徐娟，鄭志鋒，劉祥義，李云仙，雷然

(1.西南林業(yè)大學 理學院，云南　昆明 650224；

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8種谷類食物中礦質(zhì)元素的測定分析*

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 理學院，云南昆明 650224；

2.云南省高校生物質(zhì)化學煉制與合成重點實驗室西南林業(yè)大學材料工程學院，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。結果表明，這8種谷物中均含有對人體有益的Ca、K、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、B、Mo等元素，不同的谷類食物中礦質(zhì)元素的含量存在一定的差異；對比研究發(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較少。加標回收實驗證明ICP-AES法測定元素的相對標準偏差RSD小于5.00%，方法簡單、準確度高，且可同時測定多種元素，環(huán)境污染小。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析法；谷類食物；常量元素；微量元素

谷類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。它們是人類的主食，是人體所需能量最主要、最經(jīng)濟的來源，其主要的營養(yǎng)成分為碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等[1～2]。長期以來，對食品營養(yǎng)的研究通常都偏重于有機成分的研究[3]。但不少文獻報道了微量元素與人體健康、疾病防治有著密切的關系[4～5]。因此掌握不同谷類食物中礦質(zhì)元素的含量具有極其重要的意義。已有部分學者對谷物食物中如玉米[6]、黑米[7～8]、小麥[9～10]等微量元素進行了測定，但測定的元素種類少，消解檢測方法不同，且不同產(chǎn)地的谷類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中常用方法之一，它能同時測定多種元素，具有檢出限低、線性范圍寬、靈敏度高、干擾少等優(yōu)點，已在食品和中藥微量元素分析中得到廣泛應用。本文采用HClO4-HNO3微波消解谷類樣品，結合ICP-AES法對8種谷類食物中的鉀、鈣、鎂、鈉、銅、鋅、硫、錳、硅等15種元素進行測定分析，以期為谷類食物的食用價值研究、營養(yǎng)開發(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種測試的谷物：大米、小米、黑米、高粱米、小麥、玉米、薏仁米、糯米采購自云南省昆明市場。

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種標準儲備溶液來自國家鋼鐵材料測試中心,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浸泡過夜，用去離子水清洗。

1.2主要儀器設備

電子天平：AR224CN，美國奧豪斯公司；電熱恒溫鼓風干燥箱：GZX-GF101-3-BS-Ⅱ/H，上海躍進醫(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VARIAN公司，其工作條件及工作參數(shù)參見文獻[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60目篩。

精確稱取0.500 0g樣品置于消解罐中，加10mL濃硝酸浸泡樣品，室溫放置過夜。第二天置于電熱板上加熱至近干，然后補加入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，將液體轉移到50mL容量瓶中，用5%硝酸定容。同時做空白實驗。

2　結果與分析

2.1分析波長的選擇及方法的檢出限

元素分析波長的選取方法及檢出限的計算方法與文獻[12]報道一致，其結果見表1。

2.2方法準確度

測定國家標準物質(zhì)大米粉(GBW 10043)，結果見表2。

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

表2　標準物質(zhì)測定結果Tab.2　Determination results of standard substance　mg/kg

測定結果均在標準值范圍內(nèi)。各元素測定含量不同，RSD%大小不同。當含量在100～2 000mg/kg時，RSD%小于3.8%；當含量在10～100mg/kg時，RSD%小于5.3%；當含量在0.01～10mg/kg時，RSD%小于10%，符合國家標準GB/T 27404-2008變異系數(shù)規(guī)定要求[13]。

2.3樣品中各元素測定結果分析

2.3.1常量元素含量分析

將8種谷物樣品按1.3的方法處理成測試液，應用ICP-AES法進行分析，每個樣品平行測定3次，取平均值。5種常量元素含量結果見表3，10種微量元素含量結果見表4。由表3和表4可知，元素測定含量大于1 000mg/kg時，RSD值均小于3.6%；測定含量在10～1 000mg/kg之間時，RSD值在0.18%～4.2%之間；含量在1～10mg/kg之間時，RSD值在0.5%～8.0%之間；含量小于1mg/kg時，RSD值小于10%，說明方法準確可靠。

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。

幾種谷類食物對比發(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50mg/kg，且在高粱米中Fe元素含量達到了93.64mg/kg；Mn在各谷類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元素在各種谷類食物含量較低且相近，在0.11～0.18mg/kg之間；8種谷類食物對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加標回收實驗

選取薏仁米進行加標回收率實驗，以此考察方法的準確性與可靠性。按照1.3所述的方法處理樣品，重復測定5次，所有待測元素的平均加標回收率均在93.5%～105.19%之間，相對標準偏差在0.29%～4.85%之間。結果表明此方法是可行的，具有較高的準確度和精密度，可以準確測定谷物中的鐵、鋅、錳、銅、鈣等15種礦質(zhì)元素的含量。

3　結論與討論

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)測定了各個試樣中15種元素的含量，得到谷類食物中各元素的特征譜線。該方法具有良好的準確度及精密度，加標回收實驗表明回收率在93.5%～105.19%，相對標準偏差(RSD)為0.29%～4.85%。研究結果表明，8種谷類食物中均含有K、Ca、Mg、Fe、P等對人體有益的礦質(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種谷類食物對比可知，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，能夠藥食兩用，無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)元素含量相對較少。

元素對人體的健康有著重要的生理及病理意義，它與人類的健康密切相關。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運、交換和組織呼吸過程；銅的主要作用是影響鐵的吸收、運輸和利用，參與造血過程，缺銅會引起心肌細胞氧化代謝紊亂，會產(chǎn)生心肌病變；鋅是維持機體生長發(fā)育、維持人體正常的味覺功能與食欲、促進正常發(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]。本研究對谷類食物的食用價值、營養(yǎng)開發(fā)等提供了一定的理論依據(jù)。

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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

云南省教育廳科學研究基金重大專項項目(ZD2014012)，云南省教育廳項目(2015Y301)。

徐娟(1982-)，女，實驗師，碩士，主要從事分析測試及生物質(zhì)能源的研究。E-mail: 58045846@qq.com

簡介:鄭志鋒(1975-)，男，教授，博士，博士生導師，主要從事生物質(zhì)能源與材料的研究與教學工作。

E-mail: zhengzhifeng@swfu.edu.cn

TS 210.7;O 657.3

A

1672-8246(2016)05-0140-04