5种作物中9种有益元素含量的测定及比较

王志昱，刘泽静，王颖，孙兆鹏，张晓瑜，王乙惠，张桂芳

（烟台市疾病预防控制中心，山东烟台264003）

5种作物中9种有益元素含量的测定及比较

王志昱，刘泽静，王颖，孙兆鹏，张晓瑜，王乙惠，张桂芳*

（烟台市疾病预防控制中心，山东烟台264003）

检测烟台市售的土豆与小麦粉、玉米粉、大米、小米等作物中铁（Fe）、钙（Ca）、锌（Zn）、铜（Cu）、锰（Mn）、锂（Li）、镍（Ni）、铬（Cr）和钠（Na）等有益金属元素的含量，并比较使用两种消化方法后的检测结果以及这些作物中有益金属元素含量的差异。结果表明采用常规干式灰化法和简化后的干法处理样品对测定结果无显著影响（P＞0.05），两种方法的回收率和精密度均符合试验要求；除了玉米粉和小麦粉中的Cr，这9种元素在5种作物中均有检出；与其它作物相比土豆中除了Fe、Mn、Cr其他元素含量都相对较高。

土豆；小麦粉；玉米粉；大米；小米；干式灰化法；简化后的干法；有益金属元素

土豆，是世界第四大粮食作物，在我国种植历史已有四百多年，2015年1月农业部制定的《2015年种植业工作要点》已经把土豆列为重点，今后土豆很有可能成为我国继稻米、小麦、玉米后的第四大主粮作物。美国农业部中心某报告指出，作为食品，土豆可以提供人体所需的全部营养物[1]；英国皇家科学院院士John Reader说：“马铃薯是集所有营养之大成的人类最佳营养来源[2]。土豆与小麦粉、玉米粉、大米、小米等谷物中都含有丰富的有益金属元素，例如Ca、Na等常量元素，Fe、Cu、Zn、Mn、Ni等微量元素，Li、Cr等据报道对人体有益的金属元素[3-4]，这些金属元素在人体内通过与核酸、蛋白质、酶、激素等生物有机物形成螯合物等形式参与人体正常的生理、生化过程对维持人体正常功能发挥着作用[5]。人体每天所需要的能量有三分之一由主食供给，主食是摄取有益金属元素的一个重要途径。因此，测定土豆与小麦粉、玉米粉、大米、小米等谷物中有益金属元素元素的含量并进行比较对鉴定土豆与小麦粉、玉米粉、大米、小米等谷物的营养价值具有重要意义，也为在未来几年使土豆成为中国第四大主粮作物提供理论依据，另外对调整烟台地区农作物种植的区域布局和作物结构、烟台市售农作物的销售结构与人们的饮食结构都有一定指导作用。

本文消化样品采用的方法不同于以往常规的干式灰化法和湿式消解法，是在干式灰化法的基础上进行了简化，去掉了进马弗炉灰化的过程，只进行了彻底的碳化，消化后的样品用火焰原子吸收分光光度法进行测定，并将试验结果与常规干式灰化法的试验结果进行了比较分析，旨在为快速准确测定土豆与谷物中 Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Li、Ni、Cr、Na 等金属元素提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 主要试剂与仪器

Hitachi Z-5000原子吸收光谱仪：深圳市图为仪器设备有限公司；ELGA Classic DI MK2超纯水机：济南赛畅科学仪器有限公司；MMM Venticell电热恒温干燥箱：艾力特国际贸易有限公司；Thermo Scientific F6010CN马弗炉：上海纳锘实业有限公司。

硝酸（优级纯）：北京化学试剂研究所；铁、钙、锌、铜、锰、锂、镍、铬、钠单元素标准溶液（浓度均为1 000 μg/mL）：国家标准物质中心。

1.2 样品与处理

土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米各10份：烟台市售的主要品种。

处理方法1（常规干式灰化法）：土豆洗净去皮，切成2 cm～3 cm的薄片，其他谷物进行粉碎处理，之后将样品分别置于表面皿上，放入烘箱，65℃干燥至质量恒定。取1.00 g样品于25 mL瓷坩锅中，电阻炉上碳化后移入马弗炉里灰化，500℃消化5 h。冷却后用3%的硝酸溶解并定容至10 mL。

处理方法2（简化后的干法）：干燥过程同处理方法1。取1.00 g干燥后的样品于25 mL瓷坩锅中，电阻炉上碳化3h。冷却后用3%的硝酸溶解并定容至10 mL。

1.3 方法评价

准确度试验：试验准确性采用加标回收率方法评价。分别计算经过两种不同消化方法后，测得的每份土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米的不同金属元素的加标回收率，并进行汇总和分析。Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Li、Ni、Cr、Na 加标浓度分别为 10、50、10、2、5、5、1、0.1、50 mg/L。

精密度试验：分别选土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米样品各一份，各进行6次重复测定，分析结果并计算实验室内变异系数CV（%）。

1.4 统计分析

数据使用SPSS 17.0进行独立样本Turkey’s差异检验（P＜0.05），分析用两种方法处理样品后元素检测的差异。

2 结果与分析

2.1 准确度试验

元素加标回收率见表1。

由表1可知用干式灰化法消化各元素加标回收率范围为85.5%～103.7%，用简化后的干法消化各元素加标回收率范围为87.3%～101.8%，回收率满足待测组分含量大于 100 mg/kg、1mg/kg～100 mg/kg 和 0.1mg/kg～1 mg/kg时回收率分别在95%～105%、90%～110%和80%～110%的要求[6]。结果表明，用两种方法测定Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Li、Ni、Cr、Na等 9 种元素均有较好的回收率，两种方法没有显著性差别。

表1 元素加标回收率Table 1 Recoveries of elements standard addition

2.2 测定结果及方法精密度

元素测定的试验精密度见表2。

表2 元素测定的试验精密度Table 2 Experimental precision of elements determination

由表2可知用干式灰化法消化各元素实验室内变异系数CV（%）的范围为2.33%～3.84%，用简化后的干法消化各元素实验室内变异系数CV（%）的范围为2.24%～3.59%，满足待测组分含量在100 μg/kg～1 mg/kg、1 mg/kg～10 mg/kg、10 mg/kg～100 mg/kg 及100 mg/kg～1 000 mg/kg的范围时 CV（%）分别小于15%、11%、7.5%、5.3%、3.8%的要求[6]。结果表明，两种方法用于测定土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米中Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Li、Ni、Cr、Na 等 9 种元素均有较好的精密度，对于土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米两种方法的精密度没有显著性差别。

2.3 不同样品消化方法测定的样品中有益金属元素比较

Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Li、Ni、Cr、Na 等元素的测定值经过配对t检验可知，样品经过干式灰化法和简化后的干法消化后测定的各元素的含量没有显著性差异（P>0.05）（见表3），结果与回收率试验结果一致。

表3 两种消化方法测定结果比较Table 3 Differences analysis of the results by two digestion methods

2.4 土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米中有益金属元素含量分析

试验结果表明，土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米中的 Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Li、Ni、Na 均有检出，而玉米粉和小麦粉中的Cr均未检出，见表4。

其中，Fe含量为小米中最高，大米中最低；Ca含量为土豆中最高，小米中最低，小麦粉也具有比较高的Ca含量，仅次于土豆；Zn含量为土豆中最高，小麦粉中最低；Cu含量为土豆中最高，小麦粉中最低。Mn含量为大米中最高，土豆中最低。Li含量为土豆中最高，大米中最低。Ni含量为土豆中最高，小麦粉中最低。大米中的Cr含量较高。Na含量为土豆中最高，小麦粉中最低。

续表3 两种消化方法测定结果比较Continue table 3 Differences analysis of the results by two digestion methods

表4 土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米中9种元素的含量Table 4 Contents of 9 kinds of elements in potato，wheat flour，corn flour，rice and millet

3 讨论

本文对土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米的消化采用了常规干式灰化法和简化后的干法，测定了Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Li、Ni、Cr、Na 等 9 种元素，试验表明两种方法的回收率精密度均符合试验要求，测定结果都无显著性差异，但是简化后的干法省略了常规干式灰化法中灰化这一过程，即不需要放入马弗炉消化，这样就大大的节省了消化的时间，因为马弗炉灰化不仅需要5 h的消化时间，灰化完毕后的散热降温也需要一段时间，因此简化后的干法不仅保证了试验结果的准确性，也提高了试验的效率。在本试验中，简化后的干法之所以可以做到这一点可能是因为土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米的基质较为简单，比较容易消化，因此可以达到常规干式灰化法消化的程度，而测定的这9种元素沸点比较高，适当延长碳化的时间不会导致元素的损失。总之，简化后的干法可以运用于土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米中 Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Li、Ni、Cr、Na等9种金属元素的测定，但是是否适合其他种类样品中的金属元素的测定还有待研究。

本文数据显示，土豆含有丰富的Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Li、Ni、Cr、Na 等 9 种金属元素，并且与小麦粉、玉米粉、大米、小米相比，Ca、Zn、Cu、Li、Ni、Na 的含量最高，同时鉴于其还含有15%～25%淀粉、2%～3%蛋白质、0.7%脂肪[7]等可以为人体提供能量的物质，土豆确实是可以作为人类主粮作物的不错选择。其他几种粮食作物，大米具有较高的Mn含量，Fe却比较低，小米含Ca较低，但是含Fe量高，小麦粉Zn、铜含量较低，但是却有较高的Ca含量，虽然玉米粉的金属元素含量比较均衡，但是相对于土豆、小麦粉、大米、小米蛋白质和赖氨酸等某些成分含量较低，导致玉米营养质量指数偏低[8]，因此不能单一的选用某种粮食作物作为主粮，多种选择可以让人体营养均衡。我国18岁～49岁成年居民膳食营养素中 Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Cr、Na的参考摄入量分别为 12/20 mg/d（男/女）、800 mg/d、12.5/7.5 mg/d、0.8 mg/d、4.5 mg/d、30μg/d、1 500 mg/d[9]，如果一个成年居民每天摄入500 g粮食，那么通过食用土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米均可达到Cu、Mn的参考摄入量，而仅有通过食用土豆可接近Fe、Zn的参考摄入量，玉米粉和小麦粉无法提供Cr，另外这5种作物均无法提供足够的Ca和Na。综上所述，土豆、小麦粉、玉米粉、大米、小米均可为人类提供Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Na、Li等有益金属元素，但是个元素含量不同，因此5种作物相互不可取代，并且仅通过这5种作物的食用无法达到成年居民日常的 Fe、Ca、Zn、Cu、Mn、Cr、Na等元素的摄入，还需要其他食物，比如牛奶、蔬菜、水果等的摄入。

[1]方宪法,吴刚.马铃薯颗粒全粉生产工艺研究[J].粮油加工与食品机械,2002(1)：14-16

[2]John Reader.Man on Earth[M].Landon：University of texas press,1988

[3]吴永胜,董国忠.铬营养的研究进展[J].动物营养学报,2000,12(1)：8-11

[4]江澜.茶叶中硒铬锂的含量及生理功能[J].西南园艺,2001,29(2)：45-46

[5]王彩艳,石欣.宁夏盐池县7种小杂粮中微量元素锌、锰、铜、铁的初步调查[J].中国酿造,2012,31(8)：149-150

[6]中华人民共和国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[S].北京：中国标准出版社,2008

[7]柳硕.土豆营养丰富可作主食[J].群文天地,2008(9)：106-106

[8]张娜,修琳,闵伟红,等.多谷物全营养玉米粉的营养复配及其评价[J].食品工业,2014(6)：98-101

[9]中国营养学会.中国居民膳食营养素参考摄入量[M].北京：科学出版社,2014

Contents and Differences Analysis of 9 Kinds of Beneficial Elements in 5 Kinds of Crops

WANG Zhi-yu，LIU Ze-jing，WANG Ying，SUN Zhao-peng，ZHANG Xiao-yu，WANG Yi-hui，ZHANG Gui-fang*
（Yantai Center for Disease Control and Prevention，Yantai 264003，Shandong，China）

The beneficial metal elements such as Fe，Ca，Zn，Cu，Mn，Li，Ni，Cr，Na in potato，wheat flour，corn flour，rice and millet from markets of Yantai were tested and the detection results by using two digestion methods and the contents of these beneficial metal elements in these crops were compared.It turned out that there was no significant difference（P＞0.05）on the results by using conventional Dry-ash method and simplification of Dry-ash method and that the recovery and the precision of these two methods were both up to the requirement.The 9 kinds of beneficial metal elements in the 5 kinds of crops were all detected except Cr in wheat flour and corn flour.The contents of these elements in potato were higher than other crops except for Fe，Mn，Cr.

potato；wheat flour；corn flour；rice；millet；Dry-ash method；simplification of Dry-ash method；beneficial metal elements

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.17.033

2016-11-16

王志昱（1985—），女（汉），主管技师，硕士研究生，研究方向：食品安全检验、饮用水安全检验、职业卫生检验等公共卫生检验。

*通信作者：张桂芳（1976—），女（汉），副主任技师，硕士研究生，研究方向：食品安全检验、饮用水安全检验、职业卫生检验等公共卫生检验。