不同肉类食品肌肉组织中微量元素的分布研究

刘宏伟，聂西度，谢华林

（1.湖南工学院材料与化学工程系，湖南衡阳421002；2.长江师范学院化学化工学院，重庆涪陵408100）

肉类食品是指动物的脂肪组织、结缔组织、皮下组织和肌肉，含有丰富的优质蛋白质，可以提供人体所需的全部氨基酸，特别是能提供人体所必需而又不能通过人体自身合成的8种氨基酸，当肉类食品被人体摄取后，肉类中的蛋白质在人体内消化分解产生氨基酸被人体吸收；肉类食品中的脂肪含量较高，主要包括多种脂肪酸、甘油三酯以及少量的胆固醇、游离脂肪酸、卵磷脂和脂溶性色素等，可以为人体提供热量和必需的脂肪酸；肉类食品中含有较多的维生素B、尼克酸以及维生素A、D等，可以提供人体所必需的各种维生素；肉类中还含有丰富的人体必需的微量元素，因此，肉类食品与谷类、蔬果等食物相比，肉类食品往往被认为是营养价值更高的食物。

肉类食品主要包括牲畜、家禽、海鲜等三种，不同肉类食品具有许多相似性，但差异极大，与动物的种类、身体的部位、生长环境均有关系，相关的研究报道较多[1-6]，但对于不同种类肉类食品中微量元素含量的差别研究鲜有报道。本实验借助微波消解仪提取了猪肉、牛肉和羊肉中的微量元素，采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-MS）法测定其中的Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Pb等14种微量元素，为合理调节人体的膳食结构、正确认识不同肉类食品中微量元素的组成分布均具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Pb单元素标准溶液（1000μg/mL），In内标溶液（1000μg/mL） 购自国家标准物质研究中心；HNO3、H2O2均为优级纯；实验用水 为超纯水（电阻率≥18.2MΩ·cm）。

7500c电感耦合等离子体质谱仪 美国Agilent公司；Milli-Q超纯水机 美国Millipore公司；MARSX微波消解系统 美国CEM公司。

1.2 样品处理

取市场购买的新鲜前腿肌肉样品，剔除可见脂肪和结蹄组织后置于冰箱冷冻和保存，分析时准确称取样品0.5000g于微波消解罐内，然后加入4mL HNO3、1mL H2O2，放置10～15min后放入消解炉内，微波消解采用升压控制模式，消解程序为：压力1517kPa，爬升时间30min，温度190℃，保持时间5min。消解结束后冷却至常温，打开消解罐，用超纯水转移至100mL容量瓶中，定容待测，同时做空白样品。所有空白、标准、待测液均通过双蠕动泵进样系统在线加入1.0μg/mL的In内标溶液。

1.3 质谱仪工作参数

采用仪器调谐溶液对ORS-ICP-MS仪器条件进行最优化，经优化后的仪器工作参数见表1。

表1 ORS-ICP-MS的仪器操作条件及参数Table 1 Operation parameters of ORS-ICP-MS

2 结果与讨论

2.1 检测模式的选择

多原子离子干扰是无机质谱分析中最主要也是最常见的干扰，复杂基体的存在加大了多原子离子的严重性，直接影响了待测同位素的准确性。采用高分辨电感耦合等离子体质谱技术可消除大量的质谱干扰[7-9]，但仪器设备昂贵，操作复杂，同时也会降低待测同位素的灵敏度。采用碰撞/反应池技术是专门为消除质谱干扰中的多原子离子干扰而设计的，带ORS的ICP-MS通常以三种不同模式中的一种进行操作，这三种模式能快速简单地在一个单独的数据采集过程中转换使用，已广泛应用于食品分析与检测[10-12]。

2.1.1 Normal模式 又称标准模式，在ORS中没有气体，仪器工作方式与常规的带四极杆的ICP-MS一样，所有元素均可以获得较高的灵敏度，但由于其分辨率较低，最大分辨率是1000，对于多原子离子干扰和同量异位素不能很好地分开，该模式只能用于一些轻干扰元素或无干扰的元素。本实验过程中Mo、Cd、Pb等三个待测元素属于高质量元素，所受轻微质谱干扰可以忽略，选择Normal模式进行测定。

2.1.2 He碰撞模式 在ORS中通入He气与多原子离子发生碰撞降低干扰，适用于受多原子离子干扰的所有元素分析，如多原子离子40Ar12C+对52Cr+、23Na40Ar+对63Cu+、40Ar35Cl+对75As+的干扰。其工作原理是基于物理方法消除干扰，由于多原子离的体积大于受其干扰的待测离子，与He气发生碰撞的几率远大于待测离子的几率，干扰离子由于受到碰撞的机会多会失出更多的能量而不能进入质量分析器，待测离子由于受到的碰撞少则具有较高的动能顺利进入质量分析器实现与多原子离子干扰分离，这一过程又称干扰离子动能歧视（KED）模式。He碰撞模式最大的优势是仪器设置一次即可消除所有干扰，由于He气是惰性气体，因此在碰撞/反应池中也不会形成新的干扰物。本研究考察了待测元素Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se在He碰撞模式下背景等效浓度（BEC）浓度的变化情况，研究表明，除K、Ca、Fe、Se等4个元素以外，其他元素在He碰撞模式下BEC浓度均大幅度降低1～3个数量级，消除了多原子分子离子的干扰，本实验过程中待测元素Na、Mg、Mn、Ni、Cu、Zn、As选择He碰撞模式。

2.1.3 H2反应模式 在ORS中通入H2，待测元素与H2发生反应从而避开多原子离子的干扰，在H2反应模式，干扰离子在进入质量分析器之前会通过H2发生反应或发生电荷转移被除去，本实验在反应过程中详细地研究K、Ca、Fe、Se等元素在H2反应模式BEC的变化情况，确定了这四个待测元素选择H2模式。

2.2 方法的检出限

在优化的实验条件和上述操作条件下，以样品空白溶液重复测定11次，计算标准偏差，取3倍标准偏差所对应的浓度为各待测元素的检出限；用样品空白溶液重复测定11的标准偏差的10倍所对应的浓度为各待测元素的测定下限，从表2可以看出，除Ca、Fe、Zn以外，其他待测元素的检出限均小于0.1μg/L，测定下限在0.017～0.634μg/L之间，完全能满足样品的分析要求。

表2 方法的检出限和测定下限Table 2 Detection limit and reliable quantitation limit of the method

2.3 标准物质GBW10018的分析

按上述选定的实验步骤和分析条件对国家一级标准物质鸡肉（GBW10018）重复测定11次，测定结果如表3所示，所有待测元素的测定值与标准值一致，所有待测元素的测定值与标准值经T检验测定无显著性差异，说明方法具有良好的准确度和精密度。

表3 标准物质分析结果（μg/g）Table 3Analytical results of standard material（μg/g）

表4 样品分析结果（μg/g）Table 4 Analytical results of samples（μg/g）

2.4 样品分析

应用上述方法对市场购买的猪肉、牛肉和羊肉的前腿肌肉样品进行分析，每个样品重复测定5次，取平均值，各样品的分析结果见表4。肉类食品中含有丰富的Ca、Fe、Zn、Mn、Cu、Se和Mo等人体所必需的微量元素，不同品种肉类间微量元素差别较大。通过T检验方法测定不同品种肉类间微量元素之间存在显著性差异（p＜0.05），且三种肉类食品中重金属的含量较低。

三种肉类食品中K含量最高，K是细胞内的主要电解质，对协助维持稳定的血压及神经活动的传导起着非常重要的作用，尤其是维持心肌细胞的正常功能，K能防止中风，维持正常的肌肉收缩和体液酸碱平衡；三种肉类食品中Na的含量仅次于K，Na是细胞外液中的主要离子，参于水的代谢，保证体内水的平衡，调节体内水分与渗透压，与K一起维持体内的酸碱平衡，对ATP的生产和利用、心血管功能、肌肉运动、能量代谢、维持血压正常、增强神经肌肉兴奋性均有重要作用；Mg和Ca在肉类食品中含量也很高，在人体内，Mg是仅次于K的第二重要微量元素，在样品分析中其含量仅次于K和Na，Mg能激活体内多种生物酶，维持核酸的稳定结构，抑制神经的异常兴奋，参与体内蛋白合成、肌肉收缩及体温调节等，并还具有维持生物膜电位的作用，Ca是构成牙齿和骨骼的主要成分，也可以帮助血液凝固，复活血液中的酵素，平衡人体的内分泌系统，维持心脏的正常收缩，以及控制神经感应性和肌肉的收缩；Fe的含量在三种肉类食品中与Zn含量相当，Fe是人体内含量最多的过渡金属元素之一，是血红蛋白的重要组成成分，是血液中输送氧与交换氧的重要元素，也是许多酶的组成成分和氧化还原反应酶的激活剂，Fe在人体中主要参与人体的能量代谢、造血功能及免疫功能；而肉类食品中所含对人体有害的生物毒元素Ni、As、Cd、Pb的含量较低。

3 结论

本实验采用八极杆碰撞/反应池技术的He碰撞模式和H2反应模式，把分析物干扰物与He碰撞形成小质量原子或通过与H2反应将分析物转移到其他位置，避开了多离子原子的干扰。实验结果表明，肉类食品中含有丰富的Ca、Fe、Zn、Mn、Cu、Se和Mo等人体所必需的微量元素，不同品种肉类间微量元素具有显著性差异（p＜0.05），三种肉类食品猪肉、牛肉和羊肉中重金属的含量较低。

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