基于礦質(zhì)元素和活性成分的黃芪產(chǎn)地判別及質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

拱健婷，李 莉，叢 悅，關(guān)佳莉，趙藝萌，徐媛媛

（首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京中醫(yī)醫(yī)院 北京市中醫(yī)藥研究所，北京 100010）

黃芪為豆科植物蒙古黃芪Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge.var.mongholicus（Bge.）Hsiao 或膜莢黃芪Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge.的干燥根，具有補(bǔ)氣升陽(yáng)、固表止汗、利水消腫、生津養(yǎng)血、行滯通痹、托毒排膿、斂瘡生肌的功效[1]，主產(chǎn)于山西、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西等地。黃芪應(yīng)用歷史悠久，年需求量超過(guò)3.5 萬(wàn)噸，市場(chǎng)上含黃芪的中成藥有200 余種，保健品160 多種[2]。當(dāng)前市場(chǎng)黃芪供應(yīng)主要以栽培品為主，研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)地、生態(tài)地理環(huán)境、栽培加工技術(shù)等造成黃芪質(zhì)量參差不齊，不同產(chǎn)地的黃芪灰分、酸不溶性成分、浸出物、皂苷、黃酮等含量不同[3]，抗疲勞作用也有差異[4]。因此，建立一種科學(xué)且便于操作的黃芪質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)市場(chǎng)上流通的黃芪藥材進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)以保證黃芪藥用價(jià)值，是目前亟需解決的問(wèn)題。黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷的含量常作為黃芪質(zhì)量控制的重要指標(biāo)，礦質(zhì)元素在調(diào)節(jié)許多生物分子的活性中起著關(guān)鍵作用，與藥材質(zhì)量密切相關(guān)[5-6]。因此，本研究嘗試以黃芪的多種活性成分和礦物質(zhì)元素為評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)合熵權(quán)TOPSIS 法，對(duì)黃芪的質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為黃芪的質(zhì)量控制提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和參考方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃芪樣品采集于陜西、山西、甘肅、內(nèi)蒙古，共計(jì)86 批，每個(gè)采樣點(diǎn)均采用五點(diǎn)法采樣，取樣點(diǎn)以GPS 精確定位，具體信息見(jiàn)表1。樣品均由北京市中醫(yī)藥研究所李莉研究員鑒定為蒙古黃芪Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge.var.mongholicus（Bge.）Hsiao 的根。將采集的黃芪藥材用蒸餾水洗凈，晾干表面水分，再置50℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重，分別粉碎，過(guò)篩，備用。

表1 樣品信息表Tab.1 Information of Astragali Radix sample

8900 型四極桿串聯(lián)電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國(guó)安捷倫科技公司）；vario Isotope cube 型元素分析儀（德國(guó)Elementar 公司）；TOPEX 型微波消解儀（上海屹堯儀器）；BHW-09A24S 型趕酸儀（上海博通化學(xué)科技有限公司）；BP-110S 型電子分析天平（德國(guó)Sartorius 公司）；1260 型高效液相色譜儀（美國(guó)安捷倫科技公司）配備ELSD3200（安徽皖儀科技股份有限公司）；LC-20AT 型高效液相色譜儀（日本島津公司）；ZN-02 型粉碎機(jī)（北京興時(shí)利和科技發(fā)展有限公司）；BXH-65 型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司）。

高氯酸、氫氟酸、硝酸、鹽酸、氨水等試劑（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；甲酸、乙腈（色譜純，F(xiàn)isher Scientific）；鈧、銠、錸、磺胺及礦質(zhì)元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心）；毛蕊異黃酮苷、毛蕊異黃酮、芒柄花苷、芒柄花素、黃芪皂苷I、黃芪皂苷II、黃芪皂苷III、黃芪甲苷對(duì)照品（上海融禾科技發(fā)展有限公司）。

1.2 黃酮類(lèi)成分含量測(cè)定

取過(guò)65 目篩樣品粉末1.5 g，精密稱定，置圓底燒瓶中，精密加入甲醇50 mL，稱定重量，加熱回流4 h，放冷，再稱定重量，用甲醇補(bǔ)足失重，搖勻，濾過(guò)，精密量取續(xù)濾液25 mL，回收溶劑至干，殘?jiān)蛹状既芙?，轉(zhuǎn)移至5 mL 容量瓶中，加甲醇至刻度，搖勻，過(guò)0.22μm 濾膜即得供試品溶液。色譜條件：色譜柱GS-120-5-C18-AP（4.6 mmID× 250 mm），柱溫為35℃；進(jìn)樣量為20 μL；流動(dòng)相乙腈（B）-0.2%甲酸溶液（A），梯度洗脫（0 ～ 20 min，20%→40%B；20 ～ 30 min，40%B；30 ～ 40 min，20%B）；流速為1.0 mL/min；紫外檢測(cè)波長(zhǎng)為260 nm，測(cè)定各樣品中毛蕊異黃酮苷、毛蕊異黃酮、芒柄花苷、芒柄花素含量。

1.3 黃芪皂苷類(lèi)成分含量測(cè)定

取過(guò)65 目篩樣品粉末1.5 g，精密稱定，置圓底燒瓶中，精密加入含4%氨水的80%甲醇50 mL，稱定重量，加熱回流1 h，放冷，再稱定重量，用含4%氨水的80%甲醇補(bǔ)足失重，搖勻，濾過(guò)，精密量取續(xù)濾液25 mL，回收溶劑至干，殘?jiān)?0%甲醇溶解，轉(zhuǎn)移至5 mL 容量瓶中，加80%甲醇至刻度，搖勻，即得供試品溶液。色譜條件：色譜柱為GS-120-SC18-AP（4.6 mm ID×250 mm），柱溫為30℃；進(jìn)樣量為20μL；流動(dòng)相為純水（A）-乙腈（B），梯度洗脫（0 ～ 8 min，20%B；8 ～ 15 min，20%→30%B；15 ～ 30 min，30%→43%B；30 ～ 40 min，43%→60%B；40 ～ 50 min，60%→95%B；50 ～ 60 min，95%B；60 ～66 min，95%→20%B）；流速為1.0 mL/min；檢測(cè)器為ELSD 檢測(cè)器，測(cè)定各樣品中黃芪皂苷I、黃芪皂苷II、黃芪皂苷III、黃芪甲苷含量。

1.4 礦質(zhì)元素含量測(cè)定

1.4.1 ICP-MS 測(cè)定49 種礦質(zhì)元素 （1）測(cè)試樣品制備 取過(guò)100 目篩樣品粉末0.1 g，精密稱定，加硝酸6.0 mL、氫氟酸2.0 mL 置于微波消解儀中。按照設(shè)定的消解程序進(jìn)行處理：先經(jīng)10 min 由室溫升至120 ℃，保持2 min，隨后10 min 升至150 ℃，保持2 min，再經(jīng)10 min 升至180℃，保持2 min，最后經(jīng)10 min 升至200℃，保持30 min。待消解完成冷卻至室溫后取出，加入1.0 mL 高氯酸，置于趕酸儀進(jìn)行趕酸，至體積約為0.5 mL，將趕酸后的消解液轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中，用去離子水定容。移取5.0 mL定容液加入1.0 mL 鹽酸反應(yīng)約30 min，最后定容至25 mL，搖勻，即得供試品溶液。

（2）ICP-MS 測(cè)定條件 采用鈧、銠和錸作為內(nèi)標(biāo)溶液（200.00 μg/L）監(jiān)控并校正儀器漂移，方法的回收率控制在80% ～ 120%之間，采用氦氣碰撞模式進(jìn)行測(cè)定，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀具體參數(shù)：射頻功率為1 500 W，等離子體氣流量為18.0 L/min，采樣深度為8 mm，載氣流量為1.05 L/min，輔助氣流量為0.10 L/min，采樣錐/截取錐鎳錐，氦氣（99.999%）為4.5 mL/min，儀器載氣為高純氬氣（99.999%）。

1.4.2 N、S 元素含量測(cè)定 稱取過(guò)100 目篩樣品粉末45 mg，用錫箔杯包好后放置于元素分析儀樣品盤(pán)中，樣品中的氮元素和硫轉(zhuǎn)化為純凈的N2和SO2氣體，采用CentrION 對(duì)氣體進(jìn)行稀釋。元素分析具體條件：燃燒管主要填料為WO3，溫度為1 150 °C，還原管填料為Cu，溫度為850 °C，高純氦氣 （99.999%）作為載氣。以磺胺為標(biāo)樣，進(jìn)行儀器內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)曲線的因子校正，每隔12 個(gè)樣品進(jìn)樣測(cè)試以驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，N 元素RSD 小于0.8%，S 元素RSD 小于1.0%。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用SPSSAU 軟件中單因素方差分析、熵權(quán)法、TOPSIS及SIMCA-P 13.0中的PLS-DA進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地黃芪成分的差異比較

2.1.1 黃芪中活性成分含量的差異分析 按照上述方法測(cè)定86 批黃芪中的毛蕊異黃酮苷、毛蕊異黃酮、芒柄花苷、芒柄花素、黃芪皂苷I、黃芪皂苷II、黃芪皂苷III、黃芪甲苷含量，并進(jìn)行方差分析及多重比較分析，結(jié)果見(jiàn)表2。測(cè)定結(jié)果顯示，毛蕊異黃酮苷含量為0.159 ～ 1.954 mg/g，毛蕊異黃酮含量為0.015 ～ 0.240 mg/g，芒柄花苷含量為0.066 ～ 2.343 mg/g，芒柄花素含量為0.002 ～ 0.049 mg/g，黃芪甲苷含量為0.114 ～ 4.153 mg/g，黃芪皂苷I 含量為0.019 ～0.452 mg/g，黃芪皂苷II 含量為0.040 ～ 0.935 mg/g，黃芪皂苷III 含量為0.006 ～ 0.377 mg/g。在所測(cè)定的8 種活性成分中，黃芪甲苷、毛蕊異黃酮苷的含量較高。根據(jù)2020 年版《中國(guó)藥典》黃芪質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（黃芪甲苷含量不少于0.080%、毛蕊異黃酮苷含量不少于0.020%），大部分黃芪樣品符合標(biāo)準(zhǔn)，樣品中測(cè)得的黃芪甲苷、毛蕊異黃酮苷最大值分別達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的5.19 倍、9.77 倍。

表2 不同產(chǎn)地黃芪的活性成分含量（mg/g，±s）Tab.2 Content of active components in Astragalus from different origins（mg/g，±s）

表2 不同產(chǎn)地黃芪的活性成分含量（mg/g，±s）Tab.2 Content of active components in Astragalus from different origins（mg/g，±s）

注：同行字母完全不同，表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＜0.05）。表3 同。

活性成分陜西（n = 28）山西（n = 26）甘肅（n = 13）內(nèi)蒙古（n = 19）FP毛蕊異黃酮苷0.573 8±0.190 7a0.816 5±0.409 9a0.685 4±0.269 8a0.710 3±0.364 0a 2.592 2 0.058 2毛蕊異黃酮0.059 3±0.031 8b0.110 7±0.058 1a 0.075 7±0.029 8ab0.089 9±0.034 3a 7.096 7 0.000 3芒柄花苷0.183 8±0.096 5d0.378 8±0.180 7c0.683 2±0.536 0a 0.647 9±0.214 3ab17.879 2 0.000 0芒柄花素0.004 4±0.002 2c0.008 4±0.004 3b0.011 8±0.004 7b0.022 3±0.013 7a24.935 9 0.000 0黃芪皂苷I 0.107 5±0.039 2bc0.138 1±0.078 5b0.244 4±0.082 8a0.076 4±0.029 8c22.372 3 0.000 0黃芪皂苷II0.122 9±0.028 3b 0.188 5±0.174 4ab0.297 7±0.141 8a0.074 0±0.023 3c11.812 3 0.000 0黃芪皂苷III0.152 5±0.094 1a 0.066 3±0.024 6bc 0.108 3±0.051 3ab0.050 0±0.045 6c13.052 3 0.000 0黃芪甲苷1.175 4±0.472 2b0.819 5±0.321 2c1.578 5±0.845 8a 0.980 2±0.403 4bc 7.386 3 0.000 2

不同產(chǎn)地黃芪中毛蕊異黃酮苷含量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），其他7 種活性成分含量在不同產(chǎn)地間具有顯著差異。陜西產(chǎn)黃芪中黃芪皂苷III 平均含量最高，毛蕊異黃酮苷、毛蕊異黃酮、芒柄花苷、芒柄花素平均含量最低；山西產(chǎn)黃芪中毛蕊異黃酮苷、毛蕊異黃酮平均含量最高，黃芪甲苷平均含量最低；甘肅產(chǎn)黃芪中芒柄花苷、黃芪皂苷I、黃芪皂苷II、黃芪甲苷平均含量最高；內(nèi)蒙古產(chǎn)黃芪中芒柄花素平均含量最高，黃芪皂苷I、黃芪皂苷II、黃芪皂苷III 平均含量最低。

2.1.2 不同產(chǎn)地黃芪中礦質(zhì)元素含量的差異分析

對(duì)不同產(chǎn)地黃芪所含礦質(zhì)元素進(jìn)行含量測(cè)定，黃芪中礦質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 ～ 39.28 mg/g，黃芪中Zn元素的平均含量最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39 165.44 mg/kg，Bi 元素平均含量最低，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.006 8 mg/kg，總體來(lái)看，黃芪中的礦質(zhì)元素豐富，各礦質(zhì)元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Zn ＞Mn ＞N ＞B ＞Ti ＞K ＞Mo ＞Cu ＞Ni ＞Cr ＞Ca ＞P ＞Mg ＞S ＞V ＞Li ＞ Al ＞Fe ＞Na ＞Ga ＞Co ＞As ＞Sr ＞Rb ＞Be ＞Ba ＞Se ＞Ce ＞La ＞Nd ＞Pb ＞Y ＞Cs ＞Pr ＞Sm ＞Gd ＞Ag ＞Dy ＞Sb ＞Er ＞Tl ＞Yb ＞Eu ＞Cd ＞Tb ＞Ho ＞Hg ＞Bi ＞Tm ＞Lu ＞In。根據(jù)2020年版《中國(guó)藥典》對(duì)黃芪藥材中重金屬及有害元素的限量規(guī)定“鉛不得過(guò)5 mg/kg；鎘不得過(guò)1 mg/kg；砷不得過(guò)2 mg/kg；汞不得過(guò)0.2 mg/kg；銅不得過(guò)20 mg/kg”，從測(cè)量結(jié)果來(lái)看黃芪樣品中元素Pb、Cd、As、Hg、Cu 元素含量均未超標(biāo)。

不同產(chǎn)地相比，陜西產(chǎn)黃芪中K、Ca、Mg 、B、Zn、Na、Sr、Hg 元素含量最高，N、Ni、Se、In、Cs 含量最低；山西產(chǎn)黃芪中N、P、Rb、Nd、Tl 元素含量最高，B、Mo、Sb、Hg 元素含量最低；甘肅產(chǎn)黃芪中S、Fe、Mn、Cu、Mo、Li、Be、Al、Ti、V、Cr、Co、Ni、Ga、As、Y、Cd、In、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Pb、Bi 元素含量最高，P、K、Na、Ag 元素含量最低；內(nèi)蒙古產(chǎn)黃芪中Se、Ag、Sb 元素含量最高，Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Li、Be、Al、Ti、V、Cr、Co、Ga、As、Rb、Sr、Y、Cd、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Pb、Bi 元素含量最低，見(jiàn)表3。

表3 不同產(chǎn)地黃芪礦質(zhì)元素含量（mg/g，±s）Tab.3 Content of mineral elements in Astragalus from different origins（mg/g，±s）

表3 不同產(chǎn)地黃芪礦質(zhì)元素含量（mg/g，±s）Tab.3 Content of mineral elements in Astragalus from different origins（mg/g，±s）

礦質(zhì)元素陜西（n = 28）山西（n = 26）甘肅（n = 13）內(nèi)蒙古（n = 19）FP N 26.125 5±5.228 1b31.849 0±3.751 7a31.043 2±4.016 2a26.381 5±3.437 7b 11.267 6 0.000 0 P 3.465 5±1.348 3ab 3.738 7±0.952 1a 2.686 5±0.558 0b 2.720 1±0.682 8b 5.525 2 0.001 7 13.527 1±3.956 2a10.892 1±2.278 4b 7.207 3±1.601 0c10.583 9±1.975 4b 15.397 9 0.000 0 Ca 5.190 3±1.709 4a 2.285 1±0.413 0b 4.996 9±0.831 8a 1.845 5±0.501 9c 56.759 6 0.000 0 Mg 4.740 3±1.088 5a 2.170 6±0.406 9c 3.084 9±0.370 1b 1.622 6±0.342 2d 95.113 1 0.000 0 S 2.586 8±0.501 1a 2.179 2±0.212 0b 2.714 7±0.347 4a 1.914 3±0.286 9c 19.287 3 0.000 0 Fe 0.507 9±0.172 4b 0.498 6±0.284 4b 1.522 7±0.383 7a 0.215 8±0.093 7c 82.716 7 0.000 0 B 31.165 1±10.035 2c15.056 3±3.048 3c17.137 3±1.221 4b 16.545 1±10.699 2bc 23.816 1 0.000 0 Mn31.951 3±7.176 9b31.025 6±8.065 4b48.347 1±8.846 7a14.824 5±5.153 1c 54.702 2 0.000 0 Cu 9.195 2±2.922 8a 6.088 8±2.102 6b10.166 6±2.554 9a 6.033 6±2.204 3b 14.122 8 0.000 0 Zn 43.272 5±17.531 1a37.214 3±8.520 4a42.161 8±4.932 4a 33.732 7±25.913 7a 1.517 5 0.216 1 Mo 7.283 8±6.235 1b 1.993 4±1.347 5c 23.522 2±11.281 3a 6.962 8±3.280 1b 39.842 6 0.000 0 Li 1.004 0±0.291 4b 0.612 1±0.306 5c 1.973 9±0.566 9a 0.175 9±0.078 9d 86.313 5 0.000 0 Be 0.018 7±0.006 2b 0.018 3±0.008 5b 0.057 9±0.017 5a 0.007 1±0.002 9c 88.982 2 0.000 0 Na 0.533 6±0.316 1a 0.376 8±0.398 0a 0.235 5±0.119 6b 0.488 6±0.418 8a 2.549 4 0.061 4 Al 0.517 2±0.168 6b 0.441 4±0.266 1b 1.811 4±0.460 3a 0.240 1±0.102 5c115.763 1 0.000 0 Ti11.507 0±5.577 2b12.654 4±6.530 4b 44.136 2±14.516 5a 5.876 2±3.174 5c 77.432 4 0.000 0 V 1.045 6±0.392 4b 1.087 5±0.840 8b 3.302 1±0.883 9a 0.458 5±0.184 2c 58.820 9 0.000 0 Cr 5.114 4±4.914 4ab 3.258 0±2.443 2b 7.413 7±3.949 9a 3.251 1±1.295 9b 5.115 4 0.002 7 Co 0.298 5±0.111 8b 0.362 7±0.182 0b 0.760 2±0.178 6a 0.162 2±0.055 3c 49.979 3 0.000 0 Ni 3.239 6±1.904 7c 6.017 2±3.508 9b 9.227 5±10.382 7a 3.546 3±1.821 2bc 5.996 6 0.001 0 Ga 0.251 9±0.082 8b 0.338 2±0.183 9b 1.018 9±0.308 0a 0.118 6±0.058 4c 86.863 1 0.000 0 As 0.335 3±0.101 6b 0.109 3±0.054 6c 0.830 1±0.211 4a 0.089 1±0.036 1c163.642 9 0.000 0 Se 0.011 4±0.005 0b 0.013 6±0.006 2ab 0.012 9±0.002 8ab 0.017 7±0.007 9a 4.444 8 0.006 0 Rb23.492 6±6.967 2b 43.196 6±22.910 8a17.419 5±8.499 7b 9.032 1±6.583 7c 24.229 6 0.000 0 Sr140.302 7±47.030 4a19.995 1±3.243 8c 88.190 5±22.567 0b19.379 1±4.093 0c105.532 9 0.000 0 Y 0.296 5±0.108 1b 0.391 3±0.299 3b 1.535 6±0.518 5a 0.157 0±0.075 5c 81.836 1 0.000 0 Ag 0.020 9±0.018 5a 0.016 2±0.042 2a 0.013 2±0.017 0a 0.376 8±1.547 5a 1.210 3 0.311 2 Cd 0.014 4±0.004 4c 0.022 7±0.012 8b 0.031 5±0.006 1a 0.007 5±0.003 4d 28.088 0 0.000 0 In 0.001 4±0.000 6b 0.001 6±0.001 1b 0.003 1±0.001 1a 0.001 9±0.001 3ab 8.500 6 0.000 1 Sb 0.022 9±0.007 3b 0.015 0±0.009 2b 0.023 0±0.009 9b 0.083 2±0.150 2a 4.018 6 0.010 1 Cs 0.195 2±0.044 2b 0.365 2±0.495 5a 0.367 8±0.123 2a 0.035 5±0.024 1c 6.295 0 0.000 7 Ba15.614 2±4.155 0b10.900 1±4.141 9c28.290 1±9.851 7a 4.749 6±5.957 1d 46.552 1 0.000 0 La 0.680 6±0.240 4c 2.160 8±1.533 0b 2.945 2±1.540 1a 0.178 9±0.198 5c 27.116 7 0.000 0 Ce 1.037 1±0.416 8b 2.480 4±1.561 6a 3.863 6±1.803 5a 0.334 9±0.334 3c 31.822 1 0.000 0 Pr 0.122 2±0.048 1b 0.310 9±0.241 7a 0.438 3±0.199 8a 0.036 8±0.029 6c 23.399 5 0.000 0 Nd 0.467 0±0.185 4b 1.052 6±0.838 9a 1.673 6±0.801 9a 0.126 5±0.087 3c 23.935 5 0.000 0 Sm 0.090 5±0.036 2b 0.148 3±0.120 6b 0.312 1±0.154 4a 0.021 3±0.014 6c 28.033 8 0.000 0 Eu 0.016 8±0.006 3b 0.027 4±0.025 4b 0.056 3±0.025 6a 0.003 9±0.002 5c 24.962 3 0.000 0 Gd 0.078 7±0.031 1b 0.103 3±0.081 6b 0.263 7±0.133 5a 0.017 0±0.013 3c 32.856 4 0.000 0 Tb 0.010 1±0.004 0b 0.011 8±0.009 5b 0.034 9±0.017 7a 0.002 3±0.001 9c 36.336 3 0.000 0 Dy 0.053 4±0.021 3b 0.058 3±0.048 2b 0.189 8±0.091 9a 0.012 4±0.009 2c 41.065 5 0.000 0 Ho 0.009 8±0.004 0b 0.010 1±0.008 5b 0.034 7±0.017 5a 0.002 3±0.002 0c 39.951 9 0.000 0 Er 0.025 7±0.010 7b 0.026 2±0.022 1b 0.092 4±0.046 9a 0.006 1±0.005 3c 40.208 9 0.000 0 Tm 0.003 5±0.001 4b 0.003 4±0.002 9b 0.011 6±0.006 3a 0.000 8±0.000 9c 34.888 5 0.000 0 Yb 0.020 6±0.008 8b 0.020 5±0.017 5b 0.072 4±0.040 4a 0.004 4±0.004 8c 35.110 0 0.000 0 Lu 0.003 0±0.001 2b 0.003 0±0.002 6b 0.010 1±0.005 5a 0.000 7±0.000 8c 34.260 3 0.000 0 Hg 0.013 8±0.002 5b 0.009 3±0.001 7b 0.011 2±0.001 9ab 0.013 3±0.013 6ab 2.398 8 0.073 9 Tl 0.032 2±0.011 6a 0.037 8±0.018 8a 0.033 4±0.016 7a 0.004 1±0.006 1b 23.629 4 0.000 0 Pb 0.498 5±0.363 3b 0.409 1±0.177 6b 1.131 4±0.571 4a 0.332 6±0.242 1b 17.147 8 0.000 0 Bi 0.007 0±0.003 1b 0.004 3±0.002 9c 0.017 7±0.008 7a 0.002 7±0.001 4c 39.485 3 0.000 0 K

2.2 黃芪產(chǎn)地判別分析

PLS-DA 是一種用于判別分析的多變量統(tǒng)計(jì)分析方法，能凸顯組間差異，利于分組[7]。將4 個(gè)產(chǎn)地黃芪中測(cè)得的59 個(gè)指標(biāo)含量作為變量，采用SIMCA-P 13.0 軟件對(duì)86 批黃芪進(jìn)行PLS-DA，表示模型擬合程度R2Y值為0.827，表示該模型預(yù)測(cè)能力的Q2值為0.796。前3 個(gè)主成分t［1］、t［2］、t［3］對(duì)總方差的累計(jì)貢獻(xiàn)率為62.93%，采用前3 個(gè)主成分繪制樣品分布散點(diǎn)圖見(jiàn)圖1，結(jié)果顯示陜西、內(nèi)蒙古所產(chǎn)黃芪在判別模型中明顯分類(lèi)聚集，其中，山西、甘肅所產(chǎn)黃芪樣本相對(duì)分散，32、50、52 號(hào)樣本及64 號(hào)樣本與同產(chǎn)地樣本中心距離較遠(yuǎn)。

圖1 不同產(chǎn)地黃芪樣品PLS-DA 分析的樣品分布散點(diǎn)圖Fig.1 Score scatter plot by PLS-DA using Astragali Radix from different geographical origins

變量重要性分析值（VIP）可以量化PLS-DA 的每個(gè)變量對(duì)分類(lèi)的貢獻(xiàn)度，便于篩選重要的分類(lèi)變量[8-9]，VIP 值越大，認(rèn)為變量在不同產(chǎn)地間差異越顯著。不同產(chǎn)地黃芪59 個(gè)指標(biāo)的VIP 值分析結(jié)果見(jiàn)圖2，對(duì)區(qū)分4 個(gè)產(chǎn)地黃芪的59 個(gè)指標(biāo)的VIP 值大小進(jìn)行排列，選擇VIP 值大于1 的指標(biāo)作為區(qū)分黃芪產(chǎn)地的主要差異性物質(zhì)，顯示Mg、Sr、Rb、芒柄花素、Tl、Ca、芒柄花苷、B、Mo、As、Cd、黃芪皂苷III、K、La、N、Pr、P、Ce、S，19 個(gè)指標(biāo)VIP 值均大于1，說(shuō)明以上指標(biāo)是不同產(chǎn)地黃芪差異性的主要變量，對(duì)不同產(chǎn)地黃芪分類(lèi)有顯著影響，其余指標(biāo)則影響較小。

圖2 不同產(chǎn)地黃芪變量的重要性差異Fig.2 VIP plot by PLS-DA using Astragali Radix from different geographical origins

2.3 熵權(quán)TOPSIS 分析

2.3.1 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理 以86 批黃芪藥材的8 種活性成分及51 種礦質(zhì)元素含量為評(píng)價(jià)黃芪藥材質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)集，根據(jù)《中華人民共和國(guó)藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》[10]與2020 年版《中國(guó)藥典》[11]對(duì)中藥材中重金屬元素的限度規(guī)定，Cu、Pb、Cd、As 和Hg5 種礦質(zhì)元素屬于越小越優(yōu)型指標(biāo)，其余54 種指標(biāo)為越大越優(yōu)型指標(biāo)。由于多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析中各指標(biāo)量綱不一致，對(duì)越大越優(yōu)型指標(biāo)正向化處理：（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），對(duì)越小越優(yōu)型指標(biāo)進(jìn)行逆向化處理：（Xmax-X）/（Xmax- Xmin），得到無(wú)量綱化指標(biāo)。

2.3.2 熵值法確定各指標(biāo)評(píng)價(jià)權(quán)重 多指標(biāo)決策分析中評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重會(huì)影響最終結(jié)果的科學(xué)性與合理性，因此需要對(duì)各種評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行合理賦權(quán)。熵權(quán)法基于評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵大小與差異程度，指標(biāo)數(shù)據(jù)離散程度越高熵值就越小，說(shuō)明該指標(biāo)提供的有效信息量越大，對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響也就越大，熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重可以有效地排除主觀因素的影響，客觀反映樣品評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性，黃芪中各指標(biāo)信息熵及權(quán)重見(jiàn)表4。

表4 黃芪品質(zhì)指標(biāo)的信息熵及權(quán)重系數(shù)Tab.4 Information entropy and weighting matrix of quatity indexes

2.3.3 最優(yōu)與最劣方案的確定 最優(yōu)方案A+為標(biāo)準(zhǔn)化后矩陣結(jié)果中59 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的最大值，最劣方案A-則為59個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)樣品的最小值。根據(jù)加權(quán)決策矩陣得到最優(yōu)方案Z+＝max（Z1，Z2，…Z59）和最劣方案Z?＝min（Z1，Z2，…Z59）。

2.3.4 貼近度的計(jì)算及評(píng)價(jià) 根據(jù)最優(yōu)與最劣方案，計(jì)算各批黃芪樣品與正理想解距離（Di+），與負(fù)理想解的距離（Di-），以及根據(jù)公式：Ci =Di-/（Di++Di-）計(jì)算最優(yōu)解的貼近度（Ci），Ci 在[0，1]區(qū)間，樣品Ci 越接近1 表示該評(píng)價(jià)對(duì)象越接近最優(yōu)水平，越接近0 表示該評(píng)價(jià)對(duì)象越接近最劣水平。86 批黃芪藥材根據(jù)Ci 的大小排序，結(jié)果見(jiàn)表5。86批樣品相對(duì)貼近度在0.075 ～ 0.495，陜西產(chǎn)黃芪樣品貼近度為0.109 ～ 0.268，山西產(chǎn)黃芪樣品貼近度為0.104 ～ 0.418，甘肅產(chǎn)黃芪樣品貼近度為0.168 ～0.495，內(nèi)蒙古產(chǎn)黃芪樣品貼近度為0.075 ～ 0.372，排名在前20 名的黃芪樣本：陜西3 批、山西3 批、甘肅12 批、內(nèi)蒙古2 批，各產(chǎn)地黃芪的平均貼近度由高到低為甘肅＞山西＞陜西＞內(nèi)蒙古，對(duì)比不同產(chǎn)地仿野生黃芪平均貼近度由高到低為甘肅＞山西＞陜西，不同產(chǎn)地移栽黃芪平均貼近度由高到低為甘肅＞內(nèi)蒙古。仿野生黃芪栽培年限較長(zhǎng)，分析不同生長(zhǎng)年限黃芪的平均貼近度，陜西由高到低為6 年＞4 年＞5 年＞3 年＞2 年，山西由高到低為2 年＞3 年＞6 年＞4 年＞5 年，甘肅為2 年＞3 年，生長(zhǎng)年限對(duì)黃芪質(zhì)量有影響，但是呈現(xiàn)規(guī)律不一致，可能與本研究選擇的指標(biāo)較多有關(guān)，還需進(jìn)一步探究。栽培方式也是黃芪質(zhì)量形成的重要影響因素，蒙古黃芪有育苗移栽和仿野生栽培兩種方式，甘肅2 年生仿野生、移栽黃芪平均貼近度分別為0.205 2、0.197 7，仿野生黃芪質(zhì)量更優(yōu)。

表5 黃芪藥材質(zhì)量評(píng)價(jià)排序Tab.5 Relative ordering of quality evaluation of Astragali Radix

3 討論

本研究選擇黃芪中毛蕊異黃酮苷、毛蕊異黃酮、芒柄花苷、芒柄花素、黃芪皂苷I、黃芪皂苷II、黃芪皂苷III、黃芪甲苷8 種主要活性成分及51 種礦質(zhì)元素為評(píng)價(jià)指標(biāo)以期更全面反映黃芪藥材的質(zhì)量。針對(duì)如何對(duì)黃芪產(chǎn)地進(jìn)行準(zhǔn)確鑒別這一亟待解決的問(wèn)題，本研究基于活性成分和礦質(zhì)元素并結(jié)合PLS-DA統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，建立一種黃芪藥材產(chǎn)地鑒別分類(lèi)方法，基于不同產(chǎn)地黃芪59 種指標(biāo)成分含量的差異性，可以實(shí)現(xiàn)黃芪產(chǎn)地的準(zhǔn)確鑒別。同時(shí)，該方法還可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于其他藥材產(chǎn)地鑒別及藥材真?zhèn)闻袆e，具有良好的應(yīng)用前景。

相較于基于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)、多指標(biāo)成分、指紋圖譜等方法進(jìn)行中藥質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，熵權(quán)TOPSIS 法對(duì)各指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)排除主觀賦權(quán)對(duì)結(jié)果的影響[12]，在一定程度上解決了中藥質(zhì)量評(píng)價(jià)中多指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一及評(píng)價(jià)困難的問(wèn)題，使分析更為科學(xué)合理，為黃芪質(zhì)量控制及臨床安全應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。此方法近年來(lái)在藥材藤茶、車(chē)前子、三葉青、當(dāng)歸、三七、郁金、鎖陽(yáng)、重樓、黨參等[13-21]質(zhì)量評(píng)價(jià)方面得到了良好的運(yùn)用，適宜對(duì)多組分多指標(biāo)的樣品質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

本研究發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地黃芪57 個(gè)指標(biāo)存在顯著差異，VIP 分析結(jié)果顯示芒柄花素、芒柄花苷、黃芪皂苷III、Mg、Sr、Rb、Tl、Ca、B、Mo、As、Cd、K、La、N、Pr、P、Ce、S 是不同產(chǎn)地黃芪差異性的主要變量。TOPSIS 分析結(jié)果顯示，本研究采集的樣品中，甘肅產(chǎn)黃芪藥材質(zhì)量較好，結(jié)合采樣數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)查詢結(jié)果，甘肅采樣點(diǎn)黃芪生長(zhǎng)海拔為1 134 ～1 156 m，年降雨量為474 ～ 596 mm，平均氣溫為4.5 ～9.3℃，無(wú)霜期為140 ～ 180 d，年日照為2 213.4 ～2 540.4 h，地面蒸發(fā)量為520 ～ 1 440 mm，總體呈干旱、溫和、光富的特點(diǎn)，這為黃芪人工培育提供了科學(xué)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地黃芪57 個(gè)指標(biāo)存在顯著差異?；诨钚猿煞趾偷V質(zhì)元素結(jié)合PLS-DA 實(shí)現(xiàn)了黃芪藥材產(chǎn)地準(zhǔn)確鑒別，VIP 分析結(jié)果顯示活性成分中芒柄花素、芒柄花苷、黃芪皂苷III 及礦質(zhì)元素中Mg、Sr、Rb、Tl、Ca、B、Mo、As、Cd、K、La、N、Pr、P、Ce、S 對(duì)黃芪產(chǎn)地區(qū)分貢獻(xiàn)度較大；熵權(quán)TOPSIS 法完成了黃芪藥材質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示甘肅產(chǎn)黃芪質(zhì)量較優(yōu)，研究結(jié)果可為探索不同產(chǎn)地的藥材的鑒別與質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)提供依據(jù)。中藥品質(zhì)的形成與產(chǎn)地的環(huán)境因子如氣候、土壤、地形和水質(zhì)等密切相關(guān)，是多種因子的綜合生態(tài)作用，為此課題組將深入開(kāi)展產(chǎn)地氣候、環(huán)境因子與黃芪多指標(biāo)成分、質(zhì)量形成的相關(guān)性研究。