不同年份多花黄精多糖和重金属含量与土壤关联性评价

吴江 朱荣平 樊成 刘诗菡 邱首哲 徐怡 胡晶鼎 陈途

摘要：为了测定湖北省咸宁市崇阳县2个发展规模较大的黄精种植基地中不同年份多花黄精生品、炮制品的多糖和重金属含量及对应种植环境中土壤重金属含量，采集10份不同年份多花黄精生品和10份土壤样品，根据2020年版《中华人民共和国药典》规定，对多花黄精生药进行炮制处理，并采用硫酸-蒽酮法对炮制品中的多糖含量进行测定，采用电感耦合等离子体质谱法测定多花黄精及对应土壤中重金属元素含量。结果表明，随着多花黄精生长年限的增加，多花黄精多糖的含量呈先升高后降低趋势，在比较不同年份的多糖含量时发现，3年生或4年生的多花黄精多糖含量较高；经炮制后，多花黄精重金属含量均有不同程度的降低；这2个种植基地土壤中重金属含量有差异，部分种植基地土壤中镉元素存在轻微污染现象，其他重金属元素在安全范围内。综合考虑多花黄精的生长周期、重金属含量和多糖含量等因素，多花黄精最佳采收年限为第3年或第4年，多花黄精品质较好。

关键词：多花黄精；多糖；重金属；土壤；关联性

中图分类号：S567.2         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）06-0181-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.06.029 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Evaluation of the correlation between the content of polysaccharides and heavy metals in Polygouatum cyrtouema Hua. and soil in different years

WU Jiang1， ZHU Rong-ping1， FAN Cheng2， LIU Shi-han3， QIU Shou-zhe4， XU Yi1， HU Jing-ding1， CHEN Tu1

（1. Public Inspection and Testing Center of Xianning， Xianning  437000， Hubei， China； 2.Health Commission of Jiangxi Province，Nanchang  330006， China； 3.School of Pharmacy，Hubei University of Science and Technology， Xianning  437000， Hubei， China； 4. Xianning Academy of Agricultural Sciences， Xianning  437000， Hubei，China）

Abstract：In order to determine the polysaccharides and heavy metals content of Polygouatum cyrtouema Hua. raw and processed products from two large-scale Huangjing planting bases in Chongyang County， Xianning City， Hubei Province in different years， as well as the corresponding soil heavy metals content in the planting environment， 10 Polygouatum cyrtouema Hua. raw products and 10 soil samples from different years were collected，according to the 2020 edition of the Pharmacopoeia of the Peoples Republic of China， the raw medicine Polygouatum cyrtouema Hua. was processed and the polysaccharides content in the processed product was determined using the sulfuric acid anthrone method. The content of heavy metal elements in Polygouatum cyrtouema Hua. and corresponding soil was determined using inductively coupled plasma mass spectrometry. The results showed that as the growth years of Polygouatum cyrtouema Hua. increased， the polysaccharides content of Polygouatum cyrtouema Hua. showed a trend of first increasing and then decreasing. When comparing the polysaccharides content of different years， it was found that the polysaccharides content of Polygouatum cyrtouema Hua. aged 3 or 4 years was higher；after processing， the heavy metals content of Polygouatum cyrtouema Hua. decreased to varying degrees；there was a difference in the heavy metals content in the soil of these two planting bases. Some planting bases had slight pollution of cadmium elements in the soil， while other heavy metal elements were within the safe range. Taking into account factors such as the growth cycle， heavy metals content， and polysaccharides content of Polygouatum cyrtouema Hua.， the optimal harvesting period for Polygouatum cyrtouema Hua. was the third or fourth year， and the quality of Polygouatum cyrtouema Hua. was relatively good.

Key words：Polygouatum cyrtouema Hua.；polysaccharides；heavy metals；soil； correlation

中药材黄精有3个来源，分别是黄精（Polygouatum sibiricum Red.）、多花黄精（Polygouatum cyrtouema Hua.）、滇黄精（Polygouatum kiugiauum Coll. et Hemsl.）的根茎［1］，具养阴益气、滋补脾肺肾的功效，主要活性成分有多糖、甾体皂苷、植物甾醇、黄酮、三萜、生物碱等。药理学研究证明黄精多糖具有增强免疫功能、抗炎、抗病毒等多种作用［2］。黄精多糖含量受品种、产地、环境、生长年限、炮制工艺等多种因素影响［3］，重金属元素也是影响其品质的重要因素。黄精生品味麻，富含黏液质，刺人咽喉，而炮制后的黄精甘甜无刺激，故黄精多以炮制品入药。本研究以湖北省咸宁市崇阳县2个种植基地的多花黄精及对应产地土壤为研究对象，根据种植年份和地理位置不同，分别采集了2年生、3年生、4年生、5年生鲜品多花黄精样品和土壤样品，通过测定多花黄精多糖和重金属含量及对应产地土壤重金属含量，了解并掌握不同年限多花黄精炮制前后多糖、重金属含量变化［4］及种植土壤中重金属含量，为多花黄精的品质控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

多花黄精药材来源于湖北省咸宁市崇阳县的2个药材种植基地（Y1、Y2），经过湖北中医药大学胡志刚教授鉴定，该药材被确认为百合科黄精属的多花黄精干燥根茎，多花黄精样品10份，分别为Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y21、Y22、Y23、Y24、Y25，土壤样品10份，分别为YT11、YT12、YT13、YT14、YT15、YT21、YT22、YT23、YT24、YT25。

1.2 样品预处理

将来自不同种植基地的10份多花黄精样品洗净与挑选，使多花黄精鲜品达到净制标准，对净制后药用部分进行初步筛选与分级操作、修整切片，对不具备药用价值和不满足药材规格的部分予以剔除。将经初加工的多花黄精鲜品按不同产地、年份分为2份，待用。

1.2.1 多花黄精生品 取经初加工的多花黄精鲜品，除去杂质，洗净，切片，于60 ℃干燥至恒重，粉碎后过60目筛，备用。

1.2.2 多花黄精炮制品 将多花黄精鲜品放入蒸锅中，隔水蒸至透心，于60 ℃干燥至恒重，粉碎后过60目筛，备用。

1.3 主要仪器设备

DHG-9147A型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；XS105DU型电子天平［梅特勒托利多科技（中国）有限公司］；DK-98-Ⅱ型电热恒温水浴锅（天津市泰斯特仪器有限公司）；T9S型双光束紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；WX-8000型微波消解仪（上海屹尧仪器科技发展有限公司）；ICAP RQ型电感耦合等离子体质谱仪［赛默飞世尔科技（中国）有限公司］；TK20型赶酸仪（上海新仪微波化学科技有限公司），PGJ-20-YS型品冠超纯水机（武汉品冠仪器设备有限公司）。

1.4 试剂

硫酸、硝酸（MOS级，北京化学试剂研究所有限责任公司）；蒽酮（化学纯，天津市光复精细化工研究所）；无水乙醇（分析纯，常熟市鸿盛精细化工有限公司）；D-无水葡萄糖对照（批号110833-202109，中国食品药品检定研究院）；铅、镉、砷、汞、铜混合标准对照溶液（批号BWT30118-100-100，坛墨质检科技股份有限公司）。

1.5 硫酸-蒽酮法测定多糖含量

多糖的测定方法有很多，主要有硫酸-蒽酮法［5］、苯酚-硫酸法［6］、DNS法［7］、间接碘量法［8］、高效液相色谱法［9］等。本试验采用硫酸-蒽酮法测定多花黄精多糖含量，采用紫外-可见分光光度法，在582 nm波长处测量供试品溶液的吸光度，利用回归方程对多糖溶液的浓度进行计算，进一步可计算出多花黄精中的多糖含量。

1.5.1 制备对照品溶液 将葡萄糖对照品干燥至恒重，取0.033 25 g，精密称定，放入100 mL容量瓶中，用去离子水溶解，然后定容至刻度，摇匀。

1.5.2 绘制标准曲线 分别称取对照品溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL，倒入10 mL具塞刻度试管中，并向每个试管中加去离子水至2.0 mL，充分摇匀。然后，在冰水浴中逐个加入新鲜配制的0.2%蒽酮-硫酸溶液至刻度，混匀后放入水浴中保持10 min。取出后立即放入冰水浴中冷却10 min，再取出。以相应试剂作为空白对照，按照紫外-可见分光光度法（通则0401）在582 nm波长处测定每个试管的吸光度。以吸光度（Y）为纵坐标、浓度（X）为横坐标绘制标准曲线（图1），得出回归方程：Y=0.036 7X-0.000 2，R2=0.999 9，吸光度和浓度的线性关系良好。

1.5.3 制备多花黄精供试品溶液 分别精密称取不同年限多花黄精生品和炮制品细粉0.25 g，置圆底烧瓶中。加入150 mL 80%乙醇溶液，水浴回流1 h，将其中的脂溶性成分去除，趁热过滤，滤渣用80%热乙醇洗涤3次，每次10 mL，将残渣及滤纸放置于圆底烧瓶中，加150 mL去离子水，加热回流提取     1 h，趁热过滤，用热水洗涤滤渣及烧瓶4次，1次10 mL。将滤液与洗液合并、放冷，转移到250 mL容量瓶中，加去离子水至250 mL，摇匀，精密量取1mL，加入到10 mL具塞干燥试管中，加0.2%蒽酮-硫酸溶液，制备供试品溶液。按照紫外-可见分光光度法（通则0401）在582 nm波长处测定每个样品的吸光度。

1.6 电感耦合等离子体质谱法测定重金属含量

重金属测定常用方法主要有原子吸收分光光度法［10］、电感耦合等离子体质谱法［11］等。采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）进行元素分析，其操作简单，具有检出限低、线性范围广能同时测定多种元素、分析快速、准确度高、灵敏度好等优势［12］。

1.6.1 电感耦合等离子体质谱条件 等离子体射频功率为1 300 W，等离子体气体流量为15 L/min，辅助气流量为0.30 L/min，载气流量为0.90 L/min，载气压力为230 kPa，样品提升量为1.6 mL/min，稳定时间为30 s，采集模式为质谱图，峰型3个点，重复测定3次。

1.6.2 标准品贮备溶液的制备 精密量取混合标准对照溶液1.00 mL，置于200 mL容量瓶中，用10%硝酸溶液定容制成标准贮备液（10～30 ℃贮存）。

1.6.3 标准品溶液的制备 精密量取适量的标准贮备液，加入2%硝酸溶液，配制一系列铅、砷、镉、汞、铜元素浓度的标准溶液：Cu（0、20、50、100、200、500 ng/mL）、As（0、2、5、10、20、50 ng/mL）、Cd（0、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 ng/mL）、Pb（0、5、10、20、40、100 ng/mL）、Hg（0、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 ng/mL）。

1.6.4 内标溶液的制备 精密量取适量的锗、铟、钪、铋混合内标溶液，然后用去离子水将其稀释成浓度为 100 ng/mL的内标溶液。

1.6.5 供试品溶液的制备 取多花黄精生品、炮制品和对应土壤样品于60 ℃干燥2 h，研细备用。取供试品0.2 g，精密称定，将供试品放入耐压且耐高温的微波消解罐中，然后加硝酸5 mL和氢氟酸2 mL，在120 ℃下进行预消解，持续30 min。消解完成后，消解液冷却至60 ℃以下，从消解罐中取出消解液，放冷。将消解液转移至50 mL的容量瓶中，加入200 μL的金单元素标准溶液（浓度为1 μg/mL），然后用去离子水稀释至刻度，摇匀，得到供试品溶液。采用相同的步骤制备试剂空白溶液，但是在制备过程中不添加金单元素标准溶液。

1.6.6 校准曲线的制备 同位素为208Pb、114Cd、75As、202Hg和63Cu，其中63Cu、75As以72Ge为内标，114Cd以115In为内标，202Hg、208Pb以185Re为内标，并按照设备要求对测定的元素进行校正。以浓度为横坐标，对应的响应强度为纵坐标，绘制重金属标准曲线，拟合线性回归方程。根据标准曲线计算出相应的浓度。在同样的分析条件下进行空白试验以消除空白干扰。

1.6.7 单因子污染指数法 采用单因子污染指数法对土壤中重金属开展风险评价。用实际值与标准值进行比较，此法反映的是仅存在1项污染物的污染程度，是最基础的评价方法。土壤中污染物i的单因子污染指数（Pi）的计算公式如下。

Pi = Ci/Si       （1）

式中，Ci 为土壤中污染物i的含量；Si为土壤中污染物i的背景值或标准限值。Pi用于评估土壤中污染物i的污染程度，根据Pi的大小将农用地土壤因子污染物超标程度进行等级划分，如表1所示。

2 结果与分析

2.1 多花黄精炮制品多糖含量

根据《中华人民共和国药典》2020年版一部（以下简称《中国药典》）规定［13］，按干燥品计算，多糖以无水葡萄糖（C6H12O6）计，不得低于7.0%。由表2可知，多花黄精炮制品多糖含量因产地和年份的不同而有所差异。随着生长年限的增加，经过炮制处理的多花黄精多糖含量呈先上升后下降的趋势。在比较不同年份多花黄精多糖含量时发现，3年生或4年生的多花黄精多糖含量较高。

2.2 重金属含量

5种元素标准曲线如图2至图6所示，114Cd的相关系数（R2）最大，为0.999 4，5种元素的浓度与其信号响应强度呈较好的线性关系，相关系数均超过0.990 0。

2.2.1 多花黄精样品中重金属含量 根据《中国药典》规定，铅含量不得超过5.00 mg/kg，镉含量不得超过1.00 mg/kg，砷含量不得超过2.00 mg/kg，汞含量不得超过0.20 mg/kg，铜含量不得超过20.00 mg/kg。由表3可知，多花黄精生品和炮制品中的铅、砷、汞元素含量均远低于标准限值，因此风险较低。铜、镉元素含量较高，铜元素平均含量达6.80 mg/kg，最高达13.00 mg/kg，镉元素平均含量达0.19 mg/kg，最高达0.70 mg/kg，但仍在安全范围内。此外，通过对比多花黄精生品和炮制品发现，经过炮制的多花黄精重金属含量较低，炮制过程可以有效减少重金属对多花黄精药材品质的影响。因此，对于多花黄精的炮制过程，建议采取合适的措施，如使用洁净的水源和适当的加工技术来降低多花黄精中的重金属含量，从而更好地保障消费者的健康安全。

2.2.2 土壤中重金属含量 根据GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》要求，铜含量不得超过100.00 mg/kg，砷含量不得超过30.00 mg/kg，镉含量不得超过0.30 mg/kg，汞含量不得超过2.40 mg/kg，铅含量不得超过120.00 mg/kg。本研究对10份土壤样品进行检测（表4），发现样品中均含有铜、砷、镉、汞、铅元素，其中，铜、砷、汞、铅元素含量均低于标准限值，YT24土壤样品中镉元素含量略高于标准限值。

对采集的10份土壤样品进行了单项重金属分析评估，结果（表5）表明，YT24土壤样品的镉元素轻微超标，可能是由于缺乏标准化和系统化种植技术所导致，铅、砷、汞、铜元素均未超标，说明这些元素对该地区土壤未造成污染。镉元素的单因子污染指数较高，多花黄精种植土壤受镉元素污染风险较高，因此，建议多花黄精种植基地关注土壤中镉元素，并采取适当的措施来控制其含量，确保土壤的质量和农产品安全。

3 小结与讨论

随着生长年限的增加，多花黄精多糖的含量呈先升高后降低趋势，在比较不同年份的多糖含量时发现，3年生或4年生的多花黄精多糖含量较高；经炮制后，多花黄精重金属含量均有不同程度的降低；这2个种植基地土壤中重金属含量有差异，镉元素存在轻微污染现象，其他重金属元素在安全范围内。此外，Y23和Y24多花黄精茎秆呈紫色，相应土壤中的铜离子浓度比其他土壤样品稍高，在植物体内铜离子在不同组织、器官中的分布有差异，这与植物对铜离子的耐性程度有关［14］，植物根系从土壤中吸收铜离子后，主要将其固定于细胞壁或液泡中，多余的铜离子则通过铜转运蛋白运输到地上部的组织或器官［15］，推测可能是铜离子浓度对黄精茎秆颜色有一定影响。为加强对中药材种植质量的控制，本研究同时对中药材和其种植土壤进行检测，为多花黄精中药材种植环境、农药使用、有机化肥选择、规范化种植管理、合理采收与评价黄精药材质量提供精准数据支撑，也为进一步研究黄精药材炮制前后重金属形态的变化提供了依据。

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