孟君，郭全海，張峻松，徐清萍，周文珊

(1.鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院， 鄭州 450002；2.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院 動(dòng)物工程系，河南 商丘 476000)

微量元素通常是指含量小于體重0.01%的礦物質(zhì)，每人每日需要量在100 mg以下，對(duì)人體來(lái)說(shuō)盡管含量極少，但是卻是必不可少的元素[1-2]。眾所周知，微量元素與人體健康有著密切的關(guān)系，在人體生命過(guò)程中起著重要的作用[3]。鈣是人體必不可少也是含量最多的礦質(zhì)元素之一，它是構(gòu)成骨骼和牙齒的重要成分，可以調(diào)節(jié)人體各個(gè)系統(tǒng)組織器官的正常功能[4]。Fe、Mn、Zn、Cu是4種比較常見(jiàn)的微量元素，并且這4種微量元素是人體必不可少的[5]。

人體所必需的微量元素具有多方面的生理功能，盡管在人體內(nèi)含量甚微，但對(duì)人體健康起著重要作用，人體的許多疾病與微量元素的失調(diào)有關(guān)，在人體內(nèi)有恒定水平，量過(guò)多或缺乏都會(huì)引起疾患[6]。Fe具有良好的補(bǔ)血功能，同時(shí)還是血液輸送氧和交換氧的重要無(wú)機(jī)元素；Mn是人體中多種酶不可或缺的組成元素，在骨骼的發(fā)育、機(jī)體大腦的正常運(yùn)作中都有著重要的作用，并且參與造血干細(xì)胞的造血工作；Zn參與多種酶的組成，有降壓作用；Cu是人體必需的微量元素，主要存在于肌肉中，組成銅蛋白，參與細(xì)胞色素氧化酶和其他一些氧化酶的組成，但過(guò)量的銅會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒性作用[7-8]。微量元素作為維持生命過(guò)程和機(jī)體健康必需的微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，機(jī)體自身不能合成，必須從外界攝入，而微量元素在食品樣品中的含量較微小，對(duì)于微量元素的測(cè)定不僅要考慮測(cè)定方法準(zhǔn)確定量，樣品處理中易于損耗，因而樣品的預(yù)處理是研究分析的基礎(chǔ)，是元素測(cè)定的關(guān)鍵。

隨著人們生活水平的不斷提高和調(diào)味品生產(chǎn)的大力發(fā)展，胡椒、花椒等調(diào)味品已成為菜肴中不可缺少的東西。為此，測(cè)定與分析其中微量元素的含量，對(duì)有益人體健康與食品研究方面有重要和實(shí)際的意義[9]。本文選取常見(jiàn)的4種調(diào)味品黑胡椒、白胡椒、花椒和麻椒，采用微波和濕法兩種處理方法對(duì)樣品進(jìn)行消解，用火焰原子吸收光譜法測(cè)定樣品中Ca、Fe、Zn、Mn、Cu的含量，比較兩種處理方法對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

花椒、麻椒、黑胡椒、白胡椒：購(gòu)于鄭州農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；濃硝酸：優(yōu)級(jí)純(GR)，煙臺(tái)市雙雙化工有限公司；銅、鈣、錳、鐵、鋅1000 μg/mL：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；實(shí)驗(yàn)用水均為娃哈哈去離子水。

1.2 主要儀器

DHG-9145電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科技有限公司；CP214電子天平 奧豪斯儀器(上海)有限公司；MARS6微波消解儀 美國(guó)CEM公司；AA240FS原子吸收光譜儀和鐵、鈣、銅、錳、鋅空心陰極燈 美國(guó)瓦里安公司；實(shí)驗(yàn)所用的玻璃儀器均用1∶10的硝酸浸泡24 h，并用去離子水清洗干凈。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品處理

采用一種方便、準(zhǔn)確的預(yù)處理方法，能讓分析工作事半功倍，也是保證分析數(shù)據(jù)可靠的前提。元素測(cè)定常用的樣品處理方法有3種，分別是干法灰化、濕法消解和微波消解。干法灰化是將樣品于石英坩堝內(nèi)在馬弗爐中以適當(dāng)?shù)臏囟然一?，灼燒除去有機(jī)成分，再用酸溶解，使其微量元素轉(zhuǎn)化成可測(cè)定狀態(tài)。濕法消解利用濃無(wú)機(jī)酸和強(qiáng)氧化劑來(lái)消化處理樣品，是實(shí)驗(yàn)室常用的方法，但該法操作繁瑣，消化時(shí)間長(zhǎng)，容易引入污染，而且樣品易消化不徹底[10]。微波消解是指利用微波加熱封閉容器中的消解液和試樣從而在高溫增壓條件下使各種樣品快速溶解的濕法消化，在這個(gè)過(guò)程中樣品不易被沾污，試劑消耗少，消解速度快。本實(shí)驗(yàn)選取微波消解和濕法消解兩種方法對(duì)樣品進(jìn)行處理。

2.2 微波消解

分別平行稱取4種洗凈、烘干、粉碎過(guò)篩后的調(diào)味品各兩份約0.3000 g，精確至0.0001 g，置于消解罐中，加入10 mL HNO3，在室溫下放置預(yù)消化一段時(shí)間后，旋緊內(nèi)蓋，置于消解轉(zhuǎn)盤(pán)中，放入微波消解儀，按已選定好的消解程序(見(jiàn)表1)進(jìn)行消解，消解完畢待罐內(nèi)溫度降低到合適的溫度后，將內(nèi)罐從消解爐取出。待完全冷卻后，將完全消解的澄清透明無(wú)色樣品溶液轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中，并用少量去離子水沖洗消解罐內(nèi)壁和罐蓋3次，將洗滌液轉(zhuǎn)移至容量瓶中，定容至刻度，搖勻。同時(shí)做試劑空白。

表1 微波消解儀的工作條件Table 1 The working conditions of microwave digestion apparatus

2.3 試樣分析

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

Fe、Zn、Mn、Cu元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制：準(zhǔn)確吸取它們各單元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液，采用逐級(jí)稀釋的方法，用去離子水配制成其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)系列溶液(mg/L)Fe：0.0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0；Zn：0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0；Mn：0.0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5；Cu：0.0，1.0，3.0，5.0，5.0，7.0，9.0。

Ca元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制：由于在空氣-乙炔條件下，Ca元素的靈敏度比較低，為了提高測(cè)定的靈敏度，需要將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液及相應(yīng)的樣品中加入釋放劑LaCl3或硝酸鑭溶液，Ca元素的標(biāo)準(zhǔn)系列濃度(mg/L)：0.0，0.5，1.5，2.5，3.5，4.5，并使各溶液中含鑭的濃度為10 g/L。

在選定的各元素測(cè)定的最佳條件下(見(jiàn)表2)，上儀器測(cè)得各元素濃度和平均吸光度關(guān)系，得5種元素的線性方程和相關(guān)系數(shù)分別為：Ca：A=0.05240C+0.01333，相關(guān)系數(shù)r為0.9977；Fe：A=0.10637C+0.32475，相關(guān)系數(shù)r為0.9968；Zn：A=0.67495C+0.01458，相關(guān)系數(shù)r為0.9945；Cu：A=0.10034C+0.3849，相關(guān)系數(shù)r為0.9914；Mn：A=0.22826C+0.00687，相關(guān)系數(shù)r為0.9987。

表2 火焰原子吸收光譜儀的工作參數(shù)Table 2 The working parameters of flame atomic absorption spectrometer

2.3.2 樣品分析

在制定的各種元素的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線下，相同的條件下用火焰原子吸收光譜儀測(cè)定待測(cè)樣品中Zn、Cu、Mn、Fe、Ca元素的含量[11]。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品中5種元素的測(cè)定結(jié)果

上述兩種預(yù)處理方法處理后的樣品，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 兩種消解方法處理的樣品中元素含量(平均值)Table 3 The element content (mean value) in samples treated by the two digestion methods mg/g

由表3可知，4種調(diào)味品樣品黑胡椒、白胡椒、花椒、麻椒中所測(cè)定5種元素含量有一定差別，鈣在4種樣品中的含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他4種元素的含量。鈣在花椒和麻椒中的含量相差不大，但比黑胡椒的鈣含量高近3倍，白胡椒鈣含量最低。對(duì)于同種樣品兩種預(yù)處理方法所測(cè)定同種元素含量，微波消解的測(cè)量值都略高于濕法消解，這可能是由于濕法消解或在消化過(guò)程中敞口加熱及試劑空白值較高等。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精密度

精密度是表示測(cè)量的再現(xiàn)性，是保證準(zhǔn)確度的先決條件，但是高的精密度不一定能保證高的準(zhǔn)確度。好的精密度是保證獲得良好準(zhǔn)確度的先決條件，一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量精密度不好，就不可能有良好的準(zhǔn)確度。分析時(shí)，常用RSD表示精密度。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)=標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)/計(jì)算結(jié)果的算術(shù)平均值(X)×100%[12]。

本實(shí)驗(yàn)選取微波消解處理樣品測(cè)定的結(jié)果，進(jìn)行精密度計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 微波消解處理樣品元素的精密度RSD(n=2)Table 4 The precision RSD (n=2) of sample elements treated with microwave digestion %

由表4可知，微波處理的樣品，Ca、Fe、Zn、Cu、Mn 5種元素含量的測(cè)定相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0%～3.5%，表明測(cè)量結(jié)果具有較好的平行性。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度

加標(biāo)回收是在空白樣品或已知含量的某種背景下添加已知含量的標(biāo)準(zhǔn)品(被測(cè)成分)，用建立的方法檢測(cè)其含量(實(shí)測(cè)值)與添加值的比，稱為加標(biāo)回收。加標(biāo)回收主要是測(cè)定方法的準(zhǔn)確度，在原測(cè)定的樣品基礎(chǔ)上加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)樣品，然后根據(jù)加入的標(biāo)準(zhǔn)品及測(cè)定結(jié)果的比值計(jì)算回收率[13]。本實(shí)驗(yàn)以微波消解處理的樣品中的Ca、Fe、Zn元素含量做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。

3.3.1 鈣的加標(biāo)回收

分別取微波消解的樣品溶液各20 mL，以500，350 μg/mL的鈣標(biāo)準(zhǔn)液為加標(biāo)濃度，分別取加標(biāo)溶液0.2 mL，按照表2所示的儀器條件，用火焰原子吸收光譜儀測(cè)定加標(biāo)前后樣品中鈣含量，計(jì)算回收率，結(jié)果見(jiàn)表5。鈣的回收率在92%～102%之間，結(jié)果較為滿意。

表5 鈣元素的加標(biāo)回收率Table 5 The recovery rates of calcium elements

續(xù) 表

3.3.2 鋅的加標(biāo)回收

以10，20 μg/mL兩種鋅標(biāo)準(zhǔn)液作為加標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取微波消解的4種樣品溶液各10 mL，根據(jù)樣品的測(cè)定值，分別取濃度為10，20 μg/mL的鋅標(biāo)準(zhǔn)液0.1 mL進(jìn)行加標(biāo)，按照表2所示的儀器條件，用火焰原子吸收光譜儀測(cè)定加標(biāo)前后樣品中鋅的含量，計(jì)算回收率，結(jié)果見(jiàn)表6。鋅的回收率在94%～100%之間，該方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。

表6 鋅元素的加標(biāo)回收率Table 6 The recovery rates of zinc elements

3.3.3 鐵的加標(biāo)回收

以10，40，9 μg/mL 3種鐵標(biāo)準(zhǔn)液作為加標(biāo)溶液。分別取微波消解的各樣品溶液各20 mL，根據(jù)樣品中所測(cè)鐵的含量，分別吸取合適的加標(biāo)溶液10，40，9 μg/mL 0.2 mL，分別對(duì)樣品進(jìn)行加標(biāo)，按照表2測(cè)定鐵的最佳條件，用火焰原子吸收光譜儀測(cè)定加標(biāo)前后樣品中鐵的含量，計(jì)算回收率，結(jié)果見(jiàn)表7。鐵的回收率在84%～102%之間，結(jié)果表明，該方法測(cè)定結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。

表7 鐵元素的加標(biāo)回收率Table 7 The recovery rates of iron elements

4 結(jié)論

本文采用兩種消解方法對(duì)調(diào)味品類樣品進(jìn)行處理，用火焰原子吸收光譜法測(cè)定了黑胡椒、白胡椒、花椒、麻椒中鈣、鐵、鋅、銅、錳的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波消解不易被沾污，試劑消耗少，消解速度快，濕法消解用于樣品的處理盡管簡(jiǎn)單、方便、易行，但消化時(shí)間較長(zhǎng)，消化試劑多，由于在電爐緩慢加熱的敞口消解樣品，對(duì)樣品損失都有一定的影響，這可能是微量元素結(jié)果偏低的原因。

4種調(diào)味品中所測(cè)定的5種元素中，微量元素Ca的含量都相對(duì)較高，Ca在花椒樣品中的含量最高。4種調(diào)味品中5種元素的含量有一定差別，5種元素在4種調(diào)味品中的含量分別是：Ca：花椒>麻椒>黑胡椒>白胡椒；Fe：黑胡椒>花椒>麻椒>白胡椒；Zn：黑胡椒>花椒>麻椒>白胡椒；Cu：黑胡椒>白胡椒>麻椒>花椒；Mn：黑胡椒>白胡椒>麻椒>花椒。由4種不同樣品中同種元素含量比較可以看出，黑胡椒中5種微量元素的含量較為豐富。

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)兩種預(yù)處理方法測(cè)定5種元素方法和數(shù)據(jù)比較可知，不同消解方法處理樣品對(duì)元素含量測(cè)定結(jié)果有一定影響，對(duì)微波測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行精密度和回收率的驗(yàn)證，微波消化不僅樣品處理完全，而且精密度好，回收率高。因此，選擇合適的處理方法對(duì)微量元素的研究非常重要，該研究為測(cè)定調(diào)味品中的微量元素提供了方法和數(shù)據(jù)參考。