不同产地桃胶无机元素的ICP-MS分析与评价

金 平1，2,陈建伟

(1.南京中医药大学药学院,江苏南京 210046;2.南京中医药大学附属医院,江苏南京 210029)

桃胶为蔷薇科植物桃(AmygdaluspersicaL.)或山桃(Amygdalus.davidiana(Carr.)C.de Vos ex Henry)树皮中分泌出来的树脂[1]。桃胶于夏季采收,用刀切割树皮,待树胶溢出后收集,水浸,洗去杂质,晒干。桃胶作为食药用始载于《名医别录》,其曰:“桃胶主保中不饥,忍风寒”。而李时珍的《本草纲目》中则记载,桃胶可“和血益气,治下痢,止痛”。《千金方》提示“桃含之咽津,可治虚热作渴”。目前对于桃胶的研究多集中在桃胶多糖的组成及含量测定[2-3]、药理作用[4-6]等方面。而无机元素作为中药的成分之一,与中医证候及中药药效的发生、发展有一定的相关性,在一定程度上影响了中药药性和功效[7];中药中的无机元素可与生物体内含氮、氧、硫的配体形成配位键,形成的有效成分参与体内代谢过程、协调体内物质平衡,因此无机元素对药效发挥的协同作用也不容忽视[8]。此外重金属及有害元素的含量也是中药材质量的检测指标之一[9]。目前对于桃胶无机元素的研究较少,仅有冯纪南等[10]采用ICP-AES法测定湖南临武产桃胶灰分中的Fe、K、Ga、Mg、Cu、Zn、Mn、Cr、Cd、Na、Pb 11种无机元素的含量,但并未见多产地原桃胶无机元素的测定及分析评价。

电感耦合等离子体质谱质谱(ICP-MS)法是无机元素测定普遍常用的方法,其相较于其他元素测定方法有着灵敏度高、干扰小、线性范围宽、检出限低以及可同时或顺序测定多元素等优点[11]。本文选择ICP-MS对市售10个产地桃胶20种无机元素(Fe、Cu、Zn、Mn、Co、V、Ba、Sr、Ge、Ga、Mg、P、Li、K、Pb、Cr、Hg、As、Sn、Cd)进行含量测定,并对其进行分析与评价,以期为桃胶使用的安全性提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

桃胶样品 购于各地食品市场,具体来源见表1。Fe、Cu、Zn、Mn、Co、V、Li、Ga、Mg、Pb、Cd、As、Sr、Sn、Cr混合标准溶液(GSB 04-1767-2004,唯一识别码 163037,标准值100 μg/mL)、Ge 等多元素混合标准液(GSB 04-2826-2011,唯一识别码163007,标准值10.0 μg/mL)、P单元素标准溶液(GSB 04-1741-2004,唯一识别码183016-1,标准值1000 μg/mL)、K单元素标准溶液(GSB 04-1733-2004,唯一识别码183018-2,标准值1000 μg/mL)、Hg单元素标准溶液(GSB 04-1729-2004,唯一识别码151039-2,标准值1000 μg/mL) 以上标准品均购自国家有色金属及电子材料分析测试中心;硝酸(分析纯) 南京化学试剂股份有限公司;实验用水 实验室自制去离子水。

NexION 350D型电感耦合等离子体质谱仪 美国Perkin Elemer公司;SHIMADZU AY220 万分之一电子天平 日本岛津公司;EPED(易普易达)SAGA-10TQ实验室级超纯纯水器 南京易普易达科技发展有限公司;DB-3AB电热板 邦西仪器科技上海有限公司;锥形瓶、弯颈漏斗、容量瓶 使用之前均用10%硝酸浸泡24 h。

表1 桃胶样品信息Table 1 Samples’ information of peach gum

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液制备及标准曲线的绘制 精密量取Fe、Cu、Zn、Mn、Co、V、Ba、Sr、Al、Li、Ge、Ga、Mg、P、K、Cd、As、Sn、Cr等混合标准溶液,用0.3%硝酸溶液(V/V)稀释制成含各元素1、5、10、25、50、100、200 ng/mL系列浓度的混合标准液;精密量取Hg元素标准溶液,用0.3%硝酸溶液(V/V)稀释制成含Hg元素0.025、0.125、0.25、0.625、1.25、2.5、5 ng/mL系列浓度的标准溶液。取不同无机元素标准溶液,浓度由低到高依次进样,通过ICP-MS测定。以对照品浓度为纵坐标,测量值为横坐标,绘制标准曲线。

1.2.2 样品制备 参照食品标准[12],收集不同产地的桃胶干燥至恒重,用陶瓷研钵研碎,粉末过80目筛,用万分位精密天平称取3 g,置于25 mL锥形瓶中,加入10 mL硝酸,盖上弯颈漏斗,在电热板上消解(120 ℃,0.5～1 h后,升至180 ℃;2～4 h后,升至200～220 ℃),待消化液呈无色透明或略带黄色,取出锥形瓶,冷却后,转移至25 mL容量瓶,去离子水定容,混匀备用。同时做试剂空白试验。

1.2.3 ICP-MS工作条件 等离子体射频功率:13 kW,冷却气流量15 L/min,载气流速0.8 L/min,辅助气流量0.2 L/min,样品提升量为1.5 L/min,积分时间10 s,延迟1 s,重复次数3次[13]。

1.2.4 方法学考察

1.2.4.1精密度试验 取1.2.1项下的混合标准品溶液,进样6次,计算各元素RSD值。

1.2.4.2 重复性试验 取桃胶样品(S5),按照1.2.2项下方法制备供试品溶液6份,按2.3项下方法进行测定。

1.2.4.3 稳定性实验 取桃胶样品(S5),按照1.2.2项下方法制备供试品溶液,每隔0.5 h测定1次,重复6次。

1.2.4.4 加样回收试验 取已知含量的桃胶样品(S5)3 g(6份),精密称定,分别精密加入同一浓度的标准元素溶液,按照1.2.2项下的方法制备供试品溶液进行测定。

1.2.5 样品的测定 取10个产地桃胶,按照1.2.2项下的方法制备供试品溶液,按照1.2.3项下的方法上机测定,每个样品3份平行重复。

1.3 数据处理

本文采用Excel 2016对实验获得的数据进行处理,SPSS 22.0软件对数据进行相关性及主成分分析与评价。

2 结果与分析

2.1 标准曲线及方法学考察

表3 20种无机元素的精密度、稳定性、重复性和加样回收率试验结果Table 3 Results of precision,repeatability,stability and recovery tests of 20 inorganic elements

注:“-”表示未检出。结果见表2、表3。表2显示,R2值为0.9908～1,表明各元素线性关系良好。表3方法学考察结果显示,精密度、重复性、稳定性的RSD值分别为0.4%～2.6%、0.4%～6.2%、0.5%～3.6%,表明仪器精密度、方法重复性均良好;样品在3 h内稳定性良好。加样回收率实验结果显示,各元素回收率在88.7%～107.8%之间,RSD为0.9%～3.7%,提示该方法可靠准确,可操作性强。

表2 各元素线性关系Table 2 Linear relationship of each element

2.2 不同产地桃胶中无机元素含量分析

不同产地桃胶中的无机元素含量见表4。桃胶中K的含量明显高于其他元素,其平均值达到6403.040 μg/g,但差异较大,贵州毕节K含量最高(8880.089 μg/g),浙江嵊州的最少(3168.769 μg/g);其次为Mg,均值为1243.316 μg/g,且各产地含量差异不大;P均值为29.093 μg/g,浙江苍南最高(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别山(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是人体必需元素,可促进细胞的新陈代谢,有助于神经传导功能的正常运行[14];Mg参与神经及免疫信息传导,具有抑制神经兴奋性的作用[15]。桃胶中的V元素有着胰岛素样的作用、Zn对胰岛素体内活性起到了积极重要的作用、Li和胰岛素在体内发挥着协同作用[16]。重金属及有害元素方面,所有产地Cr均未检出,所有产地Cu、Pb、Cd、Hg、As含量均低于WM2-2001《药用植物及制剂进口绿色行业标准》[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;同时也低于GB2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》[18](Pb≤1.0 μg/g、Cd≤0.3 μg/g、Hg≤0.1 μg/g、As≤0.1 μg/g)的限量规定。

表4 桃胶中20种无机元素含量分析(n=3,μg/g)Table 4 Contents of 20 inorganic elements in peach gum from different areas(n=3,μg/g)

注:“-”表示未检出。

2.3 桃胶无机元素的主成分分析

运用SPSS 23.0对桃胶无机元素进行主成分分析,结果见图1、表5和表6。结合图1的主成分碎石图以及表5主成分特征值及贡献率可以看出,所有元素被划分为13个主成分因子,而前四个因子的特征值均大于1,且累积方差贡献率为85.757%,超过了85%,表明前4个因子可以客观反映桃胶无机元素的相关情况,故对前4个因子进行分析。

表5 特征值及贡献率Table 5 Total variance explained

图1 主成分特征值碎石图Fig.1 Principal component eigenvalues scree plot

由表6可知,第一主成分中的Ge、V、Li载荷系数值较大;第二主成分中P、Mg、Sr载荷系数值较大;第三主成分中的Fe、Co、Mn载荷系数值较大;第四主成分中K载荷系数较大。由于总方差的85%以上的贡献率来自前4个主成分,因此选取前4个因子中载荷系数大的V、Li、Ge、Sr、P、Mg、Fe、Mn、Co、K为桃胶的特征元素。

表6 旋转后的因子载荷矩阵Table 6 Rotated component matrix

表7 桃胶中20种无机元素含量的相关性分析Table 7 The correlation of 20 inorganic elements contents in peach gum

注:**表示极显著,P<0.01,*表示显著,P<0.05。

表8 桃胶综合评价Table 8 Comprehensive evaluation of peach gum

2.4 桃胶无机元素含量相关性分析

对桃胶的无机元素含量进行相关性分析,结果见表7。由表7可知,桃胶中有24对元素呈显著正相关(P<0.05),分别为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对元素呈极显著正相关(P<0.01):Fe和Cd、Ba和Ga、V和Li、Li和Pb。结果表明,这28对元素在桃胶的形成过程中,存在着协同关系,能够相互促进[11]。

2.5 综合评价

3 结论

实验结果表明,桃胶含有K、Mg、P、Ga等常量元素以及Fe、Cu、Zn、Co、Mn、V等对人体有益的微量元素,这些元素所表现的生理功能与古籍《千金方》、《草药验方交流集》中提到的桃胶可“治虚热作渴”“治糖尿病”等功效相一致。各产地桃胶微量元素种类及含量分布规律虽相似,但元素含量有明显差异,P、Sr、Ba、K四种元素产地差异明显;而福建屏南、贵州毕节、湖北随州以及安徽大别山的桃胶均未检出Sn元素;辽宁河口未检出As元素;这可能与当地桃树生长的土壤、水质、大气等生态因子有关。主成分分析显示,桃胶中的V、Li、Ge、Sr、P、Mg、Fe、Mn、Co、K为桃胶的特征元素,可作为品质评价的一项指标。相关性分析表明,有28对元素有相关性,其中4对元素呈极显著正相关(P<0.01),24对元素呈显著正相关(P<0.05)。综合评价分析提示,福建屏南、浙江苍南、江苏无锡桃胶在无机元素方面,品质较好。在所分析的10个产地桃胶20种无机元素中,对人体有害的重金属元素含量均不超过《药用植物及制剂口绿色行业标准》、《食品安全国家标准食品中污染物限量》所规定的限量,表明桃胶作为桃树的副产物,并没有蓄积重金属的情况,提示了食用桃胶的相对安全性。本实验为桃胶的资源开发、质量控制以及安全性评价提供参考依据。