開建榮，王彩艷，趙丹青，李彩虹，王曉靜*

1(寧夏農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所，寧夏 銀川,750002) 2(寧夏農(nóng)林科學(xué)院，寧夏 銀川,750002)

寧夏全區(qū)枸杞種植面積由2013年的85萬畝增加到了2018年100萬畝，年產(chǎn)量達(dá)18萬t，產(chǎn)值150億，種植面積和產(chǎn)量占到全國的40%左右，但主要種植紅枸杞。紅枸杞果實(shí)呈紅橘黃色，因?yàn)樗纳匾灾苄缘念惡}卜素為主，紅枸杞果實(shí)的功能性成分[1]及其增強(qiáng)免疫力，抗衰老、抗腫瘤、抗疲勞、調(diào)節(jié)血脂、降血糖、降血壓等[2-6]多重功效已有諸多報(bào)道。除了紅枸杞之外，還有黑枸杞和黃枸杞，均為茄科，枸杞屬。黑枸杞分布于中國陜西北部、寧夏、甘肅、青海、新疆和西藏等地，果實(shí)成熟后呈紫黑色，因?yàn)槠渖刂饕獮樗苄缘幕ㄉ?，黑枸杞富含蛋白質(zhì)、氨基酸、枸杞多糖、維生素、微量元素、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，還有天然原花青素，被譽(yù)為“軟黃金”[7-8]。黃枸杞屬于寧夏枸杞的一個(gè)變種，主要分布于寧夏，被稱為“黃金枸杞”，種植面積較小。目前，對枸杞中無機(jī)元素的研究主要集中在微量元素[9-11]和重金屬[12-13]上，對枸杞中其他礦質(zhì)元素的研究較少。關(guān)于黑枸杞的研究主要集中在微量元素[9,11]等無機(jī)成分和色素[14]、花青素等有機(jī)成分[15-19]上。黃枸杞的研究鮮有報(bào)道。隨著人們對健康需求的增加，我國農(nóng)產(chǎn)品功能性營養(yǎng)成分的檢測分析也越來越多地被人們所關(guān)注，到底哪種枸杞的營養(yǎng)價(jià)值更高、對人體更有益，具有更高的藥用價(jià)值，有待于進(jìn)一步研究。本試驗(yàn)采集同一基地的紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞為研究對象，檢測分析三者中無機(jī)元素含量的差異性，以期為中藥材功能篩選提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

ELAN DRC-e 型 ICP- MS 儀，美國 Perkin Elmer公司；Mars6 Xpress 微波消解儀，內(nèi)置雙光路溫度控制系統(tǒng)和全罐異常壓力監(jiān)控系統(tǒng)，美國CEM公司；Milli Plus 2150 超純水處理器 ，美國 MILLIPORE公司；梅特勒-托利多電子天平(AL104)。

本項(xiàng)目選擇4組混合標(biāo)準(zhǔn)溶液及Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液。包括Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Ce、Co、Cr、Cs、Cu、Dy、Eu、Gd、Ge、Hg、Ho、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、La、Nb、Nd、Ni、Pb、Pr、Rb、Sb、Sc、Se、Sm、Sn、Sr、Tb、Ti、Th、Tl、Tm、U、V、Y、Yb、Fe、Zn、P、Ca，共計(jì)49種元素?；旌蠘?biāo)準(zhǔn)溶液,美國 Perkin Elmer公司；Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L)，中國計(jì)量科學(xué)研究院；HNO3為優(yōu)級純，德國Merck公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理

紅果枸杞(樣本數(shù)n=10)、黑果枸杞(樣本數(shù)n=7)和黃果枸杞(樣本數(shù)n=3)樣品均采自寧夏中寧地區(qū)的同一基地，鮮品曬干，置于50 ℃烘箱中烘干，然后進(jìn)行充分研磨，過100目篩后備用。

稱取0.5 g (精確到0.000 1 g) 枸杞樣品，采用微波消解法消解樣品，具體操作步驟如下：置于微波消解管中，加入HNO310 mL，常溫靜置3 h后，放入微波消解儀中進(jìn)行樣品消煮，選擇溫度控制，5 min爬升至120 ℃，保持10 min；5 min爬升至150 ℃，保持20 min；5 min爬升至190 ℃，保持30 min，消解完畢后冷卻，輕輕擰開蓋子，將微波消解管置于趕酸儀上，120 ℃趕酸2 h，然后冷卻至室溫，用超純水洗至50 mL刻度試管中，并用超純水定容，搖勻；同時(shí)做試劑空白。

1.2.2 元素含量的測定

采用電感耦合等離子體-質(zhì)譜法(inductively coupled plasma-mass spectrometry, ICP-MS)測定枸杞中元素含量。具體工作條件為：發(fā)生器功率1 300 W；霧化器流量0.95 L/min；等離子炬冷卻氣流量17.0 L/min；輔助器流量1.20 L/min；檢測器模擬階電壓-2 350 V；離子透鏡電壓6.00 V。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)初步整理，采用SPSS 25.0進(jìn)行單因素方差分析及主成分分析。結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞樣品中49種元素含量的測定

如表1可知，枸杞中含有多種無機(jī)元素，除了黑枸杞中Mo元素未檢出外，紅枸杞、黃枸杞和黑枸杞中49種元素均有檢出，且含量差別較大，如Mg的含量在1 055～1 911 mg/kg范圍內(nèi)，K和P的含量同Mg均在同一數(shù)量級；Fe和Zn的含量在同一數(shù)量級；B、Ba、Cu、Rb、Sr、Li、Mn、Ti含量在同一數(shù)量級；As、Cd、Cs、Eu、Gd、Ge、Hg、Lu、Sb、Pr、Sm、Tb、Tm的含量數(shù)量級類似。與前人報(bào)道的黑果枸杞[20]結(jié)果相比，本試驗(yàn)中Cu(4.4 mg/kg)、Zn(13.6 mg/kg)、Fe(75.8 mg/kg)含量低于報(bào)道黑枸杞Cu(10 mg/kg)、Zn(17 m/kg)、Fe(128 mg/kg)含量，Mn的含量(13.0 mg/kg)稍高于報(bào)道中黑枸杞Mn含量(11 mg/kg)，Ca(1 957 mg/kg)、Mg(1 911 mg/kg)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于報(bào)道中黑枸杞中Ca(136 mg/kg)、Mg(205 mg/kg)含量，因文獻(xiàn)報(bào)道中枸杞為新疆枸杞，可能是地域差異造成枸杞中元素含量差異；紅枸杞中Cu、Pb含量低于趙麗莉等[21]的測定結(jié)果，而K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cr 的含量較高。

表1 樣品測定結(jié)果 單位：mg/kg

注：同一行中不同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著；“-”為未檢出

從表1可以看出，紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞49種元素中，Al、B、Ba、Bi、Cd、Co、Cu、Dy、Hg、Ho、Lu、Mn、Ni、Rb、Se、Sm、Tb、Tl、Tm、U、Y、Yb、Zn 22種元素含量不存在顯著差異(P>0.05)；Mo元素在黑果枸杞中未檢出，其含量在紅枸杞和黃枸杞中差異不顯著(P>0.05)，說明紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞對這些元素的吸收能力不存在顯著差異；As、Eu、Li、Sb、Sc、Ti、Th、Fe、P、Ca 10種元素的含量在紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞存在顯著差異(P<0.05)，在這10種元素中，As、Eu、Li的含量依次是黑枸杞>黃枸杞>紅枸杞，Sb、Sc、Ti、Fe的含量依次是黃枸杞>黑枸杞>紅枸杞，Th的含量為黃枸杞>紅枸杞>黑枸杞，P的含量為黑枸杞>紅枸杞>黃枸杞；黑枸杞和黃枸杞中Be、Ce、Cs、Nd、Pr、V、La含量顯著高于紅枸杞，但其Gd含量低于紅枸杞，黃枸杞中的Ge、Nb、Sn含量高于紅枸杞和黑枸杞，黑枸杞中的Mg、Pb、Sr高于紅枸杞和黃枸杞。本試驗(yàn)測定的紅枸杞中Fe含量低于黑枸杞，這與葉琦等[22]的研究結(jié)果相同；且本試驗(yàn)黑枸杞中Ge、Sb、Tl的含量分別為紅枸杞的1.5倍、1.5倍和2倍，這與何艷等[23]的研究結(jié)果有所不同，但在整體上，黑果枸杞和黃果枸杞中大部分元素含量均高于紅果枸杞。

Al、As、Hg、Pb、Cd、Cr、Ni、Sn、Mo、V、Tl、Sb、Ba 13種元素均為有害元素，《食品安全地方標(biāo)準(zhǔn) 枸杞》(DBS 64/001—2017)中僅對Pb、Cd做出了限量要求，限量值分別為1.0和0.3 mg/kg，上述樣品中Pb、Cd的含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限量值；同時(shí)也低于《食品國家安全標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中小粒水果的限量值(Pb、Cd的限量值分別為0.2和0.05 mg/kg)；根據(jù)2015年版《中國藥典》[24]和《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》[25]對中藥材中的 5 種重金屬元素的限量值(ω(As)≤2 mg/kg，ω(Hg)≤0.2 mg/kg，ω(Pb)≤5 mg/kg，ω(Cd)≤0.3 mg/kg，ω(Cu)≤20 mg/kg)，在我國，中藥材除以上5種重金屬元素外，其余重金屬元素限量均未制定國家標(biāo)準(zhǔn)[26]，枸杞中5種重金屬元素含量也低于限量標(biāo)準(zhǔn)。因此，該基地的枸杞質(zhì)量安全，可放心食用。

2.2 49種元素的主成分分析

主成分分析是一種將原來有很多變量的數(shù)據(jù)縮減成較少維度，用少量因素反應(yīng)原始數(shù)據(jù)提供的大部分信息[27-28]。對紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞中49種元素進(jìn)行主成分分析(表2、表3)，以特征值大于1作為選擇主成分的依據(jù)，結(jié)果表明，可篩選出8個(gè)主成分。第一主成分特征值為23.158，代表了49種元素的47.260%信息，以此類推，前8個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為94.323%，用這8個(gè)主成分可以較好的替代上述49種元素的全部信息，因此，構(gòu)成枸杞元素組分特征的物質(zhì)由49個(gè)降到了8個(gè)不相關(guān)的主成分，成功達(dá)到了評價(jià)不同產(chǎn)地?zé)o機(jī)元素含量指標(biāo)降維的目的。

表2 49種元素主成分分析Table 2 Princple component analysis of mineral element content

表3是經(jīng)方差最大正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣，用于鑒別有實(shí)際意義的因子。從表3中可以看到，第1主成分主要綜合了枸杞樣品中Eu、Nd、Pr、Gd、Ge、V、Tb、Be、Sm、Lu和Ca元素的含量信息；第2主綜合了Sn、Nb元素的含量信息；第3主成分綜合了Lu、Tm和Yb元素的含量信息；第4主成分主要表示Pb的含量信息；第5主成分綜合了Zn的含量信息；第6主成分主要表示Mn的含量信息；第7主成分主要表示Bi的含量信息；第8主成分主要表示P的含量信息。因?yàn)榭偡讲?4%以上的貢獻(xiàn)來自于前8個(gè)主成分，所以，根據(jù)各無機(jī)元素在前8個(gè)主要主成分上的載荷，可以認(rèn)為Eu、Nd、Pr、Gd、Ge、V、Tb、Be、Sm、La、Ca、Sn、Nb、Lu、Tm、Yb、Pb、Zn、Mn、Bi和P是區(qū)分紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞的特征元素。

表3 主成分載荷矩陣Table 3 Component matrix

利用第1主成分和第2主成分的標(biāo)準(zhǔn)化得分作散點(diǎn)圖(圖1)，結(jié)果表明，通過第1和第2主成分可區(qū)分紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞樣品。黃枸杞第1主成分、第2主成分得分均為正值，黑枸杞第1主成分得分為正值，第2主成分為負(fù)值，紅枸杞的第1主成分和第2主成分得分均為負(fù)值?？梢?，主成分分析可以把樣品中多元素的信息通過綜合的方式更直觀地表現(xiàn)出來。

圖1 第1和第2主成分得分散點(diǎn)圖Fig.1 Scatter plot PC1 and PC2

2.3 紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞中元素指紋圖譜的建立

參考文獻(xiàn)[29-30]的方法，篩選出紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞中共有的48種元素，為了繪圖方便，將一些含量懸殊的元素同時(shí)擴(kuò)大或縮小相同倍數(shù)使其含量在同一數(shù)量級(Al、Fe、Ca縮小100倍，K、Mg、P縮小1 000倍，Ni、V擴(kuò)大10倍，As、Be、Bi、Cd、Ce、Co、Dy、Nd、Nb、Pr、Sn、Th、Tl、U、Y、Yb、La擴(kuò)大100倍，Cs、Eu、Gd、Ge、Hg、Ho、Lu、Sb、Sc、Sm、Tb、Tm擴(kuò)大1 000倍)得到各元素的相對含量，以元素為橫坐標(biāo)，以元素含量的對數(shù)值為縱坐標(biāo)，繪制指紋圖譜，見圖2。

圖2 紅果枸杞、黑果枸杞和黃果枸杞元素含量分布曲線Fig.2 Distribution curves of inorganic in red L. barbarum,black L. barbarum and yellow L. barbarum

結(jié)果顯示，黑枸杞和黃枸杞的峰形基本保持一致，紅枸杞曲線走勢差異較大，如As、Be、Gd、Li、Sc、V等元素，體現(xiàn)出紅枸杞和黑枸杞、黃枸杞在元素含量上存在顯著性差異。紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞的無機(jī)元素特征圖譜見圖3，枸杞中常量元素以K、Fe、Mg、Al、P、Ca等較為豐富，微量元素以Zn、Cu、Mn、Sn、Ti、Ni等較為豐富；同時(shí)，從圖2可以明顯地看出不同品種枸杞對元素的吸收富集能力，研究結(jié)果可以為后期中藥材功能篩選、產(chǎn)地溯源等方面提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 紅果枸杞、黑果枸杞和黃果枸杞元素特征譜圖Fig.3 Characteristic spectrum of elements in red L.barbarum,black L. barbarum and yellow L. barbarum

3 結(jié)論

紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞中元素含量有其各自的特征，其對元素的吸收能力有明顯差異，As、Eu、Li、Sb、Sc、Ti、Th、Fe、P、Ca十種元素在紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞中有顯著差異；紅枸杞對Gd具有較強(qiáng)的吸收作用；黑枸杞對As、K、Mg、Pb、Sr、Eu和Li具有較強(qiáng)的吸收作用；而黃枸杞對Ge、Nb、Sn、Sc、Sb、Ti、Fe具有較強(qiáng)的吸收作用；通過主成分分析可篩選出Eu、Nd、Pr、Gd、Ge、V、Tb、Be、Sm、La、Ca、Sn、Nb、Lu、Tm、Yb、Pb、Zn、Mn、Bi和P作為區(qū)分紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞的特征元素。建立了紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞的無機(jī)元素特征譜。

該試驗(yàn)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法探討了紅枸杞、黑枸杞和黃枸杞中無機(jī)元素含量差異，為后期中藥材功能篩選等方面提供數(shù)據(jù)支撐，也可為醫(yī)藥用枸杞中礦物資源提供了參考。