云南不同顏色三七中重金屬及微量元素分析△

嚴華，黃小艷，于爽，鄭鋅，魏鋒*，馬雙成*

1.中國食品藥品檢定研究院，北京 100050；2.島津企業管理（中國）有限公司，北京 100020

三七Notoginseng Radix et Rhizoma收載于《中華人民共和國藥典》（以下簡稱《中國藥典》）2020年版[1]，是傳統名貴藥材，具有悠久的臨床用藥歷史，具有散瘀止血、消腫定痛的功效。我國云南省文山州境內為世界著名的三七道地產地[2-3]，已依法實施規范化種植。文山州位于N22°40′～24°48′、E103°35′～106°12′區域，文山州三七種植區土壤屬黃紅壤和紅壤類型，主要有4 類：碳酸鹽巖和碎屑巖混合型黃紅壤（簡稱混合型黃紅壤，即碎屑巖與碳酸鹽巖混合型）、火山巖紅壤（即火山巖風化土壤）、碳酸鹽巖紅砂壤（摻雜其他巖石的土壤，質地較碳酸鹽巖紅壤粗）和碳酸鹽巖紅壤（主要為碳酸鹽巖，壤質單一）[4-6]，出產的三七均具有明顯的地域特征：外觀呈黃褐色、棕褐色、灰褐色、灰黃色[7-8]。近年來，三七被列入可用于保健食品的物品名單[9]，市場需求量日益增加，但道地產地栽培的連作效應制約了三七產量[10]，促使種植區推向N25°45′、E101°51′區域，包括玉溪、昆明、曲靖、楚雄等地區。這些地區土壤背景有的與文山州相近，但出產的三七表面顏色有的較淺，呈土黃色，有的深，呈灰褐色至黑褐色。云南省多地歷來是我國重要的礦產區，土壤重金屬及微量元素的含量往往較高[11-12]。中藥中的許多微量元素參與蛋白質、酶、激素等的生理調節過程，起著關鍵的調控作用，也是中藥藥效物質基礎的重要組成部分。據文獻報道，許多具有補益作用的中藥中鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）、鐵（Fe）含量較高，治療風濕的中藥中Fe、Zn、Mn 含量較高[13]。Fe 是人體血紅細胞造血必需的微量元素，Cu與補血生血的作用有一定的內在聯系，Mn是人體中參與造血過程多種酶系統的輔助因子，Zn 是相關酶的組成部分及激活劑[14]。但同時某些元素具有毒性，可引發不良反應。已有文獻報道，部分三七中砷（As）、鉛（Pb）、汞（Hg）等重金屬元素超標，影響了其出口貿易[15-16]?！吨袊幍洹?020 年版一部三七項下增加了有害元素檢查法及含量限度[17]，但僅對As、Pb、Hg、鎘（Cd）、Cu 5 個重金屬及有害元素規定限度，其余尚無限度規定。三七作為藥食同源品種藥物，《食品安全國家標準 保健食品》（GB 16740—2014）[18]應同等適用，并應參考《食品安全國家標準食品營養強化劑使用標準》（GB 14880—2012）[19]。世界各國藥品監管機構對藥品元素雜質的控制越來越嚴格[20]，但目前三七中微量元素的研究資料較少。本研究采用電感耦合等離子體質譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）測定不同表面顏色三七中重金屬及微量元素含量，采用SPSS 20.0 軟件，分析樣品表面顏色與土壤背景、重金屬及微量元素的相關性，為三七規范種植區產品的安全性評價及開發利用提供科學依據。

1 材料

Pb、Cd、As、Hg、Cu、鋇（Ba）、鈷（Co）、鉻（Cr）、Fe、Mn、鎳（Ni）、鋁（Al）、Zn 元素標準溶液（質量濃度均為100 μg·mL-1）、金（Au）元素標準溶液（質量濃度為1 μg·mL-1）均來自中國計量科學研究院國家標準物質研究中心；氮氣（純度＞99.99%）；濃硝酸（優級純，Sigma 公司）；30%過氧化氫（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

島津2030 型電感耦合等離子體質譜儀；XPE 105型電子天平（梅特勒-托利多公司）；ETHOS UP型多孔電熱消解爐、聚四氟乙烯消解罐（Milestone 公司）；Milli-Q系列超純水儀（美國密理博公司）。

三七樣品收集時間為2018—2019 年，產地包括云南省內文山州、楚雄州、昆明市、曲靖市、玉溪市、紅河哈尼族彝族自治州、普洱市7 個地區，樣品出自4 種土壤背景：混合型黃紅壤、碳酸鹽巖紅壤、碳酸鹽巖紅砂壤和火山巖紅壤，栽培時間為3 年，顏色歸類為4 種，總計25 批，經中國食品藥品檢定研究院嚴華主任藥師鑒定均為五加科植物三七Panax notoginseng（Burk.）F.H.Chen 的干燥根，樣品顏色及來源信息見表1。其中樣品描述性特征采用SPSS 20.0數據標簽定義的方法，樣品表面顏色按由淺至深的順序定義標簽值為1代表土黃色；2代表棕色至棕褐色；3 代表紅棕色至紅褐色；4 代表灰褐色至黑褐色。各顏色的代表樣品見圖1。樣品規格按每500 g樣品的個數，即頭數表示，標簽值定義為1 表示≤70 頭；2 表示70＜頭數≤160 頭；3 表示＞160頭；樣品的4種土壤背景分別定義標簽值為1代表混合型黃紅壤；2 代表碳酸鹽巖紅壤；3 代表碳酸鹽巖紅砂壤；4代表火山巖紅壤。

圖1 云南產不同表面顏色的三七

2 方法與結果

2.1 樣品表面顏色及土壤背景分析

統計表1描述性特征，有土黃色（1）樣品3批，包括出自文山州碳酸鹽巖紅壤（2）、火山巖紅壤（4）及楚雄州的火山巖紅壤（4）2 種土壤背景；棕色至棕褐色（2）樣品10 批，包括出自文山州的混合型黃紅壤（1）和火山巖紅壤（4）、玉溪市的混合型黃紅壤（1）、紅河哈尼族彝族自治州的碳酸鹽巖紅壤（2）、普洱市和昆明市的火山巖紅壤（4）3 種土壤背景；紅棕至紅褐色（3）樣品9 批，包括出自文山州的混合型黃紅壤（1）、碳酸鹽巖紅壤（2）、碳酸鹽巖紅砂壤（3），昆明市的碳酸鹽巖紅砂壤（3）和火山巖紅壤（4），曲靖市的碳酸鹽巖紅砂壤（3）和火山巖紅壤（4）4 種土壤背景；灰褐色至黑褐色（4）樣品3 批，包括出自文山州的碳酸鹽巖紅砂壤（3）、火山巖紅壤（4），昆明的碳酸鹽巖紅砂壤（3）2 種土壤背景。將定性數據定量化，標簽值供SPSS數據統計分析。

2.2 重金屬及微量元素含量測定

2.2.1ICP-MS條件 高頻頻率：27.12 MHz；高頻功率：1.20 kW；等離子體氬氣流速：9.0 L·min-1；輔助氣：氬氣，流速為1.10 L·min-1；載氣：氬氣，流速為0.70 L·min-1；等離子體炬管：Mini 炬管；采樣深度：5 mm；霧室溫度：5 ℃；池氣體：He氣，流速：6 mL·min-1；池電壓：-21 V；能量過濾器壓力：7.0 V。

2.2.2樣品前處理 稱取樣品粉末0.1 g 于微波消解罐中，加HNO3-H2O2（4∶1）10 mL，預消解過夜后，200 ℃微波消解。升溫程序：升溫時間10 min，200 ℃，保持0 min；升溫時間0 min，200 ℃，保持10 min，消解完后電熱板低溫趕酸至近干，將消解液轉入50 mL 量瓶中，用超純水洗滌消解管3 次，合并洗滌液，加入Au 元素標準溶液（1000 μg·mL-1）100 μL，加超純水定容至刻線，取上清液測定。供試品溶液測定值如超出標準曲線上限，則用1%硝酸稀釋至標準曲線范圍內再進行測定。同法制備空白溶液。

2.2.3標準品溶液的制備 用5%HNO3稀釋多元素混合溶液為0～200 μg·L-1，其中Al、Fe 0～20.0 mg·L-1；Hg 0～2.0 μg·L-1（含2.0 mg·L-1Au），臨用配制。根據樣品的實際質量濃度調整各元素的線性范圍。

2.2.4內標溶液制備 Sc、Ge、Rh、Bi元素母液，用2%硝酸將其稀釋為10 μg·L-1的內標溶液，在線加標。

2.2.5線性及范圍 依次將各質量濃度的標準品溶液注入電感耦合等離子體發射光譜儀中進行測定，軟件自動以測量值（代表光強）為縱坐標（Y），質量濃度為橫坐標（X），繪制標準曲線，得出回歸方程（表2）。相關系數（r）＞0.999，13 個元素在線性范圍內的線性關系良好。

表2 三七中13個元素線性線性關系、儀器和方法檢出限

2.2.6精密性、重復性、回收率試驗 精密性、重復性的RSD均小于5%，樣品加樣回收率為96.9%～101.2%，表明此方法可靠。

2.2.7樣品測定 取三七樣品按上述方法進行樣品處理及儀器測定，結果見表3。4 種顏色的樣品中13 個微量元素的質量分數均為Al＞Fe＞Mn＞Cu＞Ni＞Cr＞As、Pb、Co、Cd（As、Pb、Co、Cd 質量分數相近）＞Hg、Zn、Ba（Hg、Zn、Ba質量分數相近）；紅棕色至紅褐色樣品中Al、Fe 的平均質量分數最高；土黃色樣品中Cu平均質量分數最高；棕色至棕褐色樣品中Ni 和Co 平均質量分數最高，13 個元素的總質量分數均值以紅棕色至紅褐色者最高，灰褐色至黑褐色者最低，僅約為前者的1/4（表3～4）。依據《中國藥典》2020 年版規定限度判斷Pb、Cd、As、Hg、Cu 5個重金屬及有害元素質量分數（Pb質量分數≤5 mg·kg-1；Cd 質量分數≤1.0 mg·kg-1；As質量分數≤2 mg·kg-1；Hg 質量分數≤0.2 mg·kg-1；Cu 質量分數≤20 mg·kg-1），結果均遠低于標準規定限度?！妒称钒踩珖覙藴时＝∈称贰罚℅B 16740—2014）中關于污染物限量僅對鉛、砷、汞3 個指標做了規定：Pb 不得過2.0 mg·kg-1、總As 不得過1.0 mg·kg-1、總Hg 不得過0.3 mg·kg-1。依此標準，樣品中鉛含量遠低于標準限量，但砷含量有10個樣品出現超標，即SQ03、SQ04、SQ07、SQ10、SQ11、SQ12、SQ15、SQ16、SQ17、SQ21，超標率達40%，其中SQ017 超標達46%，涉及3 種表面顏色（除灰褐色至黑褐色）和4 種土壤背景的樣品；依據《食品安全國家標準食品營養強化劑使用標準》（GB 14880—2012）規定的Al 在食品中的限量為100 mg·kg-1判斷，4 種顏色三七樣品的Al質量分數均超標8～9倍。4種土壤背景的樣品中，各元素質量分數分布與在表面顏色中的分布呈現相同的規律，并可見碳酸鹽紅砂壤背景樣品的各元素總質量分數最高，其中Al、Fe、Zn、Ba、Pb 平均質量分數較高；火山巖紅壤中各元素總質量分數均值最低，其中As 質量分數相對最高；混合型黃紅壤樣品中的Mn、Ni、Co、Cd 平均質量分數最高；碳酸鹽巖紅壤樣品的Cu、Cr、As 質量分數最高，Cd 質量分數最低，4 種土壤背景的樣品中，《中國藥典》2020 年版規定的5 種重金屬及有害元素質量分數均遠低于限度規定，Al質量分數平均超限度6～11倍，見表5。

表3 三七樣品中重金屬及微量元素質量分數（n=2） mg·kg-1

表4 云南產4種表面顏色三七樣品中13個重金屬及微量元素平均質量分數（） mg·kg-1

表4 云南產4種表面顏色三七樣品中13個重金屬及微量元素平均質量分數（） mg·kg-1

表5 云南不同土壤背景三七樣品中13個重金屬及微量元素平均質量分數（） mg·kg-1

表5 云南不同土壤背景三七樣品中13個重金屬及微量元素平均質量分數（） mg·kg-1

2.3 數據統計分析

采用Excel 及SPSS 20.0 軟件分析，代入樣品表明顏色、土壤背景、頭數標簽值及重金屬及微量元素含量測定結果，Pearson相關分析考察樣品土壤背景、表面顏色、頭數與13個重金屬及微量元素的相關性，相關性強弱以P（雙側水平）值判斷，r為正時呈正相關性，反之為負相關性，見表6。

表6 三七樣品外觀特征與13個重金屬及微量元素含量Pearson相關分析

4種樣品土壤背景與Co含量呈負相關，r為-0.585（P=0.046），即Co的含量呈現混合型黃紅壤＞碳酸鹽巖紅壤＞碳酸鹽巖紅砂壤＞火山巖紅壤，與其他元素含量無顯著相關；表面顏色與Cd、Mn含量呈顯著負相關，r分別為-0.780（P=0.003）和-0.681（P=0.015），即外觀顏色越深（表面顏色標簽值越大）Cd、Mn含量有增加的趨勢，規格與Ba、Co、Hg含量有正相關，r分別為0.713（P=0.009）、0.657（P=0.020）、0.690（P=0.013），說明隨頭數增加，此3個元素含量呈增加趨勢。雖然Al、Fe、Cu元素含量較高，但未與表面顏色的差異有相關性。同時，元素間含量中Fe含量與Al、As、Ba、Cd、Hg、Mn呈顯著的正相關，Cu 與Pb、Zn 有顯著的正相關性，Mn與Ba、Cd、Co呈顯著的正相關。

3 討論

云南省礦產資源豐富，礦區與三七種植區多重合，種植三七的土壤常為偏酸性紅壤，平均pH約為5.5，土壤的酸化作用易引起土壤中金屬元素的大量溶出并產生毒害。三七的營養主要來源于土壤、空氣和水，施肥的養分要經過土壤才能被植物吸收，當累積在土壤中的重金屬超過土壤本底含量并達到危害植物及人類的標準時，必定會使種植在土壤中的三七重金屬含量超標[21]?！吨袊幍洹?020年版三七標準增加了5 種重金屬及有毒有害元素的檢測及限度規定，樣品的測定結果均遠低于標準限度規定，說明目前采取的標準化種植對外源性污染的控制起到較好的風險控制作用，但依據更為嚴格的保健食品國家標準，卻存在顯著的砷超標問題。目前我國對藥品和食品的監管采取“分而治之”的政策，應引起特別重視，避免給有安全隱患的藥品留下法規漏洞。本研究結果顯示，所有樣品中Al 元素質量分數較高，平均為117～994 mg·kg-1，依據食品相關標準管理規定（限量為100 mg·kg-1），均已大幅度超標，藥品標準中尚未規定Al的含量限度，Al毒害不僅阻礙整株植株生長發育，使植物的生產力下降，進入人體的Al 還可導致人體神經、免疫、骨骼等系統機能受損，嚴重危害人體健康[22]；Fe、Zn、Mn等元素樣品測定結果質量分數均較高，分別為133～670、13～21、28～50 mg·kg-1，此雖為其止血不留瘀、活血不傷正的藥理作用特點提供了一定的科學依據，但人體內Fe 元素過量會損害骨髓的造血機能，導致內分泌功能紊亂[23]，Mn 元素過量會影響中樞神經活動，對智力及生殖系統產生影響[24]；參照《食品安全國家標準食品營養強化劑使用標準》（GB14880—2012）及相關標準[19]、《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB2762—2012）及《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）Mn 的限量標準等[25-27]進行分析，Fe、Zn、Mn 元素最高限度分別為1200、180、26 mg·kg-1，三七樣品中Fe和Zn 元素含量均在規定限度以下，棕色至棕褐色樣品及部分紅棕色至紅褐色樣品的Mn 元素含量超標；Ni和Cr元素的標準限量分別為1.0、2.0 mg·kg-1，測定結果顯示兩者普遍超標。據文獻報道，火山巖黃紅壤因土壤黏性較大，不利于三七根系的發育，故主根個頭較小；碳酸鹽巖紅砂壤土質地疏松度較適中，碳酸鹽巖紅壤不僅土質疏松度適中，含鈣質也更豐富，這2種土質出產的三七主根較大[28]，對此還有待進一步收集樣品及栽培土壤做深入研究。