蔓越莓多酚對(duì)五大連池重碳酸礦泉水中亞鐵離子和溶解性總鐵穩(wěn)定性的影響

孫義敏，王菁華，李月興，劉 威

(黑龍江省科學(xué)院 自然與生態(tài)研究所，哈爾濱 150040)

0 引言

五大連池是我國著名的療養(yǎng)勝地，其火山區(qū)域內(nèi)發(fā)育的南、北飲泉屬天然含CO2鐵硅鍶質(zhì)碳酸---重碳酸礦泉，常年水溫2℃～4℃，可飲可療浴，醫(yī)療保健作用明顯[1-3]，不僅可以為生命成長提供水分和多種有益微量元素，其中約含40 mg/L鐵離子是以易被人體吸收的亞鐵離子狀態(tài)存在著，可直接用于防治缺鐵性貧血，是理想、天然的保健補(bǔ)鐵飲品[4-5]。但天然礦泉水涌出地面數(shù)小時(shí)后，亞鐵離子迅速氧化沉淀，會(huì)影響礦泉水的品質(zhì)和飲用口感。目前開發(fā)的礦泉飲品采用曝氣除鐵技術(shù)，基本去除了礦泉水中的原鐵元素，這就使礦泉水失去了天然的補(bǔ)鐵功能。鐵是人體必需的微量元素，其代謝平衡對(duì)維持人體健康至關(guān)重要。在機(jī)體補(bǔ)鐵過程中，需注意保持生物機(jī)體內(nèi)鐵水平處在安全范圍內(nèi)，避免引起鐵過載狀態(tài)[6]。蔓越莓含有豐富天然多酚的金屬螯合、鐵代謝調(diào)節(jié)等特性，在因人體微量元素鐵過載和缺乏所引起的疾病防治方面展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景[7-8]。本實(shí)驗(yàn)討論了蔓越莓多酚提取物對(duì)五大連池重碳酸礦泉水中亞鐵離子和溶解性總鐵穩(wěn)定性的影響，以期精準(zhǔn)補(bǔ)充和控制機(jī)體內(nèi)鐵元素，開發(fā)出針對(duì)不同需求及功能的亞鐵礦泉系列飲品，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

UV-754分光光度計(jì)(上海第三分析儀器廠生產(chǎn))、ZD-2自動(dòng)點(diǎn)位滴定儀(上海雷磁儀器廠生產(chǎn))、FA2204B電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn))、DYJ1-10L-Z型超純水機(jī)(重慶華創(chuàng)水處理科技有限公司生產(chǎn))、重碳酸礦泉水(來自五大連池南泉)、蔓越莓多酚提取物(寶雞市森瑞生物化工有限公司生產(chǎn))。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程與現(xiàn)象

水樣采自五大連池南飲泉人工抽取的新鮮重碳酸礦泉水(原水)，采集時(shí)放水3 min后用礦泉水洗刷采樣桶(食用級(jí)塑料桶)3次，桶內(nèi)不留空氣，并馬上封閉瓶口。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)依次稱量1 g、0.6 g、0.2 g、0.1 g、0.06 g、0.02 g多酚提取物系列置于1 000 mL棕色瓶中，編號(hào)依次為P1、P2、P3、P4、P5、P6。室溫下，1 h內(nèi)迅速量取1 000 mL原水置于P1～P6中搖勻，室溫下靜置。

室溫靜置2 h內(nèi)，原水會(huì)出現(xiàn)白色渾濁。觀察發(fā)現(xiàn)，P1～P6中的溶液在最初5 min內(nèi)多酚提取物完全溶解于原水中，溶液顏色均為透亮淺紅色，隨著時(shí)間增加，P1～P6溶液顏色依次呈透亮淺紅色---淺紫紅色---不透深紫紅色，直至透亮淺紫色---不透深紫色變化。2 h后，溶液體系不同程度發(fā)生紫黑色塊狀沉淀，初始可懸浮于溶液表面和原水中，沉淀于容器底部的部分震蕩后可短時(shí)間內(nèi)懸浮，搖勻離心(4 000 r，15 min)后沉淀板結(jié)，遷移性差。30 h內(nèi)，P1～P6溶液體系沉淀完全，溶液均為無色，但之后P5、P6的溶液陸續(xù)變?yōu)槲ⅫS色，到99 h時(shí)，P3、P4、P5、P6的溶液從微黃色向銹黃色變化，沉淀從淺紫色向銹黃色變化，而P1、P2仍為不透深紫色，沉淀為黑紫色。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和測試結(jié)果，選擇在多酚---亞鐵離子相互作用的不同時(shí)間段(6 h、27 h、46 h、70.5 h、99 h)取溶液約40 mL離心(4 000 r，15 min)，去除沉淀后，得上清液約25 mL，測試其亞鐵離子和溶解性總鐵的含量，分析其變化規(guī)律。上清液要盡快測試，因?yàn)樵诿芊忪o止室溫下，2 h內(nèi)水中的亞鐵離子會(huì)被氧化為高價(jià)鐵，使上清液從無色變?yōu)闇\黃色。

1.3 鐵離子含量測定

亞鐵離子和溶解性總鐵含量的測定采用《飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法GB8538-2016》中的二氮雜菲分光光度法進(jìn)行測試，原理是在pH 值3～9的條件下，低鐵離子會(huì)與二氮雜菲生成穩(wěn)定的橙色絡(luò)合物，在波長510 nm處有最大光吸收。按要求配置亞鐵離子和溶解性總鐵離子的標(biāo)準(zhǔn)曲線，鐵標(biāo)準(zhǔn)系列工作液濃度為0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/L。表1、表2為測試中不同時(shí)間段所用回歸方程及其R2值，x為分光光度計(jì)所測溶液吸光度值，y為濃度值。

2 結(jié)果與分析

此次采集的五大連池南泉礦泉水中溶解性總鐵離子2 h內(nèi)測試含量為44.33 mg/L，水樣中亞鐵離子可認(rèn)為未被氧化，則其亞鐵離子初始含量也為44.33 mg/L。

表1 亞鐵離子回歸方程Tab.1 Regression equation of ferrous ion

表2 溶解性總鐵回歸方程Tab.2 Regression equation of solubleness total iron

2.1 亞鐵離子含量變化

在多酚---亞鐵離子作用的不同時(shí)段，測取溶液中亞鐵離子的含量數(shù)據(jù)及其變化如表3和圖1所示。

表3 亞鐵離子的含量(mg/L)Tab.3 Content of ferrousion

圖1 亞鐵離子含量變化Fig.1 Content change of ferrous ion

數(shù)據(jù)顯示，相同多酚含量環(huán)境下，溶液體系中亞鐵離子含量不斷下降至近于零，其穩(wěn)定性不斷變差，其中P1、P2、P3在靜止放置10 h內(nèi)亞鐵離子含量下降最快，最不穩(wěn)定。如圖1顯示，其含量分別減少約88.72%、79.7%、54.88%，此時(shí)P4、P5、P6溶液體系內(nèi)亞鐵含量依次減少約32.32%、21.05%、12.02%。當(dāng)40 h時(shí)，P1～P6溶液體系中亞鐵離子含量減少依次約93.23%、90.98%、77.44%、75.19%、72.93%、59.39%。當(dāng)70 h時(shí)，P1～P6溶液體系中亞鐵離子含量均減少90%以上，已近于零。從多酚提取物和亞鐵離子質(zhì)量方面進(jìn)行分析，當(dāng)兩者比例大于5∶1時(shí)，多酚提取物對(duì)原水中亞鐵離子穩(wěn)定性影響較大，含量迅速降低。當(dāng)比例小于5∶1時(shí)，原水中亞鐵離子含量不斷降低，速度平緩。

2.2 溶解性總鐵含量變化

在多酚---亞鐵離子作用的不同時(shí)段，測取溶液中溶解性總鐵含量數(shù)據(jù)及其變化如表4和圖2所示。數(shù)據(jù)顯示，相同多酚含量環(huán)境下，溶液體系中溶解性總鐵離子含量不斷下降至近于零，穩(wěn)定性不斷變差，其中P1、P2、P3在靜止放置10 h內(nèi)溶解性總鐵含量下降最快，最不穩(wěn)定。如圖2顯示，其含量分別減少約88.72%、75.19%、50.37%，此時(shí)，P4、P5、P6溶液體系內(nèi)其含量依次減少約27.81%、23.3%、14.28%。當(dāng)40 h時(shí)，P1～P6溶液體系中溶解性總鐵含量依次減少約95.49%、94.36%、79.7%、77.44%、75.19%、63.91%。當(dāng)70 h時(shí)，P1～P6溶液體系中溶解性總鐵含量均減少90%以上，已近于零。從多酚提取物和溶解性總鐵質(zhì)量方面進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩者比例大于5∶1時(shí)，多酚提取物對(duì)原水中溶解性總鐵的穩(wěn)定性影響較大，含量迅速降低。當(dāng)比例小于5∶1時(shí)，原水中溶解性總鐵含量不斷降低，速度平緩，與亞鐵離子變化趨勢相似。

表4 溶解性總鐵含量(mg/L)Tab.4 Content of solubleness total iron(mg/L)

圖2 溶解性總鐵含量變化Fig.2 Content change of solubleness total iron

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和測試結(jié)果顯示，蔓越莓多酚提取物在初始階段完全溶于原水中，但因其金屬螯合特性，可以與原水中亞鐵離子發(fā)生螯合作用，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，反應(yīng)程度加強(qiáng)，沉淀增多，溶液中殘留的亞鐵和溶解性總鐵含量不斷降低至近于零，溶液顏色會(huì)呈透亮淺紅色---淺紫紅色---不透深紫紅色，直至透亮淺紫色---不透深紫色變化。沉淀完全沉于底部后，溶液顏色因亞鐵離子的氧化從微黃色變化為銹黃色。加入多酚提取物越多，原水中亞鐵離子和溶解性總鐵的穩(wěn)定性越差，含量減少越快，溶液體系沉淀含量越多。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，亞鐵離子和溶解性總鐵的含量隨時(shí)間變化趨勢相似，推測在蔓越莓多酚提取物環(huán)境下，可以在某種程度上使原水中亞鐵離子被較慢氧化。

3 結(jié)論與討論

自然狀態(tài)下，蔓越莓多酚提取物對(duì)天然礦泉水中亞鐵離子的穩(wěn)定性具有負(fù)影響，當(dāng)多酚提取物和亞鐵離子質(zhì)量方面比大于5∶1時(shí)，多酚提取物對(duì)原水中亞鐵離子穩(wěn)定性影響較大，鐵離子最不穩(wěn)定。當(dāng)比例小于5∶1時(shí)，原水中鐵離子穩(wěn)定性不斷降低，但速度較平緩，而且在蔓越莓多酚提取物環(huán)境下，可以在某種程度上使原水中亞鐵離子被較慢氧化。

通過蔓越莓多酚的金屬螯合等特征調(diào)控五大連池天然重碳酸礦泉水中亞鐵離子含量，可用于制備針對(duì)不同人群需求和功能的五大連池重碳酸天然保鐵礦泉系列飲品，提高含鐵礦泉水的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其所得沉淀作為副產(chǎn)物還可為植物鐵肥或動(dòng)物補(bǔ)鐵劑的開發(fā)應(yīng)用提供原材料。