莪术和山芝麻水煎液中Cd、Zn 的形态分析

罗浚凤 谭琳山 翁 瑕 杨昕萌 王维生

（广西大学资源环境与材料学院， 广西南宁530004）

我国中草药资源丰富，但中药材重金属超标的情况不容忽视［1⁃2］。Cd 是常见的污染重金属，会对人体造成急性和慢性毒害，积蓄在肝脏和肾脏中造成不可逆的损伤［3］。Cd 也是常见的中药污染重金属，在某些不同种类、产地和批次的药材中均有不同程度的污染［4］。栾爽等［5］调查了77 种中药材，有16 个品种的Cd 含有量超标；郑琪等［6］调查了9种36 批市售药材，有7 批Cd 含有量超标，其中青蒿、金银花超标率均为75.00%，栀子超标率为28.00%。

目前国内评价中草药重金属污染状况的主要参考标准是2015 年版《中国药典》［7］和《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》［8］。两者的限量标准针对的是药材中重金属的总量，没有考虑药材或水煎液中重金属的形态。中药中微量重金属因存在形态不同，其药性、毒性和人体吸收程度差异很大。仅用重金属总量来评价其安全性远远不够，必须考虑重金属的形态对其安全性的影响。由于难以测定植物中不同实际形态（价态） 重金属的含有量，通常采取替代性的方法，测定不同操作形态重金属的含有量，如提取态和溶解态重金属的含有量［9⁃10］。有一些文献测定了中药水煎液中悬浮态和溶解态（包括可溶有机态和可溶无机态） 重金属的含有量，但未进一步用于中药重金属污染评价［11⁃12］。

饮食摄入是接触重金属的主要途径，长期服用具有重金属污染的中草药制剂可能会对人体带来健康风险。评估药材中重金属污染的潜在健康风险，主要分为致癌评估和非致癌评估［13］。有学者采用美国环境保护署 （EPA） 提出的基于危险商数（Hazard Quotient，HQ） 的非致癌评估方法，对8种中草药凉茶中重金属的健康风险进行评估，HQ均小于1，普通成年人每日摄入4.5 g 的中草药凉茶包不具有健康风险［14］。

有学者测定了广西不同产地红丝线中重金属的含有量，其中Cd 含有量在1.62～17.25 mg／kg 范围内，超过《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》 规定的限量值［15］。

本实验以莪术和山芝麻为研究对象，探讨影响壮药水煎液中Cd 和Zn 浓度的因素，优化煎煮条件，测定莪术和山芝麻水煎液中不同形态的Cd 和Zn 的含有量，并评估莪术和山芝麻水煎液中Cd 的健康风险，以期有助于分析评价壮药的重金属安全性，为莪术和山芝麻进一步的发展提供依据。

1 材料

1.1 材料与试剂 Zn 和Cd 的单元素标准溶液均自购于国家有色金属及电子材料分析测试中心，质量浓度分别为1 000、100 mg／L；国家标准物质大葱（GB10049） 购自中国地质科学院地球物理化学勘查研究所。硝酸和高氯酸均为优级纯试剂，其他试剂为分析纯，水为超纯水。莪术采购于广西南宁市药店，山芝麻采购于广西玉林市中药材交易中心，由广西中医药大学黄瑾明教授鉴定分别为Curcuma kwangsiensisS.G.Lee et C.F.Liang 和He⁃licteres angustifoiaL.的干燥根。

1.2 样品预处理 将莪术和山芝麻样品用自来水冲洗干净，再用去离子水清洗，于烘箱中恒温（80±2） ℃烘干至恒定质量，破碎、研磨、过60目筛，样品用密封袋保存备用。

1.3 样品元素总量测定 准确称取莪术和山芝麻干燥样品各0.200 0 g 分别置于50 mL 三角烧杯中，各加入10 mL 混合酸（硝酸⁃高氯酸4 ∶1），静置过夜。将三角烧杯置于可调温电热板上，加热消解，并赶酸至剩余溶液体积约为1 mL，冷却至室温，将消解液转移至10 mL 量瓶中，用5%硝酸定容，冷藏待测。用ICP⁃MS 测定样品溶液中Cd 和Zn 的浓度。测定莪术、山芝麻和大葱中Cd 和Zn的总量时，设置6 个平行样，其他样品设置3 个平行样。

1.4 水煎条件确定 单因素条件药水比为1 ∶8、1 ∶10、1 ∶12、1 ∶15 （g／mL），水煎液pH 为4.0、4.5、5.0、6.0、7.0，煎煮时间为20、40、60、90 min，水煎液外加配体物质为 NaCl、NaNO3、柠檬酸和丝氨酸，Cl-质量浓度分别为2、5、10、20、40 mg／L；质量浓度分别为1、2、4、6、10 mg／L；柠檬酸质量浓度分别为20、50、80、125、250 mg／L；丝氨酸质量浓度分别为2、5、10、20、40 mg／L。准确称取莪术和山芝麻干燥样品各0.500 0 g 分别置于50 mL 烧杯中，加入不同浓度的配体物质，达到设定的药水比，调节pH。将烧杯置于电炉上大火加热至沸腾后调至小火，保持微沸煎煮不同的时间，期间注意补充蒸发的水分。水煎液冷却至室温补足蒸发的水分，自然静置2 h，用双层纱布过滤后得到滤液为水煎液，滤渣为水煎渣。水煎液以9 000 r／min 的转速离心10 min，取上清液2 mL 至10 mL 量瓶中，用5%硝酸定容，冷藏待测。分别测定不同的单因素条件对水煎液中Cd 和Zn 浓度的影响，确定煎煮条件。根据单因素实验结果，用正交试验优化煎煮条件。

1.5 水煎液中重金属形态分析 借鉴文献对中药水煎液进行形态分析的流程［11］，确定了莪术和山芝麻水煎液中Cd 和Zn 的形态分析流程： 用优化的煎煮条件制得莪术和山芝麻的水煎液，水煎液经纱布过滤后以9 000 r／min 的转速离心10 min，离心上清液经0.45 μm 微孔滤膜抽滤，滤液为可溶态溶液。合并离心沉淀物和滤膜上的残渣，即悬浮态残渣。取2.0 mL 可溶态溶液，以5.0 mL／min 体积流量通过D101 树脂，收集流出液，然后用20 mL去离子水以5.0 mL／min 体积流量淋洗，收集淋洗液，合并流出液和淋洗液，即可溶无机态溶液。再用20 mL 丙酮洗脱树脂，洗脱液为可溶有机态溶液。收集纱布中的壮药水煎渣，在烘箱中（80 ±2） ℃烘干至恒定质量。准确称取干燥水煎渣样品0.500 0 g，加入20 mL 四氯化碳溶液，超声振荡提取30 min，双层纱布过滤，收集的滤液为残渣有机态溶液；收集的滤渣继续加入20 mL 浓盐酸，超声振荡提取30 min，双层纱布过滤，收集的滤液为残渣无机态溶液。

含不同形态重金属的溶液和残渣按照“1.3”项下的方法消解，ICP⁃MS 法测定其中Cd 和Zn 的浓度。

1.6 健康风险评估 为评估中草药中重金属潜在的健康风险，选择了基于HQ 值的非致癌风险评估方法［13］，如果HQ＜1，表明摄入的重金属不具有健康风险，若HQ＞1，表明摄入的重金属对人体潜在的健康风险需要引起重视。且HQ 值越大，对人体的健康风险越大。

2 结果与分析

2.1 莪术和山芝麻中Cd 和Zn 含有量 莪术、山芝麻和标准物质（大葱） 中Cd 和Zn 的含有量见表1。为检验实验操作和仪器分析的准确性，测定了国家标准物质大葱（GBW10049） 样品，结果表明大葱中Cd 和Zn 的测定值与标准值吻合，实验数据准确可靠。

表1 莪术、山芝麻和标准物质中Cd 和Zn 的含有量（，mg／kg， n＝6）Tab.1 Contents of Cd and Zn in C.kwangsiensis，H.angustifoia and the standard material （，mg／kg， n＝6）

表1 莪术、山芝麻和标准物质中Cd 和Zn 的含有量（，mg／kg， n＝6）Tab.1 Contents of Cd and Zn in C.kwangsiensis，H.angustifoia and the standard material （，mg／kg， n＝6）

由表1 可知，莪术和山芝麻中Cd 的含有量分别为1.75、5.61 mg／kg，Zn 含有量分别为137.52、65.75 mg／kg。莪术和山芝麻中Cd 的含有量均超过《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》 中规定的限量（0.3 mg／kg），Zn 没有明确的限量标准。

2.2 药水比对莪术水煎液中Cd 和Zn 总量的影响 在煎煮时间为60 min，未调节水煎液pH，水煎液未添加配体物质的条件下，考察药水比对莪术水煎液中Cd 和Zn 总量的影响，结果见图1。由图1可知，当其他因素相同时，随药水比的增加，莪术水煎液中Cd 和Zn 的总量稍有增加。根据文献的常用条件［16］和实验结果，本实验确定药水比为1 ∶10（g／mL）。

图1 药水比对莪术水煎液中Cd 和Zn 总量的影响Fig.1 Effect of the ratio of C.kwangsiensis to water on the amount of Cd and Zn in aqueous decoction of C.kwangsiensis

2.3 煎煮时间对莪术水煎液中Cd 和Zn 质量浓度的影响 在药水比1 ∶10 （g／mL），未调节水煎液pH，水煎液未添加配体物质的条件下，考察煎煮时间对莪术水煎液中Cd 和Zn 浓度的影响，实验结果见图2。由图2 可知，当其他因素相同时，随着煎煮时间的增加，莪术水煎液中Cd 和Zn 的浓度先增加后保持稳定。确定煎煮时间为60 min。

图2 时间对莪术水煎液中Cd 和Zn 质量浓度的影响Fig.2 Effect of time on the concentrations of Cd and Zn in aqueous decoction of C.kwangsiensis

2.4 pH 对莪术水煎液中Cd 和Zn 质量浓度的影响 在药水比为1 ∶ 10 （g／mL），煎煮时间为60 min，水煎液未添加配体物质的条件下，考察pH 对莪术水煎液中Cd 和Zn 质量浓度的影响，实验结果见图3。由图3 可知，当其他因素相同时，随着水煎液pH 增加，莪术水煎液中Cd 和Zn 的质量浓度先增加后减少，pH 为5.0～5.5 时效果较好。确定水煎液pH 为5.0。

图3 pH 对莪术水煎液中Cd 和Zn 质量浓度的影响Fig.3 Effect of pH on the concentrations of Cd and Zn in aqueous decoction of C.kwangsiensis

2.5 添加配体对莪术水煎液中Cd 和Zn 质量浓度的影响 在药水比为1 ∶10 （g／mL），煎煮时间为60 min，水煎液pH 5.0 的条件下，考察配体种类和浓度对莪术水煎液中Cd 和Zn 质量浓度的影响，实验结果见图4。由图4 可知，添加柠檬酸对莪术水煎液中Cd 和Zn 的质量浓度影响较大，随着添加浓度的增加，莪术水煎液中Cd 和Zn 的质量浓度先增加后保持稳定。添加丝氨酸、Cl⁃和NO3⁃对莪术水煎液中Cd 和Zn 的质量浓度影响较小，综合考虑以上结果，本实验选择添加的配体为柠檬酸，质量浓度为125 mg／L。

2.6 莪术煎煮条件优化 根据单因素试验结果，选择药水比 （A）、煎煮时间 （B）、水煎液pH（C） 和柠檬酸浓度（D） 进行4 因素3 水平的正交试验。以莪术水煎液中Cd 质量浓度为例，结果见表2。由表2 可知，pH 对莪术水煎液中Cd 质量浓度的影响最大，煎煮时间的影响最小，确定最优方案为A2B3C1D2，即水煎液pH 5.0，水煎液配体柠檬酸质量浓度为125 mg／L，药水比1 ∶ 10（g／mL），煎煮时间60 min。

图4 配体浓度对莪术水煎液中Cd 和Zn 质量浓度的影响Fig.4 Effect of concentration of ligand on the concentrations of Cd and Zn in aqueous decoction of C.kwangsiensis

2.7 山芝麻水煎液中Cd 和Zn 质量浓度的影响因素 方法与结果同“2.2”～ “2.6” 项下一致，单因素试验和正交试验的结果见表3。

2.8 莪术和山芝麻水煎液中Cd 和Zn 的形态分析 分别称取莪术和山芝麻各0.500 0 g，采用正交试验优化煎煮条件，分别制得莪术和山芝麻的水煎液。水煎液经过形态分析流程，测定了其中不同形态Cd 和Zn 的含有量，结果见表4。

由表4 可知，水煎之后，莪术中大部分（65.71%） 的 Cd 仍然残留在水煎渣中，有20.57%的Cd 在残留在悬浮态中，只有24.00%的Cd 转移至可溶态中。可溶态的Cd 分为可溶有机态的Cd 和可溶无机态的Cd，占总量的比例分别为4.57%、16.57%。相比之下，Zn 在不同形态中的比例和Cd 完全不同。水煎之后，莪术中大部分（64.96%） 的Zn 转移至可溶态中，水煎渣和悬浮态中的Zn 占总量的比例分别为28.31%、4.42%，可溶有机态和可溶无机态的Zn 占总量的比例分别为8.22%、58.54%。莪术中的Zn 更容易转移至可溶态和可溶无机态。山芝麻水煎液中Cd 和Zn 在不同形态中的比例和莪术中Cd 的比例类似。山芝麻水煎渣、可溶态和悬浮态中的Cd 占总量的比例分别为80.93%、4.99%、9.98%，可溶有机态和可溶无机态中的Cd 占总量的比例分别为0.36%、4.10%。山芝麻水煎渣、可溶态和悬浮态中的Zn占总量的比例分别为45.44%、13.57%、32.73%，可溶有机态和可溶无机态中的Zn 占总量的比例分别为6.94%、8.78%。莪术和山芝麻中的Cd 主要存在于水煎渣中，较难转移至可溶态和可溶无机态中。

表2 莪术水煎液试验设计与结果Tab.2 Design and results of tests of C.kwangsiensis aque⁃ous decoction

表3 山芝麻水煎液单因素试验和正交试验结果Tab.3 Results of single factor experiment and orthogonal experiment of H.angustifoia aqueous decoction

2.9 莪术和山芝麻中Cd 的健康风险评估 因药方的用量各有不同，参考文献中常用的剂量［17⁃18］，取莪术和山芝麻每人每日摄入量为10.00 g，成年人标准体质量为60 kg，计算莪术和山芝麻中Cd 的HQ 值，得莪术中重金属Cd 的危险商数HQ 为0.07，远小于1，表明莪术中的Cd 对人体不具有健康风险；山芝麻中Cd 的危险商数HQ 为0.05，也远小于1，表明山芝麻中的Cd 对人体不具有健康风险。若不考虑药材中可溶态的重金属含有量占总量的比例，用药材中重金属总量计算莪术和山芝麻中Cd 的危险商数HQ′，莪术和山芝麻中Cd 的HQ′分别为0.29 和1.00，表明莪术中的Cd 对人体不具有健康风险，山芝麻中的Cd 对人体具有潜在的健康风险，需引起重视。

表4 0.5 g 莪术和山芝麻的水煎液和水煎渣中不同形态Cd 和Zn 的质量（μg）Tab.4 Amount of Cd and Zn in different states of the aqueous decoction and the residues of 0.5 g C.kwangsiensis and H.angustifoia （μg）

3 讨论

本实验进一步分析了壮药水煎液和水煎渣的不同形态，水煎后莪术和山芝麻中的Cd 主要存在于水煎渣中，占总量的比例分别为 65.71%、80.93%，转移至可溶态中的Cd 较少，比例分别为24.00%、13.57%，可溶无机态中的Cd 占总量比例分别为16.57%、4.10%。莪术和山芝麻中Cd 的含有量分别为1.75、5.61 mg／kg，超标4.8 倍和17.7 倍，水煎后，最易被吸收的Cd 分别只占总量的16.57%、4.10%，可见水煎后莪术和山芝麻中Cd 较少转移至水煎液中的可溶态。山芝麻水煎液中Zn 的情况和Cd 类似，其总量为65.75 mg／kg，水煎后可溶态和可溶无机态中的Zn 占总量的比例分别为13.57%、8.78%，大部分Zn 仍残留在水煎渣中。莪术中Zn 的含有量为137.52 mg／kg，水煎后可溶态和可溶无机态中的Zn 占总量的比例分别为64.96%、58.54%，可见莪术中Zn 更容易转移至水煎液中的可溶态。同种药材水煎后不同重金属在水煎渣、可溶态、可溶无机态中的比例相差可能较大，不同药材水煎后同种重金属在水煎渣、可溶态、可溶无机态中的比例相差也可能较大，这会影响药材重金属污染对人体健康风险的评估。

本实验中若不考虑转移至水煎液中可溶态的Cd 的含有量及转移比例，直接用药材中Cd 的总量计算莪术和山芝麻中Cd 的危险商数HQ′。莪术中Cd 的HQ′＜1，表明每日摄取10.00 g 的莪术不具健康风险，山芝麻中Cd 的HQ′≥1，表明每日摄取10.00 g 的山芝麻具有一定的健康风险。考虑水煎后转移至水煎液可溶态的Cd 的含有量及转移比例，莪术和山芝麻中Cd 的HQ 均小于1，表明每日摄取10.00 g 壮药莪术或山芝麻煎煮后的水煎液，对成年人不会构成健康风险。若要通过服用水煎液摄入对人体构成健康风险（HQ ＞1） 的Cd，成年人每日至少需摄取142.85 g 莪术或214.33 g山芝麻煎煮后的水煎液，该剂量和文献参考的每日摄入剂量相比，相差至少超过了10 倍。因此，评估药材中的重金属元素对人体的潜在健康风险时，与只考虑药材中重金属总量相比，考虑煎煮后水煎液中可溶态重金属的含有量可能更为合理。