不同產(chǎn)地及種類(lèi)桑枝中25種元素的測(cè)定與安全性評(píng)價(jià)

張椿翊，江春陽(yáng)，吳秋杰，黃小蘭，李金金，朱德文，王森，吳應(yīng)梅*，周濃*

1(重慶三峽學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，重慶 ，404100)2(重慶市萬(wàn)州食品藥品檢驗(yàn)所，重慶 ，404100) 3(重慶市萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，重慶 ，404100)4(遵義醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院，貴州 遵義，563000)

桑枝為桑科植物桑(MorusalbaL.)的干燥嫩枝[1]，地方上也習(xí)用同屬植物雞桑(M.australisPoir.)和華桑(M.cathayanaHemsl.)的干燥嫩枝入藥作桑枝[2]，味微苦，歸肝經(jīng)，具有祛風(fēng)濕，利關(guān)節(jié)的功效，常被用于治療風(fēng)濕麻痹，關(guān)節(jié)疼痛以及四肢麻木等癥狀[1]。在我國(guó)早期的醫(yī)療書(shū)籍中也有大量關(guān)于桑枝療效的記錄，如《本草撮要》中就記載“桑枝，功專(zhuān)去風(fēng)濕拘攣”[3]，《本草再新》中記載桑枝具有“壯肺氣，燥濕，滋腎水，通經(jīng)”等療效[4]，是自古以來(lái)民間常用的中藥材。桑枝中的主要藥效成分為黃酮類(lèi)、生物堿類(lèi)、有機(jī)酸、揮發(fā)油，以及氨基酸等[5-7]，具有降血糖、降血脂、抗氧化、消炎、抗菌等顯著作用[8-9]。

長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于桑枝入藥質(zhì)量的研究集中在其主要的藥效成分[7-9]。近幾年來(lái)，人們就中醫(yī)藥學(xué)的相關(guān)理論與藥物中微量元素對(duì)人體作用之間的關(guān)系展開(kāi)了大量的臨床試驗(yàn)與研究，結(jié)果表明，中藥材的藥效與其所含微量元素的含量及種類(lèi)有較大關(guān)系[10]。部分元素是中藥材中有效成分的重要組成單元，具有促進(jìn)藥物療效的功能[11]，因此成為了評(píng)價(jià)中藥材質(zhì)量的重要參數(shù)以及中藥材療效的物質(zhì)基礎(chǔ)[12-13]。同時(shí)，中藥材中重金屬超標(biāo)現(xiàn)象也越來(lái)越突出，嚴(yán)重影響了中藥材的安全性，成為了制約中藥材走出國(guó)門(mén)并在全世界進(jìn)行推廣的重要因素[14]。

目前對(duì)于無(wú)機(jī)元素的測(cè)定方法主要有原子吸收光譜法(atomic absorption spectroscopy,AAS)[15]、原子熒光光譜法(atomic fluorescence spectroscopy,AFS)[16]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy,ICP-AES)[17]、以及電感耦合原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, ICP-OES)[18]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma-mass spectrometry, ICP-MS)法[19]等。其中AAS法耗時(shí)較長(zhǎng)、效率低，具有較強(qiáng)的基體效應(yīng)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定的影響[20]。AFS法目前被廣泛應(yīng)用于食品中汞和總砷的測(cè)定，是我國(guó)強(qiáng)制使用的方法。ICP-MS法因具有較高的靈敏度、低檢出限(可達(dá)ng/mL甚至更低)，干擾少，能同時(shí)測(cè)定不同含量級(jí)別的多種元素[21]而被廣泛應(yīng)用。在無(wú)機(jī)元素測(cè)定時(shí)待測(cè)樣品制取過(guò)程中，微波消解法相較于灰化法和濕法消解法具有耗時(shí)少、操作簡(jiǎn)單、外來(lái)污染小等優(yōu)點(diǎn)[22]。目前，關(guān)于桑枝中主要藥效成分以外的礦質(zhì)元素的研究還鮮有報(bào)道，其與桑枝藥材中有效活性成分的相互作用以及對(duì)桑枝藥效及安全性的影響也并不清楚。因此，研究不同種類(lèi)及產(chǎn)地桑枝中礦質(zhì)元素含量及組成結(jié)構(gòu)對(duì)桑枝藥材質(zhì)量及安全性的評(píng)價(jià)就顯得格外重要。

本研究以采自重慶不同區(qū)縣9個(gè)采樣點(diǎn)、3個(gè)種類(lèi)共計(jì)18批次的桑枝作為樣本，采用凱氏定氮法、AFS法、ICP-MS法與微波消解法相結(jié)合，對(duì)這18批不同種類(lèi)桑枝中的25種元素(N、Ca、K、P、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Sr、Ba、Mn、Na、B、Pb、Ni、Cr、Mo、Sn、Co、As、Se、Cd、Sb、Hg)的含量進(jìn)行測(cè)定分析，并進(jìn)行主成分分析和聚類(lèi)分析，以此對(duì)9個(gè)產(chǎn)地、3個(gè)種類(lèi)的18批桑枝進(jìn)行質(zhì)量和安全性評(píng)價(jià)，為桑枝的后期研究及綜合利用、資源開(kāi)發(fā)、藥用價(jià)值開(kāi)發(fā)提供理論數(shù)據(jù)依據(jù)及參考。

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)所用桑枝于2018年10月采集自重慶市9個(gè)采樣點(diǎn)、3個(gè)種類(lèi)，共計(jì)18批次，經(jīng)鑒定為?？粕僦参锷?M.albaL.)、雞桑(M.australisPoir.)和華桑(M.cathayanaHemsl.)的嫩枝。樣品具體信息詳見(jiàn)表1。將采摘的新鮮桑枝用蒸餾水洗凈后切段，置于45 ℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，烘干至恒重，粉碎后過(guò)三號(hào)篩，備用。

表1 采樣地點(diǎn)及物種信息Table 1 Sampling location and species information

1.2 試劑

24種單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL)：Hg(B2101079)、Mg(21012)、Al(B21050414)、As(B2103508)、Cd(B21120277)、Fe(B21040025)、Ni(B21060160)、Sr(B21050485)購(gòu)自壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司，K(20102)、Ca(20116)、Na(21061)、P(20041),購(gòu)自中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院;Cr(217004)、B(210731)、Mn(216004)、Co(217026)、Cu(217008)、Zn(217009)、Se(210818)、Mo(210803)、Sn(210729)、Sb(216021)、Ba(215055),購(gòu)自國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心;Pb(P2-PB684758)購(gòu)自美國(guó)INORGANIC公司；HNO3(MOS級(jí))，北京化學(xué)試劑研究所；實(shí)驗(yàn)用水為去離子超純水；硫酸(分析純)，重慶川東化工有限公司；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用到的玻璃儀器均在10%(體積分?jǐn)?shù))硝酸溶液中浸泡過(guò)夜后用去離子超純水沖洗干凈，于恒溫干燥箱45 ℃烘干后冷卻至室溫備用。

1.3 儀器與設(shè)備

MILLI Q Advantage A10超純水機(jī),美國(guó) MILLIPORE公司；ME204T/02電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；ICAP-Q電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，德國(guó)賽默飛世爾科技有限公司；CEM MARS 6微波消解儀，美國(guó)CEM公司；Kjeltec 8400全自動(dòng)凱氏定氮儀，丹麥FOSS分析儀器公司；趕酸器，上海博通化學(xué)科技有限公司；AFS-9730原子熒光分光光度計(jì)，北京海光儀器有限公司。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 樣品溶液的制備

氮元素的測(cè)定溶液：精密稱(chēng)取桑枝粉末0.50 g，參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》中的方法制備樣品測(cè)定溶液，全自動(dòng)凱氏定氮儀法測(cè)定桑枝樣品中的N元素含量。

各元素的測(cè)定溶液：精密稱(chēng)取桑枝樣品粉末0.20 g于聚四氟乙烯消解管中，加入8 mL濃硝酸后密封，浸泡過(guò)夜，對(duì)桑枝樣品進(jìn)行預(yù)消解，隨后將消解管置于微波消解儀中進(jìn)行消解(消解條件：功率1 600 W，溫度180 ℃，升溫時(shí)間20 min，保持時(shí)間10 min，冷卻時(shí)間20 min)。冷卻后取出消解管，汞元素測(cè)定溶液是將消解管內(nèi)的消解液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶?jī)?nèi)，用去離子超純水少量多次沖洗消解管，洗液與容量瓶中的消解液合并后定容至刻度，搖勻，待上機(jī)檢測(cè)。同時(shí)做試劑空白。其余元素測(cè)定溶液是冷卻后將消解管開(kāi)蓋，在通風(fēng)櫥內(nèi)置于趕酸器中以120 ℃將硝酸揮盡，轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中并用去離子超純水定容至刻度，搖勻，待上機(jī)檢測(cè)。同時(shí)做試劑空白。其中所有批次樣品中K、Ca、P元素的測(cè)定需將測(cè)定溶液稀釋25倍后上機(jī)，所有批次樣品中Mg元素的測(cè)定需將測(cè)定溶液稀釋3倍后上機(jī)，測(cè)定Al、Cu、Zn、Sr元素時(shí)需將部分批次樣品的測(cè)定溶液稀釋2倍后上機(jī)，其余元素?zé)o需稀釋。

1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的制備

分別精密吸取各種元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用5%(體積分?jǐn)?shù))硝酸溶液逐級(jí)稀釋?zhuān)渲瞥少|(zhì)量濃度分別為0、0.4、0.8、1.6、2.4 μg/L的Hg溶液和質(zhì)量濃度為0、1、5、10、30、50 μg/L的As溶液供原子熒光光度計(jì)分析?；旌蠘?biāo)準(zhǔn)工作液1：Cr、Cd、Pb、Co、Ni、Se質(zhì)量濃度為0、1、5、10、30、50 μg/L，Mg、K、Ca質(zhì)量濃度為0、80、400、800、2 400、4 000 μg/L，Al質(zhì)量濃度為0、20、100、200、600、1 000 μg/L；混合標(biāo)準(zhǔn)工作液2：Na、P、Fe質(zhì)量濃度為0、40、200、400、1 200、2 000 μg/L，B、Mn、Cu、Zn、Sr、Ba質(zhì)量濃度為0、10、50、100、300、500 μg/L，Mo、Sn、Sb質(zhì)量濃度為0、0.1、0.5、1、3、5 μg/L，供電感耦合等離子體質(zhì)譜儀分析。

1.4.3 桑枝中元素的測(cè)定

采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定N元素。全自動(dòng)凱氏定氮儀工作參數(shù)：稀釋液純水體積50 mL，氫氧化鈉溶液體積80 mL，接收液體積30 mL，結(jié)束蒸餾方式為自動(dòng)蒸餾，終點(diǎn)體積為200 mL，樣品管排空功能打開(kāi)，鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度0.102 1 mol/L。

原子熒光光度計(jì)測(cè)定Hg、As。原子熒光光度計(jì)工作參數(shù)：光電倍增管負(fù)高壓280 V，燈電流15 mA，原子化器高度10 mm，原子化器載氣流量500 mL/min，屏蔽器流量1 000 mL/min，測(cè)量方式Std.curve，讀數(shù)方式Peak Area，讀數(shù)時(shí)間16 s，延遲時(shí)間4 s。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定Cr、Cd、Pb、Co、Ni、Se、Mg、K、Ca、Al、Na、P、Fe、B、Mn、Cu、Zn、Sr、Ba、Mo、Sn、Sb。ICP-MS工作參數(shù)：射頻功率1 550 W，等離子體氣流量14 L/min，載氣流量1.10 L/min，輔助氣流量0.80 L/min，氦氣流量4.79 mL/min，霧化室溫度2.7 ℃，采樣深度9 mm，重復(fù)次數(shù)為3次。

1.4.4 安全性評(píng)價(jià)

單項(xiàng)污染指數(shù)法按公式(1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中：Pn為重金屬元素的單項(xiàng)污染指數(shù)，Cn為重金屬元素的測(cè)定值，Sn為重金屬元素的限量標(biāo)準(zhǔn)值。其中根據(jù)《中華人民共和國(guó)藥典》(2020版)一部對(duì)桑枝等植物藥材中重金屬及有害物質(zhì)的限量標(biāo)準(zhǔn)值：Pb≤5.0 μg/g，As≤2.0 μg/g，Cu≤20.0 μg/g，Hg≤0.2 μg/g，Cd≤0.3 μg/g。Pn≤0.7為優(yōu)良，0.7≤Pn≤1.0為安全，1.03.0為重污染，Pn值越大，說(shuō)明受到污染越嚴(yán)重[23]。

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法按公式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中：P綜合為綜合污染指數(shù)，Pave為各單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值，Pmax為各單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值。P綜合≤0.7為優(yōu)良，0.73.0為重污染，P綜合值越大，說(shuō)明受到污染越嚴(yán)重[23]。

1.4.5 數(shù)據(jù)處理

采用WPS 表格軟件對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算各元素的含量以平均值表示。采用SPSS 26.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和聚類(lèi)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法學(xué)考察

2.1.1 方法的線性關(guān)系

將“1.4.2”中的不同質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液注入優(yōu)化后的儀器中進(jìn)行測(cè)定，ICP-MS工作站自動(dòng)輸入待測(cè)元素的濃度為橫坐標(biāo)、儀器響應(yīng)值為縱坐標(biāo)得出各元素的線性回歸方程及線性關(guān)系，各元素的相關(guān)系數(shù)(R2)在0.999 2～1.000 0，結(jié)果表明各元素所用測(cè)定方法在各自線性范圍內(nèi)線性關(guān)系均良好，線性回歸方程、線性范圍以及相關(guān)系數(shù)詳見(jiàn)表2。

表2 24種元素的線性回歸方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)Table 2 Linear equation, linear rang and correlation coefficient of 24 elements

2.1.2 精密度試驗(yàn)

取同一標(biāo)準(zhǔn)工作液按照“1.4.3”條件平行測(cè)定6次，計(jì)算各元素濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation，RSD)值。結(jié)果顯示各元素RSD值為0.58%～1.94%，結(jié)果表明儀器的精密度良好，適合桑枝中元素的測(cè)定分析。

2.1.3 重復(fù)性試驗(yàn)

精密稱(chēng)取桑枝樣品粉末(S2)0.20 g,平行稱(chēng)取6份，按照“1.4.1”中的方法制備桑枝樣品溶液，按照“1.4.3”條件測(cè)定并計(jì)算各元素含量的RSD值，結(jié)果顯示各元素RSD值為0.65%～2.90%，結(jié)果表明方法重復(fù)性良好。

2.1.4 穩(wěn)定性試驗(yàn)

取同一桑枝樣品溶液(S2),按照“1.4.3”條件每隔0.5 h測(cè)定一次，結(jié)果顯示各元素在5 h內(nèi)RSD值在0.57%～2.96%，表明桑枝樣品溶液在5 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.1.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)

精密稱(chēng)取已知各元素含量的桑枝樣品粉末(S2)0.20 g各6份，分別加入各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，按照“1.4.1”制備桑枝樣品溶液，按照“1.4.3”條件進(jìn)行測(cè)定分析，計(jì)算回收率以及RSD值，結(jié)果顯示各元素的平均回收率為96.32%～104.54%，RSD值為0.86%～2.82%，符合測(cè)定要求。

2.2 桑枝樣品中25種元素的測(cè)定

取18批桑枝樣品按照“1.4.1”方法制備桑枝樣品溶液，每批平行3份，上機(jī)測(cè)定，結(jié)果詳見(jiàn)表3。如表所示，18批桑枝中均檢測(cè)出25種元素，但各元素的含量以及各樣品間元素的含量差異較大。

N元素是生物體內(nèi)構(gòu)成蛋白質(zhì)及核酸的基本元素，也是多種代謝產(chǎn)物的重要組成成分，因此N元素在生物體中的含量較高。18個(gè)批次不同產(chǎn)地及種類(lèi)的桑枝中N元素含量平均為12.75 mg/g，其中含量最高的為巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)，為21.75 mg/g，其次為萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的桑(S7)和南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑(S8)，含量分別為16.61 mg/g和16.26 mg/g，最低為萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的雞桑(S6)，為7.47 mg/g。不同種類(lèi)桑枝之間N元素含量整體呈現(xiàn)為雞桑>桑>華桑。

在重金屬元素中，Hg的含量最低，含量在0.011 μg/g～0.036 μg/g，平均含量為0.022 μg/g，含量最高的為開(kāi)州區(qū)臨江鎮(zhèn)的華桑(S1)，最低的為開(kāi)州區(qū)大進(jìn)鎮(zhèn)的雞桑(S3)；其次為Cd和As，含量在0.012 μg/g～0.179 μg/g和 0.052 μg/g～0.168 μg/g，平均含量分別為0.052 μg/g和0.099 μg/g，其中Cd元素含量最高的為開(kāi)州區(qū)臨江鎮(zhèn)的雞桑(S2)，最低的為萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的雞桑(S6)，As元素含量最高的為南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑(S8)，最低的為萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的雞桑(S6)。重金屬元素中含量最高的為Cu，含量為29.20～99.34 μg/g，平均含量高達(dá)48.20 μg/g，含量最高的為奉節(jié)縣新民鎮(zhèn)的雞桑(S14)，最低的為巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的華桑(S5)；其次為其次為Pb，含量為1.50～5.10 μg/g，平均含量為2.66 μg/g，含量最高的為巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)，最低的為萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的雞桑(S6)。Cu和Pb的含量在種類(lèi)間差異較大，規(guī)律相同，整體呈華桑>雞桑>桑。Cr和Cd在種類(lèi)間含量的規(guī)律整體呈雞桑>華桑>桑，Hg和As的含量在種類(lèi)間差異不大。

在其余18種無(wú)機(jī)元素中，含量最高的為Ca，平均含量為13.23 mg/g，其次為K，平均含量為7.99 mg/g，僅次于K的元素為P和Mg，平均含量分別為2.62 mg/g和1.39 mg/g，其中巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)中的Ca和Mg均為最高的，分別為17.91 mg/g和2.27 mg/g。南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑(S8)中的K最高，為12.70 mg/g。萬(wàn)州區(qū)百安壩街道的雞桑(S17)中的P為最高，為5.28 mg/g。

微量元素中，Al的含量最高，平均含量為92.45 μg/g，18批樣品之間Al元素在含量相差較大，最高的為奉節(jié)縣新民鎮(zhèn)的雞桑(S14)，為220.77 μg/g，最低的為萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的雞桑(S6)，42.54 μg/g。其次為Fe(平均58.06 μg/g)、Zn(平均57.42 μg/g)、Sr(平均43.83 μg/g)、Ba(平均29.24 μg/g)、Mn(平均28.58 μg/g)、Na(平均22.79 μg/g)、B(平均14.56 μg/g)、Ni(平均1.06 μg/g)、Mo(平均0.34 μg/g)、Sn(平均0.34 μg/g)、Co(平均0.227 μg/g)、Se(平均0.072 μg/g)、Sb(平均0.027 μg/g)。其中奉節(jié)縣新民鎮(zhèn)的雞桑(S14)中Fe、Sb含量最高，萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的桑(S7)中Zn含量最高，南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的華桑(S9)中Sr、Ba、Se含量最高，南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑(S8)中Mn含量最高，巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)中Na、B、Sn含量最高，云陽(yáng)縣雙河鎮(zhèn)的華桑(S10)中Ni含量最高，萬(wàn)州區(qū)百安壩街道的雞桑(S17)中Mo含量最高，開(kāi)州區(qū)臨江鎮(zhèn)的華桑(S1)中Co含量最高。

2.3 安全性評(píng)價(jià)

根據(jù)《中華人民共和國(guó)藥典》2020版[1]的規(guī)定(Hg≤0.2 μg/g、Cd≤0.3 μg/g、As≤2.0 μg/g、Pb≤5.0 μg/g、Cu≤20.0 μg/g、重金屬總量≤20.0 μg/g)，18個(gè)批次的桑枝樣品中Hg、Cd、As含量均符合規(guī)定，Pb只有S4(5.10 μg/g)超過(guò)規(guī)定，其余均符合規(guī)定，18批桑枝中Cu和重金屬總量均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表3 桑枝中25種元素測(cè)定結(jié)果(n=3)Table 3 Determination of 25 elements in mulberry branches(n=3)

不同產(chǎn)地桑枝中重金屬及有害元素安全性評(píng)價(jià)如表4所示。單項(xiàng)污染指數(shù)顯示，18批桑枝樣品中Hg、Cd和As的單因子污染指數(shù)均小于0.7，評(píng)價(jià)為優(yōu)良，除巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)中的Pb單因子指數(shù)評(píng)價(jià)為輕污染外，其余桑枝樣品中Pb元素的單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)也均為優(yōu)良和安全。除巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)、萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的桑(S7)、南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的華桑(S9)和云陽(yáng)縣雙河鎮(zhèn)的雞桑(S11)中Cu單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)為中污染以及南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑(S8)、云陽(yáng)縣雙河鎮(zhèn)的華桑(S10)、奉節(jié)縣新民鎮(zhèn)的雞桑(S14)和奉節(jié)縣新民鎮(zhèn)的華桑(S15)中Cu單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)為重污染外，其余桑枝樣品中Cu元素單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)均為輕污染。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)顯示，巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)、南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑(S8)、南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的華桑(S9)和云陽(yáng)縣雙河鎮(zhèn)的華桑(S10)為中污染，奉節(jié)縣新民鎮(zhèn)的雞桑(S14)和奉節(jié)縣新民鎮(zhèn)的華桑(S15)為重污染，其余樣品的評(píng)價(jià)為輕污染。造成污染的主要原因?yàn)樯Ｖχ蠧u元素含量超標(biāo)。

表4 不同產(chǎn)地桑枝中重金屬及有害元素安全性評(píng)價(jià)Table 4 The safety evaluation results of the contents of heavy metals and harmful elements in mulberry branches from different origins

2.4 主成分分析

2.4.1 主成分篩選以及貢獻(xiàn)率

采用軟件SPSS 26.0對(duì)18批桑枝樣品進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如表5所示，從25種元素中提取了7個(gè)主成分(特征值>1)，前4個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)69.038%，第一主成分的特征值為8.753，特征貢獻(xiàn)率為35.014%，主要影響因子為As、Pb、Mg、N，第二主成分的特征值為3.971，特征貢獻(xiàn)率為15.886%，主要影響因子為Ca、P，第三主成分的特征值為2.720，特征貢獻(xiàn)率為10.880%，主要影響因子為Mn，第四主成分的特征值為1.815，特征貢獻(xiàn)率為7.258%，主要影響因子為Hg。

表5 主成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率Table 5 Eigenvalues and variance contribution of principle components

2.4.2 桑枝樣品主成分得分、綜合得分及排序

采用每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總特征值之和的比例作為權(quán)重，得到綜合主成分表達(dá)公式為F綜=0.411F1+0.187F2+0.128F3+0.085F4+0.077F5+0.061F6+0.051F7，計(jì)算各個(gè)主成分得分以及綜合得分，并對(duì)18批樣品的綜合得分進(jìn)行排序，結(jié)果如表6所示，在綜合得分排名中，巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)得分最高，其次為南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑(S8)、南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的華桑(S9)和奉節(jié)新民鎮(zhèn)的雞桑(S14)。由此可得出不同品種桑枝在元素含量上存在差異，可為桑枝品種評(píng)價(jià)以及后續(xù)的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)及參考。

2.5 聚類(lèi)分析

采用軟件SPSS 26.0對(duì)18批不同品種桑枝樣品進(jìn)行聚類(lèi)分析，以所測(cè)的25種元素為變量，如圖1所示，可以將18批不同品種的桑枝分為三大類(lèi)，其中巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)為一類(lèi)，南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑(S8)、南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的華桑(S9)和奉節(jié)縣新民鎮(zhèn)的雞桑(S14)分為一類(lèi)，其余的14批桑枝樣品聚為一類(lèi)。聚類(lèi)分析結(jié)果與主成分分析中的主成分綜合得分排序結(jié)果是一致的，表明本研究中的桑枝樣品的無(wú)機(jī)元素含量結(jié)構(gòu)不能從物種上區(qū)分開(kāi)，而更多地受到產(chǎn)地環(huán)境等因素的影響。

表6 主成分得分、綜合得分及其排序Table 6 Principal component score, comprehensive score and their ranking

圖1 桑枝樣品的聚類(lèi)分析Fig.1 Cluster analysis of mulberry branch samples

3 結(jié)論與討論

植物中無(wú)機(jī)元素的含量受到氣候、土壤及種植過(guò)程中的施肥等因素影響，并且植物體在不同部位、不同生長(zhǎng)階段對(duì)無(wú)機(jī)元素的吸收和富集存在顯著差異[24]。本研究結(jié)果顯示18批桑枝中均檢測(cè)出25種元素，但各樣品間元素含量差異較大，25種元素含量由高到低排序?yàn)镃a>N>K>P>Mg>Al>Fe>Zn>Cu>Sr>Ba>Mn>Na>B>Pb>Ni>Cr>Mo>Sn>Co>As>Se>Cd>Sb>Hg。桑枝中的Ca元素在25種測(cè)定無(wú)機(jī)元素中的平均含量最高，Ca元素對(duì)于人體有著非常重要的作用，不僅是骨骼和牙齒的重要組成成分，還參與了凝血、神經(jīng)元信號(hào)傳導(dǎo)及維持骨骼肌正常興奮等重要生理過(guò)程[19]，本研究中所測(cè)的桑枝中Ca元素平均含量高達(dá)13.23 mg/g，可考慮在未來(lái)的藥物開(kāi)發(fā)利用中將桑枝作為Ca補(bǔ)充劑的來(lái)源。K元素可以調(diào)節(jié)人體細(xì)胞的滲透壓及酸堿平衡，參與糖類(lèi)、蛋白質(zhì)的能量代謝及維護(hù)心肌功能；Mg元素是人體中300多種鎂的重要組分，參與了人體內(nèi)絕大多數(shù)代謝活動(dòng)；Fe元素是血紅蛋白的組成成分，參與人體內(nèi)呼吸作用中O2的運(yùn)輸；Zn元素能夠提高人體免疫力，在兒童的生長(zhǎng)發(fā)育中起著重要的作用[19]，因此桑枝中高含量的K、Mg、Fe、Zn等元素在其藥用過(guò)程中對(duì)其主要藥用成分可以起到協(xié)同增效作用，使其療效更為顯著。Cu元素對(duì)人體的免疫系統(tǒng)有著一定的調(diào)節(jié)作用，但本此檢測(cè)的18批桑枝樣本中Cu元素均超標(biāo)，過(guò)量的銅元素對(duì)人體及植物體具有毒害作用。有研究表明，南方紅壤區(qū)土壤中銅元素含量普遍偏高，其中生長(zhǎng)的植物通過(guò)富集作用能夠在體內(nèi)積累大量的銅元素[25]。因此，在桑枝藥材種植過(guò)程中通過(guò)對(duì)土壤中重金屬元素尤其是Cu元素進(jìn)行監(jiān)控，并通過(guò)技術(shù)手段降低種植環(huán)境中的重金屬元素含量，可以有效控制桑枝藥材中重金屬含量，使其符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。聚類(lèi)分析結(jié)果顯示桑枝樣品的無(wú)機(jī)元素含量結(jié)構(gòu)不能從物種上區(qū)分開(kāi)，而更多受到產(chǎn)地環(huán)境等因素的影響。

本研究采用微波消解法與凱氏定氮法、ICP-MS和AFS相結(jié)合測(cè)定了不同產(chǎn)地及種類(lèi)桑枝藥材中25種元素的含量，并對(duì)其安全性進(jìn)行了評(píng)估，為其藥材的道地性及重金屬和有害元素的研究提供了一種新的思路，同時(shí)也可以為桑枝的質(zhì)量評(píng)價(jià)、安全性評(píng)價(jià)以及藥用價(jià)值的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)資料。