珍珠和珍珠母的微量元素測定及其比較分析

李尚蓉 張靜嫻 姚 帥 果德安 吳婉瑩

(1 長春中醫藥大學,長春,130117; 2 中國科學院上海藥物研究所中藥現代化中心,上海,201203)

中藥研究

珍珠和珍珠母的微量元素測定及其比較分析

李尚蓉1,2張靜嫻2姚 帥2果德安2吳婉瑩2

(1 長春中醫藥大學,長春,130117; 2 中國科學院上海藥物研究所中藥現代化中心,上海,201203)

目的:全面測定珍珠和珍珠母中的微量元素,對其在2味藥材中的分布情況進行比較分析,找出差異性。方法:采用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法和電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)法對8批珍珠和9批珍珠母中24種微量元素進行測定,并運用SIMCA-P+13.0軟件,采用主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)和正交偏最小二乘-判別分析法(Orthogonal Partial Least Squares-discriminant Analysis,OPLS-DA)對測定結果進行統計分析。結果:在24種微量元素中,珍珠和珍珠母中共檢測出了16種,其中Ca含量最高,其次是Na,Mn,Sr,Mg,Fe。PCA得分圖顯示2味藥材可以明顯區分開,OPLS-DA結果表明二者差異較大的微量元素為Na。結論:本研究全面闡明了珍珠和珍珠母中微量元素和二者的差異性,為珍珠粉與貝殼粉的區分提供了依據,同時為二者的質量控制提供了參考。

珍珠;珍珠母;微量元素;PCA;OPLS-DA

珍珠母和珍珠分別為珍珠貝科動物馬氏珍珠貝Pteriamartensii(Dunker)、蚌科動物三角帆蚌Hyriopsiscumingii(Lea)或褶紋冠蚌Cristariaplicata(Leach)等雙殼類動物的貝殼及受刺激形成的結晶體,二者均為傳統中藥,能夠安神定驚、明目退翳,另外,珍珠母還具有平肝潛陽,珍珠還具有解毒生肌、潤膚祛斑等功效[1-4]。對于珍珠和珍珠母的化學組成,研究表明二者主要成分均為碳酸鈣、角殼蛋白及微量元素等[5-6],其中,碳酸鈣含量在90%以上,二者無明顯差別,難以區分。文獻曾報道過珍珠和貝殼類藥材中的微量元素[7-8],但測定種類不夠全面,缺乏系統比較,難以找出珍珠粉與貝殼粉的差異。因此,我們在文獻調研的基礎上,采用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法和電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)法測定珍珠和珍珠母中24種微量元素的含量,并采用SIMCA-P+13.0軟件對測定結果進行統計分析,揭示二者微量元素分布情況和差異性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 珍珠和珍珠母藥材信息見表1,樣品經上海藥物研究所果德安研究員鑒定為蚌科動物三角帆蚌的貝殼及所產珍珠。硝酸為(分析純,國藥集團化學試劑有限公司);水由Mili-Q超純水儀制備。

表1 珍珠和珍珠母藥材信息

7900電感耦合等離子體質譜儀(Agilent,美國);720電感耦合等離子體發射光譜儀(Agilent,美國);電子天平(Satorius CP124 S,北京賽多利斯有限公司);粉碎機(MF10 B S 25 IKA)。

1.2 方法

1.2.1 微量元素測定 將珍珠和珍珠母樣品粉碎,分別稱取樣品粉末0.3 g于微波消解罐中,加入5 mL濃硝酸,經微波消解后冷卻至室溫,消解所得溶液用超純水定容至25 mL。采用ICP-MS法,測定Be,V,Cr,Co,Ni,As,Cd,Sb,Sn,Ba,Pb,Zn,Sr,Hg和Pd 15個微量元素,采用ICP-OES法,測定Li,Cu,Ti,Bi,Ca,Na,Fe,Mg和Mn 9個微量元素,儀器參數如表2所示。

表2 儀器參數

1.2.2 統計分析 采用SIMCA-P+(Version 13.0，Umetrics，Umea，Sweden)軟件對測定結果進行PCA和OPLS-DA分析,了解微量元素在2味藥材中的分布情況,并找出二者的差異性。

2 結果

2.1 微量元素測定 采用ICP-MS和ICP-OES測定珍珠和珍珠母中的24種微量元素,結果顯示其中8種元素包括Co,Sn,Sb,Li,Be,V,Bi和Cd在珍珠和珍珠母中未檢測出來,另外16種元素含量結果如表3所示,可以看出Ca元素含量最高,其次是Na,Mn,Sr,Mg,Fe。

表3 微量元素測定結果(mg/kg)

注:*ZZ:珍珠,ZZM:珍珠母。

圖1 珍珠和珍珠母PCA得分圖

圖2 珍珠、珍珠母OPLS-DA散點圖(A)得分圖,(B)S曲線圖,(C)VIP圖

2.2 多元統計分析 主成分分析(PCA)是一種無監督的多元統計分析方法,它是采用降維的方式將多個變量減至為少數幾個新的變量,并盡可能多地反映原始樣本的信息,通過散點圖可以直觀分析樣品的分類情況,并初步了解差異性指標[9]。本文首先對微量元素測定結果進行了PCA分析,采用了UV scaling的前處理方法,前2個主成分的累積方差貢獻率為59.3%(PC1 35.4%,PC2 23.9%),結果如圖1所示,珍珠和珍珠母樣品可以區分開,分別分布在組A和組B中,說明二者的微量元素分布存在差異。為了進一步確定差異性微量元素,本研究采用了監督的正交偏最小二乘-判別分析法(OPLS-DA)[9]對實驗結果進行統計分析,采用了UV scaling的前處理方法,該模型的主要參數為R2=0.958,Q2=0.906。結果如圖2所示,從圖2A得分圖中可以看出2味藥材明顯地區分開;在圖2B中S型曲線圖兩端的成分對分類結果影響顯著,主要包括了微量元素Na,Ca和Ba;另外,OPLS-DA模型提供了變量重要性投影(Variable Influence on Projection,VIP)值,如圖2C所示,可以看出對分類影響最大的成分是Na元素,其次是Ca和Ba。圖3提供了3個差異性微量元素在珍珠和珍珠母中的分布,可以看出在珍珠母中Na和Ca的含量明顯高于珍珠,而Ba的含量在珍珠中偏高。

圖3 微量元素Na、Ca和Ba在珍珠和珍珠母中的分布圖

3 討論

本文采用ICP-MS和ICP-OES法對珍珠和珍珠母中24個微量元素進行了測定,包括Be、V、Cr、Co、Ni、As、Cd、Sb、Sn、Ba、Pb、Zn、Sr、Hg、Li、Cu、Ti、Bi、Ca、Na、Fe、Mg和Mn,這是目前對2味藥材中微量元素最全面的報道。結果顯示在所分析樣品中共檢測出了其中16種,另外8種包括Co、Sn、Sb、Li、Be、V、Bi和Cd未檢測出來,2味藥材所含微量元素的分布規律基本一致,Ca元素含量最高,其次是Na、Mn、Sr、Mg和Fe。

很多研究證明,微量元素具有很重要的疾病治療和保健功能,例如Mn可以防治心血管疾病和調節神經系統,并促進人體對Ca的吸收[10];Ge具抗腫瘤作用[10];Fe可用于改善貧血癥狀[10]等。珍珠和珍珠母的藥理活性與其含有豐富的微量元素密切相關,研究表明珍珠母等貝殼類藥物可作為補鈣劑,其不僅可防治各種缺鈣引起的疾病,如抽筋、骨質疏松、癡呆病等,還具有低免疫原性、良好的生物相容性、可降解性、骨傳導性和較好的成骨作用,可作為生物骨的替代材料[11]。另外,據文獻報道,Fe,Mg,Mn,Sr等與珍珠母的平肝潛陽功效相關[12-13],Fe、Mn、Ca等元素與鎮靜安神作用[14-15]相關。

我們又進一步采用了SIMCA-P+軟件對測定結果進行了PCA和OPLS-DA分析,全面地了解2味藥材中微量元素的分布情況,并找出二者的主要差異性成分。從PCA分析結果看,珍珠和珍珠母能夠區分,可見二者所含微量元素的分布存在差異,OPLS-DA分析結果顯示主要差異性成分為Na、Ca和Ba,其中元素Na的差異性最為顯著。可見根據微量元素的差異性可以將二者很好地區分,就目前結果來看,每千克珍珠中含Na在2 500～2 700 mg,而每千克珍珠母中含Na元素為2 900～3 300 mg。

本研究提供了珍珠和珍珠母的微量元素分布情況,并找出了二者的差異性成分,為2味藥材的質量控制提供了重要參考數據,同時也為珍珠粉與其他貝殼粉的質量鑒別提供了科學實用的研究方法。

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(2015-02-04收稿 責任編輯：王明)

Comparative Study of Trace Elements in Pearls and Nacres

Li Shangrong1,2, Zhang Jingxian2, Yao Shuai2, Guo De-an2, Wu Wanying2

(1ChangchunUniversityofChineseMedicine,Changchun130117,China; 2ShanghaiResearchCenterforModernizationofTraditionalChineseMedicine,ShanghaiInstituteofMateriaMedica,ChineseAcademyofSciences,Shanghai201203,China)

Objective:To comprehensively compare and detect the trace elements of pearls and nacres in the purpose of finding their differences. Methods:ICP-MS and ICP-OES were used to determine the 24 kinds of trace elements in 8 batches of pearls and 9 batches of nacres. The results were taken to principal component analysis (PCA) and orthogonal partial least squares-discriminant analysis (OPLS-DA) by using SIMCA-P+ 13.0 software to analyze the distribution of the trace elements in the two drugs and also to detect the discriminatory constituents. Results:Among the 24 kinds of trace elements, 16 were detected in both pearls and nacres. It was found that Ca was the most abundant one, which was followed by Na, Mn, Sr, Mg, and Fe. The scatter plot from PCA indicated that pearls and nacres can be easily discriminated, as is proved by the result from OPLS-DA, which showed that the most discriminatory element was Na. Conclusion:The study described the distribution and differences in the trace elements between pearls and nacres, and provided important information for the differentiation of pearl powder and conch powder. This also can be taken as the reference to the quality control of the two drugs.

Pearl; Nacre; Trace element; PCA; OPLS-DA

國家高技術研究發展計劃(863計劃)(編號:2013AA093002)——“海洋傳統藥源生物(中藥)資源開發利用”

李尚蓉(1988—),女,碩士研究生,研究方向:中藥分析,E-mail:lishangrong1988@163.com

吳婉瑩(1973.6—),女,博士,研究員,中藥現代化中心副主任,研究方向:中藥質量標準,Tel:(021)50806600-2221,E-mail:wanyingwu@simm.ac.cn

R286.0

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2015.10.037