8种谷类食物中矿质元素的测定分析*

徐娟，郑志锋，刘祥义，李云仙，雷然

(1.西南林业大学 理学院，云南　昆明 650224；



8种谷类食物中矿质元素的测定分析*

徐娟1，郑志锋2，刘祥义1，李云仙1，雷然1

(1.西南林业大学 理学院，云南昆明 650224；

2.云南省高校生物质化学炼制与合成重点实验室西南林业大学材料工程学院，云南昆明 650224)

采用微波密闭消解法处理样品，以电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定了大米、小米、黑米、高粱米等8种谷物中的15种矿质元素的含量。结果表明，这8种谷物中均含有对人体有益的Ca、K、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、B、Mo等元素，不同的谷类食物中矿质元素的含量存在一定的差异；对比研究发现作为药食两用的薏仁米矿质元素含量较丰富，玉米中元素矿物含量相对较少。加标回收实验证明ICP-AES法测定元素的相对标准偏差RSD小于5.00%，方法简单、准确度高，且可同时测定多种元素，环境污染小。

电感耦合等离子体发射光谱分析法；谷类食物；常量元素；微量元素

谷类主要是指禾本科植物的种子，主要包括稻米(Oryzasatira)、小麦(Triticumaestivum)、玉米(Zeamays)、小米(Setariaitalica)、黑米(Oryzasativa)、薏仁米(CoixchinensisTod.)、高粱(Sorghumbicolor)等。它们是人类的主食，是人体所需能量最主要、最经济的来源，其主要的营养成分为碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素等[1～2]。长期以来，对食品营养的研究通常都偏重于有机成分的研究[3]。但不少文献报道了微量元素与人体健康、疾病防治有着密切的关系[4～5]。因此掌握不同谷类食物中矿质元素的含量具有极其重要的意义。已有部分学者对谷物食物中如玉米[6]、黑米[7～8]、小麦[9～10]等微量元素进行了测定，但测定的元素种类少，消解检测方法不同，且不同产地的谷类食物微量元素含量也有所差异。

电感耦合等离子体发射光谱分析(ICP-AES)法，是目前微量元素检测中常用方法之一，它能同时测定多种元素，具有检出限低、线性范围宽、灵敏度高、干扰少等优点，已在食品和中药微量元素分析中得到广泛应用。本文采用HClO4-HNO3微波消解谷类样品，结合ICP-AES法对8种谷类食物中的钾、钙、镁、钠、铜、锌、硫、锰、硅等15种元素进行测定分析，以期为谷类食物的食用价值研究、营养开发等提供一定的理论依据。

1　材料与研究方法

1.1材料与试剂

8种测试的谷物：大米、小米、黑米、高粱米、小麦、玉米、薏仁米、糯米采购自云南省昆明市场。

硒Se、钾K、镁Mg、铁Fe、锌Zn、硼B、铜Cu、钙Ca、锶Sr、硫S、硅Si、锰Mn、铌Mo、钠Na、磷P 15种标准储备溶液来自国家钢铁材料测试中心,浓度均为1 000ug/mL；硝酸、高氯酸为分析纯；所用水为去离子水(超纯水)；玻璃仪器均经10%HNO3浸泡过夜，用去离子水清洗。

1.2主要仪器设备

电子天平：AR224CN，美国奥豪斯公司；电热恒温鼓风干燥箱：GZX-GF101-3-BS-Ⅱ/H，上海跃进医疗器械有限公司；电感耦合等离子体发射光谱仪：VISFA-MPX，美国VARIAN公司，其工作条件及工作参数参见文献[11]。

1.3样品处理方法

将样品用去离子水冲洗2～3次，于80℃烘箱中烘干至恒重，将样品分别置于研钵中研碎，过60目筛。

精确称取0.500 0g样品置于消解罐中，加10mL浓硝酸浸泡样品，室温放置过夜。第二天置于电热板上加热至近干，然后补加入1mL高氯酸和4mL浓硝酸，置于微波消解器中，采用程序升压消解法。具体操作如下：0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、1.8MPa各消解5min，消解完成冷却至室温后，将液体转移到50mL容量瓶中，用5%硝酸定容。同时做空白实验。

2　结果与分析

2.1分析波长的选择及方法的检出限

元素分析波长的选取方法及检出限的计算方法与文献[12]报道一致，其结果见表1。

2.2方法准确度

测定国家标准物质大米粉(GBW 10043)，结果见表2。

表1　元素的分析波长及检出限Tab.1　Wave length and detection limits of different elements

表2　标准物质测定结果Tab.2　Determination results of standard substance　mg/kg

测定结果均在标准值范围内。各元素测定含量不同，RSD%大小不同。当含量在100～2 000mg/kg时，RSD%小于3.8%；当含量在10～100mg/kg时，RSD%小于5.3%；当含量在0.01～10mg/kg时，RSD%小于10%，符合国家标准GB/T 27404-2008变异系数规定要求[13]。

2.3样品中各元素测定结果分析

2.3.1常量元素含量分析

将8种谷物样品按1.3的方法处理成测试液，应用ICP-AES法进行分析，每个样品平行测定3次，取平均值。5种常量元素含量结果见表3，10种微量元素含量结果见表4。由表3和表4可知，元素测定含量大于1 000mg/kg时，RSD值均小于3.6%；测定含量在10～1 000mg/kg之间时，RSD值在0.18%～4.2%之间；含量在1～10mg/kg之间时，RSD值在0.5%～8.0%之间；含量小于1mg/kg时，RSD值小于10%，说明方法准确可靠。

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种谷类食物中K元素含量较高(均大于1 200mg/kg)，Na元素含量较低(均小于180mg/kg)。不同的谷类食物中常量元素含量呈现一定的规律性和差异性。如在黑米、高粱米和薏仁米中均表现出P﹥K﹥Mg﹥Ca﹥Na，且含量较丰富；在糯米、大米和小米中P元素和K元素含量相近；在小麦中表现出K﹥P﹥Ca﹥Mg﹥Na。

几种谷类食物对比发现，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种谷类食物中含量最高的。Ca元素在小麦中含量是最多的；玉米中常量元素含量较少，除了K元素为1 209mg/kg，其余4种元素含量均小于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表示未检出或者低于检出限。

2.3.2微量元素含量分析

由表4可知，在8种谷类食物中除了Sr元素均未检出之外，其余9种微量元素均含有。其中Fe含量较高，均超过50mg/kg，且在高粱米中Fe元素含量达到了93.64mg/kg；Mn在各谷类食物中含量差异较大，表现为黑米中最高(93.09mg/kg)，其次为高粱米(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(分别为122.12mg/kg和16.36mg/kg)，含量最低的是玉米(分别为19.33mg/kg和1.40mg/kg)；Se元素在各种谷类食物含量较低且相近，在0.11～0.18mg/kg之间；8种谷类食物对比可知薏仁米中微量元素最丰富，其次是高粱米和黑米。

2.4加标回收实验

选取薏仁米进行加标回收率实验，以此考察方法的准确性与可靠性。按照1.3所述的方法处理样品，重复测定5次，所有待测元素的平均加标回收率均在93.5%～105.19%之间，相对标准偏差在0.29%～4.85%之间。结果表明此方法是可行的，具有较高的准确度和精密度，可以准确测定谷物中的铁、锌、锰、铜、钙等15种矿质元素的含量。

3　结论与讨论

采用微波消解处理样品，用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定了各个试样中15种元素的含量，得到谷类食物中各元素的特征谱线。该方法具有良好的准确度及精密度，加标回收实验表明回收率在93.5%～105.19%，相对标准偏差(RSD)为0.29%～4.85%。研究结果表明，8种谷类食物中均含有K、Ca、Mg、Fe、P等对人体有益的矿质元素，是健康食品。其中，常量元素中，K元素含量较高，Na元素含量较低；微量元素中，Fe含量较高，Se元素含量较低，Sr元素均未检出。8种谷类食物对比可知，薏仁米中微量元素是最丰富的，其次是高粱米和黑米。薏仁米有“天下第一米”之称，能够药食两用，无论是常量还是微量的矿质元素含量均是最丰富的，玉米中的矿质元素含量相对较少。

元素对人体的健康有着重要的生理及病理意义，它与人类的健康密切相关。如铁元素在人体内的主要功能是以血红蛋白的形式参加氧的转运、交换和组织呼吸过程；铜的主要作用是影响铁的吸收、运输和利用，参与造血过程，缺铜会引起心肌细胞氧化代谢紊乱，会产生心肌病变；锌是维持机体生长发育、维持人体正常的味觉功能与食欲、促进正常发育不可缺少的元素之一，还是一种直接或间接抑制癌症的元素[14]。本研究对谷类食物的食用价值、营养开发等提供了一定的理论依据。

[1]汪青.谷类食品的营养价值[J].粮油食品，2003,20(2):42-44.

[2]刘伟萍,刘萍.谷类食品营养价值试论[J].健康之路,2013,12(9):76-77.

[3]贾健斌,杨正雄,赵文华,等.以谷类食物为主人群的蛋白质氨基酸摄入量及健康状况[J].营养学报,2004,26(3)：172-175.

[4]郝彦玲,芮玉奎,郭晶,等.Bt玉米中微量元素锂、硒、钼、铬含量测定[J].光谱学与光谱分析,2007,27(8)：1638-1640.

[5]Drali M,Ozgur D U,Mustafa T,etal.Trace metal levels in mushroom samples from Ordu,Turkey[J].Food Chemistry,2005,91:436.

[6]曾高峰,肖德强,覃健.广西巴马地区大米和玉米中微量元素的检测[J].中国老年学杂志,2011,31(9):3219-3222.

[7]宫葵,辛士刚,王莹.黑米中微量元素含量的测定[J].光谱实验室,2009,26(6):1594-1598.

[8]刘汉卿,郭飞,熊海涛,等.火焰原子吸收光谱法测定三种产地黑米中微量元素含量[J].广东微量元素科学,2009,16(10):60-63.

[9]杨莉琳,刘小京,徐进,等.小麦籽粒微量元素含量的研究进展[J].麦类作物学报，2008,28(6):1113-1117.

[10]赵宁,郭盘江,雷然,等.ICP-OES测定两种松树中的矿质元素[J].光谱实验室,2009,26(1):74-78.

[11]赵宁,杨斌,段育岑,等.ICP-OES测定月季中矿质元素的五种前处理方法比较[J].光谱学与光谱分析,2011,31(8):2256-2258.

[12]徐娟,郑志锋,刘祥义,等.枇杷不同部位多种矿质元素的研究[J].食品工业,2015,36(9):122-124.

[13]国家质量监督检验检疫总局.GB/T 27404-2008.实验室质量控制规范食品理化检测[S].北京:中国标准出版社,2008.

[14]陆艳琦.微量元素与人体健康[J].河南教育学院学报(自然科学版),2002,11(4):36-39.

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，Fe，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

云南省教育厅科学研究基金重大专项项目(ZD2014012)，云南省教育厅项目(2015Y301)。

徐娟(1982-)，女，实验师，硕士，主要从事分析测试及生物质能源的研究。E-mail: 58045846@qq.com

简介:郑志锋(1975-)，男，教授，博士，博士生导师，主要从事生物质能源与材料的研究与教学工作。

E-mail: zhengzhifeng@swfu.edu.cn

TS 210.7;O 657.3

A

1672-8246(2016)05-0140-04