不同產(chǎn)地冬蟲夏草中微量元素分析

王維恩

青海師范大學化學化工學院,青海 西寧 810008

引 言

冬蟲夏草(Ophiocordycepssinensis.)是青藏高原特有種,主產(chǎn)于青海、西藏、云南、四川、貴州等海拔3 300～4 500 m的山地陰坡或半陰半陽坡的高山草間和灌木叢林地,冬蟲夏草藥材是由隸屬于真菌界、真菌門、子囊菌亞門、核菌綱、肉座菌目、線蟲草科、線蟲草屬的藥用真菌冬蟲夏草菌的子座及其寄主蝙蝠蛾科昆蟲幼蟲尸體的復合體組成[1-4]。冬蟲夏草味甘,性溫,效潤而柔。歸肺、腎經(jīng)。是溫和滋補的上等補藥,中醫(yī)、藏醫(yī)上多用于干燥的子實體及蟲體入藥,具有滋肺和補腎之功效。用于陽痿遺精、腰膝酸痛、久咳虛喘、勞嗽痰血、病后體虛或自汗畏寒等癥?，F(xiàn)代藥理學研究表明,冬蟲夏草具有雙向免疫調(diào)節(jié)、抗應激、抗驚厥、抗炎癥、降血壓、降血脂、降血糖、抗腎功能衰竭、抗氧化、抗癌和抗衰老、臟器保護作用等多種功效[5-7]。

必須微量元素維持著生物組織的正常生命活動,這些元素的存在能夠使生物生理或結(jié)構(gòu)的不正?，F(xiàn)象消失或預防不正?，F(xiàn)象的產(chǎn)生,甚至與疾病的治愈密切相關(guān),一些非必須微量元素的過量攝入又會對生物機體產(chǎn)生危害。中藥的歸經(jīng)、性味、功能、主治與中藥中的某些微量元素相關(guān),冬蟲夏草作為一味藥食同源的珍貴藥材,研究其中微量元素的含量及分布特征,探討其優(yōu)勢微量元素與冬蟲夏草功效之間的關(guān)系,具有一定的科學價值。針對多區(qū)域冬蟲夏草中重要微量元素分布特征研究的文獻較少,本文研究了15個產(chǎn)地冬蟲夏草中的微量元素鐵(Fe)、銅(Cu)、錳(Mn)、鋅(Zn)、硒(Se)、鍶(Sr)和重金屬元素砷(As)、鉛(Pb)含量的區(qū)域動態(tài),分析了必須微量元素的分布特征,為冬蟲夏草的品質(zhì)評價和功效研究提供了科學依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 冬蟲夏草主產(chǎn)區(qū)概況

冬蟲夏草的主產(chǎn)區(qū)在青藏高原,其中80%的冬蟲夏草來自青海,青海省玉樹州、果洛州和黃南州南部各地所產(chǎn)冬蟲夏草又占到很大比例,這些地區(qū)屬于高原亞寒帶季風氣候。冬蟲夏草采集時間在5月下旬至6月下旬,期間月平均氣溫12 ℃,最低氣溫5.6 ℃,最高氣溫16 ℃,80%～95%濕度是最適于冬蟲夏草生長的。以果洛州達日地區(qū)的年降水量為例,全年60%以上的降水出現(xiàn)在夏季,年均降雨量542.2 mm[8]。

1.2 材料

冬蟲夏草收自各地蟲草采挖交易市場新鮮全草,200目硅膠干燥后花椒防腐保存,分別編號為:S1(祁連)、S2(河卡)、S3(瑪沁)、S4(阿壩)、S5(達日)、S6(甘德)、S7(稱多)、S8(雜多)、S9(治多)、S10(那曲)、S11(合作)、S12(碌曲)、S13(松潘)、S14(同仁)、S15(迪慶),由青海師范大學王維恩副教授鑒定為Ophiocordycepssinensis.。

1.3 儀器和工作參數(shù)

Agilent 725-ES ICP-OES光譜儀(Agilent Technologies Co. Ltd,USA);AA240Z石墨爐原子吸收光譜儀(Agilent Technologies Co. Ltd,USA);AFS-933原子熒光光譜儀(北京吉天儀器公司);ME204E電子天平(Mettler Tolrdo,USA);Lab Tech REVO 微波消解儀(北京萊伯泰科儀器股份有限公司);SZ-93A自動雙重純水蒸餾器(上海亞榮生化儀器廠);KQ-250DV型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);萬能高速粉碎機(上海比朗儀器有限公司)。

ICP-OES光譜儀工作參數(shù):RF入射功率1 300 W,等離子氣流量15 L·min-1,輔助氣流量14 L·min-1,霧化氣流量0.5 L·min-1,觀測高度為15.0 mm,進樣流速1.5 mL·min-1。

石墨爐原子吸收光譜儀分析鉛元素工作參數(shù):空心陰極燈波長283.8 nm,狹縫寬度0.7 mm,熱解石墨管,干燥溫度170 ℃,灰化溫度700 ℃,原子化溫度1 700 ℃,清除溫度2 450 ℃,氬氣流量250 mL·min-1,硝酸鈀為化學改進劑。

原子熒光光譜儀分析砷元素工作參數(shù):空心陰極燈波長220.3 nm,原子化器高度8 mm,光電倍增管負高壓270 V,屏蔽氣流量1 L·min-1;載氣流量500 mL·min-1。

1.4 試劑和溶液

標準儲備液:1 000 μg·mL-1環(huán)境混合標準溶液(5%硝酸介質(zhì))(environmental calibration standard,Agilent),內(nèi)含Zn、Mn、Cu、Fe等元素;1 000 μg·mL-1的Pb標準溶液(北京普天同創(chuàng)生物科技有限公司);100 μg·mL-1的Sr標準溶液(北京普天同創(chuàng)生物科技有限公司);100 μg·mL-1的As標準溶液(北京普天同創(chuàng)生物科技有限公司);10 μg·mL-1的Se標準溶液(北京普天同創(chuàng)生物科技有限公司)。優(yōu)級純硝酸(15 mmol·L-1北京化工廠);分析純過氧化氫(30%中國四川成都金山化工試劑廠);分析純硼氫化鉀(95%南京化學試劑有限公司);分析純氫氧化鉀(天津市永大化學試劑有限公司)。

1.5 標準曲線

1.5.1 ICP-OES光譜標準曲線

2%硝酸介質(zhì)將混合標準溶液逐級稀釋為5、10、20、30、40、50和100 μg·mL-1,得到混合標準溶液的一系列濃度。在優(yōu)化的實驗條件下,采集空白及標準溶液系列,儀器自動繪制標準曲線。2%硝酸介質(zhì)將100 μg·mL-1的Sr標準溶液稀釋為1、5、10、20和50 μg·mL-1,得到Sr標準溶液的一系列濃度,導入儀器進行測定,制作校準曲線。

1.5.2 石墨爐原子吸收光譜標準曲線

2%硝酸介質(zhì)將1 000 μg·mL-1的Pb標準溶液稀釋為1、5、10、20、50和100 μg·mL-1,得到Pb標準溶液的一系列濃度,采集空白及標準溶液系列,制作校準曲線。

1.5.3 原子熒光光譜標準曲線

5%鹽酸介質(zhì)將100 μg·mL-1的As標準工作液稀釋為0.01、0.05、0.10、0.20和0.40 μg·mL-1,得到As標準溶液的一系列濃度,采集空白及標準溶液系列。分取Se標準工作液(0.1 mg·L-1) 0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、10.0 mL至100 mL容量瓶中用鐵鹽溶液稀釋至刻度。工作曲線的濃度分別為0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、6.00和10.00 μg·L-1。按儀器條件調(diào)整好儀器然后用注射器分取2 mL標準溶液注入氫化物發(fā)生器中,按下加液磁閥加入0.7%KBH4,從讀數(shù)顯示屏上讀取熒光強度的數(shù)值。依次測定工作曲線各點的熒光強度,以工作曲線的濃度為橫坐標以熒光強度為縱坐標做標準曲線。

1.5.4 標準曲線的線性方程與精密度

通過各元素標準曲線的繪制,得到相應的線性方程和精密度,如表1所示。

表1 8種元素測定的線性方程及精密度Table 1 Linear equations and precision of determination of eight elements

1.6 樣品處理

15個產(chǎn)地冬蟲夏草樣品分別用體積分數(shù)75%的乙醇溶液超聲波清洗5 min,再用吸水紙吸干,鼓風干燥箱內(nèi)60 ℃干燥6 h后取出冬蟲夏草。干燥的冬蟲夏草粉碎,過40目篩,精確稱取0.5 g樣品,放置于聚四氟乙烯消解罐中,加入4 mL HNO3和0.5 mL H2O2,密閉消解罐,按照140 ℃消解15 min,保溫3 min,在升溫至190 ℃消解15 min,保溫20 min,最后冷卻30 min的程序消解。消解結(jié)束后,冷卻至常溫,將樣品液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中,用少量超純水洗滌消解罐3次,洗液合并入容量瓶,定容至刻度。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同產(chǎn)地冬蟲夏草觀測元素含量測定結(jié)果

對15個產(chǎn)地3批冬蟲夏草樣品中的8種微量元素進行了測定,分別測算出不同產(chǎn)區(qū)的冬蟲夏草樣品中8種微量元素含量的平均值,結(jié)果見表2。

表2 不同產(chǎn)地冬蟲夏草中觀測元素含量的平均值(n=3;μg·g-1)Table 2 Mean elemental concentrations of observed elements in Ophiocordyceps sinensis. from different habitats(n=3;μg·g-1)

2.2 不同產(chǎn)地冬蟲夏草觀測元素含量測定結(jié)果分析

對冬蟲夏草觀測元素的分析結(jié)果表明,相對具有適應原樣作用的香菇和淫羊藿作為參照,冬蟲夏草所含Mn、Fe、Zn、Se均在較高水平,Mn的平均含量及范圍在60.4 μg·g-1(48.5～84.1 μg·g-1),Fe的平均含量及范圍在1 770.5 μg·g-1(301.9～3 089.8 μg·g-1),Zn的平均含量及范圍在106.2 μg·g-1(76.18～163.0 μg·g-1),Se的平均含量及范圍在0.055 μg·g-1(0.021～0.083 μg·g-1)?，斍叨x

夏草Mn和Fe含量最高,分別達到了84.1和3 089.8 μg·g-1。祁連、合作、碌曲、松潘、阿壩一線冬蟲夏草含Zn量顯著較高,其中青海祁連冬蟲夏草的Zn含量最高,達到了163 μg·g-1,冬蟲夏草Zn的平均含量是淫羊藿中Zn含量的6倍多。這些元素在冬蟲夏草補腎益肺、止血化痰的功效方面起著重要的輔助作用[9-10],冬蟲夏草補腎壯陽之功與其較高含量的鋅和錳有關(guān),潤肺平喘的功效與其高水平的Zn含量和高達30.6的Fe/Mn值有關(guān)。Cu的平均含量在17.4 μg·g-1,Sr的平均含量在4.4 μg·g-1。Pb的平均含量在2.33 μg·g-1,只有同仁的冬蟲夏草Pb含量略有超標,As的平均含量在11.42 μg·g-1,超出了2010版中國藥典限量的5倍多,其中以青海同仁、四川阿壩、四川松潘、青海達日、青海祁連、甘肅合作六地的冬蟲夏草As含量分別為:21.63、18.6、13.90、13.88、13.42和13.40 μg·g-1。如圖1所示:不同產(chǎn)地冬蟲夏草中Fe、Mn、As、Zn平均含量的分布情況。如圖2所示:冬蟲夏草中As、Zn、Mn、Cu、Sr、Pb、Se元素的箱線圖統(tǒng)計結(jié)果。

圖1 不同產(chǎn)地冬蟲夏草中Fe、Mn、As、Zn元素平均含量分布Fig.1 Average content of Fe,Mn,As,Zn in Ophiocordyceps sinensis from different habitats

圖2 冬蟲夏草中As、Zn、Mn、Cu、Sr、Pb、Se元素平均含量的描述性統(tǒng)計Fig.2 Descriptive statistics the average contents of As,Zn,Mn,Cu,Sr,Pb and Se in Ophiocordyceps sinensis

依據(jù)圖1的元素平均含量的分布情況和圖2的箱線圖可知:冬蟲夏草中Fe元素含量呈右偏態(tài)分布,上四分位數(shù)為2 173.1 μg·g-1,下四分位數(shù)為1 151.6 μg·g-1。Mn 元素含量呈左偏態(tài)分布,上四分位數(shù)為68.4 μg·g-1,下四分位數(shù)為52.8 μg·g-1。Zn元素含量呈標準正態(tài)分布,上四分位數(shù)為126.1 μg·g-1,下四分位數(shù)為79.29 μg·g-1。As 元素含量呈左偏態(tài)分布,上四分位數(shù)為13.88 μg·g-1,下四分位數(shù)為8.29 μg·g-1。Cu元素含量呈標準正態(tài)分布,上四分位數(shù)為17.8 μg·g-1,下四分位數(shù)為16.2 μg·g-1,異常值祁連23.0 μg·g-1和治多20.5 μg·g-1拉高了平均值。Sr元素含量呈左偏態(tài)分布,上四分位數(shù)為4.88 μg·g-1,下四分位數(shù)為3.85 μg·g-1,異常值瑪沁6.83 μg·g-1拉高了平均值。Pb元素含量呈左偏態(tài)分布,上四分位數(shù)為2.89 μg·g-1,下四分位數(shù)為1.52 μg·g-1,異常值同仁5.48 μg·g-1拉高了平均值。Se元素含量呈右偏態(tài)分布,上四分位數(shù)為0.073 μg·g-1,下四分位數(shù)為0.035 μg·g-1。冬蟲夏草中8種被觀測元素的平均含量分布基本反映了冬蟲夏草微量元素的本底值分布特征,統(tǒng)計分析表明:冬蟲夏草中8種被觀測元素的平均含量的文獻值在本論文分析的上四分位數(shù)和下四分位數(shù)范圍內(nèi),其中冬蟲夏草中Fe、Mn、As、Zn的平均含量呈現(xiàn)顯著的地區(qū)差異。

3 結(jié) 論

通過不同方法分析了15個產(chǎn)地冬蟲夏草中觀測元素Fe、As、Zn、Mn、Cu、Sr、Pb、Se的平均含量,結(jié)果表明:ICP-OES光譜儀分析Fe、Zn、Mn、Cu、Sr可排除Ca、Mg、S、P等共有元素的干擾,其穩(wěn)定性和可靠性都優(yōu)于ICP-MS[11]。石墨爐原子吸收光譜分析Pb元素含量,分析結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性較好。與補腎要藥淫羊藿相比,冬蟲夏草中所含F(xiàn)e、Mn、Zn、Se均在較高水平,冬蟲夏草中必須微量元素的平均水平可作為冬蟲夏草品質(zhì)評價的科學依據(jù)。冬蟲夏草補腎壯陽之功與其較高含量的鋅和錳有關(guān),潤肺平喘的功效與其高水平的Zn含量和高達30.6的Fe/Mn值有關(guān),這一論斷有待細胞藥理學和分子藥理學層面的深入研究。

冬蟲夏草中Pb的平均含量在中國藥典的限量以內(nèi),As的平均含量超出了藥典限量5倍之多,關(guān)于冬蟲夏草中As的平均含量超標的安全評價問題頗有爭議,這是因為冬蟲夏草中的As元素存在的化學狀態(tài)、進入人體后在腸道和血液循環(huán)過程中的運動變化都不甚清楚。據(jù)文獻報道,世界衛(wèi)生組織建議無機砷周攝入最大限量是15 μg·kg-1·BW,即以中國成年男性平均體重60 kg估算(成年女性平均體重57.3,成年男性平均體重66.2 kg),每日攝入9克冬蟲夏草,冬蟲夏草平均含砷量日攝入11.4 μg·g-1計算,砷周攝入量為1.71 μg·kg-1·BW,是在安全范圍,若考慮到砷在體內(nèi)蓄積的問題,以上服用量不超過2個月,THQ指數(shù)小于1,即對人體健康不產(chǎn)生危害[12]。

冬蟲夏草中的各種觀測微量元素存在的化學狀態(tài)、進入人體后在腸道和血液循環(huán)過程中的運動變化規(guī)律,需要研究冬蟲夏草標志性成分與這些微量元素之間的協(xié)同作用路徑和方式,基于動物藥理學、細胞藥理學和網(wǎng)絡(luò)藥理學研究預測活性組分-靶點網(wǎng)絡(luò)的工作是非常必要的。