主成分與聚類分析法評價細莖石斛的礦質元素營養價值

李兆云，李輝，夏雪芬，楊琦

(德宏師范高等專科學校 德宏生物醫藥工程研究中心，云南 芒市 678400)

0 引言

細莖石斛Dendrobium moniliforme(L.)Sw，為蘭科石斛屬多年生草本植物，生于海拔590～3 000 m的闊葉林中樹干上或山谷巖壁上，別名銅皮石斛、清水山石斛等[1]，近年來研究發現，其含有的氨基酸和礦物質元素，發揮著重要的生理、生化功能。礦物質元素通過與蛋白質和其他有機基團結合，在體內形成了激素、酶、維生素、細胞因子等生物大分子。一些金屬離子在維持核酸的雙螺旋結構與核蛋白結構方面具有重要作用，礦物質元素如鋅、銅、錳對機體免疫功能有重要作用[2-3]。鐵是造血過程中的必需的元素之一，是組成血紅蛋白的必要部分。本實驗采用原子吸收光譜法對其進行礦物質元素測定并采用SPSS20.0的主成分分析和聚類分析法對測定結果進行評價分析，探討其中礦物質元素含量測定及評價方法，擬為完善細莖石斛的質量標準提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

收集云南省蒙自市、屏邊縣、寧洱縣、思茅區、建水縣、瑞麗市、綠春縣和廣西來賓市、廣東清遠市、福建南平市等地的細莖石斛，經德宏師范高等專科學校施洪教授鑒定為細莖石斛。

1.2 儀器和試劑

DHG-9140電熱鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)；CP214分析天平(奧豪斯國際貿易上海有限公司)；Mars6微波消解儀(美國培安公司)；900T型原子吸收光譜儀(珀金埃爾默股份有限公司)，EHD-24型消解儀(北京東航科儀儀器有限公司)；元素單標溶液濃度為1 000 μg/mL(國家有色金屬及電子材料分析測試中心)；鋅元素空心陰極燈(北京有色金屬研究總院)；其他元素燈為原裝燈。高純氮氣(質量分數為99.99%)，硝酸鈀10 000.0×10-6(珀金埃爾默股份有限公司)，優級純濃硝酸(西隴化工股份有限公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

將石斛樣品鮮條用超純水洗凈，切片晾干，55 ℃烘干至恒重，粉碎，過80目篩備用。

1.3.2 礦物質元素的測定

(1)供試品溶液及空白對照溶液制備。精密稱取細莖石斛樣品0.1 g樣品，置于聚四氟乙烯(PTFE)消解罐中，加人8 mL濃硝酸，120 ℃預消解，直至冒白煙，消化液呈透明或略帶黃色，冷卻至常溫后將消解罐放入微波消解儀中消解，最后揮干濃硝酸約剩余1 mL，將樣品用超純水定容至50 mL，作為母液使用。精密吸取母液1 mL，置50 mL量瓶中，加水定容，作為K、Ca、Mg測定液。母液用于其他測定其他元素，采用以上步驟同法制備空白對照品溶液。

(2)標準標準溶液制備與測定。以0.5%硝酸稀釋，配制成相應濃度的標準溶液，均有良好的線性關，如表1所示。

表1 各元素的線性方程及相關系數

2 結果與分析

2.1 礦物質元素的分析

通過檢測不同產石斛地中經含有K、Ca、Mg、Fe、Mn、Na、Zn、Cr、Cu、Pb、Cd等礦物質元素，K、Ca、Mg的含量較高，除去前3種宏量必需元素，其他Fe、Mn、Na、Zn、Cu等人體必需元素含量也相對較高，其中Fe的平均含量最高199.35 mg/kg，Cu的平均含量最低2.75 mg/kg。

2.2 主成分分析

如表2所示，礦物質元素第1、2、3個主成分的累積方差貢獻率達到了84.25%，且特征根λ1=3.87、λ2=3.24、λ3=2.15、均大于1，說明前3個因子包含了所測礦物質元素含量的大量信息，在礦物質元素含量測定評價中起主導作用。故選取前3個主要成分，其中第1主成分的方差貢獻率為35.20%，且第1主成分中Mn、Ca、Cu、Mg的系數占較大比重，在第1主成分起主導作用，第2主成分的方差貢獻率為29.49%，Zn、Na、Pb、Cd元素成在第2主成分中起主導作用。由于第1、2主成分方差貢獻率占總方差的64.69%，綜合考慮Mn、Ca、Cu、Mg、Zn、Na為細莖石斛的特征性元素。礦物質元素主成分與綜合主成分得分及排序如表2所示。

表2 礦物質元素主成分特征值和方差貢獻率

2.3 礦物質元素綜合得分及評價

由表3礦物質元素主成分與綜合主成分得分及排序來看，云南寧洱的F值最高礦物質元素含量最佳、其次是云南思茅、云南綠春。云南屏邊的F值最低，礦物質元素含量最差、在云南寧洱、云南思茅兩個得分高的石斛樣品中，K、Ca、Fe、Mg、Cu等礦物質元素含量較高，而得分低的云南屏邊的石斛樣品中K、Ca、Fe、Mg、Cu等礦物質元素含量較低。說明礦物質元素與產地存在一定的相關性。

表3 礦物質元素主成分與綜合主成分得分及排序

2.4 聚類分析

將各礦物質元素含量數據導入分析軟件SPSS 20.0中進行聚類統計分析，基于礦物質元素量可將10個不同產地的細莖石斛分為2大類，其中云南寧洱、云南思茅、福建南平和云南建水聚為一類，其余剩下的6組聚為一類。

3 結語

細莖石斛含有豐富的人體必需金屬元素，根據WM/T2—2004《藥用植物及制劑外經貿綠行業標準》[4]規定的“Pb≤5.0 mg/kg Cu≤20.0 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg”，從表可以看出Cd有不同程度的超標，Pb、Cu均未超標，Cd進入體內多年后可引起骨痛等癥狀[5]。由于種植方式，生長環境影響，還有Cd在體內的富集情況仍需進一步研究，所以提倡無公害化種植石斛也是一條可行的路徑。其他元素限量總體上是安全的。礦物質元素主成分分析結果表明，Fe、Zn、Mn、Ca、Mg為細莖石斛特征元素，聚類分析圖中云南寧洱、云南思茅、福建南平和云南建水聚為一類，其余剩下的6組聚為一類，細莖石斛礦物質元素含量一定的地域性差異。聚類分析的結果可以為評定細莖石斛提供參考依據。