張椿翊，江春陽，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(重慶市萬州食品藥品檢驗(yàn)所，重慶 ，404100) 3(重慶市萬州區(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]。在我國早期的醫(yī)療書籍中也有大量關(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]，是自古以來民間常用的中藥材。桑枝中的主要藥效成分為黃酮類、生物堿類、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]。

長期以來，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，人們就中醫(yī)藥學(xué)的相關(guān)理論與藥物中微量元素對人體作用之間的關(guān)系展開了大量的臨床試驗(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門并在全世界進(jìn)行推廣的重要因素[14]。

目前對于無機(jī)元素的測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、效率低，具有較強(qiáng)的基體效應(yīng)，對檢測結(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定，是我國強(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)測定不同含量級別的多種元素[21]而被廣泛應(yīng)用。在無機(jī)元素測定時(shí)待測樣品制取過程中，微波消解法相較于灰化法和濕法消解法具有耗時(shí)少、操作簡單、外來污染小等優(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桑枝藥效及安全性的影響也并不清楚。因此，研究不同種類及產(chǎn)地桑枝中礦質(zhì)元素含量及組成結(jié)構(gòu)對桑枝藥材質(zhì)量及安全性的評價(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，對這18批不同種類桑枝中的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)行測定分析，并進(jìn)行主成分分析和聚類分析，以此對9個(gè)產(chǎn)地、3個(gè)種類的18批桑枝進(jìn)行質(zhì)量和安全性評價(jià)，為桑枝的后期研究及綜合利用、資源開發(fā)、藥用價(jià)值開發(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，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，粉碎后過三號篩，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)購自壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司，K(20102)、Ca(20116)、Na(21061)、P(20041),購自中國計(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),購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心;Pb(P2-PB684758)購自美國INORGANIC公司；HNO3(MOS級)，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 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，德國賽默飛世爾科技有限公司；CEM MARS 6微波消解儀，美國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

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

各元素的測定溶液：精密稱取桑枝樣品粉末0.20 g于聚四氟乙烯消解管中，加入8 mL濃硝酸后密封，浸泡過夜，對桑枝樣品進(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，汞元素測定溶液是將消解管內(nèi)的消解液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶內(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。同時(shí)做試劑空白。其余元素測定溶液是冷卻后將消解管開蓋，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。同時(shí)做試劑空白。其中所有批次樣品中K、Ca、P元素的測定需將測定溶液稀釋25倍后上機(jī)，所有批次樣品中Mg元素的測定需將測定溶液稀釋3倍后上機(jī)，測定Al、Cu、Zn、Sr元素時(shí)需將部分批次樣品的測定溶液稀釋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))硝酸溶液逐級稀釋，配制成質(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 桑枝中元素的測定

采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測定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，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)《中華人民共和國藥典》(2020版)一部對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 表格軟件對測得的數(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軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和聚類分析。

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)行測定，ICP-MS工作站自動(dòng)輸入待測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”條件平行測定6次，計(jì)算各元素濃度的相對標(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定分析。

2.1.3 重復(fù)性試驗(yàn)

精密稱取桑枝樣品粉末(S2)0.20 g,平行稱取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%，符合測定要求。

2.2 桑枝樣品中25種元素的測定

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)測定，結(jié)果詳見表3。如表所示，18批桑枝中均檢測出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，最低為萬州區(qū)分水鎮(zhèn)的雞桑(S6)，為7.47 mg/g。不同種類桑枝之間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，含量最高的為開州區(qū)臨江鎮(zhèn)的華桑(S1)，最低的為開州區(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州區(qū)臨江鎮(zhèn)的雞桑(S2)，最低的為萬州區(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)，最低的為萬州區(qū)分水鎮(zhèn)的雞桑(S6)。Cu和Pb的含量在種類間差異較大，規(guī)律相同，整體呈華桑>雞桑>桑。Cr和Cd在種類間含量的規(guī)律整體呈雞桑>華桑>桑，Hg和As的含量在種類間差異不大。

在其余18種無機(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，云陽縣雙河鎮(zhèn)的華桑(S10)中Ni含量最高，萬州區(qū)百安壩街道的雞桑(S17)中Mo含量最高，開州區(qū)臨江鎮(zhèn)的華桑(S1)中Co含量最高。

2.3 安全性評價(jià)

根據(jù)《中華人民共和國藥典》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標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

表3 桑枝中25種元素測定結(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)和云陽縣雙河鎮(zhèn)的雞桑(S11)中Cu單因子污染指數(shù)評價(jià)為中污染以及南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑(S8)、云陽縣雙河鎮(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)評價(jià)均為輕污染。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價(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，可為桑枝品種評價(jià)以及后續(xù)的開發(fā)利用提供理論依據(jù)及參考。

2.5 聚類分析

采用軟件SPSS 26.0對18批不同品種桑枝樣品進(jìn)行聚類分析，以所測的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，其中巴南區(qū)安瀾鎮(zhèn)的雞桑(S4)為一類，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，其余的14批桑枝樣品聚為一類。聚類分析結(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機(jī)元素含量結(jié)構(gòu)不能從物種上區(qū)分開，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 桑枝樣品的聚類分析Fig.1 Cluster analysis of mulberry branch samples

3 結(jié)論與討論

植物中無機(jī)元素的含量受到氣候、土壤及種植過程中的施肥等因素影響，并且植物體在不同部位、不同生長階段對無機(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種測定無機(jī)元素中的平均含量最高，Ca元素對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)元信號傳導(dǎo)及維持骨骼肌正常興奮等重要生理過程[19]，本研究中所測的桑枝中Ca元素平均含量高達(dá)13.23 mg/g，可考慮在未來的藥物開發(fā)利用中將桑枝作為Ca補(bǔ)充劑的來源。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、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等元素在其藥用過程中對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元素對人體的免疫系統(tǒng)有著一定的調(diào)節(jié)作用，但本此檢測的18批桑枝樣本中Cu元素均超標(biāo)，過量的銅元素對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，其中生長的植物通過富集作用能夠在體內(nèi)積累大量的銅元素[25]。因此，在桑枝藥材種植過程中通過對土壤中重金屬元素尤其是Cu元素進(jìn)行監(jiān)控，并通過技術(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。聚類分析結(jié)果顯示桑枝樣品的無機(jī)元素含量結(jié)構(gòu)不能從物種上區(qū)分開，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)合測定了不同產(chǎn)地及種類桑枝藥材中25種元素的含量，并對其安全性進(jìn)行了評估，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)量評價(jià)、安全性評價(jià)以及藥用價(jià)值的開發(fā)利用提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)資料。