王 奇 ,陳麗娜,趙博雅,董曉雅,時(shí)東方,劉春明

(長(zhǎng)春師范大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室,吉林 長(zhǎng)春 130032)

五味子,俗稱山花椒、藥五味等,始載于《神農(nóng)百草經(jīng)》,列為上品[1]。根據(jù)產(chǎn)地不同,將主產(chǎn)于東北地區(qū)的木蘭科多年生木質(zhì)藤本植物五味子習(xí)稱為“北五味子”,將產(chǎn)于西南地區(qū)及長(zhǎng)江流域以南各省的華中五味子稱為“南五味子”[2]。據(jù)李時(shí)珍《本草綱目》所記載“五味子今分南北,南產(chǎn)者色紅,北產(chǎn)者色黑,入藥必用北產(chǎn)者乃良”[3],故研究對(duì)象為北五味子,其具有益氣補(bǔ)腎、斂陰滋陰、生津斂汗、寧心安神等功效,臨床常用于治療風(fēng)寒犯肺、肝腎虧虛、氣血不足等病癥[4]。

微量元素在人體內(nèi)含量低于0.01%,但在維持生命和正常生理機(jī)能方面有著極為重要的作用[5]。五味子作為傳統(tǒng)中藥材,其藥理作用與微量元素的含量關(guān)系密切,而土壤中元素含量對(duì)五味子中元素含量影響較為明顯[6]。目前有關(guān)五味子的研究多集中在用藥規(guī)律[7]、栽培技術(shù)[8],或關(guān)于五味子甲素[9]、五味子乙素[10]、五味子醇甲[11]等木脂素類成分以及五味子多糖[12]等化學(xué)成分的相關(guān)研究,針對(duì)微量元素的分析較少,且大多僅測(cè)定了元素的含量[13-15],甚少?gòu)幕瘜W(xué)計(jì)量學(xué)角度進(jìn)行分析。查閱文獻(xiàn)不難發(fā)現(xiàn),不同產(chǎn)地的同種藥材,元素含量存在一定的差異[16-17]。中藥材的這種差異是由海拔、溫度、日照、土壤成分、雨水等環(huán)境因素和藥材自身吸收轉(zhuǎn)移環(huán)境因素的共同作用[18]。為更加全面評(píng)價(jià)五味子品質(zhì),本研究對(duì)吉林省10個(gè)產(chǎn)地的五味子樣品中17種微量元素含量進(jìn)行分析,并采用主成分分析、聚類分析等方法分析不同產(chǎn)地五味子中微量元素含量的差異,探討不同產(chǎn)地五味子中微量元素分布特點(diǎn)及規(guī)律,為五味子的道地性研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

優(yōu)級(jí)純濃硝酸購(gòu)買于安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司(上海);Be、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Sr、Cd、Ba混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)、Mo、Se單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)、Sc、Rh、Cs混合標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)標(biāo)溶液(10 μg/mL)購(gòu)買于北方偉業(yè)計(jì)量技術(shù)研究院(北京);Zr元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL)購(gòu)買于國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心(北京)。

Multiwave PRO微波消解儀(德國(guó)Anton Paar公司);ICAP TQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司);Milli-Q Integral 3實(shí)驗(yàn)室純水制備系統(tǒng)(美國(guó)Millipor公司);MSE224S-CE電子天平(0.1 mg)(德國(guó)Sartorius公司)。

1.2 樣品采集及處理

五味子干燥成熟果實(shí)購(gòu)買自吉林省長(zhǎng)白縣、敦化市、松江河鎮(zhèn)、泉陽(yáng)鎮(zhèn)、萬(wàn)良鎮(zhèn)、露水河鎮(zhèn)、二道白河鎮(zhèn)、松樹(shù)鎮(zhèn)、通化市、汪清縣,共計(jì)97批樣品。

樣品經(jīng)烘箱60℃烘干后,粉碎,過(guò)3號(hào)篩,混勻后標(biāo)號(hào)裝入自封袋于4℃冰箱保存。

1.3 元素含量測(cè)定方法

取適量五味子果實(shí),60℃烘干至恒重,粉碎機(jī)粉碎,裝入密封袋中,低溫避光保存。

精準(zhǔn)稱量0.10 g樣品粉末于消解罐中,加入2.0 mL優(yōu)級(jí)純濃硝酸后置于微波消解儀內(nèi)消解。待消解結(jié)束后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中,超純水定容,過(guò)濾待測(cè)。ICP-MS以等離子體RF功率1 550 W,載氣流速0.8 L/min,霧化器流速1.5 L/min,輔助氣流1.5 L/min,冷卻氣流20 L/min,分析時(shí)間0.6 s,測(cè)量次數(shù)3次等條件進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

本實(shí)驗(yàn)利用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,采用SPSS 25.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和聚類分析。采用Bigemap GIS Office、ArcMap 10.8軟件繪制樣品采樣點(diǎn)示意圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 微量元素含量分析

五味子中元素含量如表1所示,根據(jù)2020版《中華人民共和國(guó)藥典》(四部)的規(guī)定:藥材及飲片中鉛含量不得過(guò)5 mg/kg,鎘不得過(guò)1 mg/kg,砷不得過(guò)2 mg/kg,銅不得過(guò)20 mg/kg。結(jié)果表明,部分五味子中Cd和Pb元素有較少檢出,松樹(shù)、通化、萬(wàn)良和泉陽(yáng)產(chǎn)地?zé)oCd元素檢出,松江河和泉陽(yáng)產(chǎn)地?zé)oPb元素檢出;As和Cu元素各產(chǎn)地均有檢出。將重金屬元素含量與限量標(biāo)準(zhǔn)作比較發(fā)現(xiàn),五味子中重金屬元素含量均低于限量標(biāo)準(zhǔn),無(wú)超標(biāo)現(xiàn)象。

不同產(chǎn)地五味子中各微量元素的含量存在一定的差異。五味子中Mn元素含量較高,不同產(chǎn)地平均含量為58.59 mg/kg。其中長(zhǎng)白產(chǎn)區(qū)的含量較為接近,平均含量為58.75 mg/kg;產(chǎn)自通化市五味子樣品中含量最高,為220.57 mg/kg,其次是Cu、Ni、Ba、Cr、Sr,這6種元素含量均大于1 mg/kg,Be、Ga、Zr、Mo、Cd的含量較低,幾乎未檢出。

表1 不同五味子中元素含量測(cè)定結(jié)果(n = 3)

2.2 指紋圖譜的建立

根據(jù)五味子中微量元素含量的測(cè)定結(jié)果,取不同產(chǎn)地五味子中微量元素量的均值,按照元素原子序數(shù)的順序繪制元素指紋圖譜(圖1)。由圖1可見(jiàn),不同產(chǎn)地樣品中各元素含量不完全相同,Mn、Ni元素的含量差異較大,白河產(chǎn)地Mn元素含量均值最高。從整體上看,五味子樣品中元素含量呈現(xiàn)一定的規(guī)律性分布,可見(jiàn)不同產(chǎn)地五味子藥材微量元素指紋圖譜具有較強(qiáng)的特征性與一致性,可作為鑒定五味子藥材的參考依據(jù)。

圖1 微量元素指紋圖譜

2.3 五味子中微量元素相關(guān)性分析

五味子中元素相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表2,Li與Cu、Ga,Be與Mn,V與Mo、Cd、Ba,Cr與Ga,Ga與Se、Cd,Sr與Ba呈顯著正相關(guān)(P<0.05),Li與Be、V、Cr、Mn、Ni,Be與V、Cr、Ni、Ga、Mo、Cd,V與Cr、Mn、Ni、Ga,Cr與Ni,Mn與Ni、Ga、Ba,Co與As,Ni與Mo、Cd,Cu與Se、Sr,Ga與Mo,Se與Sr,Sr與Zr,Mo與Cd,Cd與Pb呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。表明這些元素具有較好的協(xié)同作用,在五味子中可以相互促進(jìn)富集吸收。Se與Li、Ni呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),表明五味子中Se與Li、Ni之間具有一定的拮抗、抑制吸收的作用。

表2 五味子中元素含量相關(guān)性分析

2.4 主成分分析

采用SPSS 25.0軟件對(duì)10個(gè)產(chǎn)地五味子中元素含量進(jìn)行主成分分析,分析不同產(chǎn)地五味子中微量元素含量的差異。由表3和圖2可知,前5個(gè)主成分的特征值均大于1,且累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到89.33%,能夠反映大部分信息,故選擇前5個(gè)成分進(jìn)行主成分分析。

表3 各主成分特征值、貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率

圖2 主成分分析碎石圖

由表4可知,V、Be、Ni、Mo、Ga、Cd、Cr、Se、Sr和Li在第一主成分上有較高載荷,說(shuō)明第一主成分主要反映了這些元素的信息;Co、Se、Sr、Li和Ba在第二主成分上有較高載荷;Co、Ba、Zr、Pb和As在第三主成分上有較高載荷;Co、As、Cu和Mn在第四主成分上有較高載荷;Cr、Cu和Mn在第五主成分上有較高載荷。故提取這5個(gè)主成分可以基本反映本實(shí)驗(yàn)測(cè)量的所有微量元素的信息,因此決定用這5個(gè)新變量來(lái)代替原來(lái)的17個(gè)變量。將得到的特征向量標(biāo)準(zhǔn)化后可得出如下5個(gè)主成分表達(dá)式見(jiàn)表5。

表4 主成分載荷矩陣

表5 主成分表達(dá)式

根據(jù)主成分表達(dá)式、主成分特征值計(jì)算綜合得分,并按得分大小對(duì)不同產(chǎn)地進(jìn)行排序,如表6所示,綜合得分由高到低排名順序?yàn)樗山印⒍鼗?、長(zhǎng)白、汪清、通化、泉陽(yáng)、松樹(shù)、萬(wàn)良、露水河、白河。說(shuō)明松江河產(chǎn)地的五味子品質(zhì)較優(yōu)。

表6 主成分得分、綜合得分和排序

2.5 聚類分析

采用SPSS 25.0軟件,通過(guò)系統(tǒng)聚類的方法對(duì)10個(gè)不同產(chǎn)地的五味子中微量元素的含量進(jìn)行聚類分析(使用瓦爾德聯(lián)接的譜系圖重新標(biāo)度的距離聚類組合),結(jié)果見(jiàn)圖3。97批樣品主要被分為六大類,結(jié)合主成分分析結(jié)果,綜合排序排名靠前的松江河、敦化聚為第五大類;排名中等的長(zhǎng)白、汪清、泉陽(yáng)聚為第一類;排名靠后的通化、松樹(shù)、萬(wàn)良、露水河、白河聚為第二類;白河1、泉陽(yáng)5、萬(wàn)良7聚為第三類;通化7單獨(dú)聚為第四類;第六類包括樣品的產(chǎn)地較為雜亂,綜合排名為中上等。由此表明,聚類分析結(jié)果與主成分分析結(jié)果基本一致。

圖3 不同產(chǎn)地五味子的聚類分析圖

3 討論

不同產(chǎn)地五味子元素含量結(jié)果顯示,五味子中含量較高的元素為Mn、Cu、Ni、Ba,且Mn元素含量最高,是其他元素的10倍以上。分析原因可能是與土壤中Mn元素含量較高有關(guān)。五味子根植于土壤,可通過(guò)根從土壤中吸收富集元素,隨后轉(zhuǎn)移到果實(shí)中。因此可對(duì)五味子根際土壤中Mn元素含量進(jìn)行測(cè)定,并分析Mn元素轉(zhuǎn)移規(guī)律以驗(yàn)證猜測(cè)。

微量元素與中藥材的藥性關(guān)系密切,一般溫?zé)崴幹蠱n元素含量較高,而藥理研究結(jié)果表明五味子性溫,故本研究結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果相一致。Mn是所有生物生長(zhǎng)健康必需的營(yíng)養(yǎng)元素,具有抗氧化、抗衰老的作用,可催化人體內(nèi)超氧化物歧化酶的表達(dá),人體內(nèi)各種氧化還原過(guò)程均有Mn的參與。文獻(xiàn)顯示,五味子具有抗氧化等藥理作用,這表明五味子的這種作用可能與Mn元素相關(guān),值得深入研究。

本研究通過(guò)ICP-MS法測(cè)定吉林省10個(gè)不同產(chǎn)地共計(jì)97批五味子的微量元素含量,采用主成分分析和聚類分析方法分析了不同元素的主要貢獻(xiàn)及五味子產(chǎn)地的區(qū)分,為五味子質(zhì)量評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。