煎煮对几种特色南药中重金属元素含量和形态影响

荀 合，潘佳钏，梁维新,卫亚宁,郭鹏然*

(1.中国广州分析测试中心 广东省分析测试技术公共实验室，广东 广州 510070；2.佛山科学技术学院 食品科学与工程学院，广东 佛山 528000；3.兰州理工大学 石油化工学院，甘肃 兰州 730050)

煎煮对几种特色南药中重金属元素含量和形态影响

荀 合1，潘佳钏1，梁维新2,卫亚宁3,郭鹏然1*

(1.中国广州分析测试中心 广东省分析测试技术公共实验室，广东 广州 510070；2.佛山科学技术学院 食品科学与工程学院，广东 佛山 528000；3.兰州理工大学 石油化工学院，甘肃 兰州 730050)

考察了几种特色南药中重金属(Cd，Cr，Cu，Fe，Mn，Ni，Pb，Sr，Zn)的含量状况，并采用形态连续萃取法分析重金属在药材中的形态分布，研究了药材煎煮时药材中重金属的释放及煎煮过程对药材中重金属形态分布的影响。结果表明，几种南药中Cr，Pb，Zn的含量较高，且巴戟天中的重金属总量高于限量标准；原药材中Cr，Cu，Mn，Ni，Pb和Zn主要存在于有机态和残留态，Fe和Sr主要存在于残留态。煎煮使南药中大量重金属迁移到药汤中；药汤中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn主要来自于其在药材中的可交换态、碳酸盐结合态和有机态，而药汤中Sr，Ni和Fe不仅包含其非残留态，更多来自于它们的残留态。为减少药汤中重金属，对于Cu，Mn，Cr，Pb和Zn既要控制在药材中的总量，且需降低它们在药材中的非残留态含量；对于Fe，Ni和Sr则主要是控制其在药材中的总量。

南药；重金属；形态；煎煮；质量控制

南药是指生长在长江以南的热带、亚热带地区，传统指广东、广西、福建南部、台湾、云南等地区所产的地道药材[1]。南药是中药的重要组成部分，据资料可查的南药有121 种之多[2]，如阳春砂、巴戟天、槟榔、益智、高良姜、佛手、八角、肉桂等。中药中重金属元素(如Cr，Cu，Fe，Pb等)对药性、药效乃至毒副作用关系密切[3]。中药配合物学说指出微量元素是以配合物的形式在人体内起作用，中药中微量元素的作用不仅有赖于其含量，更由它们的存在形态决定[4]。中药中重金属元素的形态不仅影响其在药物中的活性[5-6]，而且也影响着南药中重金属的去除[7]。近年来对药材中重金属含量的检测发现，部分南药中重金属含量超标[8]，影响了南药的质量。为提高中药质量，增强中药的国际医药市场竞争力，考察我国特色南药中重金属元素的含量和形态分布具有重要意义。

本文首先采用湿法消解-微波等离子体发射光谱法考察几种特色南药中重金属含量，利用形态连续萃取法分析了重金属形态在南药中的分布，并研究了中药煎煮前后其中重金属含量和形态的变化。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

Agilent 4100 MP-AES微波等离子体发射光谱仪。仪器工作条件：常规雾化进样系统(CNSI)雾化室；Concentric nebulizer雾化器，雾化器压力为80～240 kPa；积分时间为3 s，样品提升时间10 s，稳定时间8 s；3通道蠕动泵；背景校正Auto方式。Milli-Q超纯水处理系统(美国Millipore公司)；石墨消解仪(中国广州分析测试中心)；ZN-08小型粉碎机(北京兴时利和科技发展有限公司)。

1.2 试剂与标准溶液

硝酸、高氯酸(优级纯，广州化学试剂厂)；磷酸二氢钾(分析纯，广州化学试剂厂)；三水合乙酸钠(优级纯，阿拉丁公司)；焦磷酸钠(分析纯，天津光复精细化工研究所)；Cd，Zn，Fe，Cu，Mn，Cr，Ni，Sr，Pb 标准溶液(国家钢铁材料测试中心)，实验用水为18.2 MΩ·cm的去离子水。

1.3 样品的消解

实验所用砂仁(SR)、高良姜(GLJ)、巴戟天(BJT)购自广州市面药店。药材样品平铺于大蒸发皿上，放入烘箱中60 ℃烘24 h后，粉碎机粉碎备用。

中药样品：分别准确称取(1.000 0±0.005 0) g药材样品置于消解管中，加入20 mL硝酸，盖上盖子冷消解过夜后，将消解管放入石墨消解仪中于120 ℃下恒温消解2 h；再加入2 mL高氯酸于180 ℃下恒温加热至溶液清亮透明，继续加热使溶液浓缩至约5 mL，冷却至室温。用高纯水转移至50 mL容量瓶中，定容后,利用MP-AES测定消解液中元素浓度。样品空白与样品同流程操作。

中药煎煮后药渣：模拟传统煎药方式制备中药水煎液。称取5 g 经磨碎样品，置于200 mL 烧杯中，加约100 mL超纯水，在调压电炉上先武火加热至沸、后文火保持微沸30 min(煎制时间从刚沸腾起计时)，趁热用双层纱布过滤，收集过滤后的药渣置于烘箱中60 ℃烘干，然后按中药材样品同样的消解方法进行处理，准备好分析溶液。

1.4 中药样品的形态分析

据文献报道的重金属形态分析方法[9]，准确称取(2.000 0±0.005 0) g煎煮前后的药材样品，置于50 mL聚四氟乙烯离心管中。先加入20 mL 0.1 mol/L 的磷酸二氢钾溶液，然后置于恒温振荡仪，在25 ℃以200 r/min回旋振荡的条件下振荡4 h后，于低速离心机离心2 min，提取液过滤保存于聚四氟乙烯塑料瓶中，进行编号。依次用1 mol/L醋酸钠(pH 5.0)溶液、0.1 mol/L焦磷酸钠溶液按同样的操作提取药材中重金属，3步操作提取的重金属元素的形态依次为：可交换态(Exc)，碳酸盐结合态(Car)和有机态(Org)。通常认为重金属的可交换态和碳酸盐结合态较易迁移，为其生物可利用态，有机态在一定条件下才能释放迁移，为其潜在可利用态[10-11]。

3次提取后的残渣按“1.3”样品消解方法处理，测定重金属的残留态含量。3种特色南药样品的提取液和消解溶液经测定，其可交换态、碳酸盐结合态、有机态和残留态之和与对应样品总量的回收率为92%～97%，即各形态含量之和与总量值一致。

1.5 样品测定

仪器校正和参数优化后，选择合适分析谱线，采用标准曲线法进行样品的测定，各元素的分析谱线和定量下限见表1。

表1 各元素的分析谱线和定量下限Table 1 Analytical spectral line and quantitative limit for each elements

2 结果与讨论

2.1 原药材中重金属含量测定

砂仁、高良姜和巴戟天等特色南药样品中的重金属含量分析结果见表2(消解溶液Cd浓度低于6.0 μg/L而未定量检出)。由表2可见，不同南药中的金属含量存在较大差异：砂仁和巴戟天中的Cu含量相比高良姜较高，而Mn和Zn的含量较低；高良姜和巴戟天中的Cr和Fe含量较砂仁高。总体而言，砂仁中所考察的重金属元素含量较低，高良姜中Mn、巴戟天中Sr和Pb含量明显高于其它药材。

表2 原药材中的重金属含量(μg/g)Table 2 Content of heavy metals in raw medicinal herbs(μg/g)

据中国药典(2015版)中的重金属限值，上述南药样品中Cd和Cu含量均低于限量要求(Cd≤ 0.3 μg/g，Cu≤ 20 μg/g)，而巴戟天中的Pb则超过药典中的限量要求(Pb≤ 5 μg/g)；高良姜中Zn超过美国草药重金属限量标准(NSF 173-2001)的限定要求(Zn≤ 50 μg/g)，3种南药中Cr含量皆超过NSF 173-2001的限量要求(Cr≤ 0.2 μg/g)，特别是巴戟天与高良姜中Cr含量超过限量的18倍以上；同时，巴戟天中Cu和Pb总含量高于我国药用植物及制剂外经贸绿色行业标准(WM/T 2-2004)的限量规定(总量≤ 20 μg/g)。因此，巴戟天在使用前应应将其中的重金属予以去除。中国药典和欧盟草药标准对其余所考察重金属尚无限值要求。

2.2 煎煮后药材中重金属含量及变化

煎煮的砂仁、高良姜以及巴戟天样品中的重金属分析结果见表3(Cd含量同样低于定量下限)。煎煮后药材中绝大多数重金属的含量明显降低，Sr，Pb和Cr的含量降低55%以上，Mn，Zn，Ni和Fe的含量多数降为原含量的60%～75%。Cu含量在砂仁和高良姜煎煮后无明显变化。巴戟天中重金属在煎煮后含量降低显著，其中Cu，Sr，Zn，Pb等含量降低60%以上。

表3 煎煮后药材中的重金属含量(μg/g)Table 3 The heavy metals contents in radix decoction(μg/g)

据煎煮的实验条件，煎煮药汤中重金属浓度。煎煮药汤中的重金属含量见表4。由于国内外尚未有中草药的药汤中重金属限量标准，目前按我国生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)的限量要求，药汤中Mn含量为生活饮用水限量标准的15～50倍，Pb含量为限量标准的7～35倍；高良姜和巴戟天药汤中Fe含量为生活饮用水限量标准的30倍，巴戟天中Cr含量为限量标准的6倍。由于药汤中重金属易被人体吸收，对人体潜在危害较大，为减少煎煮过程中药材中的重金属迁移到药汤中，需对药材中重金属予以去除[12-13]。

图1 煎煮前后药材中各形态分布Fig.1 Distribution of different speciation in Chinese medicinal materials before and after decocting Res：residual fraction；Org：organic bound fraction；Car：carbonate bound fraction；Exc：exchangeable fraction

2.3 煎煮前后药材中重金属形态分布

几种南药煎煮前后的重金属形态分布见图1。煎煮前，几种南药的原药材中，Fe主要存在于残留态(75%～95%)，除砂仁中有机态(14%)外，其它形态的含量均较低(<7%)。原药材中Pb，Cr和Ni主要存在于有机态(占总量28%～56%)和残留态(占总量32%～57%)中，可交换态含量很低而未检出。Pb的有机态(45%～56%)稍高于残留态(32%～42%)，其次为碳酸盐结合态(12%～14%)；Cr的残留态(48%～57%)较高，其次为有机态(28%～32%)和碳酸盐结合态(15%～20%)；对于Ni，砂仁和巴戟天中有机态(52%～55%)稍高，而高良姜中残留态(55%)稍高。Zn不仅残留态含量较高(29%～39%)，其有机态和碳酸盐结合态含量(22%～32%)也较高，值得注意的是，易于在煎煮中迁移到药汤的可交换态[5]含量在砂仁和高良姜中为15%和24%。对于Cu，砂仁和巴戟天的残留态较高(40%～59%)，其次为有机态(29%～49%)和可交换态(8%～12%)，而高良姜中有机态含量较高(47%)，其它3种形态的含量接近(16%～18%)。对于Mn，砂仁和巴戟天的残留态较高(43%～47%)，其次为可交换态(27%)和碳酸盐合态(21%～25%)，而高良姜的可交换态(38%)和碳酸盐结合态(37%)含量较高，其次为残留态(24%)。Fe和Sr主要存在于残留态中(45%～91%)，砂仁和高良姜中其它3种形态的含量为11%～19%。

煎煮后几种南药药材中，Fe和Cr主要存在于残留态(78%～95%)，除砂仁中Fe和高良姜中Cr有机态(分别为17%和12%)外，其它形态的含量均较低(<10%)。煎煮后药材中的Pb和Ni绝大多数存在于残留态(56%～85%)和有机态(12%～44%)中，可交换态的含量很低而未检出。煎煮后药材中Sr和Zn的残留态含量较高(51%～95%)，砂仁和高良姜中还存在有机态(11%～25%)、碳酸盐结合态(9%～17%)和可交换态(9%～19%)，而巴戟天中其它形态的含量较低。砂仁和巴戟天中Cu的残留态较高(62%～79%)，其次为有机态(12%～24%)，其它形态含量较低(4%～10%)，而高良姜中Cu的有机态含量较高(36%)，其次为残留态(27%)和其它2种形态(18%)。Mn主要存在于残留态中(63%～69%)，其次为可交换态(14%～19%)和碳酸盐结合态(14%～17%)，有机态含量较低。

相比煎煮前药材中重金属各形态的分布，煎煮后药材中各重金属的可交换态、碳酸盐结合态和有机态的百分比降低，特别是原药材中可交换态含量较高的Mn和Zn在煎煮后比例明显降低，这是由于煎煮提取过程中，易于生物利用的可交换态迁移到药汤所致[14]；同时，煎煮过程会使药材中的小分子有机酸被提取出[15]，从而释放药材中碳酸盐结合态重金属[16-17]。原药材中有机态含量较高，而可交换态和碳酸盐结合态含量较低的Pb和Cr在煎煮后比例明显降低，表明Pb和Cr有机态在煎煮过程中也易迁移到药汤中；而有机态的Ni在煎煮过程中迁移能力相比Pb和Cr较差。Cu形态分布在煎煮前后的变化表明，当药材中可交换态和碳酸盐结合态的含量较低时，其有机态在煎煮过程中易于迁移到药汤中；当药材中可交换态和碳酸盐结合态的含量较高时，其有机态在煎煮过程中迁移到药汤的量明显减少，即煎煮过程中重金属的可交换态和碳酸盐结合态较有机态易于迁移到药汤中。

2.4 药材煎煮过程中重金属形态的迁移

煎煮前后药材中重金属的总量变化和非残留形态变化见表4。 据表中数据，煎煮过程中药材中Mn，Cr，Zn，Pb非残留态减少量占总量减少的46%～100%，特别是砂仁中Zn、高良姜中Mn和Zn减少量与重金属的非残留态减少量基本一致，另外砂仁和高良姜中Cu在煎煮过程中总量减少也主要来自重金属非残留态(占60%～79%)，这些结果表明，药汤中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn主要来自于其在药材中的可交换态、碳酸盐结合态和有机态。对于Sr，Ni和Fe，煎煮过程中总量减少远大于其非残留态的减少量，这些重金属除了非残留态在煎煮过程中迁移到药汤中，它们的残留态也会释放至药汤中。因此，对于特色南药中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn，除了降低它们在药材的总量外，还应在不影响药材有效成分的前提下，采用合适方法除去它们的非残留态，以控制它们在煎煮时释放到药汤中；而对于Fe，Ni和Sr，则主要控制它们在药材中的总量，从而减少它们在药汤中的含量。

表4 煎煮前后药材中重金属形态变化(μg/g)Table 4 Variation of heavy metal speciation in traditional Chinese medicine before and after decocting(μg/g)

*variation of heavy metal contents in traditional Chinese medicine before and after decocting；# variation of the total of 3 speciation(Exc，Car and Org) in traditional Chinese medicine before and after decocting

3 结 论

本文首次采用湿法消解-微波等离子体发射光谱法考察了几种特色南药中重金属含量，并研究了中药煎煮前后其中重金属含量和形态的变化，结果显示：

(1)不同南药中的金属含量存在较大差异：砂仁中所考察的重金属元素含量较低，高良姜中Mn,巴戟天中Sr和Pb含量明显高于其它药材。南药样品中Cd和Cu含量均低于中国药典(2015版)限量要求，部分药材中Cr，Pb，Zn高于美国草药重金属限量标准(NSF 173-2001)要求。巴戟天中Cu和Pb总含量高于我国药用植物及制剂外经贸绿色行业标准(WM/T 2-2004)限量规定。

(2)煎煮后，几种特色南药中的重金属总量绝大多数显著降低，其中Cu，Sr，Zn，Pb等含量降低60%以上。原药材中Pb，Cr和Ni主要存在于有机态和残留态中，Zn，Cu和Mn除残留态和有机态较高外，其它形态含量也在10%以上；Fe和Sr主要存在于残留态。煎煮后，药材中Fe，Cr，Pb，Mn，Ni，Sr和Zn主要存在于残留态，Cu主要存在于残留态和有机态。

(3)煎煮后药汤中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn含量除受总量影响外，主要由它们在药材中的存在形态决定；而药汤中Fe，Ni和Sr含量主要受其总量控制。为减少药汤中重金属，药材中Cu，Mn，Cr，Pb和Zn在控制总量的同时，需要用物理或化学的方法减少它们的非残留态量，而Fe，Ni和Sr则主要需控制药材中总量。

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Effect of Decoction on Contents and Speciation of Heavy Metals in South China Medicine

XUN He1，PAN Jia-chuan1，LIANG Wei-xin2，WEI Ya-ning3，GUO Peng-ran1*

( 1.Guangdong Provincial Public Laboratory of Analysis and Testing Technology，China National Analytical Center (Guangzhou)，Guangzhou 510070，China；2.Food Science and Engineering College，Foshan Science and Technology University，Foshan 528000，China；3.College of Petrochemical Technology，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)

The concentrations of heavy metals(Cd，Cr，Cu，Fe，Mn，Ni，Pb，Sr，Zn) in several South China Medicines were investigated，the speciation of heavy metals were analyzed by the continuous extraction method，and the impact of decoction on contents and speciation of heavy metals were also studied.The results showed that，the concentrations of Cr，Pb，Zn were high in several medical herbs，and the total concentrations of heavy metals in Morinda officinalis were higher than the values of the limit standard.Cr，Cu，Mn，Ni，Pb and Zn in raw medicinal herbs mainly existed as the organic fraction and residual fraction，Fe and Sr mainly existed as residual fraction.A large amount of heavy metals in South China Medicine released to the medicine soup by decocting.Cu，Mn，Cr，Pb and Zn in medicine soup mainly derived from the exchangeable，carbonate bound and organic speciation in the medicinal herbs.Sr，Ni and Fe in medicine soup mainly derived from their residual fraction.The total concentrations and non-residual amounts of Cu，Mn，Cr，Pb and Zn were required to keep in control to reduce the concentrations of heavy metals in the medicine soup，and the total concentrations of Fe，Ni and Sr were required to be in control in minority herbs.

south China medicine；heavy metal；speciation；decoction；quality control

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.03.015

2016-09-02；

2016-10-18

国家自然科学基金(21307120)；广东省科技计划项目(2012B061800043，2016B020240006)

O657.3；TQ460.72

A

1004-4957(2017)03-0382-06

*通讯作者：郭鹏然，博士，副研究员，研究方向：分析化学，Tel：020-37656885-823，E-mail：prguo@fenxi.com.cn