谷思?jí)簦松傧?，鄭曉冬，劉雪梅，譚夢(mèng)男，閆新煥

中華全國(guó)供銷合作總社濟(jì)南果品研究所（濟(jì)南 250220）

西洋參（Panax quinquefoliusL.），別名花旗參，系五加科（Araliaceae）人參屬植物，入藥部分為其干燥根部，是名貴的中藥材和優(yōu)質(zhì)的養(yǎng)生保健品[1]。威海產(chǎn)區(qū)的西洋參枝型粗短、皺紋細(xì)密、香氣濃郁，與美國(guó)花旗參相似[2]，品質(zhì)達(dá)到《中華人民共和國(guó)藥典》（2020年）要求[3-4]。西洋參除人身皂苷外，也含有多糖，氨基酸等多種化學(xué)成分[1]。它在我國(guó)已有300多年的應(yīng)用歷史，傳統(tǒng)中醫(yī)理論認(rèn)為其具有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、清熱生津的功效，藥理研究表明，西洋參具有與人參相似的免疫調(diào)節(jié)[5]、抗抑郁[6]、抗腫瘤[7]、抗炎[8]、抗氧化[9]、抗癌、降血壓、降血脂[10]、抗疲勞等活性[11-12]。其原產(chǎn)于北美洲加拿大的蒙特利爾、魁北克和美國(guó)東部，我國(guó)于1975年引種西洋參成功，山東省威海地區(qū)已發(fā)展成為我國(guó)西洋參生產(chǎn)集中度最高的產(chǎn)區(qū)，占到全國(guó)的45%以上[12-14]。

文獻(xiàn)報(bào)道，受不同產(chǎn)地、種植、加工方式和采收年限等多因素影響，藥材的質(zhì)量檢測(cè)及評(píng)價(jià)引起廣泛關(guān)注。市場(chǎng)調(diào)查表明，西洋參藥材的摻偽摻劣等以次充好現(xiàn)象層出不窮，為臨床安全用藥帶來(lái)一定隱患[15]，進(jìn)口西洋參更容易造假，國(guó)產(chǎn)西洋參代替進(jìn)口西洋參更加適應(yīng)市場(chǎng)需求。威海產(chǎn)區(qū)的西洋參枝型粗短、皺紋細(xì)密、香氣濃郁，與美國(guó)花旗參相似[2]，品質(zhì)達(dá)到《中華人民共和國(guó)藥典》（2020年）要求[3-4]。礦物元素是國(guó)際營(yíng)養(yǎng)學(xué)認(rèn)定的六大營(yíng)養(yǎng)素之一，西洋參中礦物元素的含量對(duì)其價(jià)值有一定程度的影響[16]，礦物元素含量在產(chǎn)地識(shí)別方面也有重要作用，已普遍運(yùn)用于大豆[17]、柑橘[18]、枸杞[19]、松茸[20]等的產(chǎn)地判別。試驗(yàn)選取4個(gè)威海產(chǎn)西洋參和4個(gè)其他地區(qū)產(chǎn)西洋參，使用微波消解ICP-MS法[21]檢測(cè)8個(gè)西洋參樣品中K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn共8種礦物元素的含量，結(jié)合相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析對(duì)威海和其他地區(qū)產(chǎn)西洋參中礦物元素進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，探討其相似性和差異性，為威海西洋參產(chǎn)地識(shí)別提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

西洋參樣品采購(gòu)自網(wǎng)絡(luò)，均為干樣。1號(hào)樣品源自威海侯家江山泊村孫同泉，2號(hào)樣品源自威海乳山寨鎮(zhèn)刁家村湯暉，3號(hào)樣品源自威海許家產(chǎn)村夏明誨，4號(hào)樣品源自威海榮成下河村溫水振，5號(hào)樣品源自美國(guó)威斯康辛州，6號(hào)樣品源加拿大5年參齡，7號(hào)樣品源吉林撫松，8號(hào)樣品源自陜西漢中留壩。

1.2 儀器與試劑

破壁料理機(jī)（KS-1053，廣州市祈和電器有限公司）；微波消解儀（WX-8000，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司）；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀[iCAP，賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司]；超純水系統(tǒng)（Milli-Q，德國(guó)默克公司）。

硝酸（高效液相色譜純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；鈉（Na）GSB04-1738-2004、鉀（K）GSB 04-1733-2004、鎂（Mg）GSB04-1735-2004、錳（Mn）GSB 04-1736-2004、鈣（Ca）GSB 04-1720-2004、鐵（Fe）GSB04-1726-2004、鋅（Zn）GSB04-1761-2004、銅（Cu）GSB04-1725-2004，標(biāo)準(zhǔn)溶液均由國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

用純水將1 000 μg/mL Zn、Cu、Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成100 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，逐級(jí)稀釋配制成0，0.1，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00，10.0，20.0和50.0 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液，備用。

用純水將1 000 μg/mL Na、K、Mg、Ca、Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成100 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，逐級(jí)稀釋配制成0，0.1，0.20，0.50，1.00，2.00，5.00，10.0，20.0和50.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)使用液，備用。

上述系列溶液均現(xiàn)用現(xiàn)配，以響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，元素濃度為橫坐標(biāo)，分別繪制各元素的工作曲線。

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法參照GB 5009.268—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》，略有修改。1.4.1 微波消解條件

取可食部分勻漿均勻，稱取1 g樣品，于微波消解內(nèi)罐中，加入5 mL硝酸，搖勻，放入微波消解儀中，按微波消解程序進(jìn)行消解（見表1）。消解完成后，消解罐轉(zhuǎn)移到電熱板上趕酸，趕酸至近干，加水溶解并轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，定容，搖勻。

表1 微波消解程序

1.4.2 儀器工作參數(shù)

ICP-MS法儀器工作參數(shù)：功率1 550 W，冷卻氣流量14.0 L/min，霧化氣流量1.0 L/min，輔助氣流量0.8 L/min，樣品提升量4.0 L/min，采樣深度7.8 mm，重復(fù)采樣3次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 25.0進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析。

采用SPSS 25.0進(jìn)行主成分分析，得出成分載荷系數(shù)矩陣表。

采用SPSS 25.0聚類分析法，采用系統(tǒng)聚類分析中組間連接進(jìn)行聚類，可得聚類譜系圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 威海西洋參和其他產(chǎn)地西洋參元素含量的差異分析

8個(gè)西洋參樣品K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn共8種元素含量如表2所示。結(jié)果表明，僅2號(hào)和6號(hào)之間的Mg元素，3號(hào)和6號(hào)之間的Fe元素，2號(hào)和7號(hào)之間、1號(hào)和四號(hào)之間的Cu元素含量差異不顯著，不同產(chǎn)地西洋參同一元素含量之間均差異顯著，威海西洋參之間也有差異，可能由于威海各地環(huán)境、土壤也有一定差異，其中常量元素鉀的含量最高，除8號(hào)樣品外，均在14 000 mg/kg以上，威海西洋參基本達(dá)20 000 mg/kg，鉀元素占8種元素總含量的80%以上，其次為Ca、Mg、Mn、Na、Fe、Zn，微量元素Cu含量最低，各元素含量比值基本相同。威海西洋參和其他各地西洋參有顯著差異，威海西洋參不同區(qū)也有差異，表明西洋參元素含量有明顯地域差異性，說(shuō)明產(chǎn)地環(huán)境是造成西洋參礦物元素含量差異的因素之一[22-23]，這主要是由于西洋參中的礦質(zhì)元素的積累與當(dāng)?shù)赝寥婪柿l件和施肥方式密切相關(guān)，同時(shí)受到氣候條件及栽培管理等因素的影響[24-25]。如圖1所示，威海西洋參K、Na、Zn、Mn元素含量相較于其他4個(gè)地區(qū)來(lái)講處于高水平，Ca、Mg、Fe、Cu無(wú)明顯規(guī)律，故K、Na、Zn、Mn元素可以作為威海西洋參產(chǎn)地識(shí)別的重要參考因素。

圖1 威海西洋參與其他產(chǎn)地西洋參礦物元素含量對(duì)比

表2 威海西洋參與其他產(chǎn)地西洋參礦物元素的測(cè)定結(jié)果 單位：mg/kg

2.2 礦物元素間相關(guān)性分析

對(duì)威海產(chǎn)和其他地區(qū)產(chǎn)西洋參礦物元素含量進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，由表3可以觀察到K元素與Ca、Na、Mg、Cu、Mn、Zn元素呈正相關(guān)，且與Ca、Na、Mg、Mn相關(guān)性顯著，與Fe元素呈負(fù)相關(guān)。Ca元素與Na、Mg呈正相關(guān)且相關(guān)性顯著，與Fe、Cu呈負(fù)相關(guān)。Na元素與Mg、Zn呈正相關(guān)且相關(guān)項(xiàng)顯著。Fe元素與Cu呈正相關(guān)，與其他元素均呈負(fù)相關(guān)，與Na、Mg、Zn負(fù)相關(guān)性顯著。Mn元素和Zn呈正相關(guān)且相關(guān)性顯著。這說(shuō)明西洋參礦物元素之間可能有相互促進(jìn)或拮抗的依賴關(guān)系[26-27]。

2.3 主成分分析

采用SPSS 25.0軟件對(duì)西洋參元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，從表4因子分析初始解對(duì)原有變量總體描述中可知，前3個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)83.09%，能夠代替礦物元素來(lái)評(píng)價(jià)不同產(chǎn)地來(lái)源西洋參的差異。由表5可知：第一主成分代表元素是Na、K、Ca、Zn，且與代表元素為正相關(guān)，方差貢獻(xiàn)率達(dá)49.51%；第二主成分代表元素是Mn，呈正相關(guān)，方差貢獻(xiàn)率達(dá)到18.71%；第三主成分代表元素為Cu，呈正相關(guān)，方差貢獻(xiàn)率為14.86%?？偡讲?3.09%來(lái)自第一主成分、第二主成分和第三主成分，故Na、K、Ca、Zn、Mn、Cu是造成西洋參差異的特征元素，由元素含量差異分析得知，威海西洋參K、Na、Zn、Mn這4種元素含量高于其他地區(qū)，西洋參主成分特征元素也包括這4種元素，表明基于元素特征的威海西洋參產(chǎn)地識(shí)別具有極大可行性，為威海西洋參元素特征識(shí)別提供理論基礎(chǔ)。

表5 成分載荷系數(shù)矩陣

2.4 聚類分析

對(duì)威海和其他地區(qū)產(chǎn)的8個(gè)西洋參樣品進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，得到聚類柱狀圖，如圖2所示。8個(gè)西洋參樣品分成不同別類別。從聚類為5處分割聚類圖，8個(gè)西洋參樣品被分為3類，樣品1~樣品4來(lái)自威海的不同地區(qū)，原因可能是地區(qū)相近元素成分含量相似被分為一類，樣品5~樣品7被分為一類，樣品5和樣品6來(lái)源為南半球緯度相近地區(qū)，陜西與美國(guó)產(chǎn)西洋參質(zhì)量相近[28]，樣品8為被單獨(dú)分類。論證：威海西洋參與其他產(chǎn)區(qū)西洋參在元素含量上有明顯特征差異，證明基于元素特征的威海西洋參產(chǎn)地識(shí)別的理論可行性。

圖2 8個(gè)西洋參樣品聚類圖

3 結(jié)論與討論

西洋參產(chǎn)地不同，其元素含量具有明顯的地域特征，這種差異是由產(chǎn)地環(huán)境的差異造成的，施肥方式、土壤類型、成土母質(zhì)、土壤pH、氣候及降水等條件均能影響土壤中礦物元素的含量特征，不同地區(qū)的土壤中元素含量不同[29]。威海西洋參K、Na、Zn、Mn元素含量較高于其他4個(gè)地區(qū)，故K、Na、Zn、Mn元素可以作為威海西洋參產(chǎn)地識(shí)別的重要參考因素。

對(duì)威海西洋參和其他地區(qū)西洋參礦物元素進(jìn)行皮爾遜分析、聚類分析、主成分分析，結(jié)果表明主成分分析前3個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)率為83.09%，威海西洋參高含量元素K、Na、Zn、Mn集中在第一主成分和第二主成分，故K、Na、Zn、Mn可以作為威海西洋參產(chǎn)地識(shí)別的特征元素。皮爾遜分析顯示各元素含量之間有顯著相關(guān)性，可能是因?yàn)槲餮髤⑸L(zhǎng)過(guò)程中各元素吸收富集有促進(jìn)或拮抗的依賴作用。聚類分析在聚類為5處，把8個(gè)不同產(chǎn)地來(lái)源的西洋參分為3類，地區(qū)相近的威海西洋參被分為一類而未與其他分為一類，論證威海西洋參與其他產(chǎn)區(qū)西洋參在元素含量上有明顯特征差異。

綜上所述，威海西洋參基于元素特征的產(chǎn)地識(shí)別具有理論可行性，且特征元素為K、Na、Zn、Mn。試驗(yàn)結(jié)果為威海西洋參產(chǎn)地識(shí)別提供理論基礎(chǔ)，也為西洋參產(chǎn)地溯源、種屬真實(shí)性判別鑒別提供一定科學(xué)依據(jù)。