廖麗萍，肖愛平，冷鵑，劉亮亮

（中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所，湖南 長沙 410205）

胡麻，又稱油用亞麻（Linum usitatissimum L.），是一種富含營養(yǎng)功能成分的油料作物，在中國已有1000多年的栽培歷史。胡麻籽口感脆而耐嚼，有堅果味，在全球范圍內(nèi)均有出產(chǎn)。我國西北和華北地區(qū)（如甘肅、內(nèi)蒙古、河北、山西、寧夏等省區(qū)）是世界公認的胡麻籽黃金產(chǎn)區(qū)［1］，種植品種包括甘肅天亞、隴亞、定亞、內(nèi)蒙古內(nèi)亞、河北壩亞、山西晉亞及寧夏寧亞等。胡麻籽富含ω-3脂肪酸、優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、可溶性膳食纖維、亞麻膠、木酚素及礦物質(zhì)等多種生物活性成分［2-4］，對糖尿病、肥胖、高血脂、高血壓、心腦血管疾病、癌癥等慢性非傳染性疾病有一定的預防、緩解和治療作用［5-11］，是一種極具開發(fā)前景的功能性食品原料［12-14］。我國衛(wèi)生計生委曾委托國家食品安全風險評估中心成立工作組，對胡麻籽部分主產(chǎn)區(qū)進行調(diào)研。研究［15-16］表明，在甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、云南、新疆等地有將胡麻籽（粉）作為配料用于加工面制品的習慣，也有將胡麻籽熟制碾碎加鹽后作為佐餐蘸料的習慣，胡麻籽（粉）可以直接食用。

根據(jù)農(nóng)作物對元素富集作用的原理［17-18］，胡麻籽中礦質(zhì)元素的含量與種植環(huán)境密切相關(guān)，來源于不同產(chǎn)地的胡麻籽，元素含量會存在差異，同時由于遺傳背景的影響，不同品種的胡麻籽其礦質(zhì)元素含量也可能存在差異。礦質(zhì)元素在人體內(nèi)不能自行合成，必須從飲食中攝取，其生理生化功能非常廣泛，對維持機體正常生命活動具有重要意義［19-21］。V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn都是人體必需微量元素，但濃度超過一定閾值也會對人體造成危害。As、Cd、Sb、Tl、Pb不是必需微量元素，它們具有顯著的生物毒性，這些重金屬不能被生物降解，不僅影響作物生長，而且隨食物鏈富集遷移進入人體后，嚴重危害人類生命健康［22-23］。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術(shù)，將電感耦合等離子體的高溫電離特性與質(zhì)譜的靈敏快速掃描的優(yōu)點相結(jié)合，可對痕量、超痕量的無機元素和同位素進行強有力的分析測試［24-26］。ICP-MS的檢出限可達ppt級，線性范圍可達7～9個數(shù)量級，在幾分鐘內(nèi)可對多種含量差異較大的元素同時進行測定，在食品分析和檢驗中應(yīng)用非常廣泛［27-28］。

本文收集了西北和華北5個省區(qū)的10個胡麻主栽品種作為試驗材料，采用微波消解結(jié)合ICP-MS，建立了同時測定胡麻籽中 V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Tl、Pb 11種礦質(zhì)元素的分析方法，從元素角度探討了胡麻籽的食用安全性，為消費者提供健康保障的同時，也為今后深度開發(fā)胡麻籽作為功能性食品原料提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

胡麻籽樣品為甘肅、內(nèi)蒙古、河北、山西、寧夏等胡麻籽主產(chǎn)區(qū)具有代表性的品種資源（均為近10年左右通過審定或登記的胡麻栽培品種），由中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所分析測試中心收藏保存，編號F1～F10（表1）；硝酸ppb級，德國CNW公司；過氧化氫30%水溶液，優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司；超純水，電阻率均達到18.2 MΩ·cm，自制；Sc、Ge、In、Bi混合內(nèi)標儲備液，濃度1000 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Tl、Pb單元素標準溶液，濃度1000 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

表1 胡麻籽樣品信息Table 1 Samples＇information of flaxseed

iCAPRQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS），美國賽默飛世爾科技公司；MARS微波消解儀，美國培安公司；XS205DU電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司。

試驗所用的玻璃器皿均在15%優(yōu)級純的硝酸中浸泡24 h，使用前用超純水洗凈晾干。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品前處理

胡麻籽經(jīng)過四分法后，挑取對角兩份放入105℃烘箱中烘干至恒重后高速粉碎，過100目篩，干燥器內(nèi)保存?zhèn)溆谩蚀_稱取約0.2 g胡麻籽粉，精確至0.000 1 g，放入微波消解內(nèi)罐中，加入5.0 mL濃硝酸，加蓋放置過夜，次日再加入1.0 mL 30%過氧化氫溶液。待樣品反應(yīng)30 min后將消解罐蓋旋緊，放入微波消解儀中分三步進行消解，三個步驟中微波功率均為1000W，第一步升溫至120℃，升溫時間5 min，恒溫時間5 min；第二步升溫至150℃，升溫時間5 min，恒溫時間10 min；第三步升溫至185℃，升溫時間5min，恒溫時間20min。消解結(jié)束后，冷卻至室溫。取出內(nèi)罐并打開罐蓋，用少量超純水沖洗罐蓋內(nèi)表面。將罐內(nèi)消解液在120℃下趕酸至近干，放冷后將其轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用超純水少量多次洗滌消解罐內(nèi)壁，洗滌液全部并入容量瓶中，最后用超純水定容至刻度線。將容量瓶放在旋渦混合儀上振蕩，溶液混勻后用0.45μm微孔濾膜過濾，所得試樣溶液即可上機待測。用相同前處理方法做試樣空白進行對照。

1.2.2 ICP-MS工作參數(shù)

用ICP-MS自帶的調(diào)諧液對其進行調(diào)諧，自動調(diào)試優(yōu)化工作參數(shù)，使靈敏度、雙電荷、氧化物、質(zhì)量軸及分辨率等各項指標都達到最佳測定要求。優(yōu)化后的工作參數(shù)設(shè)置為：射頻功率1550W，輔助氣流量0.8 L/min，霧化室溫度2.7℃，霧化氣流量1.0 L/min，冷卻氣流量14 L/min，蠕動泵轉(zhuǎn)速 40 r/min，反應(yīng)池氣流量（He）4.9 mL/min，動能歧視（KED）模式。

1.2.3 標準溶液的配制

標準工作曲線溶液的配制：精密量取單元素標準溶液，用體積分數(shù)5%硝酸作為介質(zhì)，逐級進行稀釋，配制成混合標準系列溶液，其中 V、Cr、Ni、As、Cd、Sb、Tl、Pb的梯度濃度為 0.5、2.0、5.0、20.0、50.0μg/L，Mn、Cu、Zn的梯度濃度為 20.0、50.0、100.0、200.0、400.0μg/L。

內(nèi)標標準溶液的配制：精密量取1000 mg/L含有Sc、Ge、In、Bi的內(nèi)標儲備液，用體積分數(shù)5%硝酸稀釋至1.0 mg/L。

1.2.4 礦質(zhì)元素含量測定方法

在已優(yōu)化好的ICP-MS工作參數(shù)下，設(shè)置測定方法，確定各待測元素選擇的同位素及相應(yīng)的內(nèi)標元素（表2）。先測定標準工作曲線溶液，繪制標準曲線，再依次對試樣空白溶液、試樣溶液進行測定，儀器自動給出所測溶液中各元素的質(zhì)量濃度，通過計算即可得到胡麻籽樣品中各礦質(zhì)元素的含量，計算公式見式（1），最終結(jié)果保留3位有效數(shù)字。

表2 待測元素選擇的同位素和內(nèi)標元素Table 2 Selection ofmeasurement isotopes and internal standard elements

式中：x為胡麻籽樣品中被測元素的含量（mg/kg）；c為胡麻籽試樣溶液中被測元素的質(zhì)量濃度（μg/L）；c0為試樣空白溶液中被測元素的質(zhì)量濃度（μg/L）；v為胡麻籽試樣消化液定容體積（v＝50 mL）；m為胡麻籽樣品的質(zhì)量（g）；1000為換算系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波消解液的選擇

為了將分析樣品中各種價態(tài)的待測元素氧化成單一的高價態(tài)，需要對樣品進行消解以破壞樣品中大量共存的有機物或還原性物質(zhì)。在微波消解的密閉環(huán)境下，濃硝酸可以安全、穩(wěn)定地分解大部分食物樣品，是最常用的一種消解酸。由于胡麻籽基質(zhì)復雜，其中含有大量脂肪及蛋白質(zhì)等有機物，若單獨采用濃硝酸消解樣品，易出現(xiàn)碳化現(xiàn)象。過氧化氫是一種常用的弱酸性強氧化劑，隨著介質(zhì)酸度的增加，其氧化能力也會加強。消解時，過氧化氫分解產(chǎn)生的高能態(tài)活性氧對有機物質(zhì)有很強的破壞能力。因為過氧化氫的元素組成與水相同，分解后只產(chǎn)生氫和氧兩種元素，不會引入額外的鹵素元素，從而能夠減少分析干擾［29］。經(jīng)反復試驗證明，微波消解約0.2 g胡麻籽粉時，采用5.0 mL濃硝酸及1.0 mL 30%過氧化氫水溶液作為消解體系，可得到澄清透亮的消解液。

2.2 干擾及校正

ICP-MS在分析過程中出現(xiàn)的干擾主要有質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾。質(zhì)譜干擾指無法分辨的相同質(zhì)量的干擾，主要分為同量異位素重疊干擾、多原子離子干擾和雙電荷離子干擾等。同量異位素重疊是試樣中被測離子的質(zhì)量與其他元素的同位素相同而引起的質(zhì)譜重疊干擾，例如50V和50Cr、64Ni和64Zn就屬于此類干擾，排除干擾的方法是選擇干擾較少、豐度較高的同位素進行測定［30］。多原子離子干擾（包括難熔氧化物干擾）是由兩個或者更多的原子結(jié)合而成的復合離子，其產(chǎn)生的干擾通常比同量異位素重疊更為嚴重，是質(zhì)譜干擾的主要來源。本文通過采用ICP-MS中的動能歧視（KED）模式，在碰撞/反應(yīng)池中通入氦氣作為碰撞氣，可破壞多原子離子結(jié)構(gòu)，從而有效消除多原子離子干擾。在正常操作條件下，雙電荷離子的產(chǎn)率通常都較低（＜1%），本文不做探討。

非質(zhì)譜干擾主要源于ICP-MS在分析過程中產(chǎn)生的基體效應(yīng)，比如樣品基體和純標準溶液之間存在差異而引起待測元素檢測信號出現(xiàn)抑制或增強等問題，另外儀器檢測時產(chǎn)生的漂移也會引起待測元素信號值的波動。采用內(nèi)標法定量可以監(jiān)測信號漂移，消除基體效應(yīng)的影響。內(nèi)標元素應(yīng)與待測元素的質(zhì)量數(shù)接近且化學性質(zhì)相似，并且在樣品中含量極低。本試驗采用1.0 mg/L的Sc、Ge、In、Bi內(nèi)標混合溶液，經(jīng)由三通管在線加入，儀器自動匹配，校正基體效應(yīng)干擾而產(chǎn)生的信號漂移，提高定量精度。

2.3 標準曲線與檢出限

以待測元素的質(zhì)量濃度（μg/L）為橫坐標，以待測元素與內(nèi)標元素質(zhì)譜響應(yīng)值的強度比為縱坐標，內(nèi)標法定量，繪制標準曲線，結(jié)果見表3。本試驗中所有被測元素線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)均在0.999 7～1.000 0，線性關(guān)系良好。測定11個試樣空白溶液，計算試樣空白溶液中各元素測量值的標準偏差，以3倍標準偏差對應(yīng)的濃度值作為各被測元素的檢出限，經(jīng)計算該方法的檢出限為0.000 27～0.006 20 mg/kg。

表3 11種元素的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限Table 3 Linearity ranges，equations of linear regression，correlationcoefficientsand detection limits of 11 elememts

續(xù)表3

2.4 方法的回收率和精密度

平行稱取6份F1（張亞3號）胡麻籽粉樣品，分別加入一定量標準溶液，按照“1.2.1”樣品前處理及“1.2.2”儀器工作條件進行6次獨立試驗，計算回收率，結(jié)果見表4。經(jīng)計算各元素的加標回收率為90.6%～109.5%，相對標準偏差RSD為1.60%～7.33%，表明該方法具有良好的重復性和準確性。

表4 方法的回收率及精密度 （n＝6）Table 4 Recovery and precision of themethod（n＝6）

2.5 實際樣品的測定

采用本試驗方法，對所收集的10個不同品種的胡麻籽樣品進行測定，每個樣品稱量6份做平行試驗，結(jié)果見表5。V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn都是人體必需微量元素，本次檢測的胡麻籽中其含量從高到低依次是 Mn＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞V，其中 Mn含量31.2～78.0mg/kg、Zn含量39.4～53.1 mg/kg、Cu含量 12.4～17.7 mg/kg、Ni含量 1.02～2.49 mg/kg、Cr含量 0.487～0.992 mg/kg、V含量 0.067 1～1.310 0 mg/kg。As、Cd、Sb、Tl、Pb不是必需微量元素，其含量從高到低依次為 Cd＞Pb＞As＞Sb＞Tl，其中 Cd含量 0.014 4～0.072 3 mg/kg、Pb含量 0.054 1～0.194 0 mg/kg、As含量 0.011 4～0.245 0 mg/kg、Sb含量 0.007 94～0.026 50 mg/kg、Tl含量 0.002 05～0.017 20 mg/kg。依據(jù) GB 2762—2017《食品中污染物限量》，以谷物作為參考標準，Cr、As、Cd、Pb 4種礦質(zhì)元素的限量要求依次為 Cr≤1.0 mg/kg、As≤0.5 mg/kg、Cd≤0.1 mg/kg和 Pb≤0.2 mg/kg。從表 5可以看出，10個不同品種的胡麻籽樣品中，這4種元素的含量均低于國家標準規(guī)定的限量。其中，F(xiàn)5樣品（輪選3號）中的 V、Cr、Mn、Ni、As、Cd、Sb、Pb 8種元素的含量均高于其他 9種胡麻籽樣品，而 Tl元素未被檢出；F7樣品（壩選3號）中的Mn、Ni、As、Cd、Sb、Pb 6種元素的含量均低于其他9種胡麻籽樣品，該差異可能與胡麻籽品種或產(chǎn)地有關(guān)。

表5 樣品測定結(jié)果（n＝6）Table 5 Test results of samples（n＝6） mg/kg

3 結(jié)論

本文建立了微波消解結(jié)合 ICP-MS法測定不同品種胡麻籽中 V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Tl、Pb 11種礦質(zhì)元素的分析方法。采用ICP-MS中的動能歧視（KED）模式消除了分析中的質(zhì)譜干擾，采用內(nèi)標法定量克服了基體效應(yīng)的影響并補償了信號漂移，提高了測定結(jié)果的準確性。在所測線性范圍內(nèi)，各元素線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)均高于0.999 0，方法檢出限在0.000 27～0.006 20 mg/kg，加標回收率在90.6%～109.5%，相對標準偏差RSD在1.60%～7.33%。該方法準確可靠，靈敏度高，可用于同時測定胡麻籽中的多種礦質(zhì)元素。通過對收集的10個不同品種的胡麻籽中11種礦質(zhì)元素的含量進行分析，結(jié)果表明，胡麻籽含有V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn這6種人體必需微量元素，其含量從高到低為 Mn＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞V，其中 Mn含量 31.2～78.0 mg/kg、Zn含量39.4～53.1 mg/kg、Cu含量 12.4～17.7 mg/kg、Ni含量 1.02～2.49 mg/kg、Cr含量 0.487～0.992 mg/kg、V含量 0.067 1～1.310 0 mg/kg。參照 GB 2762-2017《食品中污染物限量》中谷物的限量標準，Cr、As、Cd、Pb 4種礦質(zhì)元素的含量均低于國家標準規(guī)定的限量。本文所建立的分析方法，有利于掌握胡麻籽中礦質(zhì)元素的含量水平，可為胡麻種植及胡麻籽食品加工提供理論依據(jù)。