吳虎平，張亞玉

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，吉林 長春 130112）

黃連是毛茛科植物黃連（Coptis chinensis Franch.）、三角葉黃連（Coptis deltoidea C.Y.Cheng et Hsiao）或云連（Coptis teeta Wall.）的干燥根莖，其作為我國的傳統(tǒng)中藥，具有清熱瀉火的功效，不僅如此，隨著人們運用現(xiàn)代技術(shù)對黃連的深入研究，黃連的其他諸多藥理作用也被逐漸挖掘，擴大了黃連的應(yīng)用范圍[1]。但近年來我國土壤中的重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，這些重金屬在環(huán)境系統(tǒng)中遷移極為活躍，極易被植物吸收并積累，還具有不可逆性、難降解性和隱蔽性等特點。已有報道揭示部分黃連土壤重金屬鎘（Cd）超標(biāo)，部分產(chǎn)區(qū)中黃連的Cd含量在0.407~0.503 mg/kg，且種植區(qū)土壤中的重金屬殘留量（鉛Pb、砷As、汞Hg、Cd、鉻Cr、銅Cu、鋅Zn）與黃連藥材中的含量呈正相關(guān)性，因此土壤中重金屬超標(biāo)對黃連安全生產(chǎn)造成潛在威脅[2]。因此，產(chǎn)區(qū)土壤重金屬超標(biāo)給黃連種植造成潛在重金屬安全風(fēng)險，特別是以黃連為基源的藥品開發(fā)，最終威脅人類健康，阻礙產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展[3]。

為了明確黃連產(chǎn)區(qū)土壤中重金屬殘留情況及可能引起的健康風(fēng)險，促進(jìn)科學(xué)用藥，提高產(chǎn)品質(zhì)量及其國內(nèi)外市場競爭力，本文綜述了黃連中重金屬殘留的來源、檢測技術(shù)、殘留特征及中藥重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)，以期為提高黃連用藥安全提供解決方案。

1 黃連中重金屬殘留的來源

1.1 環(huán)境因素

黃連中重金屬的污染主要來源于環(huán)境，包括土壤、大氣和水[4-6]。其中，由于土壤是黃連等藥材生長的基礎(chǔ)，可通過提供營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)植物生長發(fā)育繁殖，所以當(dāng)土壤中存在重金屬或者重金屬含量超標(biāo)時，都會通過各種自然條件遷移至地表，從而被植物吸收，最終導(dǎo)致不同產(chǎn)地的土壤中重金屬元素的含量出現(xiàn)差異，從而使黃連中重金屬元素的含量發(fā)生改變，方清茂等[3]研究進(jìn)一步證實了黃連中Cd的來源主要與土壤背景有關(guān)。除此之外，其他一些環(huán)境因素如工業(yè)廢氣、廢水和固體廢棄物，也會給黃連帶來直接污染和間接污染，因為這些物質(zhì)中含有大量的有害物質(zhì)，包括Cd、Pb、Hg及As等多種重金屬及其他廢氣[7]，植物通過葉面或者根系主動或被動吸收這些物質(zhì)，影響正常生長和次生代謝產(chǎn)物積累[8]。

1.2 人為因素

除了環(huán)境中引入重金屬，黃連在生產(chǎn)中人為投入品也會導(dǎo)致重金屬超標(biāo)的風(fēng)險。為防治黃連等藥材或相鄰作物的病蟲害，在栽培和種植藥用植物過程中，施加混入As、Cu、Hg和Pb等重金屬元素的農(nóng)藥、化肥等，如工業(yè)磷肥中的As，經(jīng)過長期施用，造成重金屬在土壤中的積累，植物通過根部或者葉片吸收這類有害物質(zhì)，進(jìn)而轉(zhuǎn)運到黃連等藥材體內(nèi)各個部位，從而導(dǎo)致重金屬殘留[9]。人們應(yīng)用不同的生產(chǎn)工藝和儲藏手段，也會對黃連中重金屬含量產(chǎn)生不同的影響，如在倉儲過程中，為防治霉變、蟲害和鼠害使用重金屬制品的倉儲熏蒸劑，從而會造成藥材的重金屬污染[10]；左甜甜等[11,12]分別用水煎煮、70%乙醇溶液回流提取和95%乙醇溶液震蕩提取黃連等藥材，發(fā)現(xiàn)水煎煮法對重金屬的提取率最高。因此，了解這些導(dǎo)致黃連中重金屬殘留的環(huán)境及人為因素，有助于從根源防止黃連的污染，避免人為投入品間接引入重金屬。

2 黃連中重金屬含量的檢測技術(shù)

黃連屬于大宗藥材，與其他中藥材一樣含有十分復(fù)雜的成分。前處理是精準(zhǔn)測定黃連重金屬的關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)，根據(jù)黃連成分特征選擇適宜的消解方法，可有效提高后續(xù)分析的準(zhǔn)確度和精確度。前處理方法主要有微波消解法、濕法消解、干法消解和壓力消解罐消解法，其中前3種方法均有應(yīng)用[13]。

隨著儀器的更新?lián)Q代，新的儀器設(shè)備應(yīng)用不斷，提高了重金屬的檢出限和精確度，大大提高了檢測效率和精確度。表1為黃連檢測方法的主要發(fā)展歷程分類，目前，應(yīng)用于檢測黃連中重金屬殘留量的主要方法為原子吸收光譜（AAS）法、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）[14]，例如方清茂和謝光武兩個團隊分別采用原子吸收法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法，成功地檢測出黃連樣品中As元素的含量；2017年，顧國梁等利用ICP-AES快速測得黃連中Zn元素的含量[3,15,16]。與化學(xué)分析法相比，這3種方法操作簡便，不易造成環(huán)境污染。不同的檢測技術(shù)手段有各自的優(yōu)勢，同時也有自身的不足，就原子吸收光譜法而言，存在樣品前期處理復(fù)雜、測定元素單一的問題，測定受元素?zé)舴N類的限制，隨后，ICPAES法和ICP-MS法逐漸興起[17]，其中以ICP-AES法的應(yīng)用技術(shù)最為成熟，具有操作簡便、靈敏度高、精密度高和測量范圍廣的優(yōu)點，已經(jīng)大量應(yīng)用于黃連中微量元素含量的測定，但是部分元素在測定過程中存在互相干擾的問題；而ICP-MS法的應(yīng)用技術(shù)更為先進(jìn)，它是利用ICP技術(shù)聯(lián)合質(zhì)譜共同檢測微量及痕量元素的含量，可以快速測量高濃度的元素（g/L到mg/L級），該方法已經(jīng)作為法定的檢測技術(shù)正式納入《中國藥典》（2020版）[18-21]。另外，隨著ICP-MS技術(shù)的推廣和應(yīng)用，越來越多的研究者采用該方法測定食品、環(huán)境和植物中的重金屬含量[16,22-24]。

表1 黃連重金屬檢測方法優(yōu)缺點對比Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of heavy metal detection methods in Coptis chinensis

續(xù)表

除了以上幾種常用的檢測重金屬含量的方法外，近年來，出現(xiàn)了一種能快速、原位、多元素同時檢測重金屬殘留的檢測方法——激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)，該檢測法是隨著激光技術(shù)、光譜儀器的出現(xiàn)而發(fā)展起來的光譜技術(shù)，其優(yōu)點是通過定量和定性相結(jié)合的分析手段來同時檢測多種元素，還具有操作簡便、可靠和分析速度快等特點[33]，對保障藥材的品質(zhì)和安全有著十分重要的意義，在很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[34-36]。

3 黃連中的主要重金屬殘留及其危害

通過觀察黃連中重金屬含量檢測的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)含量嚴(yán)重超標(biāo)的重金屬主要為Cu、Pb、As、Cd和Hg，如2012年，吳四維等[37]發(fā)現(xiàn)黃連中除As以外，Cd、Cu、Hg和Pb含量均超標(biāo)；2020年，朱海蘭等[17]也對黃連中這5種重金屬的富集能力進(jìn)行過研究，發(fā)現(xiàn)富集能力由強到弱的順序為Cd、Cu、Hg、Pb和As。這些主要的重金屬殘留不僅影響藥材的質(zhì)量，還會危害人類的健康。

大多數(shù)的風(fēng)險評估顯示，黃連中Pb的風(fēng)險較高[38]，它是一種有色的重金屬，在自然界中分布廣泛，已有研究表明，長期服用含有Pb的黃連藥物，會造成人體生理生化活動紊亂，出現(xiàn)各種疾病，原因是它可以與人體內(nèi)一系列蛋白質(zhì)結(jié)合，干擾這些蛋白質(zhì)發(fā)揮正常的功能[39,40]。同時，Cd元素在黃連中含量也很多，其易被植物吸收并積累，對植物產(chǎn)生毒害作用；由于Cd元素是普遍存在的非必需元素，具有很強的毒性，人體吸收后會損害血管，引起組織缺血，導(dǎo)致多系統(tǒng)損傷[41]；不僅如此，Cd還會影響Cu和Zn等微量元素的代謝、阻礙腸道吸收鐵元素、抑制血紅蛋白的合成等代謝過程，這最終都會導(dǎo)致內(nèi)臟受損，影響人類的健康[42]。

另外，在黃連樣品中檢測到的As和Cu元素，雖然它們都是人體所必需的微量元素，但累積超過一定含量時也會影響人類的健康，如人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)As元素在人體中過多的積累，導(dǎo)致器官和組織的功能出現(xiàn)異常，甚至在皮膚、肺臟等部位出現(xiàn)腫瘤[43]；利用銅離子污染的水源澆灌植物，部分銅離子會固定在植物根部，從而嚴(yán)重影響植物的正常生長；人體通過食有銅離子殘留的食物、藥品和水等而攝入過量的銅元素，會引發(fā)肝、腎和神經(jīng)系統(tǒng)等各種病癥，造成嚴(yán)重的危害[44]。

植物對Hg的攝取，與其他4種重金屬離子進(jìn)入植物的方式基本相似，但是Hg元素會通過剝奪其他必須元素的位置來擾亂植物的正常生長，而且汞中毒會使人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂，表現(xiàn)出聽力下降和四肢發(fā)麻等癥狀[45]?？傊亟饘贇埩粼邳S連等藥用植物中，不僅降低藥材質(zhì)量還危及人類的健康，由于中藥用藥周期一般較長，隨意長期服用含有Cu、Pb、As、Cd及Hg等重金屬元素殘留的藥物，會在人體內(nèi)積累，最終呈現(xiàn)毒性。因此，世界各國、地區(qū)陸續(xù)對黃連基地環(huán)境進(jìn)行評價[46,47]，國內(nèi)外也制定了中藥重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)[48,49]，中藥材重金屬限量水平，見表2。

表2 中藥材重金屬限量水平Table 2 Limit levels of heavy metals in Chinese crude drugs

4 國內(nèi)外中藥重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)

4.1 國內(nèi)的限量標(biāo)準(zhǔn)

鑒于Cu、Pb、As、Cd和Hg等重金屬超標(biāo)對人體健康的影響，我國和世界其他各國對重金屬含量進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。隨著我國中藥生產(chǎn)規(guī)模的擴大，其重金屬殘留問題已引起了人們的廣泛關(guān)注，但是目前每個國家對中藥中重金屬的含量都有自己的限量標(biāo)準(zhǔn)。例如，早在2001年，中國對外貿(mào)易合作部出臺了《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了進(jìn)出口的藥用植物原料、提取物和飲片等的重金屬含量檢測方法和限量標(biāo)準(zhǔn)[50]，隨著科技的發(fā)展，我國又頒布了最新版的《中國藥典》（2020版），重新規(guī)定了中藥中5種重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)，Pb≤5.0 mg/kg，Cu≤20 mg/kg，Hg≤0.2 mg/kg，Cd≤1 mg/kg，As≤2.0 mg/kg[51]。但根據(jù)2015年頒布實施的《中醫(yī)藥-中藥材重金屬限量》顯示，在ISO國際標(biāo)準(zhǔn)下（Traditional Chinese Medicine-Determination of heavy metals in herbal medicines used in Traditional Chinese Medicine ISO 18664 2015.8.1），Pb≤10 mg/kg，Hg≤3.0 mg/kg，Cd≤2.0 mg/kg，As≤4.0 mg/kg，此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的重金屬限量明顯高于綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[52]。

4.2 國外的限量標(biāo)準(zhǔn)

德國作為最大的歐洲中藥應(yīng)用市場，規(guī)定中藥中的Pb≤5.0 mg/kg，Hg≤1.0 mg/kg，Cd≤0.2 mg/kg；韓國規(guī)定生藥中的Pb≤5.0 mg/kg，Hg≤0.2 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg，As≤3.0 mg/kg；新加坡規(guī)定中草藥中的Pb≤20 mg/kg，Cu≤150 mg/kg，Hg≤0.5 mg/kg，Cd≤5.0 mg/kg，As（砷）≤5.0 mg/kg；英國規(guī)定中草藥中的Pb≤5.0 mg/kg，Hg≤0.1 mg/kg，Cd≤1.0 mg/kg，As≤5.0 mg/kg；美國規(guī)定草藥中的Pb≤5.0 mg/kg，Hg≤0.2 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg，As≤2.0 mg/kg[53]?？偟膩碚f，在中國、美國和英國的藥典中，重金屬限量水平基本相似，新加坡的重金屬限量值相對較高，而韓國和德國的標(biāo)準(zhǔn)相對較低，要求也比較嚴(yán)格。另外，可能由于Cu是人體所需的微量營養(yǎng)元素，所以大部分國家并沒有規(guī)定Cu的含量。

5 黃連中重金屬的風(fēng)險評估

以往黃連中重金屬的風(fēng)險評估多集中在土壤到藥材生產(chǎn)的某個環(huán)節(jié)，比如單因子污染指數(shù)（Pi）、內(nèi)梅羅指數(shù)法、綜合污染指數(shù)、靶標(biāo)危害系數(shù)法（THQ）等對黃連等中藥材中的重金屬進(jìn)行風(fēng)險評估。黃連重金屬積累不僅與土壤環(huán)境有關(guān)、同時與自身生長習(xí)性有關(guān)，同時作為藥品需要進(jìn)一步結(jié)合食用量來確定其對人類健康的影響。近年來，我國黃連重金屬風(fēng)險評估逐漸完善，通過采用累積風(fēng)險評估方法、中藥中外源性有害殘留物安全風(fēng)險評估等多種綜合評估方式，反映出了黃連中重金屬殘留的真實水平，如朱海蘭等[17]在研究黃連中重金屬和有害元素殘留初步風(fēng)險分析及富集特性時，通過中藥中外源性有害殘留物安全風(fēng)險評估法，得出了黃連中Pb的MOE≤1，風(fēng)險較高，且存在風(fēng)險的樣品比例達(dá)81.08%；周利等[54]在研究不同產(chǎn)地黃連中重金屬的含量測定及不同用藥方式下黃連重金屬的風(fēng)險評估時，建立了風(fēng)險評估模型，計算出成人和小孩在兩種用藥方式下的THQ，得出黃連重金屬含量處于安全范圍，不會對人體產(chǎn)生明顯危害；左甜甜等[55]在研究10種根和根莖類中藥材中重金屬及有害元素的風(fēng)險評估及最大限量理論值時，采用危害指數(shù)法（HI法）和暴露限值法（MOE法）對黃連重金屬及有害元素的風(fēng)險進(jìn)行確定性評估，得出黃連品種質(zhì)量安全隱患較大的元素是Cd；2020年左甜甜等[56]進(jìn)一步通過危害指數(shù)（HI）法、靶器官毒性劑量（TTD）法和證據(jù)權(quán)重（WOE）法等3種累積風(fēng)險評估法，成功地發(fā)現(xiàn)黃連中Pb和Cd的聯(lián)合暴露存在一定健康風(fēng)險。因此，黃連等中藥材中重金屬的風(fēng)險評估方法正在經(jīng)過不斷完善，以更好地適應(yīng)各項指標(biāo)的測定，有望進(jìn)一步應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。

6 總結(jié)與展望

黃連具有悠久的用藥歷史，早在《神農(nóng)本草經(jīng)》中就有其藥用價值的記載，可以治療多種疾病，隨著科技的發(fā)展，黃連新開發(fā)的應(yīng)用功效得到了更多人的重視，比如其在抗癌與降血糖方面發(fā)揮著重要作用[57]。近年來，黃連的生產(chǎn)量不斷增大，據(jù)2018年統(tǒng)計，作為我國黃連種植的原產(chǎn)地，重慶市石柱土家族自治縣黃水鎮(zhèn)年均新栽和收獲黃連700 hm2左右，年產(chǎn)黃連2 500 000余千克，產(chǎn)值3.2億元，不僅占全國黃連生產(chǎn)總量的60%，還居全球之首[58]。但由于重金屬含量超標(biāo)，嚴(yán)重影響了黃連的藥用價值，導(dǎo)致黃連失去國際市場，所以，降低黃連中的重金屬含量刻不容緩。

關(guān)于降低黃連中重金屬殘留量的問題，可以從以下幾個方面考慮：

（1）發(fā)展高質(zhì)量黃連生態(tài)農(nóng)業(yè)種植體系：首先，從源頭入手，選擇無重金屬污染的土壤環(huán)境條件作為黃連栽培基地，從而控制黃連重金屬的污染；其次，適當(dāng)增加黃連種植生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，保證整體黃連生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，這是降低黃連中重金屬污染最理想的渠道。

（2）科學(xué)施用投入品：施用綠色肥料和天然肥料，降低化肥的施用，加大對黃連專用肥的研制，這樣可以有效降低因施肥不合理造成的重金屬元素富集，采用生物防治和農(nóng)業(yè)綜合防治的措施，減少黃連中重金屬的來源途徑。

（3）改進(jìn)加工儲藏技術(shù)：嚴(yán)禁使用重金屬制品倉儲熏腌劑，改進(jìn)加工技術(shù)，最大限度的控制重金屬的污染的發(fā)生。

（4）利用分子生物學(xué)技術(shù)手段減少重金屬含量：通過微生物基因組工程、酶工程、代謝工程等技術(shù)構(gòu)建適合于規(guī)模化降解重金屬的工程菌，以進(jìn)一步闡明微生物降解重金屬的途徑及機理，最終使受重金屬污染的環(huán)境得到修復(fù)。

（5）發(fā)展更加快速、靈敏、高效、實用的重金屬檢測技術(shù)：制備適用于各種環(huán)境的檢測儀器，進(jìn)一步提高儀器靈敏度和分辨率，降低干擾，擴增檢測范圍，以便切實控制好黃連中重金屬的含量，達(dá)到技術(shù)與生產(chǎn)相結(jié)合的目的。

（6）完善重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)制度：建立與國際雙向接軌的檢測技術(shù)平臺與限量標(biāo)準(zhǔn)，以期更好地控制黃連中重金屬的含量，提高黃連藥用質(zhì)量，進(jìn)一步確保黃連的臨床用藥安全。