侯皓然 周勁松 劉國(guó)偉 孔箭 馬恩耀 羅文英

摘要：探討了多元素分析對(duì)西洋參（Panax quinquefodius L.）產(chǎn)地鑒別的可行性，篩選鑒別西洋參產(chǎn)地的有效指標(biāo)。試驗(yàn)收集產(chǎn)地為加拿大、美國(guó)、中國(guó)東北三省的西洋參樣品共20批，用ICP-MS法測(cè)定其中Sc、Y、La、Ce、Pr，Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Sn、Hg、Pb共28種元素的含量，對(duì)其進(jìn)行方差分析、聚類分析及判別分析。結(jié)果表明，不同地域西洋參樣品中元素含量有其各自的特征。聚類分析將西洋參樣品分成不同類別，與來(lái)源地基本一致。逐步判別分析篩選出Y、Fe和Ni可作為判別西洋參產(chǎn)地來(lái)源的指標(biāo)，判別正確率均達(dá)100.0%，說(shuō)明利用多元素分析技術(shù)對(duì)西洋參產(chǎn)地來(lái)源的判別是可行的。

關(guān)鍵詞：西洋參（Panax quinquefodius L.）;多元素;聚類分析;判別分析;產(chǎn)地鑒別

中圖分類號(hào)：R284.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）09-0151-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.032

西洋參為五加科植物西洋參（Panax quinquefo-dius L.）的干燥根。味甘、微苦，性涼;歸心、肺、腎經(jīng)。具有補(bǔ)氣養(yǎng)陰、清熱生津的功能。用于氣虛陰虧、虛熱煩倦、咳喘痰血、內(nèi)熱消渴、口燥咽干[1]。西洋參產(chǎn)地較多，原產(chǎn)地及主產(chǎn)地均為美國(guó)及加拿大，以美國(guó)威斯康星州所產(chǎn)者最為著名。中國(guó)華北（北京、河北、河南、山東）、東北三省、陜西有大量栽培，湖北、湖南、江西、浙江、安徽、福建等地也有引種;已形成華北、東北、陜西幾個(gè)主要產(chǎn)區(qū)，并銷(xiāo)往全國(guó)仁2，。一般認(rèn)為，從美國(guó)、加拿大進(jìn)口的西洋參品質(zhì)優(yōu)于國(guó)產(chǎn)，所以價(jià)格上進(jìn)口西洋參相對(duì)國(guó)產(chǎn)西洋參要貴。有部分不法商販為了利益，常常用國(guó)產(chǎn)西洋參冒充進(jìn)口西洋參。為了維護(hù)市場(chǎng)秩序、保障大眾用藥安全，有必要建立一種能有效鑒別西洋參產(chǎn)地的方法。近年已有一些文獻(xiàn)對(duì)西洋參產(chǎn)地鑒別的方法進(jìn)行了報(bào)道，所用方法有元素分析法[3]、穩(wěn)定同位素比值法[3]、中紅外光譜法[4，5]、近紅外光譜法[6]、非線性化學(xué)指紋圖譜法[7]、色差法[8]，其中，元素分析法具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)橹苍葱赞r(nóng)產(chǎn)品中元素的來(lái)源比較單一，主要來(lái)源于土壤，而土壤的地域特征比較明顯，更容易利用元素的地域差異對(duì)植源性農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)地判別[9，10]。本研究采用元素分析法對(duì)產(chǎn)地為加拿大、美國(guó)和中國(guó)東北三省的共20批西洋參樣品進(jìn)行了產(chǎn)地鑒別研究。研究首次將16種稀土元素（Se、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu）用于西洋參產(chǎn)地鑒別，利用ICP-MS法測(cè)定西洋參樣品中包含上述稀土元素在內(nèi)的共28種元素的含量，結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法，探討多元素指紋分析技術(shù)應(yīng)用于西洋參產(chǎn)地溯源的可行性，建立不同產(chǎn)地西洋參的判別模型，旨在為鑒別與區(qū)分國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口西洋參提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

共收集20批西洋參樣品，其中產(chǎn)地為加拿大的5批（編號(hào)：CAN1至CAN5）、產(chǎn)地為美國(guó)的7批（編號(hào)：USA1至USA7）、產(chǎn)地為遼寧省的3批（編號(hào)：LN1至LN3）、產(chǎn)地為吉林省的3批（編號(hào)：JL1至JL3）、產(chǎn)地為黑龍江省的2批（編號(hào)HLJ1至HLJ2）。經(jīng)廣州中醫(yī)藥大學(xué)高明教授鑒定，均為五加科植物西洋參的干燥根。

1.2 試劑

Sc標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62013-90）、15種稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y）混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB04-1789-2004），Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62069-90）、Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62071-90）、As標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62027-90）、Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62040-90）、Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62023-90）、Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62017-90）、Se標(biāo)準(zhǔn)溶液（GS-BG62029-90）、Ni標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62022-90）、Sn標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62042-90）、Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液（GS-BG62025-90）、Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62019-90）、Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62020-90）、Ge標(biāo)準(zhǔn)溶液（GS-BG62073-90）、In標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62041-90）、Bi標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSBG62072-90）、Au標(biāo)準(zhǔn)溶液（GS-BG62068-90），均購(gòu)于鋼研納克檢測(cè)技術(shù)股份有限公司。人參成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10027（GSB-18），中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所。硝酸（TraceMetal Grade，F(xiàn)isher Chemical），過(guò)氧化氫溶液（GR，aladdin），試驗(yàn)用水為去離子水。

1.3 儀器

MS204TS/02型電子天平，瑞士Mettler Toledo集團(tuán)：Mill-Q Reference型超純水系統(tǒng)，美國(guó)Millipore公司;ETHOS UP型微波消解系統(tǒng)，意大利Milestone公司;Agilent 7500cx型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國(guó)Agilent集團(tuán)。

1.4 方法

1.4.1 供試品溶液的制備 取西洋參樣品，于60 ℃干燥2h，碎成粗粉，取約0.3g，置微波消解罐中，加入6mL消解液（硝酸：過(guò)氧化氫溶液=2：1），按表1條件進(jìn)行消解。消解完全后自然冷卻，將消解液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，用少量水洗滌消解罐3次，洗液合并于容量瓶中，加入Au標(biāo)準(zhǔn)溶液（1μg/mL）200μL，用水稀釋至刻度，搖勻，即得。

用同樣的方法制備人參成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)供試溶液。除不加An標(biāo)準(zhǔn)溶液外，同法制備試劑空白溶液。

1.4.2 測(cè)定方法用ICP-MS測(cè)定，儀器運(yùn)行參數(shù)為射頻功率1550W，載氣流量0.83L/min，補(bǔ)償氣流量0.33L/min，蠕動(dòng)泵速0.1r/s，霧化室溫度2℃，反應(yīng)氣體為He，流量4.5L/min，掃描30次，重復(fù)3次。

采用內(nèi)標(biāo)校正定量分析方法。¹⁴⁵Sc、⁸⁹Y、¹³⁹La、¹⁴⁰Ce、¹⁴¹Pr、¹⁴⁶Nd、¹⁵²Sm、¹⁵³En、¹⁵⁶Gd、¹⁵⁹Tb、¹⁶³Dy、¹⁶⁵Ho、¹⁶⁶Er、¹⁶⁹Tm、¹⁷²Yb、¹⁷⁵Lu、¹¹⁴Cd、¹²⁰Sn以¹¹⁵In為內(nèi)標(biāo)：⁵³Cr、⁵⁵Mn、⁵⁷Fe、⁵⁸Ni、⁶³Cu、⁶⁴Zn、⁷⁵As、⁸²Se以⁷⁴Ge為內(nèi)標(biāo)：²⁰²Hg、²⁰⁸Pb以²⁰⁹Bi為內(nèi)標(biāo)。

配制系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，導(dǎo)入ICP-MS儀進(jìn)行測(cè)定，以所測(cè)元素的濃度為橫坐標(biāo)，以元素與對(duì)應(yīng)內(nèi)標(biāo)元素的強(qiáng)度比為縱坐標(biāo)分別繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和計(jì)算回歸方程。然后將供試品溶液、試劑空白溶液導(dǎo)入ICP-MS儀進(jìn)行測(cè)定，以所測(cè)元素與內(nèi)標(biāo)元素的強(qiáng)度比與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較帶人方程式求出含量。

試驗(yàn)采用人參成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10027（GSB-18）對(duì)方法準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證，待測(cè)元素測(cè)定值在推薦值范圍內(nèi)，表明所用方法能滿足試驗(yàn)要求。

2 結(jié)果與分析

2.1 各批次元素含量測(cè)定結(jié)果

20批西洋參中28種元素含量的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表20由表2可知，所測(cè)定的20批西洋參樣品中，Eu、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Se 7種元素的含量均未檢出，故不納人統(tǒng)計(jì)分析。用SPSS 25.0軟件對(duì)其他21種元素的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析、聚類分析及判別分析。

2.2 單因素方差分析

單因素方差分析結(jié)果顯示，加拿大、美國(guó)、中國(guó)東北這三個(gè)地域的西洋參樣品Sc、Cr、Fe、Ni、As等元素含量存在極顯著差異，Mn、Cu、cd等元素含量存在顯著差異。多重比較的結(jié)果顯示，不同地域西洋參樣品的元素含量有其各自的特征。加拿大的樣品中，Y、Zn、As等元素含量較高，其中As含量極顯著高于美國(guó)和中國(guó)東北三省。美國(guó)的樣品中，Sc、Ce、Pr、Nd、Cr、Fe、Cd等元素含量較高，其中Cr、Fe的含量均極顯著高于加拿大和中國(guó)東北三省，Sc含量顯著高于加拿大、極顯著高于中國(guó)東北三省;Cd含量極顯著高于加拿大、顯著高于中國(guó)東北三省。中國(guó)東北三省的樣品中，La、Mn、Ni等元素含量較高，其中Mn含量極顯著高于加拿大、顯著高于美國(guó);Ni含量均極顯著高于加拿大和美國(guó)。美國(guó)和中國(guó)東北三省樣品的Cu含量相近，均極顯著高于加拿大。

2.3 聚類分析

采用系統(tǒng)聚類，聚類方法采用組間連接，聚類距離采用歐氏距離系統(tǒng)。聚類樹(shù)狀見(jiàn)圖1。從聚類距離為10處將樹(shù)型圖切斷，西洋參樣品被分為5類，第1類全部為中國(guó)東北三省樣品，包括遼寧的2個(gè)樣品、吉林和黑龍江的各1個(gè)樣品;第2類包括4個(gè)加拿大樣品和1個(gè)吉林樣品;第3類亦全部為中國(guó)東北三省樣品，遼寧、吉林、黑龍江各1個(gè);第4類包括4個(gè)美國(guó)樣品和1個(gè)加拿大樣品;第5類全部為美國(guó)樣品，有3個(gè)。從聚類分析結(jié)果來(lái)看，利用多元素信息對(duì)西洋參樣品的地域來(lái)源分類具有一定價(jià)值。

2.4 判別分析

采用逐步判別分析，函數(shù)系數(shù)選擇Fishers、未標(biāo)準(zhǔn)化，方法選擇WilksLambda，先驗(yàn)概率選擇根據(jù)組大小計(jì)算。經(jīng)逐步判別分析，篩選出的鑒別不同地域西洋參的有效指標(biāo)為Y、Fe、Ni。從典型區(qū)別函數(shù)（圖2）可看出，加拿大、美國(guó)、中國(guó)東北三省這3個(gè)地域的西洋參樣品得到了很好區(qū)分。建立的判別模型如下。

類別1（加拿大）= -208.476X₁（Y）+0.396X₂（Fe）-2.724X₃（Ni）-8.92

類別2（美國(guó)）= -973.289X₁（Y）+1.135X₂（Fe）-4.871X₃（Ni）-39.438

類別3（中國(guó)東北三省）=143.113X₁（Y）-0.044X₂（Fe）+9.927X₃（Ni）-16.178

表3給出了判別模型對(duì)不同地域西洋參樣品的原始分類和交叉驗(yàn)證結(jié)果，二者的準(zhǔn)確率都達(dá)到了100.0%。

3 討論

基于ICP-MS分析不同產(chǎn)地西洋參樣品中28種元素的含量，結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，探討多元素指紋分析技術(shù)應(yīng)用于西洋參產(chǎn)地溯源的可行性。在扣除7種在所有樣品中均未檢出的元素后，對(duì)其他21種元素進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析和逐步判別分析。聚類分析結(jié)果中，加拿大、美國(guó)、中國(guó)東北三省3個(gè)地域的樣品有所混雜，聚類效果一般。造成此結(jié)果的原因可能是樣本量偏少，數(shù)據(jù)不足，且中國(guó)東北的西洋參來(lái)源于3個(gè)省份，元素含量有一定的差異。逐步判別分析篩選出Y、Fe、Ni 3個(gè)有效指標(biāo)，原始分類和交叉驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確率都達(dá)到了100.0%，表明所建立的產(chǎn)地判別模型良好，能夠有效區(qū)別這3個(gè)地域的樣品。

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收稿日期：2019-02-18

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（2018YFC1707100）;工業(yè)和信息化部2018年工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)資金（部門(mén)預(yù)算）項(xiàng)目（0714-EMTC-02-00576）;廣藥集團(tuán)科技項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：侯皓然（1991-），男，河南商丘人，碩士，主要從事中藥資源開(kāi)發(fā)與利用研究，（電話）17724002924（電子信箱）hhr7759@163.com;通信作者，劉國(guó)偉（1973-），男，廣西來(lái)賓人，主管藥師，主要從事中藥物質(zhì)基礎(chǔ)及其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究，（電話）13802933828（電子信箱）13802933828@139.com。