不同產(chǎn)地多花黃精中元素含量的主成分及相關(guān)性分析

樓柯浪 張春椿 陶 倩 羅曉朦 張水利#

1 浙江省中醫(yī)藥研究院 浙江 杭州 310007 2 浙江中醫(yī)藥大學(xué) 浙江 杭州 310053 3 浙江醫(yī)藥高等專科學(xué)校 浙江 寧波 315000

黃精為百合科植物滇黃精Polygonatum kingianumColl. et Hemsl、、黃 精Polygonatum sibiricumRed.或多花黃精Polygonatum cyrtonema的干燥根莖，味甘，性平，能補(bǔ)氣養(yǎng)陰，健脾潤肺益腎?，F(xiàn)代研究表明，元素是中藥藥效物質(zhì)的重要組成部分，對(duì)人體的正常生長(zhǎng)、發(fā)育起著積極作用[1]。中藥材的藥效與其所含元素的種類和含量有密切關(guān)系，而受其產(chǎn)地、加工、栽培條件及氣候等因素的影響，所含元素在種類和含量上具備一定的規(guī)律性，故掌控這些規(guī)律將有利于對(duì)中藥材進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。該研究擬采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定浙江縉云、江西樟樹、湖南懷化等17個(gè)不同產(chǎn)地多花黃精中元素的含量，并通過主成分分析和相關(guān)性分析方法對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析，以期為多花黃精的資源開發(fā)、質(zhì)量控制和綜合利用提供參考依據(jù)。

1 儀器與試劑

1.1 儀器：AR224CN電子天平[奧豪斯儀器（上海）有限公司]；實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)篩（浙江上虞市華康化驗(yàn)儀器廠，篩孔邊長(zhǎng)2.0mm）；GZX-9070MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；iCAP6000ICP-OES全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀（美國熱電公司）；MARS240/50微波消解儀（美國CEM公司）。

1.2 試劑：HNO3，優(yōu)級(jí)純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000ppm，國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。黃精藥材分別采集于福建浦城，江蘇鹽城，江西宜春、樟樹，湖南懷化、龍山，四川廣元，貴州六盤水，浙江磐安、云和等17個(gè)縣，經(jīng)浙江中醫(yī)藥大學(xué)俞冰副教授鑒定為百合科植物多花黃精。

2 方法與結(jié)果

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配置：分別精密吸取As、Cd、Co、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Se、Zn的標(biāo)準(zhǔn)單元素溶液適量用30%硝酸溶液配置成6種不同濃度的混合溶液。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見表1。

表1 10種元素的回歸方程

2.2 樣品溶液制備：取各批次50℃干燥至恒重的多花黃精藥材樣品，取出放冷至室溫，粉碎，精密稱取0.3g，加入HNO38ml，放入微波消解罐中密閉，靜置24h，放入微波消解儀中消解，微波消解程序見表2。消解結(jié)束后，用水迅速冷卻，待消解罐溫度降至45℃以下后開蓋，將管內(nèi)消化液轉(zhuǎn)移至50ml容量瓶中，加蒸餾水定容至刻度線，搖勻，過濾，取濾液，即得樣品溶液。

表2 微波消解程序

2.3 元素含量測(cè)定：使用iCAP6000型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行檢測(cè)。射頻功率：1150W；輔助氣體流量：0.5L/min；分析泵速：50r/min；霧化器泵沖洗泵速：50r/min；最大積分時(shí)間：30s；等離子體觀測(cè)：水平；最大積分時(shí)間：30s；樣品沖洗次數(shù)：3次；樣品延時(shí)：0s；樣品沖洗時(shí)間：30s。按設(shè)定的條件對(duì)17種不同產(chǎn)地多花黃精中各元素進(jìn)行測(cè)定，平行測(cè)定3次，濃度平均值由儀器自動(dòng)得出后再扣除空白值，最終得各元素含量，結(jié)果見表3。

表3 不同產(chǎn)地多花黃精元素測(cè)定結(jié)果（μg/g）

2.4 多花黃精元素主成分分析：見表4。從中可知，以1為特征值下限，表中顯示前4個(gè)成分特征值大于1，前4個(gè)成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到91.088%，包含的信息較多，且第1個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率達(dá)到40.456%，貢獻(xiàn)率為最大，包含的信息也最多。

表4 相關(guān)系數(shù)的特征值和方差貢獻(xiàn)率

將表4中的主成分載荷矩陣中每個(gè)成分的值除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值的平方根，得到4個(gè)主成分的特征向量，而特征向量對(duì)應(yīng)主成分中每個(gè)峰的系數(shù)，故4個(gè)主成分的評(píng)分表達(dá)式如下：

F1=-0.385Z（As）+0.925Z（Cd）-0.224Z（Co）+0.812Z（Cu）+0.221Z（Fe）+0.871Z（Mn）+0.768Z（Ni）+0.932Z（Pb）-0.721Z（Se）+0.975Z（Zn）

F2=0.888Z（As）-0.468Z（Cd）+0.956Z（Co）+0.634Z（Cu）+0.971Z（Fe）+0.457Z（Mn）+0.454Z（Ni）-0.491Z（Pb）+0.305Z（Se）+0.126Z（Zn）

F3=0.650Z（As）-0.565Z（Cd）+0.451Z（Co）+0.521Z（Cu）-0.356Z（Fe）-0.375Z（Mn）-0.519Z（Ni）+0.494Z（Pb）+0.898Z（Se）+0.288Z（Zn）

F4=-0.270Z（As）+0.515Z（Cd）+0.497Z（Co）-0.704Z（Cu）+0.468Z（Fe）+0.657Z（Mn）-0.802Z（Ni）-0.543Z（Pb）-0.138Z（Se）-0.361Z（Zn）

表5 多花黃精成分分析結(jié)果因子載荷矩陣

由表5可知，第一主成分在Cd、Cu、Mn、Pb、Zn元素上有較大載荷系數(shù)，為正相關(guān)，可命名Cd、Cu、Mn、Pb、Zn為含量主因子。第二主成分在Co、Fe元素上有較大載荷系數(shù)，可命名為Co、Fe含量主因子。第三主成分在Se元素上有較大載荷系數(shù)，為正相關(guān)，可命名Se為含量主因子。第四主成分在Mn元素上有較大載荷系數(shù)，為正相關(guān)，可命名為Mn含量主因子。綜合評(píng)分F=0.444F1+0.297F2+0.134F3+0.125F4（權(quán)重系數(shù)為各主成分方差貢獻(xiàn)率占主成分累積貢獻(xiàn)率之比），因此，從上述表達(dá)式可知，F(xiàn)1的特征值最大，對(duì)綜合評(píng)分影響較大，最能代表主成分中包含的信息，其中系數(shù)較大的五個(gè)為Z（Cd）、Z（Cu）、Z（Mn）、Z（Pb）、Z（Zn），證明這5個(gè)元素的含量對(duì)于多花黃精的質(zhì)量控制起著至關(guān)重要的作用。主成分得分及排序見表6。

表6 主成分得分及排序

表7 多花黃精元素間相關(guān)性研究

2.5 多花黃精元素之間相關(guān)性分析：見表7。從中可見，多花黃精藥材中元素之間共有12個(gè)相關(guān)系數(shù)。其中，多花黃精中Fe與Co，Mn與Cd，Ni與Cu，Pb與Mn、Cd，Zn與Cd、Cu、Mn、Pb，均呈極其顯著相關(guān)。As與Co、Fe以及Zn與Ni存在顯著相關(guān)。這提示各元素評(píng)價(jià)指標(biāo)之間相關(guān)性顯著，不互相獨(dú)立，其富集具有協(xié)同作用。

3 討論

目前已知Fe、Zn、Cu、Mn、Se等均為人體必需的微量元素，它們參與人體內(nèi)的新陳代謝、各種生物和化學(xué)反應(yīng)等，對(duì)機(jī)體各種活動(dòng)起著積極作用。如Fe是人體血紅蛋白的重要組成部分，能維持人體細(xì)胞的正常功能，提高人體免疫力；Zn能促進(jìn)酶的合成，對(duì)機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育有重大作用；Cu是膠原的重要組成部分，能促進(jìn)骨骼、皮膚以及結(jié)締組織形成，也可增強(qiáng)對(duì)Fe的吸收；Mn能參與蛋白質(zhì)的合成；Se能增強(qiáng)對(duì)細(xì)胞膜的保護(hù)，避免自由基侵害，促使白細(xì)胞和紅細(xì)胞正常功能的發(fā)揮?？梢奆e、Zn、Cu、Mn、Se對(duì)中藥材質(zhì)量的評(píng)價(jià)具有極其重要的意義。郁連紅等[2]采用土壤基施法，研究Zn、Mn分別對(duì)用根莖種植的多花黃精一個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)后的老根、新根和黃精多糖的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)Zn、Mn處理對(duì)多花黃精的根莖產(chǎn)量均有顯著或極顯著促進(jìn)作用，對(duì)黃精多糖含量均有顯著或極顯著的提高效應(yīng)。黃精多糖作為多花黃精的有效成分，是《中國藥典》規(guī)定的主要檢測(cè)成分，而Zn、Mn對(duì)黃精多糖的產(chǎn)生具有積極效應(yīng)，故Zn、Mn對(duì)多花黃精的質(zhì)量評(píng)價(jià)具有重要作用。

中藥中元素的含量與其功效存在著一種必然聯(lián)系，其在中藥材質(zhì)量評(píng)價(jià)中的地位不容忽視。重金屬原義是指比重大于5的金屬（一般指密度大于4.5g/cm3），目前尚沒有嚴(yán)格的統(tǒng)一定義。重金屬不能被生物降解，相反卻能在人體中富集，累積達(dá)到一定程度，能使人體蛋白質(zhì)及酶失去活性，也能在人體器官中累積，造成慢性中毒。故雖然Zn、Mn元素對(duì)多花黃精多糖的累積具有促進(jìn)作用，對(duì)人體亦有不可或缺的作用，但植物大量的攝入，人體過量的富集卻會(huì)造成巨大的危害。因此，如何合理地使用Zn、Mn元素促進(jìn)多花黃精植物多糖的積累，滿足人體需要，又不會(huì)造成重金屬中毒將會(huì)成為黃精元素質(zhì)量控制的關(guān)鍵，并且可以為其他中藥材科學(xué)使用相關(guān)元素促進(jìn)有效成分的快速積累提供參考依據(jù)。