不同產地多花黃精中元素含量的主成分及相關性分析

樓柯浪 張春椿 陶 倩 羅曉朦 張水利#

1 浙江省中醫藥研究院 浙江 杭州 310007 2 浙江中醫藥大學 浙江 杭州 310053 3 浙江醫藥高等專科學校 浙江 寧波 315000

黃精為百合科植物滇黃精Polygonatum kingianumColl. et Hemsl、、黃 精Polygonatum sibiricumRed.或多花黃精Polygonatum cyrtonema的干燥根莖，味甘，性平，能補氣養陰，健脾潤肺益腎。現代研究表明，元素是中藥藥效物質的重要組成部分，對人體的正常生長、發育起著積極作用[1]。中藥材的藥效與其所含元素的種類和含量有密切關系，而受其產地、加工、栽培條件及氣候等因素的影響，所含元素在種類和含量上具備一定的規律性，故掌控這些規律將有利于對中藥材進行質量評價。該研究擬采用電感耦合等離子體發射光譜法測定浙江縉云、江西樟樹、湖南懷化等17個不同產地多花黃精中元素的含量，并通過主成分分析和相關性分析方法對測定結果進行分析，以期為多花黃精的資源開發、質量控制和綜合利用提供參考依據。

1 儀器與試劑

1.1 儀器：AR224CN電子天平[奧豪斯儀器（上海）有限公司]；實驗標準篩（浙江上虞市華康化驗儀器廠，篩孔邊長2.0mm）；GZX-9070MBE電熱鼓風干燥箱（上海博迅實業有限公司醫療設備廠）；iCAP6000ICP-OES全譜直讀等離子體發射光譜儀（美國熱電公司）；MARS240/50微波消解儀（美國CEM公司）。

1.2 試劑：HNO3，優級純，天津科密歐化學試劑有限公司；各元素標準溶液：1000ppm，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。黃精藥材分別采集于福建浦城，江蘇鹽城，江西宜春、樟樹，湖南懷化、龍山，四川廣元，貴州六盤水，浙江磐安、云和等17個縣，經浙江中醫藥大學俞冰副教授鑒定為百合科植物多花黃精。

2 方法與結果

2.1 標準溶液配置：分別精密吸取As、Cd、Co、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Se、Zn的標準單元素溶液適量用30%硝酸溶液配置成6種不同濃度的混合溶液。繪制標準曲線，見表1。

表1 10種元素的回歸方程

2.2 樣品溶液制備：取各批次50℃干燥至恒重的多花黃精藥材樣品，取出放冷至室溫，粉碎，精密稱取0.3g，加入HNO38ml，放入微波消解罐中密閉，靜置24h，放入微波消解儀中消解，微波消解程序見表2。消解結束后，用水迅速冷卻，待消解罐溫度降至45℃以下后開蓋，將管內消化液轉移至50ml容量瓶中，加蒸餾水定容至刻度線，搖勻，過濾，取濾液，即得樣品溶液。

表2 微波消解程序

2.3 元素含量測定：使用iCAP6000型電感耦合等離子體原子發射光譜儀進行檢測。射頻功率：1150W；輔助氣體流量：0.5L/min；分析泵速：50r/min；霧化器泵沖洗泵速：50r/min；最大積分時間：30s；等離子體觀測：水平；最大積分時間：30s；樣品沖洗次數：3次；樣品延時：0s；樣品沖洗時間：30s。按設定的條件對17種不同產地多花黃精中各元素進行測定，平行測定3次，濃度平均值由儀器自動得出后再扣除空白值，最終得各元素含量，結果見表3。

表3 不同產地多花黃精元素測定結果（μg/g）

2.4 多花黃精元素主成分分析：見表4。從中可知，以1為特征值下限，表中顯示前4個成分特征值大于1，前4個成分的累計貢獻率達到91.088%，包含的信息較多，且第1個主成分的方差貢獻率達到40.456%，貢獻率為最大，包含的信息也最多。

表4 相關系數的特征值和方差貢獻率

將表4中的主成分載荷矩陣中每個成分的值除以主成分相對應的特征值的平方根，得到4個主成分的特征向量，而特征向量對應主成分中每個峰的系數，故4個主成分的評分表達式如下：

F1=-0.385Z（As）+0.925Z（Cd）-0.224Z（Co）+0.812Z（Cu）+0.221Z（Fe）+0.871Z（Mn）+0.768Z（Ni）+0.932Z（Pb）-0.721Z（Se）+0.975Z（Zn）

F2=0.888Z（As）-0.468Z（Cd）+0.956Z（Co）+0.634Z（Cu）+0.971Z（Fe）+0.457Z（Mn）+0.454Z（Ni）-0.491Z（Pb）+0.305Z（Se）+0.126Z（Zn）

F3=0.650Z（As）-0.565Z（Cd）+0.451Z（Co）+0.521Z（Cu）-0.356Z（Fe）-0.375Z（Mn）-0.519Z（Ni）+0.494Z（Pb）+0.898Z（Se）+0.288Z（Zn）

F4=-0.270Z（As）+0.515Z（Cd）+0.497Z（Co）-0.704Z（Cu）+0.468Z（Fe）+0.657Z（Mn）-0.802Z（Ni）-0.543Z（Pb）-0.138Z（Se）-0.361Z（Zn）

表5 多花黃精成分分析結果因子載荷矩陣

由表5可知，第一主成分在Cd、Cu、Mn、Pb、Zn元素上有較大載荷系數，為正相關，可命名Cd、Cu、Mn、Pb、Zn為含量主因子。第二主成分在Co、Fe元素上有較大載荷系數，可命名為Co、Fe含量主因子。第三主成分在Se元素上有較大載荷系數，為正相關，可命名Se為含量主因子。第四主成分在Mn元素上有較大載荷系數，為正相關，可命名為Mn含量主因子。綜合評分F=0.444F1+0.297F2+0.134F3+0.125F4（權重系數為各主成分方差貢獻率占主成分累積貢獻率之比），因此，從上述表達式可知，F1的特征值最大，對綜合評分影響較大，最能代表主成分中包含的信息，其中系數較大的五個為Z（Cd）、Z（Cu）、Z（Mn）、Z（Pb）、Z（Zn），證明這5個元素的含量對于多花黃精的質量控制起著至關重要的作用。主成分得分及排序見表6。

表6 主成分得分及排序

表7 多花黃精元素間相關性研究

2.5 多花黃精元素之間相關性分析：見表7。從中可見，多花黃精藥材中元素之間共有12個相關系數。其中，多花黃精中Fe與Co，Mn與Cd，Ni與Cu，Pb與Mn、Cd，Zn與Cd、Cu、Mn、Pb，均呈極其顯著相關。As與Co、Fe以及Zn與Ni存在顯著相關。這提示各元素評價指標之間相關性顯著，不互相獨立，其富集具有協同作用。

3 討論

目前已知Fe、Zn、Cu、Mn、Se等均為人體必需的微量元素，它們參與人體內的新陳代謝、各種生物和化學反應等，對機體各種活動起著積極作用。如Fe是人體血紅蛋白的重要組成部分，能維持人體細胞的正常功能，提高人體免疫力；Zn能促進酶的合成，對機體生長發育有重大作用；Cu是膠原的重要組成部分，能促進骨骼、皮膚以及結締組織形成，也可增強對Fe的吸收；Mn能參與蛋白質的合成；Se能增強對細胞膜的保護，避免自由基侵害，促使白細胞和紅細胞正常功能的發揮。可見Fe、Zn、Cu、Mn、Se對中藥材質量的評價具有極其重要的意義。郁連紅等[2]采用土壤基施法，研究Zn、Mn分別對用根莖種植的多花黃精一個生長季節后的老根、新根和黃精多糖的效應，發現Zn、Mn處理對多花黃精的根莖產量均有顯著或極顯著促進作用，對黃精多糖含量均有顯著或極顯著的提高效應。黃精多糖作為多花黃精的有效成分，是《中國藥典》規定的主要檢測成分，而Zn、Mn對黃精多糖的產生具有積極效應，故Zn、Mn對多花黃精的質量評價具有重要作用。

中藥中元素的含量與其功效存在著一種必然聯系，其在中藥材質量評價中的地位不容忽視。重金屬原義是指比重大于5的金屬（一般指密度大于4.5g/cm3），目前尚沒有嚴格的統一定義。重金屬不能被生物降解，相反卻能在人體中富集，累積達到一定程度，能使人體蛋白質及酶失去活性，也能在人體器官中累積，造成慢性中毒。故雖然Zn、Mn元素對多花黃精多糖的累積具有促進作用，對人體亦有不可或缺的作用，但植物大量的攝入，人體過量的富集卻會造成巨大的危害。因此，如何合理地使用Zn、Mn元素促進多花黃精植物多糖的積累，滿足人體需要，又不會造成重金屬中毒將會成為黃精元素質量控制的關鍵，并且可以為其他中藥材科學使用相關元素促進有效成分的快速積累提供參考依據。