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Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8549(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

다원소 분석은 식물의 지리적 기원을 식별하는 데 널리 사용됩니다. 이 연구의 목적은 간쑤성(중국)의 다양한 생산 지역에서 나온 더덕의 분류를 위해 화학계량학과 다원소 분석을 결합하는 타당성을 탐구하는 것이었습니다. 간쑤성의 7개 현에서 총 117개의 Codonopsis Radix 샘플이 수집되었습니다. 28개 원소(39 K, 24 Mg, 44Ca, 27Al, 137Ba, 57Fe, 23Na, 88Sr, 55Mn, 66Zn, 65Cu, 85Rb, 61Ni, 53Cr, 51) 측정에는 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)을 사용했습니다. V, 7Li, 208Pb, 59Co, 75As, 133Cs, 71 Ga, 77Se, 205Tl, 114Cd, 238U, 107Ag, 4Be 및 202Hg). 거시원소 중에서는 39K가 가장 높은 함량값을 보였으며, 23Na의 함량값이 가장 낮은 것으로 나타났다. 미세 원소는 88Sr > 55Mn > 66Zn > 85Rb > 65Cu의 농도 순서를 나타냈습니다. 미량원소 중에서는 53Cr과 61Ni의 함량이 더 높게 나타났으며, 4Be는 모든 시료에서 검출되지 않았다. 영역 내 차별화는 주성분 분석(PCA), 군집 분석(CA) 및 선형 판별 분석(LDA), k-최근접 이웃(k-NN), 지원 벡터 머신(SVM)과 같은 지도 학습 알고리즘을 통해 수행되었습니다. 랜덤 포레스트(RF). 그 중 RF 모델이 78.79%의 정확도로 가장 좋은 성능을 보였다. RF와 결합된 다원소 분석은 간쑤성 더덕의 기원을 식별하는 신뢰할 수 있는 방법이었습니다.

Codonopsis Radix는 일반적으로 가장 일반적인 전통 한약 중 하나인 값비싼 인삼을 대체하는 데 사용됩니다1. Codonopsis Radix는 면역 조절2, 항암3, 위장 보호4, 항당뇨병5 및 장내 세균총 조절 활동6과 같은 다양한 의학적 특성을 가지고 있습니다. 더덕은 좋은 영양학적 특성으로 인해 차, 술, 수프, 석고, 죽 등의 중요한 식품 소재이기도 합니다.7 약용 및 식품과 동일한 유래를 지닌 한약재로서 더덕은 아시아 지역에서 절대적인 인기를 누리고 있습니다. 중국, 일본, 한국, 싱가포르 등의 국가8. 중국은 주요 생산국이며 고품질 Codonopsis Radix를 다른 국가로 수출합니다. 중국에서는 더덕(Codonopsis Radix)이 간쑤(Gansu), 산시(Shanxi), 쓰촨(Sichuan), 후베이(Hubei), 윈난(Yunnan) 및 충칭(Chongqing) 지역에서 재배되었습니다. 그 중 감숙성 산지의 더덕은 품질이 좋고 가격이 비싸다. 간쑤성 남동부의 일부 현은 중국 더덕 기근의 가장 중요한 생산 지역으로 웨이위안(Weiyuan), 린타오(Lintao), 롱시(Longxi), 장(Zhang), 민(Lintao), 롱시(Longxi), 장(Zhang), 민(Tanchang), 원9(Wen9) 등이 전체 생산량의 80% 이상을 차지합니다. 이들 지역의 독특한 자연 조건은 고도, 토양, 강수량, 일조량 등 고품질 더덕 생산을 보장합니다10. 식물의 무기 원소 구성은 유전적 요인과 환경적 요인의 영향을 받습니다. 토양 구성과 기후 변화는 식물의 요소 함량에 영향을 줄 수 있습니다11. 그러므로 더덕의 성분들의 최종 발현 수준을 이해하는 것이 필요하다. 그러나 관련 연구는 제한적이다.

최근 몇 년 동안 소비자들은 허브의 지리적 추적성과 진품성에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 왜냐하면 이러한 측면이 허브의 품질과 안전성을 나타내는 지표가 되었기 때문입니다12. 따라서 Codonopsis Radix의 지리적 기원을 확인하는 것은 간쑤성 경제에 매우 중요합니다. 그러나 더덕의 원산지 추적에 관한 보고는 없었다.

다원소 분석은 식물의 원산지 추적에 일반적으로 사용됩니다. 무기 원소는 대사 과정에서 대사되지 않고 재배 지역의 토양 및 기후 환경과 밀접하게 관련되어 있기 때문입니다. 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(ICP-MS)은 일반적인 방법보다 높은 감도로 다원소 측정을 위한 안정적이고 효과적인 방법입니다. 화학계량학과 결합된 원소 함량은 식물의 지리적 기원을 구별하기 위한 강력한 도구로 사용되었습니다. Richteret al. 기계 학습 기술과 ICP-MS를 사용하여 폴란드, 중국, 네덜란드, 그리스, 독일, 스페인 및 페루의 화이트 아스파라거스 샘플의 지리적 출처를 성공적으로 예측했습니다18. Canizoet al. 다원소 분석 및 화학 측정 기술을 기반으로 멘도사(아르헨티나) 지역의 여러 포도원에서 생산된 포도를 분류했습니다10. 따라서 간쑤성 더덕의 지리적 기원을 구별하는 것은 강력한 전략이 될 수 있습니다.

24 Mg > 27Al > 44Ca > 57Fe > 137Ba > 23Na, of similar trends seen in the studies of Bai et al20. Among them, K, Ca, Na, Mg and Fe were essential for normal human metabolism. They were important in the osmotic pressure balance, enzymatic reaction and hematopoiesis21,22. The mean levels were 11,000 μg/g for 39 K, 1600 μg/g for 24 Mg, 370 μg/g for 44Ca, 240 μg/g for 57Fe, 170 μg/g for 23Na. Thus, Codonopsis Radix could be used as a dietary supplement to provide the body with important mineral elements, especially K. Surprisingly, the content of K element in Codonopsis Radix is far higher than that in some Chinese herbal medicines such Rhizoma Coptidis23 and Ephedrae herba16, and even higher than some fruits rich in K, such as figs24. Furthermore, compared with the report of Sun et al., it was found that the content of Mg and Fe in Chinese Angelica from Min county is much higher than that in Codonopsis Radix, and the content of Na is lower than that in Codonopsis Radix25. It showed that the absorption capacity of different medicinal materials to the metal elements in the same soil might be different. Al and Ba were not essential elements of the human body, and excessive intake was harmful to nervous and kidney system26. The mean content of 27Al and 137Ba was found to be 400 and 207 μg/g in all Codonopsis Radix samples, which was higher than those of some reported traditional Chinese medicines, such as Atractylodes macrocephala Koidz17 and Rhizoma Coptidis23. In addition, the highest 39 K, 44Ca, 24 Mg, 57Fe, 27Al and 137Ba content was all found in the samples from Wen County, which may be related to the abundance of mineral elements in the local soil./p> 55Mn > 66Zn > 85Rb > 65Cu. Among them, Zn and Mn are essential elements of the human body. Zn was important in the growth and intellectual development of children27. Mn played a key role in the immune system and was also considered as potent antioxidants28. The mean content of 55Mn and 66Zn was 26 and 21 μg/g, respectively. The content of Mn element was lower than the mean content of Mn in 39 traditional Chinese medicines reported by Gyamfi, and the content of Zn is slightly higher29. The highest 55Mn level was found in samples from Wen county and the highest 66Zn level was found in Zhang county. In a certain concentration range, Cu is an essential element, which is related to the prosthetic groups of various enzymes and participates in key redox reactions. However, once Cu is excessive in the body, it will cause neurodegenerative diseases and impaired liver function30. The permissible limit set by the Green Trade Standard of Importing and Exporting Medicinal Plants and Preparations (WM-T2-2004) is 20 ug/g. The 65Cu content in 117 Codonopsis Radix samples ranged from 2.2 to 9.6 μg/g, with an average content of 5.4 μg/g. The Cu content of all samples in this study was within the permissible limit and the highest content was found in samples from Wen county. Sr and Rb are not essential elements, the mean levels of 88Sr and 85Rb in the analyzed Codonopsis Radix samples were 48 and 6.8 μg/g, respectively. The highest 88Sr level was found in samples from Wen county and the highest 85Rb level was found in Tanchang county. Among them, the content of Sr was much higher than that of Rhizoma Coptidis23 and Chinese Angelica25 in China, and it was lower than that of some medicinal herbs in Turkey14./p> 75As > 114Cd > 205Tl > 202Hg > 238U, and the values were 0.3, 0.2, 0.04, 0.05, 0.03, and 0.02 ug/g, respectively. These toxic elements could cause irreversible damage to nervous, digestive and immune systems, lungs, kidneys, skin and eyes36. Based on the Green Trade Standard of Importing & Exporting Medicinal Plants & Preparations (WM-T2-2004), the permitted limit of Pb, As, Cd, and Hg established for TCM were 5.0, 2.0, 0.3 and 0.2 μg/g, respectively. The highest levels of 208Pb, 75As, 114Cd and 202Hg in all Codonopsis Radix samples of the study are 0.6, 0.4, 0.4, 0.05 μg/g. After comparison, it is found that 117 Codonopsis Radix samples had 208Pb, 75As and 202Hg content below the permissible limit. However, the content of 114Cd in 4 samples from Wen county exceeded the permissible limits. It was found that the content of 208Pb, 75As, 114Cd, and 202Hg elements in the analyzed Codonopsis Radix from Gansu production areas was generally lower than the content of these heavy metal elements in other herbs, such as Argy Wormwood Leaf, Morinda Root, Zedoray Rhizome, Indian Madder Root37, which might be related to the soil, climate and less heavy metal pollution of planting areas. The content of Cr, As and Pb was lower than the values reported by Kong38./p> SVM > LDA > k-NN. RF showed the best performance in distinguishing the Codonopsis Radix samples based on their geographical origins, with total categorization accuracy of 78.79%. Great results were acquired for Codonopsis Radix samples from Wen, Min, Zhang and Tanchang counties with 100% accurate predictions. However, the Codonopsis Radix from Weiyuan, Lintao and Longxi origin could not be well predicted, which might be due to the close proximity of the three production areas and similar natural conditions and soil types./p>

55Mn > 66Zn > 85Rb > 65Cu. Among the trace elements, 53Cr and 61Ni showed higher content. The contents of trace toxic elements 208Pb, 75As and 202Hg were below the permissible limit in all samples. And, 114Cd was also below the permissible limit except the 4 samples from Wenxian counties. Statistical analyses of the data using RF successfully classified the Codonopsis Radix samples from Wenxian, Minxian, Zhangxian, Tanchang and Weiyuan (or Lintao or Longxi) production areas. The optimal parameters of this model are preferably ntree = 1000 and mtry = 16./p>

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