不同产地黑果枸杞中主要矿质元素含量比较及主成分分析

王亚盟，郭家平，刘 洁，于 斐，田咏梅，吴拥军，刘利娥

（郑州大学公共卫生学院，河南郑州 450001）

黑果枸杞（Lycium ruthenicumMurray），又名黑枸杞，为茄科枸杞属多棘刺灌木植物，耐旱性极强，主要生长于荒山、河床等生长环境较差的地区，如我国宁夏、青海、新疆、内蒙古、甘肃和西藏等地[1]。黑果枸杞具有一定的医疗保健功能，其味甘、性平、清心热，民间常生食或榨汁做饮料，也用作滋补强壮、明目及降压药，并被收载于《四部医典》、《晶珠本草》等藏医药经典著作中[2]，一些藏医还将黑果枸杞用于治疗月经异常、痛风、心脏病和更年期[3]。黑果枸杞作为枸杞的品种之一，已有多项研究证实了其富含人体所需要的矿物质、脂肪酸、蛋白质和氨基酸、多糖等营养素[4−6]，具有抗氧化、抗炎[7]、降血脂[8]、降血糖、抗衰老[9]、抗疲劳[10]、维持肠道健康[11]等生理作用。近几年来对于黑果枸杞的研究层出不穷，并且其相关产品越来越受到消费者的青睐。

矿质元素是人体内某些酶、活性蛋白、维生素和激素不可缺少的组成成分，对机体的新陈代谢和生长发育有着极其重要的生物学作用[12]。黑果枸杞作为一种药食同源的物质，其生理功能与其矿质元素的含量有着密切的关系，而土壤中的矿质元素能直接影响到黑果枸杞中的矿质元素含量，从而影响黑果枸杞的品质[13]。目前，有关黑果枸杞的研究多集中在开发利用[14]、栽培技术[15]，或关于蛋白质、氨基酸、多糖[16−17]以及黄酮化合物[18]、花青素[19]等植物化学物的相关研究，针对矿质元素的分析相对较少，或测定的元素种类较少[20]，或分析的样品多来自同一地区或同一省份[17]，关于多个地区间矿质元素含量比较的研究很少。为了更加全面地评价黑果枸杞的品质优劣，本研究检测了来自宁夏、新疆、青海、内蒙古、甘肃和西藏的22个不同产地的黑果枸杞样品中K、Ca、P、Na、Mg、Fe、Co、Zn、Mn、Cu、Cr、Ni、Pb元素的含量，旨在比较这22个产地矿质元素的含量差异，然后将其平均含量与文献中红枸杞的相应元素含量进行比较，并采用主成分分析将不同产地的黑果枸杞进行综合排名。这对于研究不同产地黑果枸杞的药理和保健功效以及开发相关功能性产品具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

铜、锌、铁、锰、钙、镁、钾、钠、钴、镍、铬、铅、磷元素的标准溶液 1000 mg/L，坛墨质检科技股份有限公司；浓硝酸 分析纯，德国默克公司；22份黑果枸杞样品 分别购于22个地区（宁夏回族自治区中卫、石嘴山；新疆维吾尔自治区阿克苏、库尔勒、阿勒泰、喀什、吐鲁番、哈密；青海省德令哈、诺木洪、格尔木；内蒙古自治区乌拉特前旗、额济纳旗、察哈尔；甘肃省酒泉、敦煌、武威、白银；西藏自治区拉萨、山南、林芝、日喀则），并分别进行如下编号：S1、S2、S3、……、S22。

BT125D电子分析天平 赛多利斯科学仪器有限公司；XMTD-8222电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏有限公司；JYL-C50T粉碎机 九阳股份有限公司；CEM Mars 6微波消解仪 美国培安公司；XPRESS TFM 55 mL聚四氟乙烯消解罐 美国培安公司；EHD-24赶酸仪 东方科创生物技术有限公司；ZA-3000偏振塞曼原子吸收分光光度计 日本日立公司。

1.2 实验方法

1.2.1 黑果枸杞的处理 将黑果枸杞去蒂后取可食用部分，放置于50 ℃恒温干燥箱内烘干，取出后用粉碎机打成粉末状并过20目筛，装入塑料袋，贴标签，储存于干燥器内。精确称取0.2500 g黑果枸杞粉末置于微波反应罐中，加入10.0 mL浓硝酸，摇匀，使样品浸于浓硝酸中，加盖，室温浸泡，过夜。将反应罐放进微波消解仪中消解，微波消解条件见表1。

表1 微波消解参数Table 1 Microwave digestion parameters

微波消解程序结束后，取出反应罐，消化液呈无色或淡黄色，肉眼观察无明显沉淀表示消化完成。然后，在通风橱内，将反应罐置于赶酸仪中，在150 ℃条件下加热，除余酸。剩余1～2 mL时加入3 mL超纯水，继续加热；此过程重复进行3～4次，赶酸基本完成。最后，用超纯水洗涤反应罐3次，洗液转移到25 mL容量瓶中，混匀，定容。同时做平行操作及空白。

1.2.2 分析条件 食品中元素测定参照国家标准分析方法进行，用火焰原子吸收分光光度法测定样品中铜（GB 5009.13-2017）、锌（GB 5009.14-2017）、铁（GB 5009.90-2016）、锰（GB 5009.242-2017）、镁（GB 5009.241-2017）、钙（GB 5009.92-2016）、钠（GB 5009.91-2017）、钾（GB 5009.91-2017）的含量，石墨炉原子吸收分光光度法测定样品中铬（GB 5009.123-2014）、铅（GB 5009.12-2017）、钴（GB/T 13884-2018）、镍（GB 5009.138-2017）的含量，用磷钼蓝分光光度法（GB 5009.87-2016）测定磷的含量。

1.3 数据处理

对样品进行处理时，每个样品做三份平行；每个测试液上机测定时，平行测定三次，取平均值，测定结果以平均值±标准差（±sSD）表示。采用SPSS 26.0软件进行数据处理和统计分析，采用t检验进行黑果枸杞与红果枸杞的均值比较，差异显著性水平为P<0.05。

2 结果与讨论

2.1 黑果枸杞中主要矿质元素含量分析结果

将原子吸收分光光度计调节到各元素最佳的检测条件，测定每份样品中各矿质元素的含量，结果见表2和表3。

由表2和表3可知，黑果枸杞含有丰富的对人体有益的矿质元素。2015年版《中国药典》Ⅰ部[23]中规定枸杞子的重金属含量标准为：Pb≤5 mg/kg、Cu≤20 mg/kg、Cd≤0.3 mg/kg、As≤2 mg/kg、Hg≤0.2 mg/kg，本实验中测定了以往研究显示出较易超标的铅、铜含量，结果表明，所有产地的黑果枸杞样品的铅、铜含量均远远小于此限定值，符合药用的基本安全标准。有研究认为[24]，当Zn/Cu>10和Zn/Fe>1时通常会发生拮抗作用，而样品的Zn/Cu和Zn/Fe分别为1.1872～3.5772和0.0326～0.4743，比值合理，不会发生拮抗作用，有利于机体的吸收；且所有样品的K/Na为5.4259～57.7249，属于典型的“高钾低钠”食品，故适量食用黑果枸杞对于预防和治疗高血压和脑卒中有一定的益处[25]。

不同产地的黑果枸杞矿质元素含量有差别，其中产自S4的黑果枸杞样品中铁、钴、锰、镍、钙元素的含量最高，分别为517.7631、22.3371、417.7469、2.9087 μg/g 、8.5122 mg/g；产自S12的黑果枸杞样品中铜的含量最高，为16.8765 μg/g；产自S3的黑果枸杞样品中锌的含量最高，为40.9729 μg/g；产自S8的黑果枸杞样品中铬、镁的含量最高，铁含量排名第二，分别为10.5630 μg/g、2.4640 mg/g、476.3550 μg/g；产自S9的黑果枸杞样品中磷的含量最高，为4.6208 mg/g；产自S1的黑果枸杞样品中钠的含量最高，为4.4369 mg/g；产自S5的黑果枸杞样品中钾的含量最高，为29.7180 mg/g。铁、钴、锰、镍、钙、锌、铬、镁、钾含量最高的黑果枸杞样品均来自新疆地区，说明该地区的环境可能有利于黑果枸杞矿质元素的聚集，此地属于温带大陆性气候，四季分明、气候干燥、日照长、昼夜温差极大。不同产地黑果枸杞中同一矿质元素含量波动较大，说明产地的环境条件、黑果枸杞的品种及栽培技术等因素会影响黑果枸杞的矿质元素含量[26]。

2.2 黑果枸杞与类似食物的矿质元素含量比较

对所有地区的黑果枸杞样品中每种元素的含量求平均值，并与文献中来自青海都兰诺木洪和宁夏固原、中卫、中宁和银川的红果枸杞中相应元素的平均含量进行比较。由表2～表3可知，共有十种元素（Ca、Mg、K、P、Cu、Zn、Fe、Mn、Co、Cr）差异具有显著性（P<0.05），且都是黑果枸杞的含量（分别为4.454、1.989、24.850、3.104 mg/g，10.91、22.43、188.03、12.84、115.90、3.27 μg/g）远高于红果枸杞（平均含量分别为0.766、0.800、9.562、1.892 mg/g，8.77、13.35、59.66、5.67、0.09、0.55 μg/g）。这些元素均在体内参与十分重要的生理功能，如Mn是超氧化物歧化酶的重要组成部分，可以有效去除体内自由基，Cr能加速胆固醇的分解代谢和排泄，降低血清胆固醇水平，对于血糖代谢也至关重要，而黑果枸杞中Mn和Cr含量分别是红果枸杞的2.26倍和5.95倍，故食用黑果枸杞以达到延缓衰老、抗氧化、降血脂、降血糖的效果可能要比食用红果枸杞好[27−28]。由此可以推断，黑果枸杞的药用和保健功能可能远远高于普通红果枸杞。

表2 黑果枸杞中8种微量元素的含量（μg/g）Table 2 The contents of eight kinds of trace elements in Lycium ruthenicum Murray(μg/g)

表3 黑果枸杞中5种常量元素的含量（mg/g）Table 3 Contents of five kinds of macroelements in Lycium ruthenicum Murray (mg/g)

有研究表明[29]，黑豆中Fe和Ca的含量非常高，分别为109 μg/g和3.37 mg/g，显示了黑色食品的特色优势，而黑果枸杞中Fe和Ca含量分别是黑豆的1.73倍和1.32倍，这表明食用黑果枸杞比食用黑豆以达到预防缺铁性贫血和骨质疏松的效果可能更好[30−31]。黑果枸杞中Fe、Cu的平均含量明显超过常见的黑色食物—蓝莓中相应元素的含量（P<0.05）[32]，分别为蓝莓的18.8倍和16倍，可有效改善缺铁性贫血和动脉粥样硬化等[33]。黑果枸杞中Cr的平均含量为3.274 μg/g，显著超过桑葚中Cr的含量（0.26 μg/g）（P<0.05）[34]，是桑葚的12.59倍，动物缺铬会表现出胆固醇或血糖升高，故黑果枸杞有助于预防高血压、糖尿病、高血脂等疾病[35]。由此可见，相对于其他水果，黑果枸杞的矿质元素含量非常高，具有十分广泛的益处，是原生态的滋补佳品。

2.3 黑果枸杞中矿质元素含量的主成分分析

由于铅是一种具有神经毒性的重金属元素，在人体内无任何生理功用，理想的血铅浓度为零[36]。用SPSS 26.0对来自22个产地的黑果枸杞中除铅之外的12种矿质元素含量进行主成分分析，通过提取主成分（KMO=0.598，P<0.001，且元素两两之间有较大的相关系数），进一步分析不同产地黑果枸杞中矿质元素的含量差异。

由表4可知，特征值大于1的主成分有4个，且累计方差达到78.831%，由表5可知，Mn、Fe、Co、Ca、Cr和Mg在第一主成分上有较高载荷，说明第一主成分主要反映了这些元素的信息；P、Na和K在第二主成分上有较高载荷；Cu和Ni在第三主成分上有较高载荷；Zn在第四主成分上有较高载荷。故提取这四个主成分可以基本反映本实验测量的所有矿质元素的信息，因此决定用这四个新变量来代替原来的12个变量。将得到的特征向量标准化后可得出如下四个主成分表达式：

表4 总方差解释Table 4 Explanation of total variance

表5 主成分载荷矩阵Table 5 Principal component loading matrix

其中，F1～F4为4个主成分，ZX1～ZX12为12种矿质元素含量经标准化后的数据。然后以每个主成分所对应的特征值λn（n=1,2,3,4）占所提取主成分总的特征值之和λ的比例作为权重，即，计算总得分F，并按其大小进行排序，即可对各地区的黑果枸杞进行综合比较（表6）。由表6可知，综合得分排名由高到低依次为：新疆库尔勒、新疆阿克苏、新疆哈密、甘肃武威、新疆阿勒泰、甘肃白银、甘肃敦煌、宁夏石嘴山、宁夏中卫、青海格尔木、青海都兰诺木洪、新疆吐鲁番、新疆喀什、内蒙古乌拉特前旗、青海德令哈、内蒙古额济纳旗、内蒙古察哈尔、甘肃酒泉、西藏山南、西藏拉萨、西藏林芝、西藏日喀则，说明来自新疆的黑果枸杞样品矿质元素品质较佳，而来自西藏的黑果枸杞样品矿质元素品质较差。

表6 不同产地黑果枸杞矿质元素含量主成分综合得分和排序Table 6 The comprehensive scores of the principal component analysis and rankings of the mineral element content of Lycium ruthenicum Murray from different habitats

2.4 黑果枸杞中矿质元素含量的聚类分析

采用SPSS 26.0对来自22个不同产地的黑果枸杞中13种矿质元素含量进行系统聚类分析。由图1可知，22份黑果枸杞可以分为六大类，其中第一大类包括10份样品，分别为S16、S17、S13、S7、S11、S3、S5、S10、S2、S6；第二类包括4份样品，分别为S12、S15、S9、S1；第三大类包括5份样品，分别是S14、S22、S18、S21、S19；S20、S4、S8单独成为第四大类、第五大类和第六大类。对比主成分分析的综合评价排名可知，第一大类的排名基本为中上等，第二大类的排名基本为下等，第三大类的排名基本为中下等，第四大类的排名基本为中等，第五、六大类的排名为上等。由此表明，聚类分析结果与主成分分析结果基本一致。

图1 不同产地黑果枸杞的聚类分析图Fig.1 Cluster analysis diagram of Lycium ruthenicum Murray from different habitats

3 结论

本研究对来自宁夏、新疆、青海、内蒙古、甘肃和西藏的22个不同产地的黑果枸杞样品进行了矿质元素含量测定及分析。结果显示，黑果枸杞中含有多种对人体有益的矿质元素，如Ca、Mg、K、P、Zn、Fe、Mn、Co、Cr，且平均含量普遍高于红果枸杞；而重金属Cu和Pb的含量也符合《中国药典Ⅰ部》卫生标准，因此黑果枸杞可以作为矿质元素的良好食源；主成分分析结果显示，新疆库尔勒、新疆阿克苏、新疆哈密、甘肃武威、新疆阿勒泰的综合得分位居前五，甘肃酒泉、西藏山南、西藏拉萨、西藏林芝、西藏日喀则的综合得分排名为末五位，说明来自新疆的黑果枸杞样品矿质元素品质较好，而来自西藏的黑果枸杞样品矿质元素品质较差。本试验所得数据可为不同地区黑果枸杞的进一步开发利用提供理论参考。