莪術(shù)和山芝麻水煎液中Cd、Zn 的形態(tài)分析

羅浚鳳 譚琳山 翁 瑕 楊昕萌 王維生

（廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院， 廣西南寧530004）

我國中草藥資源豐富，但中藥材重金屬超標(biāo)的情況不容忽視［1?2］。Cd 是常見的污染重金屬，會對人體造成急性和慢性毒害，積蓄在肝臟和腎臟中造成不可逆的損傷［3］。Cd 也是常見的中藥污染重金屬，在某些不同種類、產(chǎn)地和批次的藥材中均有不同程度的污染［4］。欒爽等［5］調(diào)查了77 種中藥材，有16 個品種的Cd 含有量超標(biāo)；鄭琪等［6］調(diào)查了9種36 批市售藥材，有7 批Cd 含有量超標(biāo)，其中青蒿、金銀花超標(biāo)率均為75.00%，梔子超標(biāo)率為28.00%。

目前國內(nèi)評價中草藥重金屬污染狀況的主要參考標(biāo)準(zhǔn)是2015 年版《中國藥典》［7］和《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》［8］。兩者的限量標(biāo)準(zhǔn)針對的是藥材中重金屬的總量，沒有考慮藥材或水煎液中重金屬的形態(tài)。中藥中微量重金屬因存在形態(tài)不同，其藥性、毒性和人體吸收程度差異很大。僅用重金屬總量來評價其安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須考慮重金屬的形態(tài)對其安全性的影響。由于難以測定植物中不同實際形態(tài)（價態(tài)） 重金屬的含有量，通常采取替代性的方法，測定不同操作形態(tài)重金屬的含有量，如提取態(tài)和溶解態(tài)重金屬的含有量［9?10］。有一些文獻(xiàn)測定了中藥水煎液中懸浮態(tài)和溶解態(tài)（包括可溶有機(jī)態(tài)和可溶無機(jī)態(tài)） 重金屬的含有量，但未進(jìn)一步用于中藥重金屬污染評價［11?12］。

飲食攝入是接觸重金屬的主要途徑，長期服用具有重金屬污染的中草藥制劑可能會對人體帶來健康風(fēng)險。評估藥材中重金屬污染的潛在健康風(fēng)險，主要分為致癌評估和非致癌評估［13］。有學(xué)者采用美國環(huán)境保護(hù)署 （EPA） 提出的基于危險商數(shù)（Hazard Quotient，HQ） 的非致癌評估方法，對8種中草藥涼茶中重金屬的健康風(fēng)險進(jìn)行評估，HQ均小于1，普通成年人每日攝入4.5 g 的中草藥涼茶包不具有健康風(fēng)險［14］。

有學(xué)者測定了廣西不同產(chǎn)地紅絲線中重金屬的含有量，其中Cd 含有量在1.62～17.25 mg／kg 范圍內(nèi)，超過《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》 規(guī)定的限量值［15］。

本實驗以莪術(shù)和山芝麻為研究對象，探討影響壯藥水煎液中Cd 和Zn 濃度的因素，優(yōu)化煎煮條件，測定莪術(shù)和山芝麻水煎液中不同形態(tài)的Cd 和Zn 的含有量，并評估莪術(shù)和山芝麻水煎液中Cd 的健康風(fēng)險，以期有助于分析評價壯藥的重金屬安全性，為莪術(shù)和山芝麻進(jìn)一步的發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料

1.1 材料與試劑 Zn 和Cd 的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液均自購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心，質(zhì)量濃度分別為1 000、100 mg／L；國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大蔥（GB10049） 購自中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理化學(xué)勘查研究所。硝酸和高氯酸均為優(yōu)級純試劑，其他試劑為分析純，水為超純水。莪術(shù)采購于廣西南寧市藥店，山芝麻采購于廣西玉林市中藥材交易中心，由廣西中醫(yī)藥大學(xué)黃瑾明教授鑒定分別為Curcuma kwangsiensisS.G.Lee et C.F.Liang 和He?licteres angustifoiaL.的干燥根。

1.2 樣品預(yù)處理 將莪術(shù)和山芝麻樣品用自來水沖洗干凈，再用去離子水清洗，于烘箱中恒溫（80±2） ℃烘干至恒定質(zhì)量，破碎、研磨、過60目篩，樣品用密封袋保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 樣品元素總量測定 準(zhǔn)確稱取莪術(shù)和山芝麻干燥樣品各0.200 0 g 分別置于50 mL 三角燒杯中，各加入10 mL 混合酸（硝酸?高氯酸4 ∶1），靜置過夜。將三角燒杯置于可調(diào)溫電熱板上，加熱消解，并趕酸至剩余溶液體積約為1 mL，冷卻至室溫，將消解液轉(zhuǎn)移至10 mL 量瓶中，用5%硝酸定容，冷藏待測。用ICP?MS 測定樣品溶液中Cd 和Zn 的濃度。測定莪術(shù)、山芝麻和大蔥中Cd 和Zn的總量時，設(shè)置6 個平行樣，其他樣品設(shè)置3 個平行樣。

1.4 水煎條件確定 單因素條件藥水比為1 ∶8、1 ∶10、1 ∶12、1 ∶15 （g／mL），水煎液pH 為4.0、4.5、5.0、6.0、7.0，煎煮時間為20、40、60、90 min，水煎液外加配體物質(zhì)為 NaCl、NaNO3、檸檬酸和絲氨酸，Cl-質(zhì)量濃度分別為2、5、10、20、40 mg／L；質(zhì)量濃度分別為1、2、4、6、10 mg／L；檸檬酸質(zhì)量濃度分別為20、50、80、125、250 mg／L；絲氨酸質(zhì)量濃度分別為2、5、10、20、40 mg／L。準(zhǔn)確稱取莪術(shù)和山芝麻干燥樣品各0.500 0 g 分別置于50 mL 燒杯中，加入不同濃度的配體物質(zhì)，達(dá)到設(shè)定的藥水比，調(diào)節(jié)pH。將燒杯置于電爐上大火加熱至沸騰后調(diào)至小火，保持微沸煎煮不同的時間，期間注意補(bǔ)充蒸發(fā)的水分。水煎液冷卻至室溫補(bǔ)足蒸發(fā)的水分，自然靜置2 h，用雙層紗布過濾后得到濾液為水煎液，濾渣為水煎渣。水煎液以9 000 r／min 的轉(zhuǎn)速離心10 min，取上清液2 mL 至10 mL 量瓶中，用5%硝酸定容，冷藏待測。分別測定不同的單因素條件對水煎液中Cd 和Zn 濃度的影響，確定煎煮條件。根據(jù)單因素實驗結(jié)果，用正交試驗優(yōu)化煎煮條件。

1.5 水煎液中重金屬形態(tài)分析 借鑒文獻(xiàn)對中藥水煎液進(jìn)行形態(tài)分析的流程［11］，確定了莪術(shù)和山芝麻水煎液中Cd 和Zn 的形態(tài)分析流程： 用優(yōu)化的煎煮條件制得莪術(shù)和山芝麻的水煎液，水煎液經(jīng)紗布過濾后以9 000 r／min 的轉(zhuǎn)速離心10 min，離心上清液經(jīng)0.45 μm 微孔濾膜抽濾，濾液為可溶態(tài)溶液。合并離心沉淀物和濾膜上的殘渣，即懸浮態(tài)殘渣。取2.0 mL 可溶態(tài)溶液，以5.0 mL／min 體積流量通過D101 樹脂，收集流出液，然后用20 mL去離子水以5.0 mL／min 體積流量淋洗，收集淋洗液，合并流出液和淋洗液，即可溶無機(jī)態(tài)溶液。再用20 mL 丙酮洗脫樹脂，洗脫液為可溶有機(jī)態(tài)溶液。收集紗布中的壯藥水煎渣，在烘箱中（80 ±2） ℃烘干至恒定質(zhì)量。準(zhǔn)確稱取干燥水煎渣樣品0.500 0 g，加入20 mL 四氯化碳溶液，超聲振蕩提取30 min，雙層紗布過濾，收集的濾液為殘渣有機(jī)態(tài)溶液；收集的濾渣繼續(xù)加入20 mL 濃鹽酸，超聲振蕩提取30 min，雙層紗布過濾，收集的濾液為殘渣無機(jī)態(tài)溶液。

含不同形態(tài)重金屬的溶液和殘渣按照“1.3”項下的方法消解，ICP?MS 法測定其中Cd 和Zn 的濃度。

1.6 健康風(fēng)險評估 為評估中草藥中重金屬潛在的健康風(fēng)險，選擇了基于HQ 值的非致癌風(fēng)險評估方法［13］，如果HQ＜1，表明攝入的重金屬不具有健康風(fēng)險，若HQ＞1，表明攝入的重金屬對人體潛在的健康風(fēng)險需要引起重視。且HQ 值越大，對人體的健康風(fēng)險越大。

2 結(jié)果與分析

2.1 莪術(shù)和山芝麻中Cd 和Zn 含有量 莪術(shù)、山芝麻和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（大蔥） 中Cd 和Zn 的含有量見表1。為檢驗實驗操作和儀器分析的準(zhǔn)確性，測定了國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大蔥（GBW10049） 樣品，結(jié)果表明大蔥中Cd 和Zn 的測定值與標(biāo)準(zhǔn)值吻合，實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

表1 莪術(shù)、山芝麻和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中Cd 和Zn 的含有量（，mg／kg， n＝6）Tab.1 Contents of Cd and Zn in C.kwangsiensis，H.angustifoia and the standard material （，mg／kg， n＝6）

表1 莪術(shù)、山芝麻和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中Cd 和Zn 的含有量（，mg／kg， n＝6）Tab.1 Contents of Cd and Zn in C.kwangsiensis，H.angustifoia and the standard material （，mg／kg， n＝6）

由表1 可知，莪術(shù)和山芝麻中Cd 的含有量分別為1.75、5.61 mg／kg，Zn 含有量分別為137.52、65.75 mg／kg。莪術(shù)和山芝麻中Cd 的含有量均超過《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》 中規(guī)定的限量（0.3 mg／kg），Zn 沒有明確的限量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 藥水比對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 總量的影響 在煎煮時間為60 min，未調(diào)節(jié)水煎液pH，水煎液未添加配體物質(zhì)的條件下，考察藥水比對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 總量的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可知，當(dāng)其他因素相同時，隨藥水比的增加，莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 的總量稍有增加。根據(jù)文獻(xiàn)的常用條件［16］和實驗結(jié)果，本實驗確定藥水比為1 ∶10（g／mL）。

圖1 藥水比對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 總量的影響Fig.1 Effect of the ratio of C.kwangsiensis to water on the amount of Cd and Zn in aqueous decoction of C.kwangsiensis

2.3 煎煮時間對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 質(zhì)量濃度的影響 在藥水比1 ∶10 （g／mL），未調(diào)節(jié)水煎液pH，水煎液未添加配體物質(zhì)的條件下，考察煎煮時間對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 濃度的影響，實驗結(jié)果見圖2。由圖2 可知，當(dāng)其他因素相同時，隨著煎煮時間的增加，莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 的濃度先增加后保持穩(wěn)定。確定煎煮時間為60 min。

圖2 時間對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 質(zhì)量濃度的影響Fig.2 Effect of time on the concentrations of Cd and Zn in aqueous decoction of C.kwangsiensis

2.4 pH 對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 質(zhì)量濃度的影響 在藥水比為1 ∶ 10 （g／mL），煎煮時間為60 min，水煎液未添加配體物質(zhì)的條件下，考察pH 對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 質(zhì)量濃度的影響，實驗結(jié)果見圖3。由圖3 可知，當(dāng)其他因素相同時，隨著水煎液pH 增加，莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 的質(zhì)量濃度先增加后減少，pH 為5.0～5.5 時效果較好。確定水煎液pH 為5.0。

圖3 pH 對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 質(zhì)量濃度的影響Fig.3 Effect of pH on the concentrations of Cd and Zn in aqueous decoction of C.kwangsiensis

2.5 添加配體對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 質(zhì)量濃度的影響 在藥水比為1 ∶10 （g／mL），煎煮時間為60 min，水煎液pH 5.0 的條件下，考察配體種類和濃度對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 質(zhì)量濃度的影響，實驗結(jié)果見圖4。由圖4 可知，添加檸檬酸對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 的質(zhì)量濃度影響較大，隨著添加濃度的增加，莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 的質(zhì)量濃度先增加后保持穩(wěn)定。添加絲氨酸、Cl?和NO3?對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 的質(zhì)量濃度影響較小，綜合考慮以上結(jié)果，本實驗選擇添加的配體為檸檬酸，質(zhì)量濃度為125 mg／L。

2.6 莪術(shù)煎煮條件優(yōu)化 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇藥水比 （A）、煎煮時間 （B）、水煎液pH（C） 和檸檬酸濃度（D） 進(jìn)行4 因素3 水平的正交試驗。以莪術(shù)水煎液中Cd 質(zhì)量濃度為例，結(jié)果見表2。由表2 可知，pH 對莪術(shù)水煎液中Cd 質(zhì)量濃度的影響最大，煎煮時間的影響最小，確定最優(yōu)方案為A2B3C1D2，即水煎液pH 5.0，水煎液配體檸檬酸質(zhì)量濃度為125 mg／L，藥水比1 ∶ 10（g／mL），煎煮時間60 min。

圖4 配體濃度對莪術(shù)水煎液中Cd 和Zn 質(zhì)量濃度的影響Fig.4 Effect of concentration of ligand on the concentrations of Cd and Zn in aqueous decoction of C.kwangsiensis

2.7 山芝麻水煎液中Cd 和Zn 質(zhì)量濃度的影響因素 方法與結(jié)果同“2.2”～ “2.6” 項下一致，單因素試驗和正交試驗的結(jié)果見表3。

2.8 莪術(shù)和山芝麻水煎液中Cd 和Zn 的形態(tài)分析 分別稱取莪術(shù)和山芝麻各0.500 0 g，采用正交試驗優(yōu)化煎煮條件，分別制得莪術(shù)和山芝麻的水煎液。水煎液經(jīng)過形態(tài)分析流程，測定了其中不同形態(tài)Cd 和Zn 的含有量，結(jié)果見表4。

由表4 可知，水煎之后，莪術(shù)中大部分（65.71%） 的 Cd 仍然殘留在水煎渣中，有20.57%的Cd 在殘留在懸浮態(tài)中，只有24.00%的Cd 轉(zhuǎn)移至可溶態(tài)中。可溶態(tài)的Cd 分為可溶有機(jī)態(tài)的Cd 和可溶無機(jī)態(tài)的Cd，占總量的比例分別為4.57%、16.57%。相比之下，Zn 在不同形態(tài)中的比例和Cd 完全不同。水煎之后，莪術(shù)中大部分（64.96%） 的Zn 轉(zhuǎn)移至可溶態(tài)中，水煎渣和懸浮態(tài)中的Zn 占總量的比例分別為28.31%、4.42%，可溶有機(jī)態(tài)和可溶無機(jī)態(tài)的Zn 占總量的比例分別為8.22%、58.54%。莪術(shù)中的Zn 更容易轉(zhuǎn)移至可溶態(tài)和可溶無機(jī)態(tài)。山芝麻水煎液中Cd 和Zn 在不同形態(tài)中的比例和莪術(shù)中Cd 的比例類似。山芝麻水煎渣、可溶態(tài)和懸浮態(tài)中的Cd 占總量的比例分別為80.93%、4.99%、9.98%，可溶有機(jī)態(tài)和可溶無機(jī)態(tài)中的Cd 占總量的比例分別為0.36%、4.10%。山芝麻水煎渣、可溶態(tài)和懸浮態(tài)中的Zn占總量的比例分別為45.44%、13.57%、32.73%，可溶有機(jī)態(tài)和可溶無機(jī)態(tài)中的Zn 占總量的比例分別為6.94%、8.78%。莪術(shù)和山芝麻中的Cd 主要存在于水煎渣中，較難轉(zhuǎn)移至可溶態(tài)和可溶無機(jī)態(tài)中。

表2 莪術(shù)水煎液試驗設(shè)計與結(jié)果Tab.2 Design and results of tests of C.kwangsiensis aque?ous decoction

表3 山芝麻水煎液單因素試驗和正交試驗結(jié)果Tab.3 Results of single factor experiment and orthogonal experiment of H.angustifoia aqueous decoction

2.9 莪術(shù)和山芝麻中Cd 的健康風(fēng)險評估 因藥方的用量各有不同，參考文獻(xiàn)中常用的劑量［17?18］，取莪術(shù)和山芝麻每人每日攝入量為10.00 g，成年人標(biāo)準(zhǔn)體質(zhì)量為60 kg，計算莪術(shù)和山芝麻中Cd 的HQ 值，得莪術(shù)中重金屬Cd 的危險商數(shù)HQ 為0.07，遠(yuǎn)小于1，表明莪術(shù)中的Cd 對人體不具有健康風(fēng)險；山芝麻中Cd 的危險商數(shù)HQ 為0.05，也遠(yuǎn)小于1，表明山芝麻中的Cd 對人體不具有健康風(fēng)險。若不考慮藥材中可溶態(tài)的重金屬含有量占總量的比例，用藥材中重金屬總量計算莪術(shù)和山芝麻中Cd 的危險商數(shù)HQ′，莪術(shù)和山芝麻中Cd 的HQ′分別為0.29 和1.00，表明莪術(shù)中的Cd 對人體不具有健康風(fēng)險，山芝麻中的Cd 對人體具有潛在的健康風(fēng)險，需引起重視。

表4 0.5 g 莪術(shù)和山芝麻的水煎液和水煎渣中不同形態(tài)Cd 和Zn 的質(zhì)量（μg）Tab.4 Amount of Cd and Zn in different states of the aqueous decoction and the residues of 0.5 g C.kwangsiensis and H.angustifoia （μg）

3 討論

本實驗進(jìn)一步分析了壯藥水煎液和水煎渣的不同形態(tài)，水煎后莪術(shù)和山芝麻中的Cd 主要存在于水煎渣中，占總量的比例分別為 65.71%、80.93%，轉(zhuǎn)移至可溶態(tài)中的Cd 較少，比例分別為24.00%、13.57%，可溶無機(jī)態(tài)中的Cd 占總量比例分別為16.57%、4.10%。莪術(shù)和山芝麻中Cd 的含有量分別為1.75、5.61 mg／kg，超標(biāo)4.8 倍和17.7 倍，水煎后，最易被吸收的Cd 分別只占總量的16.57%、4.10%，可見水煎后莪術(shù)和山芝麻中Cd 較少轉(zhuǎn)移至水煎液中的可溶態(tài)。山芝麻水煎液中Zn 的情況和Cd 類似，其總量為65.75 mg／kg，水煎后可溶態(tài)和可溶無機(jī)態(tài)中的Zn 占總量的比例分別為13.57%、8.78%，大部分Zn 仍殘留在水煎渣中。莪術(shù)中Zn 的含有量為137.52 mg／kg，水煎后可溶態(tài)和可溶無機(jī)態(tài)中的Zn 占總量的比例分別為64.96%、58.54%，可見莪術(shù)中Zn 更容易轉(zhuǎn)移至水煎液中的可溶態(tài)。同種藥材水煎后不同重金屬在水煎渣、可溶態(tài)、可溶無機(jī)態(tài)中的比例相差可能較大，不同藥材水煎后同種重金屬在水煎渣、可溶態(tài)、可溶無機(jī)態(tài)中的比例相差也可能較大，這會影響藥材重金屬污染對人體健康風(fēng)險的評估。

本實驗中若不考慮轉(zhuǎn)移至水煎液中可溶態(tài)的Cd 的含有量及轉(zhuǎn)移比例，直接用藥材中Cd 的總量計算莪術(shù)和山芝麻中Cd 的危險商數(shù)HQ′。莪術(shù)中Cd 的HQ′＜1，表明每日攝取10.00 g 的莪術(shù)不具健康風(fēng)險，山芝麻中Cd 的HQ′≥1，表明每日攝取10.00 g 的山芝麻具有一定的健康風(fēng)險。考慮水煎后轉(zhuǎn)移至水煎液可溶態(tài)的Cd 的含有量及轉(zhuǎn)移比例，莪術(shù)和山芝麻中Cd 的HQ 均小于1，表明每日攝取10.00 g 壯藥莪術(shù)或山芝麻煎煮后的水煎液，對成年人不會構(gòu)成健康風(fēng)險。若要通過服用水煎液攝入對人體構(gòu)成健康風(fēng)險（HQ ＞1） 的Cd，成年人每日至少需攝取142.85 g 莪術(shù)或214.33 g山芝麻煎煮后的水煎液，該劑量和文獻(xiàn)參考的每日攝入劑量相比，相差至少超過了10 倍。因此，評估藥材中的重金屬元素對人體的潛在健康風(fēng)險時，與只考慮藥材中重金屬總量相比，考慮煎煮后水煎液中可溶態(tài)重金屬的含有量可能更為合理。