.3 and 49.71～805.62 mg/kg,and the contents of Mn were 5.59～35.6 and 12.9～67.7 mg/kg,respectively. The average amounts of Cu,Zn and Ba were 1～10 mg/kg. The average amounts of Co,Li,V,As,Cd,Pb and Cr were all less than 1.0 mg/kg and the contents of other toxic heavy metals,such as As(<0.16 mg/kg),Cd(<0.03 mg/kg),Pb(<0.35 mg/kg),were all lower than the maximum limit of the national food safety standard,World Health Organization(WHO)and Chinese Pharmacopoeia(2015 edition). The results of PCA showed that the first principal component factor can represent 49.060% total variance contribution. The loading values of Mn,Fe,V,Li,As and Cr were higher than that of other elements,which can be regard as the characteristic elements. Correlation analysis displayed that 14 pairs of mineral elements showed significant(p<0.05)or high significant correlation(p<0.01)and these elements have intrinsical relationships in the growth process inW.extensa.

Wolfiporiaextensa;ICP-MS;mineral elements;principle component analysis;correlation analysis

2016-06-17

邢博(1990-)，男，碩士研究生，主要從事真菌資源方面的研究，E-mail:912380549@qq.com。

*通訊作者:王元忠(1981-)，男，博士研究生，副研究員，主要從事藥用真菌資源方面的研究，E-mail:boletus@126.com。劉鴻高(1974-)，男，博士研究生，教授，主要從事野生食用菌資源方面的研究，E-mail:honggaoliu@126.com。

國家自然科學基金地區(qū)科學基金項目(31460538；31260496)。

TS201.2

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000