硫熏生姜、干姜中 6种金属元素含量的变化及其鉴别方法的建立

肖震，孙忠文，蒋俊，*，李平，顾丽亚，李昊天（.镇江出入境检验检疫局技术中心，江苏 镇江 008；.山东省泰山疗养院药剂科，山东泰安 45000；.南京中医药大学药学院，江苏南京00）

硫熏生姜、干姜中 6种金属元素含量的变化及其鉴别方法的建立

肖震1，孙忠文2，蒋俊1，3*，李平1，顾丽亚3，李昊天3
（1.镇江出入境检验检疫局技术中心，江苏 镇江 212008；2.山东省泰山疗养院药剂科，山东泰安 450002；3.南京中医药大学药学院，江苏南京210023）

目的：观察硫黄熏蒸前后生姜、干姜样品多种无机元素含量的差异，并根据无机元素含量变化，结合主成分分析建立硫熏生姜、干姜的定性识别方法。方法：采用高通量微波消解 电感耦合等离子发射光谱串联质谱（ICP-MS）法检测硫熏生姜、干姜以及非硫熏生姜、干姜样品中 6种无机元素含量，结合主成分分析散点分布法对硫熏和非硫熏生姜、干姜进行划分，建立其鉴别方法。结果：经过硫黄熏蒸的生姜和干姜中金属元素 Cu、Hg、Ba、Cd的含量均有所增加，其中 Cu、Hg、Ba含量明显增加（P＜0.05）；硫黄熏蒸后生姜中As的含量增加，但差异无统计学意义；采用主成分分析法分析无机元素含量，硫黄熏蒸生姜、干姜和非硫黄熏蒸生姜、干姜分布距离较散，差异较大，能够完成硫熏生姜、干姜和非硫熏生姜、干姜的区分鉴定；方法学考察结果表明此方法符合测定要求。结论: ICP-MS法可应用于硫熏生姜、干姜的质量控制及安全性考察。

硫黄熏蒸；生姜；干姜；ICP-MS；主成分分析；金属元素

生姜（Zingiber officinale Rosc.），味辛，性微温，归肺、脾、胃经，具有解表散寒，温中止呕，化痰止咳，解鱼蟹毒［1］等功效；主治风寒感冒、胃寒呕吐、寒痰咳嗽。干姜为生姜的干燥根茎，味辛性热，归脾、胃、肾、心，肺经，具温中散寒，回阳通脉，温肺化饮功效；主治脘腹冷痛、呕吐泄泻、肢冷脉微、寒饮喘咳［2］。但是，市场上出现硫熏生姜和干姜的报道屡见不鲜［3］。硫黄熏蒸法是为了实现防腐、防霉、防虫蛀，以及干燥和增色［4］，但是，硫熏过程可使生姜残留大量的二氧化硫，导致生姜、干姜的化学成分发生变化。食用硫黄熏蒸过的中药材可致气管炎、支气管炎等呼吸道疾病和肝脏损伤。小鼠吸入二氧化硫或食用二氧化硫衍生物可导致神经系统 DNA损伤［5］。2004年国家食品药品监督管理局专门下文《关于对中药材采用硫黄熏蒸问题的复函》禁止采用硫黄熏制中药材。硫熏法导致的金属元素污染问题，直接影响到生姜、干姜的安全性［6-8］。目前，已有利用傅里叶变换红外光谱法［9］，色谱指纹图谱方法［10］，高效液相色谱质谱（HPLC-MS）等［11-12］方法鉴别硫黄熏蒸药材的报道，也有硫熏对中药金属元素含量影响的检测报道［13-14］，但是如何根据无机元素以及重金属元素的含量，建立相应的鉴别方法，至今未见报道。

本研究利用高通量微波消解-电感耦合等离子发射光谱串联质谱（ICP-MS）法分析硫黄熏蒸前后生姜和干姜中多种金属元素含量的变化，结合主成分分析散点分布法［15］，建立了硫熏和非硫熏生姜和干姜的鉴别模型。

1 仪器与试药

电感耦合等离子体质谱同心雾化器配有ASX-500自动进样器（ICP-MS，Agilent公司，美国），梅尔斯通 e微波消解系统（Milestone公司，意大利），Milli-Q超纯水机（Millipore公司，美国）。Pb、As、Hg、Cd、Ba、Cu标准液购于国家钢铁材料测试中心。非硫熏生姜由浙江衢州顶佳农园有限公司提供，非硫熏干姜根据2010版药典规定自制，硫熏生姜和干姜由实验室自制，硫黄（批号20121211）购自国药集团化学试剂有限公司。

2 方法与结果

2.1 ICP-MS的操作条件

氩气压力700 kPa，反应气压力（氦气）40 kPa，循环水温度20℃，压力230～400 kPa，排风量5～7 m3/min，等离子功率1 500 W，载气流量0.9 L/min，补偿气流量0.25 L/min，进样深度8 mm，蠕动泵速0.1 r/s，预混室温度 2℃，元素 Ba和 Cu积分时间为0.3 s，As为1 s，Pb、Cd、Hg为2 s。

2.2 标准溶液的制备

Pb、As、Hg、Cd、Ba、Cu的混合标准溶液均由相应标准液母液稀释得到。最终，上述 6种混合标准溶液质量浓度分别为0，2，4，8，16和 32 μg/L。

2.3 样品的前处理

将非硫熏及硫熏的生姜、干姜样品烘干、粉碎，准确称取各样品粉末 5 g加入消解罐中至完全消解。消解程序见表1。将完全消解后的消解液转移至50 mL量瓶，用去离子水定容至刻度，即得供试品溶液。

表1 生姜和干姜微波消解程序

2.4 统计学方法

采用SPSS 16.0统计软件，对硫黄熏蒸前后生姜、干姜中各元素含量的差异进行主成分分析（PCA）和单因素方差分析。

2.5 标准曲线的线性

按照上述仪器条件，对各元素 6个浓度点的标准液进行测定。结果表明，各元素标准曲线线性相关系数（r）均在0.998 3～0.999 2间，测定方法的线性关系良好（线性范围均为0.0～32.0 μg/L），检出限在0.007～1.092 μg/kg。测定结果见表2。

表2 6种金属元素标准曲线和相关系数

2.6 加样回收试验

分别称取非硫熏生姜、干姜样品约0.5 g，精密称定，加入相当于0.5 g样品中待测元素含有量的1.0倍量的标准溶液，测定上述6种金属元素的加样回收率，平行测定3次。结果显示，方法的回收率在87.3％～101.2％，RSD在2.42％～4.33％ 之间，方法准确度较高。

2.7 样品测定

取非硫熏和硫熏生姜、干姜供试品，每种 3批，共计12批，样品经过消解后，定容，直接进样，测定非硫熏和硫熏生姜、干姜中Pb、As、Hg、Cd、Ba、Cu含量，测定的各元素含量见表3。

表 3 生姜、干姜硫黄熏蒸前后 6种金属元素的含量 mg/kg±s，n=3

表 3 生姜、干姜硫黄熏蒸前后 6种金属元素的含量 mg/kg±s，n=3

nd为未检出

样品 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

将3批各样品测得的各元素含量进行比较，金属元素Cu、Cd、Ba、Hg在经过硫黄熏蒸的生姜药材中含量明显增加（P＜0.05），As增加但不明显（P＞ 0.05），Pb含量略有下降；金属元素 Cu、Hg、Ba、Pb含量在经过硫黄熏蒸的干姜药材中含量明显增加（P＜0.05），As元素含量略有下降，Cd元素含量未检出。见表3。

2.8 主成分分析

对生姜、干姜硫熏前后 6种金属元素含量的变化进行主成分分析，并对 6种元素含量进行降维处理，得到3个主成分的 PC1、PC2和 PC3（为数学模拟而得）。结果显示，PC1、PC2和 PC3累积提取出了总体方差的 99.486％，其中PC1为82.400％，PC2为13.763％，PC3为3.323％。见表4。在分析出的3D散点分布图（图1）中，每一个点代表一批样品。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离较散，能够完成硫熏生姜、干姜和非硫熏生姜、干姜的区分鉴定。

表4 总体方差分析

图1 硫熏生姜、干姜和非硫熏生姜、干姜的 3D散点分布图

3 讨论

3.1 样品前处理

本研究中建立的ICP-MS方法，样品消解过程较快，能实现对12个样品的同时消解，节约了样品前处理时间。此外，高通量微波消解过程是在高压条件下进行的，压力可控制在40～100 bar，可确保样品消解较为彻底。ICP-MS技术的运用，不仅能快速准确测定样品中金属元素的含量，还能有效针对痕量的有害成分如本研究中的Cd和Hg进行检查。该方法快速、高效，有利于多种元素的快速检测［16］。

3.2 主成分分析

采用 PCA方法与多种金属元素的含量相结合，对不同的样品进行散点分布区域划分，能从杂乱的数据中发掘出规律性，从而有效实现硫熏与非硫熏生姜、干姜的区分，为硫黄熏蒸生姜、干姜的鉴别提供了重要的技术支持。

3.3 检测结果分析

本次实验对生姜、干姜进行硫黄熏蒸前后的有害重金属含量测定及对比，显示硫黄熏蒸的确会使生姜、干姜药材的有害重金属元素的含量产生较大变化，且铜和汞明显增加。生姜、干姜是一种药食同用的功能食品，不仅中医临床上使用量较大，日常生活中作为调味品用量也很大，长期使用硫熏生姜、干姜，过量的重金属元素会在体内蓄积而导致中毒，表现为口腔内有金属味、发烧、急性胃肠炎、急性肝坏死、溶血性贫血等症状［17］。

3.4 后续研究

需要说明的是，生姜、干姜化学成分复杂，除了无机元素以外，还含有酚类、挥发油等成分。经硫熏的生姜、干姜的成分发生了复杂变化，其临床药理和毒理作用也将发生改变。因此，我们后续将研究生姜、干姜硫熏前后的化学成分组成结构差异性，进一步探索更为确实有效的硫黄熏蒸生姜、干姜的鉴别方法。

［1］中国药典.一部［S］.2010，93.

［2］中国药典.一部［S］.2010，13.

［3］刘静静，刘晓，李松林，等.硫磺熏蒸中药材及饮片的研究现状［J］.中草药，2010，41（8）:1404-1406.

［4］段金廒，赵润怀，宿树兰，等.对硫磺熏蒸药材的基本认识与建议［J］.中国现代中药，2011，13（4）:3-5.

［5］杨智海，宋莉，乔蓉霞，等.中药外源性有害残留物二氧化硫的研究进展［J］.药物分析杂志，2010，30 （11）:2246-2250.

［6］张晖芬，赵春杰，倪娜.5种补益类中药中重金属的含量测定［J］.沈阳药科大学学报，2003，20（1）:8-10.

［7］何晋浙，赵培成，张安强，等.灵芝及其类似品中的 20种微量元素的分析研究［J］.药物分析杂志，2010，30 （5）:847-850.

［8］袁珂，王麟，孙素琴，等.三种浙产特色药材炮制前后微量元素与重金属的含量研究［J］.光谱学与光谱分析，2010，30（5）:1400-1403.

［9］赵花荣，温树敏，冯雅琪，等.利用傅里叶变换红外光谱法鉴别菊花中硫磺残留［J］.光谱学与光谱分析，2007，27（6）:1110-1112.

［10］陈根顺，徐丽芳，李鹏.草珊瑚的HPLC指纹图谱研究［J］.中草药，2011，42（2）:293-296.

［11］Li SL，Shen H，Zhu LY，et al.Ultra-high-performance liquid chromatography-quadrupole/time of flight mass spectrometry based chemical profiling approach to rapidly reveal chemical transformation of sulfur-fumigated medicinal herbs，a case study on white ginseng［J］.J Chromatogr A，2012，1231:31-45.

［12］Kang J，Zhou L，Sun J，et al.Chromatographic fingerprint analysis and characteri-zation of furocoumarins in the roots of Angelica dahurica by HPLC/DAD/ESI-MSn technique［J］.J Pharm Biomed Anal，2008，47（4/5）: 778-785.

［13］马晓青，蔡皓，刘晓，等.硫磺熏蒸前后中药菊花中金属元素及微量元素的ICP-AES检测［J］.药物分析杂志，2011，31（6）:1031-1034.

［14］刘静静，蔡皓，刘晓，等.ICP-AES法分析硫磺熏蒸前后白芍中有害重金属硫及主要微量元素含量的变化［J］.中国中药杂志，2011，36（13）:1790-1793.

［15］Song JZ，Li SL，Zhou Y，et al.A novel approach to rapidly explore analytical markers for quality control of Radix Salviae Miltiorrhizae extract granules by robust principal component analysis with ultra-high performance liquid chromatography-ultraviolet-quadrupole time-offlight mass spectrometry［J］.J Pharm Biomed Anal，2010，53（3）:279-286.

［16］Jiang J，Feng L，Li J，et al.Multielemental composition of suet oil based on quantification by ultrawave/ICP-MS coupled with chemometric analysis［J］.Molecules，2014，19（4）:4452-4465.

［17］谭瑶.多代连续饮用四种饮水大鼠肝肾功能和骨骼生长 发育比较 研究 ［D］.重庆:第三 军医 大学，2012.

R115

B

1671-7783（2015）01-0081-03

10.13312/j.issn.1671-7783.y140062

镇江市社会发展基金资助项目（SH2012010）

*:通讯作者，E-mail:jiangjuntcm2007@hotmail.com

2014-03-19 ［编辑］陈海林