不同產(chǎn)地桃膠無機(jī)元素的ICP-MS分析與評(píng)價(jià)

金 平1，2,陳建偉

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,江蘇南京 210046;2.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院,江蘇南京 210029)

桃膠為薔薇科植物桃(AmygdaluspersicaL.)或山桃(Amygdalus.davidiana(Carr.)C.de Vos ex Henry)樹皮中分泌出來的樹脂[1]。桃膠于夏季采收,用刀切割樹皮,待樹膠溢出后收集,水浸,洗去雜質(zhì),曬干。桃膠作為食藥用始載于《名醫(yī)別錄》,其曰:“桃膠主保中不饑,忍風(fēng)寒”。而李時(shí)珍的《本草綱目》中則記載,桃膠可“和血益氣,治下痢,止痛”。《千金方》提示“桃含之咽津,可治虛熱作渴”。目前對(duì)于桃膠的研究多集中在桃膠多糖的組成及含量測(cè)定[2-3]、藥理作用[4-6]等方面。而無機(jī)元素作為中藥的成分之一,與中醫(yī)證候及中藥藥效的發(fā)生、發(fā)展有一定的相關(guān)性,在一定程度上影響了中藥藥性和功效[7];中藥中的無機(jī)元素可與生物體內(nèi)含氮、氧、硫的配體形成配位鍵,形成的有效成分參與體內(nèi)代謝過程、協(xié)調(diào)體內(nèi)物質(zhì)平衡,因此無機(jī)元素對(duì)藥效發(fā)揮的協(xié)同作用也不容忽視[8]。此外重金屬及有害元素的含量也是中藥材質(zhì)量的檢測(cè)指標(biāo)之一[9]。目前對(duì)于桃膠無機(jī)元素的研究較少,僅有馮紀(jì)南等[10]采用ICP-AES法測(cè)定湖南臨武產(chǎn)桃膠灰分中的Fe、K、Ga、Mg、Cu、Zn、Mn、Cr、Cd、Na、Pb 11種無機(jī)元素的含量,但并未見多產(chǎn)地原桃膠無機(jī)元素的測(cè)定及分析評(píng)價(jià)。

電感耦合等離子體質(zhì)譜質(zhì)譜(ICP-MS)法是無機(jī)元素測(cè)定普遍常用的方法,其相較于其他元素測(cè)定方法有著靈敏度高、干擾小、線性范圍寬、檢出限低以及可同時(shí)或順序測(cè)定多元素等優(yōu)點(diǎn)[11]。本文選擇ICP-MS對(duì)市售10個(gè)產(chǎn)地桃膠20種無機(jī)元素(Fe、Cu、Zn、Mn、Co、V、Ba、Sr、Ge、Ga、Mg、P、Li、K、Pb、Cr、Hg、As、Sn、Cd)進(jìn)行含量測(cè)定,并對(duì)其進(jìn)行分析與評(píng)價(jià),以期為桃膠使用的安全性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桃膠樣品 購(gòu)于各地食品市場(chǎng),具體來源見表1。Fe、Cu、Zn、Mn、Co、V、Li、Ga、Mg、Pb、Cd、As、Sr、Sn、Cr混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(GSB 04-1767-2004,唯一識(shí)別碼 163037,標(biāo)準(zhǔn)值100 μg/mL)、Ge 等多元素混合標(biāo)準(zhǔn)液(GSB 04-2826-2011,唯一識(shí)別碼163007,標(biāo)準(zhǔn)值10.0 μg/mL)、P單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(GSB 04-1741-2004,唯一識(shí)別碼183016-1,標(biāo)準(zhǔn)值1000 μg/mL)、K單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(GSB 04-1733-2004,唯一識(shí)別碼183018-2,標(biāo)準(zhǔn)值1000 μg/mL)、Hg單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(GSB 04-1729-2004,唯一識(shí)別碼151039-2,標(biāo)準(zhǔn)值1000 μg/mL) 以上標(biāo)準(zhǔn)品均購(gòu)自國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心;硝酸(分析純) 南京化學(xué)試劑股份有限公司;實(shí)驗(yàn)用水 實(shí)驗(yàn)室自制去離子水。

NexION 350D型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國(guó)Perkin Elemer公司;SHIMADZU AY220 萬分之一電子天平 日本島津公司;EPED(易普易達(dá))SAGA-10TQ實(shí)驗(yàn)室級(jí)超純純水器 南京易普易達(dá)科技發(fā)展有限公司;DB-3AB電熱板 邦西儀器科技上海有限公司;錐形瓶、彎頸漏斗、容量瓶 使用之前均用10%硝酸浸泡24 h。

表1 桃膠樣品信息Table 1 Samples’ information of peach gum

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液制備及標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 精密量取Fe、Cu、Zn、Mn、Co、V、Ba、Sr、Al、Li、Ge、Ga、Mg、P、K、Cd、As、Sn、Cr等混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,用0.3%硝酸溶液(V/V)稀釋制成含各元素1、5、10、25、50、100、200 ng/mL系列濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)液;精密量取Hg元素標(biāo)準(zhǔn)溶液,用0.3%硝酸溶液(V/V)稀釋制成含Hg元素0.025、0.125、0.25、0.625、1.25、2.5、5 ng/mL系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。取不同無機(jī)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液,濃度由低到高依次進(jìn)樣,通過ICP-MS測(cè)定。以對(duì)照品濃度為縱坐標(biāo),測(cè)量值為橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2 樣品制備 參照食品標(biāo)準(zhǔn)[12],收集不同產(chǎn)地的桃膠干燥至恒重,用陶瓷研缽研碎,粉末過80目篩,用萬分位精密天平稱取3 g,置于25 mL錐形瓶中,加入10 mL硝酸,蓋上彎頸漏斗,在電熱板上消解(120 ℃,0.5～1 h后,升至180 ℃;2～4 h后,升至200～220 ℃),待消化液呈無色透明或略帶黃色,取出錐形瓶,冷卻后,轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶,去離子水定容,混勻備用。同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.2.3 ICP-MS工作條件 等離子體射頻功率:13 kW,冷卻氣流量15 L/min,載氣流速0.8 L/min,輔助氣流量0.2 L/min,樣品提升量為1.5 L/min,積分時(shí)間10 s,延遲1 s,重復(fù)次數(shù)3次[13]。

1.2.4 方法學(xué)考察

1.2.4.1精密度試驗(yàn) 取1.2.1項(xiàng)下的混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液,進(jìn)樣6次,計(jì)算各元素RSD值。

1.2.4.2 重復(fù)性試驗(yàn) 取桃膠樣品(S5),按照1.2.2項(xiàng)下方法制備供試品溶液6份,按2.3項(xiàng)下方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4.3 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 取桃膠樣品(S5),按照1.2.2項(xiàng)下方法制備供試品溶液,每隔0.5 h測(cè)定1次,重復(fù)6次。

1.2.4.4 加樣回收試驗(yàn) 取已知含量的桃膠樣品(S5)3 g(6份),精密稱定,分別精密加入同一濃度的標(biāo)準(zhǔn)元素溶液,按照1.2.2項(xiàng)下的方法制備供試品溶液進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 樣品的測(cè)定 取10個(gè)產(chǎn)地桃膠,按照1.2.2項(xiàng)下的方法制備供試品溶液,按照1.2.3項(xiàng)下的方法上機(jī)測(cè)定,每個(gè)樣品3份平行重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文采用Excel 2016對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性及主成分分析與評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及方法學(xué)考察

表3 20種無機(jī)元素的精密度、穩(wěn)定性、重復(fù)性和加樣回收率試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of precision,repeatability,stability and recovery tests of 20 inorganic elements

注:“-”表示未檢出。結(jié)果見表2、表3。表2顯示,R2值為0.9908～1,表明各元素線性關(guān)系良好。表3方法學(xué)考察結(jié)果顯示,精密度、重復(fù)性、穩(wěn)定性的RSD值分別為0.4%～2.6%、0.4%～6.2%、0.5%～3.6%,表明儀器精密度、方法重復(fù)性均良好;樣品在3 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。加樣回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,各元素回收率在88.7%～107.8%之間,RSD為0.9%～3.7%,提示該方法可靠準(zhǔn)確,可操作性強(qiáng)。

表2 各元素線性關(guān)系Table 2 Linear relationship of each element

2.2 不同產(chǎn)地桃膠中無機(jī)元素含量分析

不同產(chǎn)地桃膠中的無機(jī)元素含量見表4。桃膠中K的含量明顯高于其他元素,其平均值達(dá)到6403.040 μg/g,但差異較大,貴州畢節(jié)K含量最高(8880.089 μg/g),浙江嵊州的最少(3168.769 μg/g);其次為Mg,均值為1243.316 μg/g,且各產(chǎn)地含量差異不大;P均值為29.093 μg/g,浙江蒼南最高(40.941 μg/g),福建古田最少(20.247 μg/g);Ba均值15.400 μg/g,含量最高的是安徽大別山(44.980 μg/g),最低的是福建古田(6.675 μg/g);Sr元素含量均值14.209 μg/g,浙江嵊州最高(17.406 μg/g),福建古田最低(8.217 μg/g),剩余元素含量均小于3 μg/g。K是人體必需元素,可促進(jìn)細(xì)胞的新陳代謝,有助于神經(jīng)傳導(dǎo)功能的正常運(yùn)行[14];Mg參與神經(jīng)及免疫信息傳導(dǎo),具有抑制神經(jīng)興奮性的作用[15]。桃膠中的V元素有著胰島素樣的作用、Zn對(duì)胰島素體內(nèi)活性起到了積極重要的作用、Li和胰島素在體內(nèi)發(fā)揮著協(xié)同作用[16]。重金屬及有害元素方面,所有產(chǎn)地Cr均未檢出,所有產(chǎn)地Cu、Pb、Cd、Hg、As含量均低于WM2-2001《藥用植物及制劑進(jìn)口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》[17](Cu≤20.0 μg/g、Pb≤5.0 μg/g、Cd≤0.3 μg/g、Hg≤0.2 μg/g、As≤2.0 μg/g)的限量;同時(shí)也低于GB2762-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》[18](Pb≤1.0 μg/g、Cd≤0.3 μg/g、Hg≤0.1 μg/g、As≤0.1 μg/g)的限量規(guī)定。

表4 桃膠中20種無機(jī)元素含量分析(n=3,μg/g)Table 4 Contents of 20 inorganic elements in peach gum from different areas(n=3,μg/g)

注:“-”表示未檢出。

2.3 桃膠無機(jī)元素的主成分分析

運(yùn)用SPSS 23.0對(duì)桃膠無機(jī)元素進(jìn)行主成分分析,結(jié)果見圖1、表5和表6。結(jié)合圖1的主成分碎石圖以及表5主成分特征值及貢獻(xiàn)率可以看出,所有元素被劃分為13個(gè)主成分因子,而前四個(gè)因子的特征值均大于1,且累積方差貢獻(xiàn)率為85.757%,超過了85%,表明前4個(gè)因子可以客觀反映桃膠無機(jī)元素的相關(guān)情況,故對(duì)前4個(gè)因子進(jìn)行分析。

表5 特征值及貢獻(xiàn)率Table 5 Total variance explained

圖1 主成分特征值碎石圖Fig.1 Principal component eigenvalues scree plot

由表6可知,第一主成分中的Ge、V、Li載荷系數(shù)值較大;第二主成分中P、Mg、Sr載荷系數(shù)值較大;第三主成分中的Fe、Co、Mn載荷系數(shù)值較大;第四主成分中K載荷系數(shù)較大。由于總方差的85%以上的貢獻(xiàn)率來自前4個(gè)主成分,因此選取前4個(gè)因子中載荷系數(shù)大的V、Li、Ge、Sr、P、Mg、Fe、Mn、Co、K為桃膠的特征元素。

表6 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣Table 6 Rotated component matrix

表7 桃膠中20種無機(jī)元素含量的相關(guān)性分析Table 7 The correlation of 20 inorganic elements contents in peach gum

注:**表示極顯著,P<0.01,*表示顯著,P<0.05。

表8 桃膠綜合評(píng)價(jià)Table 8 Comprehensive evaluation of peach gum

2.4 桃膠無機(jī)元素含量相關(guān)性分析

對(duì)桃膠的無機(jī)元素含量進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見表7。由表7可知,桃膠中有24對(duì)元素呈顯著正相關(guān)(P<0.05),分別為Fe和Co、Pb、As;Co和V、Li、Mg、Pb、As;Zn和Li、Pb;V和Ge、As;Ba和Cd;Li和Ge、Mg、P、As;Ge和As;Ga和Cd;Mg和P、As;K和Hg;Pb和Cd、As。4對(duì)元素呈極顯著正相關(guān)(P<0.01):Fe和Cd、Ba和Ga、V和Li、Li和Pb。結(jié)果表明,這28對(duì)元素在桃膠的形成過程中,存在著協(xié)同關(guān)系,能夠相互促進(jìn)[11]。

2.5 綜合評(píng)價(jià)

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,桃膠含有K、Mg、P、Ga等常量元素以及Fe、Cu、Zn、Co、Mn、V等對(duì)人體有益的微量元素,這些元素所表現(xiàn)的生理功能與古籍《千金方》、《草藥驗(yàn)方交流集》中提到的桃膠可“治虛熱作渴”“治糖尿病”等功效相一致。各產(chǎn)地桃膠微量元素種類及含量分布規(guī)律雖相似,但元素含量有明顯差異,P、Sr、Ba、K四種元素產(chǎn)地差異明顯;而福建屏南、貴州畢節(jié)、湖北隨州以及安徽大別山的桃膠均未檢出Sn元素;遼寧河口未檢出As元素;這可能與當(dāng)?shù)靥覙渖L(zhǎng)的土壤、水質(zhì)、大氣等生態(tài)因子有關(guān)。主成分分析顯示,桃膠中的V、Li、Ge、Sr、P、Mg、Fe、Mn、Co、K為桃膠的特征元素,可作為品質(zhì)評(píng)價(jià)的一項(xiàng)指標(biāo)。相關(guān)性分析表明,有28對(duì)元素有相關(guān)性,其中4對(duì)元素呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),24對(duì)元素呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。綜合評(píng)價(jià)分析提示,福建屏南、浙江蒼南、江蘇無錫桃膠在無機(jī)元素方面,品質(zhì)較好。在所分析的10個(gè)產(chǎn)地桃膠20種無機(jī)元素中,對(duì)人體有害的重金屬元素含量均不超過《藥用植物及制劑口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》、《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》所規(guī)定的限量,表明桃膠作為桃樹的副產(chǎn)物,并沒有蓄積重金屬的情況,提示了食用桃膠的相對(duì)安全性。本實(shí)驗(yàn)為桃膠的資源開發(fā)、質(zhì)量控制以及安全性評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。