湯敏娜，劉德明，鄧雪盈，鄧放明，曾建國1，*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 湖南省植物功能成分利用協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，湖南 長沙 410128；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 分析測試中心，湖南 長沙 410128)

·基礎(chǔ)研究·

基于ICP-MS分析不同礦質(zhì)元素在黃花菜中的分布與累積規(guī)律△

湯敏娜1，2，劉德明3，鄧雪盈2，鄧放明2，曾建國1，3*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 湖南省植物功能成分利用協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，湖南 長沙 410128；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 分析測試中心，湖南 長沙 410128)

目的為了弄清黃花菜不同部位對鉀、鈣、鎂、鐵、錳、鋅、銅、鎳、硒、鉻、鎘、砷和鉛13個礦質(zhì)元素的積累趨勢，為黃花菜植物資源提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并提出優(yōu)化資源利用的設(shè)想。方法利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(inductively coupled plasm-mass spectrometry，ICP-MS)對黃花菜不同產(chǎn)地、不同品種和不同部位的樣品，以及黃花菜產(chǎn)地土壤樣品中的13個礦質(zhì)元素進行檢測。結(jié)果除去污染元素，黃花菜各器官中均以鉀、鎂、鈣元素的含量最高，鐵、錳、鋅元素的含量次之，銅、鎳以及硒元素的含量最低；黃花菜的花蕾與葉片是多種必需礦質(zhì)元素主要積累的部位，鋅元素在花蕾部位含量最高，鉀、鎂、鈣、錳元素在葉片部位含量最高，鐵、銅元素在根部含量最高；黃花菜的花蕾基本不積累污染元素。結(jié)論不同產(chǎn)地的黃花菜花蕾都達到了食用安全標準，同時根、花葶和葉部位也富含對人體有益的各種微量元素，為更科學(xué)合理地加以開發(fā)利用黃花菜資源提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)。

黃花菜；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)；礦質(zhì)元素

黃花菜HemerocalliscitrinaBaroni屬于百合科萱草屬植物，又稱金針菜、忘憂草，其花蕾因豐富的營養(yǎng)價值及鮮美口感成為餐桌上的美食。在我國，黃花菜主要在湖南、甘肅、陜西、山西、四川等地種植，是我國歷史悠久的特產(chǎn)蔬菜[1]。

黃花菜花蕾有安神明目等功效，現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)研究表明這些功效可能與其含有的微量礦質(zhì)營養(yǎng)元素有密切關(guān)系[2]，其含量高低還可作為評價品質(zhì)的指標；同時黃花菜屬于食用蔬菜，所含對人體有害的污染元素的含量也作為一個重要的食品安全監(jiān)測標準；另外，黃花菜根也是我國民間常用的一種中藥[2]。張如新等[3]采用火焰原子吸收分光光度法測定了本地干黃花菜中9個微量元素的含量；白雪松等[4]使用火焰原子吸收分光光譜法對黃花菜的花與根中7個微量元素的含量進行了測定；俞年軍等[5]通過微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)分析了不同產(chǎn)地市售黃花菜中多種常量、微量元素的含量。電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasm-mass spectrometry，ICP-MS)因其具有的高靈敏度(高于AAS)、檢出限低(ng·kg-1)等優(yōu)點，適合本研究對檢測批量樣品、同時分析多種元素、高效分析的需要。以往對黃花菜植物的研究局限于花蕾及根部，而占植物大量比重的花葶與葉部則被忽視，造成了很大的資源浪費。本實驗通過利用ICP-MS對黃花菜不同產(chǎn)地、不同品種、不同部位的樣品與其種植地土壤樣品中的多種礦質(zhì)元素進行檢測，一方面補充前期研究中未涉及的黃花菜植物礦質(zhì)元素數(shù)據(jù)；另一方面將這些樣品中的對人體有益的微量礦質(zhì)營養(yǎng)元素和對人體有害的污染元素做全面的對比分析，為安全高效地綜合利用黃花菜資源提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與儀器

1.1 儀器設(shè)備

7900 ICP-MS(Agilent 公司)；METTLER TOLEDO電子天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司)；KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗儀(昆山市超聲儀器)；EH35B電熱板(LabTech)；MI-Q超純水機(貝徠美生物公司)；無菌注射器(圣光醫(yī)用制品)；10 mL離心管(CORNING CentriStar公司)。

1.2 主要試劑

鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)、硒(Se)、鉻(Cr)、鎘(Cd)、砷(As)和鉛(Pb)標準溶液：美國安捷倫公司提供的多元素混合標準儲備液，各離子濃度均為100 mg·L-1；硝酸(分析純)，過氧化氫(分析純)，氫氟酸(分析純)，超純水(由超純水處理系統(tǒng)制備)。

1.3 材料

黃花菜樣品：湖南祁東的沖里花、猛子花、四月花、中植花；湖南農(nóng)大基地的大紅萱草、中期花；甘肅大慶未知品種；陜西大荔未知品種；山西大同未知品種；四川的武坪早；河北的海爾范；江蘇的大花萱草、金娃娃、紅寶石。樣品信息見表1。

表1 黃花菜樣品信息表

表1(續(xù))

土壤樣品：湖南祁東的沖里花、猛子花、四月花、中植花及湖南農(nóng)大基地的大紅萱草、中期花土壤樣品均從種植地取根系土壤，編號分別為QD-1-T、QD-2-T、QD-3-T、QD-4-T、HN-1-T、HN-2-T；江蘇的土壤樣品為在共同種植3個品種的種植地取得，編號為JS-T。

2 方法

2.1 標準溶液的制備

精密量取上述多元素混合標準儲備液，使用5%硝酸逐級稀釋成各系列濃度，得到多元素混合標準系列溶液。

2.2 樣品的制備

植物樣品：將不同來源黃花菜樣品依次用自來水及超純水沖洗干凈，樣品表面水分用吸水紙吸干，將其分為花、花葶、根、葉四部分，分別切碎后迅速放置于-80℃冰箱內(nèi)速凍，取出后分別使用小型高速粉碎機迅速打碎使其呈細粉狀，置于真空冷凍干燥機中直至干燥完全后用潔凈封口袋保存，存放于干燥皿中備用。

土壤樣品：取同植株下土壤20 g左右，分裝入已恒重鋁盒中，置于60 ℃烘箱中烘至干燥，分別于干凈的研缽中研磨，過60目篩后用潔凈封口袋保存，存放于干燥皿中備用。

2.3 樣品的消解

植物樣品：分別移取1 g左右樣品至已恒重的鋁盒中，置于60 ℃烘箱內(nèi)烘干至恒重。分別稱取已恒重干燥樣品粉末(約0.2 g左右)于聚四氟乙烯燒杯內(nèi)，加12 mL濃硝酸，在95 ℃電熱板上消解2 h，取下聚四氟乙烯燒杯冷卻至室溫，加入4 mL過氧化氫，在95 ℃電熱板上消解30 min，取下燒杯冷卻至室溫，用超純水定容至50 mL玻璃容量瓶中，經(jīng)0.45 μm濾膜過濾于PET瓶中，在4 ℃條件下保存待測。

土壤樣品：分別稱取已恒重干燥樣品粉末(約0.2 g左右)于聚四氟乙烯燒杯內(nèi)，加12 mL濃硝酸及1 mL氫氟酸，在95 ℃電熱板上消解2 h，取下聚四氟乙烯燒杯冷卻至室溫，加入4 mL過氧化氫，在95 ℃電熱板上消解30 min，取下燒杯冷卻至室溫，用超純水定容至50 mL玻璃容量瓶中，經(jīng)0.45 μm的濾膜過濾于PET瓶中，在4 ℃條件下保存待測。

2.4 ICP-MS工作條件

霧化器：Bablington高鹽霧化器；霧化室：石英雙通道scott霧化室；矩管：石英一體化，1.5 mm中心通道；霧化室溫度：2 ℃；取樣錐：1.0·0.4 mm-1(Ni)錐；載氣流速：0.85 L·min-1；高頻發(fā)射功率：1450 W；混合氣流量：0.28 L·min-1；樣品提升速率：0.1 r·s-1；等離子氣流量：15.0 L·min-1；采樣深度：7.0 mm；輔助氣流量：1.0 L·min-1；樣品提升量：0.4 mL·min-1；氦氣流量：5 mL·min-1。

3 結(jié)果與分析

3.1 各元素標準品線性關(guān)系

各元素標準品線性關(guān)系見表2。

表2 各元素標準品線性關(guān)系

表2(續(xù))

3.2 樣品測定結(jié)果

3.2.1 植物樣品檢測結(jié)果 植物樣品各元素含量檢測結(jié)果見表3。

3.2.2 土壤樣品檢測結(jié)果 土壤各元素含量檢測結(jié)果見表4。

3.2.3 商品黃花菜樣品檢測結(jié)果 商品黃花菜樣品中各元素含量檢測結(jié)果見表5。

表3 黃花菜樣品中礦質(zhì)元素檢測結(jié)果

表3(續(xù))

表4 黃花菜生長土壤樣品中礦質(zhì)元素檢測結(jié)果

表5 商品黃花菜樣品中礦質(zhì)元素檢測結(jié)果

3.3 黃花菜植物對土壤中礦質(zhì)元素富集的比較分析

植物不同部位對礦質(zhì)元素的富集特性可能不相同，通過對黃花菜植物富集系數(shù)(富集系數(shù)=植物中元素含量/土壤中相應(yīng)元素含量×100%)的分析[6]，可為選擇其種植的土壤環(huán)境提供一定科學(xué)依據(jù)。由表6可以看出在所有部位中，K與Ca的含量遠遠高出土壤中含量，平均富集系數(shù)高達360.97%，由此判斷黃花菜植物對K、Ca兩種元素有非常強的富集作用；對Mg、Zn、Mn、Cu和Se也有較強的富集作用，而對Ni和Fe的富集作用較弱，平均富集系數(shù)為9.02%和1.38%。在污染元素方面，已知在所有黃花菜植物中As、Cr、Pb、Cd的含量均很低甚至未檢出，而土壤中含量卻較高，富集系數(shù)均偏低，說明黃花菜植物對污染元素富集性很弱，尤其是食用的花蕾甚至基本不富集。

3.4 黃花菜相同部位不同礦質(zhì)元素的含量差異及相關(guān)性分析

在相關(guān)研究中顯示，植物中各元素之間存在一定的相關(guān)性[6-7]，由此推測在黃花菜植物中各元素之間也可能具有相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)是被用來準確度量兩個變量之間關(guān)系密切程度的工具，在對相關(guān)系數(shù)進行顯著性檢驗的基礎(chǔ)上，一般以|r|值來判斷數(shù)據(jù)間相關(guān)性的大小，若|r|越接近1則相關(guān)性越大，|r|越接近0則相關(guān)性越小，|r|≥0.8時為高度相關(guān)。r為正數(shù)，表明數(shù)據(jù)間呈正相關(guān)；r為負數(shù)，數(shù)據(jù)間呈負相關(guān)[8]。

整體分析表3內(nèi)容，黃花菜植物中的不同礦質(zhì)元素含量有明顯的差異。各器官中均以K、Mg、Ca的含量最高，F(xiàn)e、Mn、Zn的含量次之，Cu、Ni、Se的含量最低。在JS-2-Y中K含量最高達81 922.55 mg·kg-1，在SC-G中K含量最低也有11 008.17 mg·kg-1；在HN-2-H中Se含量最高達0.79 mg·kg-1，在JS-3-G中則未檢測出Se。不同品種黃花菜相同部位中，同種礦質(zhì)元素的含量存在統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)，說明同一元素在黃花菜中的含量會受品種、產(chǎn)地以及生育期的不同而產(chǎn)生差異，若進一步收集大數(shù)據(jù)研

究，或許可針對每個產(chǎn)地及品種的黃花菜中礦質(zhì)元素含量高低差異進行食用選擇。

數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS 19.0軟件分析，由表3可知，不同黃花菜花蕾中的K、Ca、Mg、Zn、Cu、Se元素的同元素之間含量倍數(shù)相差不大。其中K、Mg含量最高的為HB-H；Se含量最高的為HN-H；Ca含量最高的為GS-H；Cu含量最高的為JS-H；Ni最高的為JS-H；Fe含量最高的為GS-H；Mn含量最高的為HN-H；均與其他品種同元素最低含量相比有7～10倍之差；對元素間相關(guān)系數(shù)進行分析(見表7)，K和Mg正相關(guān)，F(xiàn)e和Ca還有Cr正相關(guān)，Ni和K正相關(guān)，Cu和K還有Ni正相關(guān)，As和Ca、Cr、Fe正相關(guān)，Se與Mn正相關(guān)，Pb與K、Cr正相關(guān)，與Mn負相關(guān)。

不同黃花菜花葶部分中的K、Ca、Cu、Ni、Se，同元素含量之間倍數(shù)相差不大。K含量最高的為HN-J；Fe、Cu含量最高的為JS-J；Ca含量最高的為SC-J；而Se含量最高的為HB-J；Mg、Ni含量最高的為SXD-J，Mn含量最高的為HN-J，均高出同元素最低含量6～7倍；Fe最高含量甚至比最低含量多出近20倍；對元素間相關(guān)系數(shù)進行分析(見表8)，F(xiàn)e和Cr高度正相關(guān)，Ni和Mg正相關(guān)，Cu和K正相關(guān)，Cu和Mg正相關(guān)，Zn和Mg正相關(guān)，Zn和K正相關(guān)，As和Cr正相關(guān)，As和Fe正相關(guān)，Pb和Mg正相關(guān)，Pb和Fe正相關(guān)，Pb和Ni正相關(guān)，Zn和Cu正相關(guān)，Pb和As正相關(guān)。

不同黃花菜的葉中，除去Mn的最高含量(HN-Y)與最低含量(SC-Y)相差近16倍、Ni的最高含量(SXD-Y)與最低含量(QD-Y)相差12倍左右外，其他7種礦質(zhì)元素在不同品種葉中的含量倍數(shù)相差在5倍以內(nèi)。K含量最高的為SXD-Y，Mg、Fe含量最高的為HB-Y；Ca、Zn含量最高的為SC-Y；Se含量最高的為HN-Y；對元素間相關(guān)系數(shù)進行分析(見表9)，Ca和K負相關(guān)，F(xiàn)e和Mg正相關(guān)，F(xiàn)e和Cr正相關(guān)，Ni和Cr正相關(guān)，Ni和Fe正相關(guān)，Cu和Ca還有Cr正相關(guān)，Ni和K正相關(guān)，Cu和K還有Ni正相關(guān)，As和Ca、Cr、Fe正相關(guān)，Se與Mn正相關(guān)，Pb與K、Cr正相關(guān)，與Mn負相關(guān)。

表6 黃花菜樣品各部分元素富集關(guān)系結(jié)果

表7 黃花菜花蕾部分不同礦質(zhì)元素相關(guān)性

注：**P<0.01，*P<0.05。

表8 黃花菜花葶部分不同礦質(zhì)元素相關(guān)性

注：**P<0.01，*P<0.05。

表9 黃花菜葉部分不同礦質(zhì)元素相關(guān)性

注：**P<0.01，*P<0.05。

不同黃花菜的根中，除Mg的最高含量(SX-G)、Mn的最高含量(HN-G)、Ni的最高含量(JS-G)均高出同元素最低含量7～9倍外，其他礦質(zhì)元素在不同品種根中的含量相差在5倍以內(nèi)。K含量最高的為SX-G；Ca含量最高的為SC-G；Fe含量最高的為SXD-G；Zn、Cu、Se含量最高的為HN-G；對元素間相關(guān)系數(shù)進行分析(見表10)，K和Mg正相關(guān)，Cr和Mg正相關(guān)，F(xiàn)e和Mg正相關(guān)，F(xiàn)e和Cr正相關(guān)，As和Cr正相關(guān)，Pb和Mn正相關(guān)，Pb和Cu正相關(guān)，Cu和Ca負相關(guān)，Zn和Ni正相關(guān)。

表10 黃花菜根部分不同礦質(zhì)元素相關(guān)性

注：**P<0.01，*P<0.05。

3.5 黃花菜不同部位相同礦質(zhì)元素的含量差異

通過對相同品種黃花菜的不同部位中相同礦質(zhì)元素的比較發(fā)現(xiàn)，Mg在花蕾與葉中較花葶與根多；K除了在HN-1-J與SC-J中較多外，在其他品種中含量較高的是花蕾與葉；在所有被測黃花菜品種中，除了SXD-G中的Ca含量略高于葉，其余品種皆以葉中Ca含量最高；除HN-1、GS、JS-1、SX的葉與花蕾中Mn含量較豐富外，在另外5個品種的黃花菜中Mn主要積累于葉與根部分；Fe主要積累于黃花菜的根部，葉次之，F(xiàn)e在GS-H、GS-G中含量相近，JS-1的葉與花葶的Fe含量卻高于其根部含量；Ni一般最多積累于花蕾，其次為根部，SXD-Y卻是Ni含量最高的部位；Cu一般在黃花菜的根與花蕾中含量最高，而SXD-Y/G中Cu含量最高；Zn很明顯更多積累于花蕾中，在其他部位的含量各有高低；Se是黃花菜植物中含量最少的礦質(zhì)元素，每個部位的含量差異并不明顯。

由以上可知，黃花菜的花蕾與葉是多種礦質(zhì)元素主要積累的部位。葉中的K、Mg、Ca、Mn的含量基本均高于其他部位；花蕾中的Zn、Ni含量明顯高于其他部位，同時K、Mg、Mn、Cu也在花蕾中有較大積累；根中的Fe、Cu較其他部位積累更多；Se在黃花菜中含量很少，在各部位中的差異并不明顯。

而礦質(zhì)元素中4種對人體有害的污染元素Cd、Cr、Pb、As在黃花菜植物中均很低，但也表現(xiàn)出一定的分布規(guī)律：Cd在各部位基本未檢出；Cr主要累積于黃花菜根部，含量未超標；Pb同樣主要累積于根與葉片部位，且大部分含量未超標；污染物As在黃花菜各個部位中均有檢出，但含量均未超標。

4 討論

一直以來，花蕾是黃花菜主要的食用部位，本研究數(shù)據(jù)表明其中的K、Ca、Mg含量高于常用蔬菜含量[9]，Mn、Cu含量也較高，Zn、Ni含量明顯高于其他部位。Zn可以促進人體的生長發(fā)育，維持人體正常食欲同時增強人體免疫力，Ni有刺激生血功能的作用等，證明黃花菜花蕾的確有很高的營養(yǎng)價值；另外由3.5中結(jié)果分析可知，黃花菜的花蕾對污染元素基本上無富集作用，這對于黃花菜的食用安全性有很大的保障；商品黃花菜中污染元素的檢測結(jié)果進一步說明污染元素在花蕾中含量很低，食用安全。結(jié)合兩者推測食用黃花菜對栽培土壤環(huán)境的適應(yīng)性廣。

由3.3中分析可知，黃花菜植物對K、Ca富集作用強，對Ni、Fe富集作用弱，說明當土壤中K、Ca含量合適時，不需再在肥料中另行添加則可滿足黃花菜植物的生長需要；而可根據(jù)黃花菜植物生長所需多施含Ni、Fe的肥料進行調(diào)控。

在3.4的相關(guān)性分析中，本文根據(jù)他人研究推測黃花菜植物中各元素之間存在一定相關(guān)性，進一步對黃花菜植物各部位中礦質(zhì)元素數(shù)據(jù)處理得到相關(guān)系數(shù)，由相關(guān)系數(shù)及其顯著性檢驗結(jié)果得出各部位大部分元素相互之間均存在一定相關(guān)性的結(jié)論，對于這一結(jié)論還需下一步的深入研究來確證。

黃花菜植物是一種營養(yǎng)價值很高的食材來源，過去人們僅開發(fā)利用了其花蕾與根部，對其他部位的研究較少。通過分析本研究大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)黃花菜的花葶、葉部位也富含各種有益的元素如鉀、錳等，同樣也具有綜合利用與開發(fā)的價值，以礦質(zhì)元素為切入點，或許可促成黃花菜資源利用的更大化；而相關(guān)性分析則為進一步探索黃花菜植物中礦質(zhì)元素之間的促進或抑制關(guān)系提供數(shù)據(jù)，或許能以此為基礎(chǔ)培育出更優(yōu)的黃花菜品種。

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StudyonDistributionandAccumulationofDifferentMineralElementsinHemerocalliscitrinaBaroniBasedonICP-MSAnalysis

TANG Minna1，2，LIU Deming3，DENG Xueying2，DENG Fangming2，ZENG Jianguo1，3*

(1.HunanCollaborativeInnovationCenterforUtilizationofFunctionalIngredientsfromBotanicals，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China；2.CollegeofFoodScienceandTechnology，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China；3.HunanAgriculturalUniversityAnalysisandTestingCenter，Changsha410128，China)

Objective：In order to clarify the accumulation trend of 13 kinds of mineral elements such as K，Ca，Mg，F(xiàn)e，Mn，Zn，Cu，Ni，Se，Cr，Cd，As and Pb，provide basic data forHemerocalliscitrinaBaroni resources，and put forward the idea of optimizing the use of resources.MethodsThe 13 kinds of mineral elements in samples from different habitats，different varieties，different parts ofH.citrinaplants andH.citrinaproducing areas were detected by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS).ResultsExclusive of contaminated elements，the contents of K，Mn and Ca were the highest in the organs ofH.citrina，and the contents of Cu，Ni and Se were the lowest.The flower buds and leaves ofH.citrinawere the main parts that accumulate a variety of essential mineral elements.The contents of Zn in the flower buds was the highest，the contents of K，Mg，Ca and Mn in the leaves were the highest，and the contents of Fe and Cu were the highest in the root.The flower buds of theH.citrinawas basically not rich in heavy metal elements.ConclusionDifferent origins of theH.citrinaflower buds have reached the food safety standards，and the other parts ofH.citrinaalso rich in a variety of trace elements that beneficial to the human body.The results provide basic data for more scientific and rational development and use ofH.citrina.

HemerocalliscitrinaBaroni；Inductively coupled plasm-mass spectrometry；mineral elements

國家科技支撐計劃項目(2012BAI29B04)

*

曾建國，博士生導(dǎo)師，教授，研究方向：中藥資源與綜合利用；Tel：(0731)84673824，E-mail：zengjianguo@hunau.edu.cn

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.10.012

2017-02-22)