硫熏生姜、干姜中 6種金屬元素含量的變化及其鑒別方法的建立

肖震，孫忠文，蔣俊，*，李平，顧麗亞，李昊天（.鎮(zhèn)江出入境檢驗檢疫局技術中心，江蘇 鎮(zhèn)江 008；.山東省泰山療養(yǎng)院藥劑科，山東泰安 45000；.南京中醫(yī)藥大學藥學院，江蘇南京00）

硫熏生姜、干姜中 6種金屬元素含量的變化及其鑒別方法的建立

肖震1，孫忠文2，蔣俊1，3*，李平1，顧麗亞3，李昊天3
（1.鎮(zhèn)江出入境檢驗檢疫局技術中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212008；2.山東省泰山療養(yǎng)院藥劑科，山東泰安 450002；3.南京中醫(yī)藥大學藥學院，江蘇南京210023）

目的：觀察硫黃熏蒸前后生姜、干姜樣品多種無機元素含量的差異，并根據(jù)無機元素含量變化，結合主成分分析建立硫熏生姜、干姜的定性識別方法。方法：采用高通量微波消解 電感耦合等離子發(fā)射光譜串聯(lián)質(zhì)譜（ICP-MS）法檢測硫熏生姜、干姜以及非硫熏生姜、干姜樣品中 6種無機元素含量，結合主成分分析散點分布法對硫熏和非硫熏生姜、干姜進行劃分，建立其鑒別方法。結果：經(jīng)過硫黃熏蒸的生姜和干姜中金屬元素 Cu、Hg、Ba、Cd的含量均有所增加，其中 Cu、Hg、Ba含量明顯增加（P＜0.05）；硫黃熏蒸后生姜中As的含量增加，但差異無統(tǒng)計學意義；采用主成分分析法分析無機元素含量，硫黃熏蒸生姜、干姜和非硫黃熏蒸生姜、干姜分布距離較散，差異較大，能夠完成硫熏生姜、干姜和非硫熏生姜、干姜的區(qū)分鑒定；方法學考察結果表明此方法符合測定要求。結論: ICP-MS法可應用于硫熏生姜、干姜的質(zhì)量控制及安全性考察。

硫黃熏蒸；生姜；干姜；ICP-MS；主成分分析；金屬元素

生姜（Zingiber officinale Rosc.），味辛，性微溫，歸肺、脾、胃經(jīng)，具有解表散寒，溫中止嘔，化痰止咳，解魚蟹毒［1］等功效；主治風寒感冒、胃寒嘔吐、寒痰咳嗽。干姜為生姜的干燥根莖，味辛性熱，歸脾、胃、腎、心，肺經(jīng)，具溫中散寒，回陽通脈，溫肺化飲功效；主治脘腹冷痛、嘔吐泄瀉、肢冷脈微、寒飲喘咳［2］。但是，市場上出現(xiàn)硫熏生姜和干姜的報道屢見不鮮［3］。硫黃熏蒸法是為了實現(xiàn)防腐、防霉、防蟲蛀，以及干燥和增色［4］，但是，硫熏過程可使生姜殘留大量的二氧化硫，導致生姜、干姜的化學成分發(fā)生變化。食用硫黃熏蒸過的中藥材可致氣管炎、支氣管炎等呼吸道疾病和肝臟損傷。小鼠吸入二氧化硫或食用二氧化硫衍生物可導致神經(jīng)系統(tǒng) DNA損傷［5］。2004年國家食品藥品監(jiān)督管理局專門下文《關于對中藥材采用硫黃熏蒸問題的復函》禁止采用硫黃熏制中藥材。硫熏法導致的金屬元素污染問題，直接影響到生姜、干姜的安全性［6-8］。目前，已有利用傅里葉變換紅外光譜法［9］，色譜指紋圖譜方法［10］，高效液相色譜質(zhì)譜（HPLC-MS）等［11-12］方法鑒別硫黃熏蒸藥材的報道，也有硫熏對中藥金屬元素含量影響的檢測報道［13-14］，但是如何根據(jù)無機元素以及重金屬元素的含量，建立相應的鑒別方法，至今未見報道。

本研究利用高通量微波消解-電感耦合等離子發(fā)射光譜串聯(lián)質(zhì)譜（ICP-MS）法分析硫黃熏蒸前后生姜和干姜中多種金屬元素含量的變化，結合主成分分析散點分布法［15］，建立了硫熏和非硫熏生姜和干姜的鑒別模型。

1 儀器與試藥

電感耦合等離子體質(zhì)譜同心霧化器配有ASX-500自動進樣器（ICP-MS，Agilent公司，美國），梅爾斯通 e微波消解系統(tǒng)（Milestone公司，意大利），Milli-Q超純水機（Millipore公司，美國）。Pb、As、Hg、Cd、Ba、Cu標準液購于國家鋼鐵材料測試中心。非硫熏生姜由浙江衢州頂佳農(nóng)園有限公司提供，非硫熏干姜根據(jù)2010版藥典規(guī)定自制，硫熏生姜和干姜由實驗室自制，硫黃（批號20121211）購自國藥集團化學試劑有限公司。

2 方法與結果

2.1 ICP-MS的操作條件

氬氣壓力700 kPa，反應氣壓力（氦氣）40 kPa，循環(huán)水溫度20℃，壓力230～400 kPa，排風量5～7 m3/min，等離子功率1 500 W，載氣流量0.9 L/min，補償氣流量0.25 L/min，進樣深度8 mm，蠕動泵速0.1 r/s，預混室溫度 2℃，元素 Ba和 Cu積分時間為0.3 s，As為1 s，Pb、Cd、Hg為2 s。

2.2 標準溶液的制備

Pb、As、Hg、Cd、Ba、Cu的混合標準溶液均由相應標準液母液稀釋得到。最終，上述 6種混合標準溶液質(zhì)量濃度分別為0，2，4，8，16和 32 μg/L。

2.3 樣品的前處理

將非硫熏及硫熏的生姜、干姜樣品烘干、粉碎，準確稱取各樣品粉末 5 g加入消解罐中至完全消解。消解程序見表1。將完全消解后的消解液轉移至50 mL量瓶，用去離子水定容至刻度，即得供試品溶液。

表1 生姜和干姜微波消解程序

2.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件，對硫黃熏蒸前后生姜、干姜中各元素含量的差異進行主成分分析（PCA）和單因素方差分析。

2.5 標準曲線的線性

按照上述儀器條件，對各元素 6個濃度點的標準液進行測定。結果表明，各元素標準曲線線性相關系數(shù)（r）均在0.998 3～0.999 2間，測定方法的線性關系良好（線性范圍均為0.0～32.0 μg/L），檢出限在0.007～1.092 μg/kg。測定結果見表2。

表2 6種金屬元素標準曲線和相關系數(shù)

2.6 加樣回收試驗

分別稱取非硫熏生姜、干姜樣品約0.5 g，精密稱定，加入相當于0.5 g樣品中待測元素含有量的1.0倍量的標準溶液，測定上述6種金屬元素的加樣回收率，平行測定3次。結果顯示，方法的回收率在87.3％～101.2％，RSD在2.42％～4.33％ 之間，方法準確度較高。

2.7 樣品測定

取非硫熏和硫熏生姜、干姜供試品，每種 3批，共計12批，樣品經(jīng)過消解后，定容，直接進樣，測定非硫熏和硫熏生姜、干姜中Pb、As、Hg、Cd、Ba、Cu含量，測定的各元素含量見表3。

表 3 生姜、干姜硫黃熏蒸前后 6種金屬元素的含量 mg/kg±s，n=3

表 3 生姜、干姜硫黃熏蒸前后 6種金屬元素的含量 mg/kg±s，n=3

nd為未檢出

樣品 批次Cu As Cd Ba Hg Pb 1 0.1904±0.0006 0.1315±0.0015 0.0024±0.0001 0.6970±0.0016 0.0029±0.0002 0.2149±0.0003生姜（非硫熏）2 0.1860±0.0004 0.1383±0.0006 0.0019±0.0002 0.7181±0.0006 0.0027±0.0002 0.2114±0.0006 3 0.1853±0.0008 0.1266±0.0006 0.0023±0.0002 0.7120±0.0005 0.0028±0.0005 0.1917±0.0064生姜（硫熏）1 3.8077±0.0045 0.1847±0.0017 0.0520±0.00061.6472±0.0025 0.0062±0.0004 0.1827±0.0061 2 4.0358±0.0068 0.1813±0.0010 0.0481±0.00031.8756±0.0006 0.0081±0.0005 0.1758±0.0005 3 3.8169±0.0044 0.1761±0.0024 0.0477±0.00091.6388±0.0059 0.0067±0.0002 0.1855±0.0022干姜（非硫熏）1 0.0922±0.0007 0.0757±0.0012 nd 0.0526±0.0012 0.0004±0.0001 0.0647±0.0016 2 0.0970±0.0019 0.0773±0.0016 nd 0.0529±0.0020 0.0005±0.00001 0.0632±0.0006 3 0.0992±0.0005 0.0762±0.0015 nd 0.0511±0.0011 0.0005±0.00001 0.0647±0.0011干姜（硫熏）006 0.0025±0.0006 0.1439±0.0023 1 0.1866±0.0033 0.0627±0.0006 nd 0.1147±0.0005 0.0034±0.0001 0.1468±0.0006 2 0.1646±0.0026 0.0631±0.0013 nd 0.1078±0.0020 0.0024±0.0001 0.1442±0.0013 3 0.1942±0.0012 0.0642±0.0012 nd 0.1070±0.0

將3批各樣品測得的各元素含量進行比較，金屬元素Cu、Cd、Ba、Hg在經(jīng)過硫黃熏蒸的生姜藥材中含量明顯增加（P＜0.05），As增加但不明顯（P＞ 0.05），Pb含量略有下降；金屬元素 Cu、Hg、Ba、Pb含量在經(jīng)過硫黃熏蒸的干姜藥材中含量明顯增加（P＜0.05），As元素含量略有下降，Cd元素含量未檢出。見表3。

2.8 主成分分析

對生姜、干姜硫熏前后 6種金屬元素含量的變化進行主成分分析，并對 6種元素含量進行降維處理，得到3個主成分的 PC1、PC2和 PC3（為數(shù)學模擬而得）。結果顯示，PC1、PC2和 PC3累積提取出了總體方差的 99.486％，其中PC1為82.400％，PC2為13.763％，PC3為3.323％。見表4。在分析出的3D散點分布圖（圖1）中，每一個點代表一批樣品。3批硫熏生姜、3批非硫熏生姜以及3批硫熏干姜、3批非硫熏干姜分布距離較散，能夠完成硫熏生姜、干姜和非硫熏生姜、干姜的區(qū)分鑒定。

表4 總體方差分析

圖1 硫熏生姜、干姜和非硫熏生姜、干姜的 3D散點分布圖

3 討論

3.1 樣品前處理

本研究中建立的ICP-MS方法，樣品消解過程較快，能實現(xiàn)對12個樣品的同時消解，節(jié)約了樣品前處理時間。此外，高通量微波消解過程是在高壓條件下進行的，壓力可控制在40～100 bar，可確保樣品消解較為徹底。ICP-MS技術的運用，不僅能快速準確測定樣品中金屬元素的含量，還能有效針對痕量的有害成分如本研究中的Cd和Hg進行檢查。該方法快速、高效，有利于多種元素的快速檢測［16］。

3.2 主成分分析

采用 PCA方法與多種金屬元素的含量相結合，對不同的樣品進行散點分布區(qū)域劃分，能從雜亂的數(shù)據(jù)中發(fā)掘出規(guī)律性，從而有效實現(xiàn)硫熏與非硫熏生姜、干姜的區(qū)分，為硫黃熏蒸生姜、干姜的鑒別提供了重要的技術支持。

3.3 檢測結果分析

本次實驗對生姜、干姜進行硫黃熏蒸前后的有害重金屬含量測定及對比，顯示硫黃熏蒸的確會使生姜、干姜藥材的有害重金屬元素的含量產(chǎn)生較大變化，且銅和汞明顯增加。生姜、干姜是一種藥食同用的功能食品，不僅中醫(yī)臨床上使用量較大，日常生活中作為調(diào)味品用量也很大，長期使用硫熏生姜、干姜，過量的重金屬元素會在體內(nèi)蓄積而導致中毒，表現(xiàn)為口腔內(nèi)有金屬味、發(fā)燒、急性胃腸炎、急性肝壞死、溶血性貧血等癥狀［17］。

3.4 后續(xù)研究

需要說明的是，生姜、干姜化學成分復雜，除了無機元素以外，還含有酚類、揮發(fā)油等成分。經(jīng)硫熏的生姜、干姜的成分發(fā)生了復雜變化，其臨床藥理和毒理作用也將發(fā)生改變。因此，我們后續(xù)將研究生姜、干姜硫熏前后的化學成分組成結構差異性，進一步探索更為確實有效的硫黃熏蒸生姜、干姜的鑒別方法。

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R115

B

1671-7783（2015）01-0081-03

10.13312/j.issn.1671-7783.y140062

鎮(zhèn)江市社會發(fā)展基金資助項目（SH2012010）

*:通訊作者，E-mail:jiangjuntcm2007@hotmail.com

2014-03-19 ［編輯］陳海林