8種谷類(lèi)食物中礦質(zhì)元素的測(cè)定分析*

徐娟，鄭志鋒，劉祥義，李云仙，雷然

(1.西南林業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，云南　昆明 650224；

?

8種谷類(lèi)食物中礦質(zhì)元素的測(cè)定分析*

徐娟1，鄭志鋒2，劉祥義1，李云仙1，雷然1

(1.西南林業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，云南昆明 650224；

2.云南省高校生物質(zhì)化學(xué)煉制與合成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室西南林業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院，云南昆明 650224)

采用微波密閉消解法處理樣品，以電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定了大米、小米、黑米、高粱米等8種谷物中的15種礦質(zhì)元素的含量。結(jié)果表明，這8種谷物中均含有對(duì)人體有益的Ca、K、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、B、Mo等元素，不同的谷類(lèi)食物中礦質(zhì)元素的含量存在一定的差異；對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)作為藥食兩用的薏仁米礦質(zhì)元素含量較豐富，玉米中元素礦物含量相對(duì)較少。加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)證明ICP-AES法測(cè)定元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD小于5.00%，方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高，且可同時(shí)測(cè)定多種元素，環(huán)境污染小。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析法；谷類(lèi)食物；常量元素；微量元素

谷類(lèi)主要是指禾本科植物的種子，主要包括稻米(Oryzasatira)、小麥(Triticumaestivum)、玉米(Zeamays)、小米(Setariaitalica)、黑米(Oryzasativa)、薏仁米(CoixchinensisTod.)、高粱(Sorghumbicolor)等。它們是人類(lèi)的主食，是人體所需能量最主要、最經(jīng)濟(jì)的來(lái)源，其主要的營(yíng)養(yǎng)成分為碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等[1～2]。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)的研究通常都偏重于有機(jī)成分的研究[3]。但不少文獻(xiàn)報(bào)道了微量元素與人體健康、疾病防治有著密切的關(guān)系[4～5]。因此掌握不同谷類(lèi)食物中礦質(zhì)元素的含量具有極其重要的意義。已有部分學(xué)者對(duì)谷物食物中如玉米[6]、黑米[7～8]、小麥[9～10]等微量元素進(jìn)行了測(cè)定，但測(cè)定的元素種類(lèi)少，消解檢測(cè)方法不同，且不同產(chǎn)地的谷類(lèi)食物微量元素含量也有所差異。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析(ICP-AES)法，是目前微量元素檢測(cè)中常用方法之一，它能同時(shí)測(cè)定多種元素，具有檢出限低、線性范圍寬、靈敏度高、干擾少等優(yōu)點(diǎn)，已在食品和中藥微量元素分析中得到廣泛應(yīng)用。本文采用HClO4-HNO3微波消解谷類(lèi)樣品，結(jié)合ICP-AES法對(duì)8種谷類(lèi)食物中的鉀、鈣、鎂、鈉、銅、鋅、硫、錳、硅等15種元素進(jìn)行測(cè)定分析，以期為谷類(lèi)食物的食用價(jià)值研究、營(yíng)養(yǎng)開(kāi)發(fā)等提供一定的理論依據(jù)。

1　材料與研究方法

1.1材料與試劑

8種測(cè)試的谷物：大米、小米、黑米、高粱米、小麥、玉米、薏仁米、糯米采購(gòu)自云南省昆明市場(chǎng)。

硒Se、鉀K、鎂Mg、鐵Fe、鋅Zn、硼B(yǎng)、銅Cu、鈣Ca、鍶Sr、硫S、硅Si、錳Mn、鈮Mo、鈉Na、磷P 15種標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液來(lái)自國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心,濃度均為1 000ug/mL；硝酸、高氯酸為分析純；所用水為去離子水(超純水)；玻璃儀器均經(jīng)10%HNO3浸泡過(guò)夜，用去離子水清洗。

1.2主要儀器設(shè)備

電子天平：AR224CN，美國(guó)奧豪斯公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：GZX-GF101-3-BS-Ⅱ/H，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：VISFA-MPX，美國(guó)VARIAN公司，其工作條件及工作參數(shù)參見(jiàn)文獻(xiàn)[11]。

1.3樣品處理方法

將樣品用去離子水沖洗2～3次，于80℃烘箱中烘干至恒重，將樣品分別置于研缽中研碎，過(guò)60目篩。

精確稱(chēng)取0.500 0g樣品置于消解罐中，加10mL濃硝酸浸泡樣品，室溫放置過(guò)夜。第二天置于電熱板上加熱至近干，然后補(bǔ)加入1mL高氯酸和4mL濃硝酸，置于微波消解器中，采用程序升壓消解法。具體操作如下：0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、1.8MPa各消解5min，消解完成冷卻至室溫后，將液體轉(zhuǎn)移到50mL容量瓶中，用5%硝酸定容。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

2　結(jié)果與分析

2.1分析波長(zhǎng)的選擇及方法的檢出限

元素分析波長(zhǎng)的選取方法及檢出限的計(jì)算方法與文獻(xiàn)[12]報(bào)道一致，其結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2方法準(zhǔn)確度

測(cè)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米粉(GBW 10043)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1　元素的分析波長(zhǎng)及檢出限Tab.1　Wave length and detection limits of different elements

表2　標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果Tab.2　Determination results of standard substance　mg/kg

測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。各元素測(cè)定含量不同，RSD%大小不同。當(dāng)含量在100～2 000mg/kg時(shí)，RSD%小于3.8%；當(dāng)含量在10～100mg/kg時(shí)，RSD%小于5.3%；當(dāng)含量在0.01～10mg/kg時(shí)，RSD%小于10%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27404-2008變異系數(shù)規(guī)定要求[13]。

2.3樣品中各元素測(cè)定結(jié)果分析

2.3.1常量元素含量分析

將8種谷物樣品按1.3的方法處理成測(cè)試液，應(yīng)用ICP-AES法進(jìn)行分析，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，取平均值。5種常量元素含量結(jié)果見(jiàn)表3，10種微量元素含量結(jié)果見(jiàn)表4。由表3和表4可知，元素測(cè)定含量大于1 000mg/kg時(shí)，RSD值均小于3.6%；測(cè)定含量在10～1 000mg/kg之間時(shí)，RSD值在0.18%～4.2%之間；含量在1～10mg/kg之間時(shí)，RSD值在0.5%～8.0%之間；含量小于1mg/kg時(shí)，RSD值小于10%，說(shuō)明方法準(zhǔn)確可靠。

表3　谷物中常量元素含量Tab.3　Content of constant elements in different cereal　mg/kg

由表3可知，8種谷類(lèi)食物中K元素含量較高(均大于1 200mg/kg)，Na元素含量較低(均小于180mg/kg)。不同的谷類(lèi)食物中常量元素含量呈現(xiàn)一定的規(guī)律性和差異性。如在黑米、高粱米和薏仁米中均表現(xiàn)出P﹥K﹥Mg﹥Ca﹥Na，且含量較豐富；在糯米、大米和小米中P元素和K元素含量相近；在小麥中表現(xiàn)出K﹥P﹥Ca﹥Mg﹥Na。

幾種谷類(lèi)食物對(duì)比發(fā)現(xiàn)，薏仁米的常量元素含量最多，其中K(8 735mg/kg)、P(13 788mg/kg)、Mg(6 063mg/kg)均是8種谷類(lèi)食物中含量最高的。Ca元素在小麥中含量是最多的；玉米中常量元素含量較少，除了K元素為1 209mg/kg，其余4種元素含量均小于800mg/kg。

表4　谷物中微量元素含量Tab.4　Content of trace elements in different cereal　mg/kg

注：ND表示未檢出或者低于檢出限。

2.3.2微量元素含量分析

由表4可知，在8種谷類(lèi)食物中除了Sr元素均未檢出之外，其余9種微量元素均含有。其中Fe含量較高，均超過(guò)50mg/kg，且在高粱米中Fe元素含量達(dá)到了93.64mg/kg；Mn在各谷類(lèi)食物中含量差異較大，表現(xiàn)為黑米中最高(93.09mg/kg)，其次為高粱米(53.98mg/kg),含量最低的是小米(8.86mg/kg)；Zn和Cu的含量最高的均是薏仁米(分別為122.12mg/kg和16.36mg/kg)，含量最低的是玉米(分別為19.33mg/kg和1.40mg/kg)；Se元素在各種谷類(lèi)食物含量較低且相近，在0.11～0.18mg/kg之間；8種谷類(lèi)食物對(duì)比可知薏仁米中微量元素最豐富，其次是高粱米和黑米。

2.4加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

選取薏仁米進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，以此考察方法的準(zhǔn)確性與可靠性。按照1.3所述的方法處理樣品，重復(fù)測(cè)定5次，所有待測(cè)元素的平均加標(biāo)回收率均在93.5%～105.19%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.29%～4.85%之間。結(jié)果表明此方法是可行的，具有較高的準(zhǔn)確度和精密度，可以準(zhǔn)確測(cè)定谷物中的鐵、鋅、錳、銅、鈣等15種礦質(zhì)元素的含量。

3　結(jié)論與討論

采用微波消解處理樣品，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定了各個(gè)試樣中15種元素的含量，得到谷類(lèi)食物中各元素的特征譜線。該方法具有良好的準(zhǔn)確度及精密度，加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)表明回收率在93.5%～105.19%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.29%～4.85%。研究結(jié)果表明，8種谷類(lèi)食物中均含有K、Ca、Mg、Fe、P等對(duì)人體有益的礦質(zhì)元素，是健康食品。其中，常量元素中，K元素含量較高，Na元素含量較低；微量元素中，F(xiàn)e含量較高，Se元素含量較低，Sr元素均未檢出。8種谷類(lèi)食物對(duì)比可知，薏仁米中微量元素是最豐富的，其次是高粱米和黑米。薏仁米有“天下第一米”之稱(chēng)，能夠藥食兩用，無(wú)論是常量還是微量的礦質(zhì)元素含量均是最豐富的，玉米中的礦質(zhì)元素含量相對(duì)較少。

元素對(duì)人體的健康有著重要的生理及病理意義，它與人類(lèi)的健康密切相關(guān)。如鐵元素在人體內(nèi)的主要功能是以血紅蛋白的形式參加氧的轉(zhuǎn)運(yùn)、交換和組織呼吸過(guò)程；銅的主要作用是影響鐵的吸收、運(yùn)輸和利用，參與造血過(guò)程，缺銅會(huì)引起心肌細(xì)胞氧化代謝紊亂，會(huì)產(chǎn)生心肌病變；鋅是維持機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育、維持人體正常的味覺(jué)功能與食欲、促進(jìn)正常發(fā)育不可缺少的元素之一，還是一種直接或間接抑制癌癥的元素[14]。本研究對(duì)谷類(lèi)食物的食用價(jià)值、營(yíng)養(yǎng)開(kāi)發(fā)等提供了一定的理論依據(jù)。

[1]汪青.谷類(lèi)食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[J].糧油食品，2003,20(2):42-44.

[2]劉偉萍,劉萍.谷類(lèi)食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值試論[J].健康之路,2013,12(9):76-77.

[3]賈健斌,楊正雄,趙文華,等.以谷類(lèi)食物為主人群的蛋白質(zhì)氨基酸攝入量及健康狀況[J].營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),2004,26(3)：172-175.

[4]郝彥玲,芮玉奎,郭晶,等.Bt玉米中微量元素鋰、硒、鉬、鉻含量測(cè)定[J].光譜學(xué)與光譜分析,2007,27(8)：1638-1640.

[5]Drali M,Ozgur D U,Mustafa T,etal.Trace metal levels in mushroom samples from Ordu,Turkey[J].Food Chemistry,2005,91:436.

[6]曾高峰,肖德強(qiáng),覃健.廣西巴馬地區(qū)大米和玉米中微量元素的檢測(cè)[J].中國(guó)老年學(xué)雜志,2011,31(9):3219-3222.

[7]宮葵,辛士剛,王瑩.黑米中微量元素含量的測(cè)定[J].光譜實(shí)驗(yàn)室,2009,26(6):1594-1598.

[8]劉漢卿,郭飛,熊海濤,等.火焰原子吸收光譜法測(cè)定三種產(chǎn)地黑米中微量元素含量[J].廣東微量元素科學(xué),2009,16(10):60-63.

[9]楊莉琳,劉小京,徐進(jìn),等.小麥籽粒微量元素含量的研究進(jìn)展[J].麥類(lèi)作物學(xué)報(bào)，2008,28(6):1113-1117.

[10]趙寧,郭盤(pán)江,雷然,等.ICP-OES測(cè)定兩種松樹(shù)中的礦質(zhì)元素[J].光譜實(shí)驗(yàn)室,2009,26(1):74-78.

[11]趙寧,楊斌,段育岑,等.ICP-OES測(cè)定月季中礦質(zhì)元素的五種前處理方法比較[J].光譜學(xué)與光譜分析,2011,31(8):2256-2258.

[12]徐娟,鄭志鋒,劉祥義,等.枇杷不同部位多種礦質(zhì)元素的研究[J].食品工業(yè),2015,36(9):122-124.

[13]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 27404-2008.實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測(cè)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[14]陸艷琦.微量元素與人體健康[J].河南教育學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,11(4):36-39.

Determination of Mineral Elements in Eight Cereals

XU Juan1,ZHENG Zhi-feng2,LIU Xiang-yi,LI Yun-xian1,LEI Ran1

(1.School of Science,Southwest Forestry University,Kunming Yunnan 650224,P.R.China;2.Key Laboratory of Biomass Chemical Refinery & Synthesis,Southwest Forestry University,Kunming Yunnan 650224,P.R.China)

15 elements in 8 cereals were measured by microwave digestion and inductively coupled argon plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) in this study.The results showed that cereals was a good source of Ca，K，Mg，F(xiàn)e，Zn，Cu，Mn，B，Mo and so on,while the content of each individual material in different cereal were also different.The content of mineral elements was rich inCoixchinensisTod.,while that was relatively less in maize.This method is easy and rapid for operation with highly sensitive and accurate,and could be used for determining many elements simultaneously.The relative standard deviation of this ICP-AES approach is below 5%.

ICP-AES;cereals;constant elements;trace elements

10.16473/j.cnki.xblykx1972.2016.05.028

2015-11-21

云南省教育廳科學(xué)研究基金重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(ZD2014012)，云南省教育廳項(xiàng)目(2015Y301)。

徐娟(1982-)，女，實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事分析測(cè)試及生物質(zhì)能源的研究。E-mail: 58045846@qq.com

簡(jiǎn)介:鄭志鋒(1975-)，男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事生物質(zhì)能源與材料的研究與教學(xué)工作。

E-mail: zhengzhifeng@swfu.edu.cn

TS 210.7;O 657.3

A

1672-8246(2016)05-0140-04