珍珠和珍珠母的微量元素测定及其比较分析

李尚蓉 张静娴 姚 帅 果德安 吴婉莹

(1 长春中医药大学,长春,130117; 2 中国科学院上海药物研究所中药现代化中心,上海,201203)

中药研究

珍珠和珍珠母的微量元素测定及其比较分析

李尚蓉1,2张静娴2姚 帅2果德安2吴婉莹2

(1 长春中医药大学,长春,130117; 2 中国科学院上海药物研究所中药现代化中心,上海,201203)

目的:全面测定珍珠和珍珠母中的微量元素,对其在2味药材中的分布情况进行比较分析,找出差异性。方法:采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法对8批珍珠和9批珍珠母中24种微量元素进行测定,并运用SIMCA-P+13.0软件,采用主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)和正交偏最小二乘-判别分析法(Orthogonal Partial Least Squares-discriminant Analysis,OPLS-DA)对测定结果进行统计分析。结果:在24种微量元素中,珍珠和珍珠母中共检测出了16种,其中Ca含量最高,其次是Na,Mn,Sr,Mg,Fe。PCA得分图显示2味药材可以明显区分开,OPLS-DA结果表明二者差异较大的微量元素为Na。结论:本研究全面阐明了珍珠和珍珠母中微量元素和二者的差异性,为珍珠粉与贝壳粉的区分提供了依据,同时为二者的质量控制提供了参考。

珍珠;珍珠母;微量元素;PCA;OPLS-DA

珍珠母和珍珠分别为珍珠贝科动物马氏珍珠贝Pteriamartensii(Dunker)、蚌科动物三角帆蚌Hyriopsiscumingii(Lea)或褶纹冠蚌Cristariaplicata(Leach)等双壳类动物的贝壳及受刺激形成的结晶体,二者均为传统中药,能够安神定惊、明目退翳,另外,珍珠母还具有平肝潜阳,珍珠还具有解毒生肌、润肤祛斑等功效[1-4]。对于珍珠和珍珠母的化学组成,研究表明二者主要成分均为碳酸钙、角壳蛋白及微量元素等[5-6],其中,碳酸钙含量在90%以上,二者无明显差别,难以区分。文献曾报道过珍珠和贝壳类药材中的微量元素[7-8],但测定种类不够全面,缺乏系统比较,难以找出珍珠粉与贝壳粉的差异。因此,我们在文献调研的基础上,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定珍珠和珍珠母中24种微量元素的含量,并采用SIMCA-P+13.0软件对测定结果进行统计分析,揭示二者微量元素分布情况和差异性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 珍珠和珍珠母药材信息见表1,样品经上海药物研究所果德安研究员鉴定为蚌科动物三角帆蚌的贝壳及所产珍珠。硝酸为(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);水由Mili-Q超纯水仪制备。

表1 珍珠和珍珠母药材信息

7900电感耦合等离子体质谱仪(Agilent,美国);720电感耦合等离子体发射光谱仪(Agilent,美国);电子天平(Satorius CP124 S,北京赛多利斯有限公司);粉碎机(MF10 B S 25 IKA)。

1.2 方法

1.2.1 微量元素测定 将珍珠和珍珠母样品粉碎,分别称取样品粉末0.3 g于微波消解罐中,加入5 mL浓硝酸,经微波消解后冷却至室温,消解所得溶液用超纯水定容至25 mL。采用ICP-MS法,测定Be,V,Cr,Co,Ni,As,Cd,Sb,Sn,Ba,Pb,Zn,Sr,Hg和Pd 15个微量元素,采用ICP-OES法,测定Li,Cu,Ti,Bi,Ca,Na,Fe,Mg和Mn 9个微量元素,仪器参数如表2所示。

表2 仪器参数

1.2.2 统计分析 采用SIMCA-P+(Version 13.0，Umetrics，Umea，Sweden)软件对测定结果进行PCA和OPLS-DA分析,了解微量元素在2味药材中的分布情况,并找出二者的差异性。

2 结果

2.1 微量元素测定 采用ICP-MS和ICP-OES测定珍珠和珍珠母中的24种微量元素,结果显示其中8种元素包括Co,Sn,Sb,Li,Be,V,Bi和Cd在珍珠和珍珠母中未检测出来,另外16种元素含量结果如表3所示,可以看出Ca元素含量最高,其次是Na,Mn,Sr,Mg,Fe。

表3 微量元素测定结果(mg/kg)

注:*ZZ:珍珠,ZZM:珍珠母。

图1 珍珠和珍珠母PCA得分图

图2 珍珠、珍珠母OPLS-DA散点图(A)得分图,(B)S曲线图,(C)VIP图

2.2 多元统计分析 主成分分析(PCA)是一种无监督的多元统计分析方法,它是采用降维的方式将多个变量减至为少数几个新的变量,并尽可能多地反映原始样本的信息,通过散点图可以直观分析样品的分类情况,并初步了解差异性指标[9]。本文首先对微量元素测定结果进行了PCA分析,采用了UV scaling的前处理方法,前2个主成分的累积方差贡献率为59.3%(PC1 35.4%,PC2 23.9%),结果如图1所示,珍珠和珍珠母样品可以区分开,分别分布在组A和组B中,说明二者的微量元素分布存在差异。为了进一步确定差异性微量元素,本研究采用了监督的正交偏最小二乘-判别分析法(OPLS-DA)[9]对实验结果进行统计分析,采用了UV scaling的前处理方法,该模型的主要参数为R2=0.958,Q2=0.906。结果如图2所示,从图2A得分图中可以看出2味药材明显地区分开;在图2B中S型曲线图两端的成分对分类结果影响显著,主要包括了微量元素Na,Ca和Ba;另外,OPLS-DA模型提供了变量重要性投影(Variable Influence on Projection,VIP)值,如图2C所示,可以看出对分类影响最大的成分是Na元素,其次是Ca和Ba。图3提供了3个差异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的含量明显高于珍珠,而Ba的含量在珍珠中偏高。

图3 微量元素Na、Ca和Ba在珍珠和珍珠母中的分布图

3 讨论

本文采用ICP-MS和ICP-OES法对珍珠和珍珠母中24个微量元素进行了测定,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,这是目前对2味药材中微量元素最全面的报道。结果显示在所分析样品中共检测出了其中16种,另外8种包括Co、Sn、Sb、Li、Be、V、Bi和Cd未检测出来,2味药材所含微量元素的分布规律基本一致,Ca元素含量最高,其次是Na、Mn、Sr、Mg和Fe。

很多研究证明,微量元素具有很重要的疾病治疗和保健功能,例如Mn可以防治心血管疾病和调节神经系统,并促进人体对Ca的吸收[10];Ge具抗肿瘤作用[10];Fe可用于改善贫血症状[10]等。珍珠和珍珠母的药理活性与其含有丰富的微量元素密切相关,研究表明珍珠母等贝壳类药物可作为补钙剂,其不仅可防治各种缺钙引起的疾病,如抽筋、骨质疏松、痴呆病等,还具有低免疫原性、良好的生物相容性、可降解性、骨传导性和较好的成骨作用,可作为生物骨的替代材料[11]。另外,据文献报道,Fe,Mg,Mn,Sr等与珍珠母的平肝潜阳功效相关[12-13],Fe、Mn、Ca等元素与镇静安神作用[14-15]相关。

我们又进一步采用了SIMCA-P+软件对测定结果进行了PCA和OPLS-DA分析,全面地了解2味药材中微量元素的分布情况,并找出二者的主要差异性成分。从PCA分析结果看,珍珠和珍珠母能够区分,可见二者所含微量元素的分布存在差异,OPLS-DA分析结果显示主要差异性成分为Na、Ca和Ba,其中元素Na的差异性最为显著。可见根据微量元素的差异性可以将二者很好地区分,就目前结果来看,每千克珍珠中含Na在2 500～2 700 mg,而每千克珍珠母中含Na元素为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况,并找出了二者的差异性成分,为2味药材的质量控制提供了重要参考数据,同时也为珍珠粉与其他贝壳粉的质量鉴别提供了科学实用的研究方法。

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(2015-02-04收稿 责任编辑：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

国家高技术研究发展计划(863计划)(编号:2013AA093002)——“海洋传统药源生物(中药)资源开发利用”

李尚蓉(1988—),女,硕士研究生,研究方向:中药分析,E-mail:lishangrong1988@163.com

吴婉莹(1973.6—),女,博士,研究员,中药现代化中心副主任,研究方向:中药质量标准,Tel:(021)50806600-2221,E-mail:wanyingwu@simm.ac.cn

R286.0

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2015.10.037