蔬菜中矿物质含量测定、营养评价及风险评估

邓梦雅，朱丽，吴东慧，张协光，邓宏玉

（深圳市计量质量检测研究院，广东深圳518131）

矿物质是人体必需的营养素之一，在体内无法自行产生、合成，必须由外界环境供给。适量的摄入矿物质是维持机体正常生命活动所必需的，但摄入过量或不足都会不同程度的引起机体的不适，甚至引发疾病。蔬菜是人体获取矿物质的主要来源之一，关于蔬菜中矿物质的含量分析已有大量报道[1-2]。但样品的采集具有一定的局限性，并且对于以颜色分类的蔬菜中矿物质元素的比较和分析报道较少。

食物的营养评价是科学认识食物的基础，现有的营养评价方法包括食物营养质量指数法（index ofnutrition quality，INQ）、氨基酸评分法（amino acids core method，AAS）、经消化率校正氨基酸评分法（protein digestibility corrected amino acids core method，PDCAAS）等[3]。食物营养质量指数法（INQ）反映食物热量满足人体需求的同时，所含的某种营养素是否也能达到人体需求[4]。该方法将热量与营养素充分结合，更全面的评价膳食营养平衡，在食物营养分析的研究中得到原来越多的运用。

传统食品安全风险评估主要针对食品中的化学物（包括食品添加剂、污染物、农药残留等）和致病微生物，评估方法比较成熟[5-6]。但随着生活水平的提高，消费者较以前摄入更多的营养素物质，加之消费者消费意识的提高，各国政府在关注食品安全的同时也开始关注营养元素摄入量对人体带来的健康收益与风险[7]。2005年5月，FAO/WHO就营养素物质的高摄入量发表了风险评估过程联合报告，并推出营养素安全摄入上限（upper levels，UL）风险评估模型，以评估和管理营养素过量摄入风险[5]。中国在制定中国居民膳食营养素参考摄入量（Dietary Reference Intakes，DRIs）时已引入营养素的风险评估工作，并制定了大部分营养素的安全摄入上限。目前我国关于蔬菜中矿物质的风险评估主要涉及铅、镉、汞等有害重金属，关于矿物质营养素含量安全性的评估的研究报道较少。

本文将以颜色分类，选择常见的10种深色（绿、黄、红、紫色）、10种浅色（白色）蔬菜作为研究对象，采用电感耦合等离子体发射光谱法（inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer，ICP-OES） 和电感耦合等离子体质谱法（inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）测定 20 种蔬菜中钙、钾、钠、镁、铁、锌、铜、锰、硒、碘、钼共11种矿物质的含量，以食物营养质量指数法（INQ）比较分析深、浅色蔬菜中矿物质的营养价值差异，并以营养素安全摄入上限（UL）为标准，对每日从这20种蔬菜中摄入的矿物质含量进行分析和评估，以期为居民科学地选购蔬菜、保障膳食营养提供指导性意见。

1 材料与方法

1.1 样品采集

10种深色蔬菜（菠菜、芥菜、茼蒿、韭菜、青花菜、胡萝卜、南瓜、红辣椒、红苋菜、赤甘蓝）、10种浅色蔬菜（白萝卜、大白菜、茭白、冬瓜、沙葛、结球甘蓝、洋葱、花椰菜、结球白菜、西芹）：深圳市大型农贸市场。

1.2 试剂与仪器

钙、钾、钠、铁、锌、铜、锰元素标准溶液（1000μg/mL）：中国计量科学研究院；镁、硒、钼元素标准溶液（1 000μg/mL）：国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院；碘化钾（99.9%）：Alfa Aesar；硝酸（GR）：德国默克股份两合公司；盐酸（GR）：广州化学试剂厂；30%过氧化氢（AR）：西陇化工股份有限公司；25%四甲基氢氧化铵（GR）：上海阿拉丁；试验用水为超纯水（电阻率≥18.20MΩ·cm）；试验器皿均用20%硝酸溶液浸泡24 h，再用超纯水冲洗干净晾干。

6300 series电感耦合等离子体发射光谱仪：美国Thermo；7700 X电感耦合等离子体质谱仪：美国安捷伦；Mars6微波消解仪：美国CEM；Milli-Q超纯水机：美国Millipore。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

将样品洗净、烘干后剪碎混匀，准确称取约0.5 g（精确至0.000 1 g）于微波消解罐中，加入5mL硝酸、2mL过氧化氢，旋紧外盖置于微波消解仪中，微波消解条件见表1。

表1 微波消解条件Table1 Procedureofm icrowave digestion

待冷却至室温后，打开消解罐，在电热板上加热赶酸，冷却后转移到25.0mL容量瓶中，用蒸馏水少量多次洗涤消化罐，合并洗液，用水定容至刻度，混匀，过0.45μm水溶性滤膜，滤液备用。对同一试样进行平行试样测定，同时做试剂空白试验。

碘：准确称取混匀后样品约2 g（精确至0.000 1 g）于样品瓶中，加入5mL水、1mL四甲基氢氧化铵，混匀密封，置于90℃烘箱中3 h。待冷却至室温后，取样液10mL于离心管中，于离心机中3 000 r/min离心10min。取上清液过0.45μm水溶性滤膜，滤液备用。对同一试样进行平行试样测定，同时做试剂空白试验。

1.3.2 仪器分析

ICP-OES仪器工作参数：射频功率1 150W、样品提升量1.85mL/min、雾化器1.72×105Pa、辅气流速0.5 L/min、积分时间10 s、样品冲洗时间30 s，选用的元素分析谱线见表2。

表2 元素分析谱线Table2 Elem entanalysis line

ICP-MS仪器工作参数：

硒、钼：射频功率1500W、等离子体气流量15L/min、载气流量0.80 L/min、辅助气流量0.40 L/min、氦气流量4mL/min～5mL/min、雾化室温度2℃、样品提升速率0.3 r/s、分析模式为碰撞反应池、雾化器为高盐/同心雾化器、镍/铂锥、采样深度8mm～10mm、跳峰采集模式、自动检测方式、每峰测定点数1～3、重复2次～3次。选择硒元素同位素（78Se）及内标同位素（72Ge/103Rh/115In）、钼元素同位素（95Mo）及内标同位素（103Rh/115In）进行测定。

碘：射频功率1 550W、等离子体气流量15 L/min、载气流量0.80 L/min～0.90 L/min、辅助气流量0.30L/min～0.40 L/min、分析时泵速0.10 r/s、采样深度8mm～10mm、雾化器为高盐/同心雾化器、半导体制冷雾室，控温在2℃、石英炬管、碰撞池气体氦气流量4mL/min～5mL/min，每测一个样品，进样系统的冲洗时间大于60 s。选择碘元素同位素（127I）及内标同位素（125Te/130Te）进行测定。

1.3.3 数据处理方法

用公式（1）计算20种蔬菜中各矿物质元素INQ值。用公式（2）计算蔬菜中矿物质元素含量与可耐受最高摄入量（UL）的比值，即%UL。

式中：营养素密度=100 g食物中某营养素含量/指定人体每日所需该营养素量；热量密度=100 g食物的热量/指定人体每日所需热量。

根据INQ定义，当INQ＞1时，食物提供营养素的能力大于提供热量的能力，即热量满足需求时，营养素有盈余；当INQ=1时，食物提供营养素的能力等于提供热量的能力，二者满足人体需求的能力相当；当INQ＜1时，食物提供营养素的能力小于提供热量的能力，必须摄入过量的热量才能满足营养素的需求。热量的过多摄入不利于人体健康，因而INQ≥1的食物为优质食物，INQ＜1的食物为劣质食物[4]。

式中：C代表蔬菜中矿物质元素含量，mg/kg，IR代表蔬菜的日均消费量，kg/d，UL代表可耐受最高摄入量，mg/d。

根据%UL定义，当%UL≤100%时，表示风险可以接受，%UL越小，风险越小；%UL＞100%时，表示风险不可接受的[8]。

2 结果与分析

2.1 矿物质元素含量分析

20种蔬菜中各矿物质元素含量见表3。

表3 蔬菜中矿物质元素含量Table3 The contentofm ineralelem ents in vegetables

续表3 蔬菜中矿物质元素含量Continue table3 The contentofm ineralelements in vegetables

由表3可知，不同蔬菜中各元素含量存在一定差异。蔬菜中均含有钙、钾、钠、镁、铁、锌、铜、锰8种矿物质，其含量排序为：钾＞钙＞钠＞镁＞铁＞锌＞锰＞铜。部分蔬菜中含有硒、碘、钼3种矿物质，其中含硒蔬菜种类最少。菠菜、茼蒿矿物质种类最为丰富，均含有11种矿物质。菠菜中钾、镁、锌、铜含量最高，分别为655、100、0.70、0.12mg/100 g，而钾、锌是其他蔬菜的 1.5 倍～6倍，镁是其他蔬菜的1.5倍～15倍。红苋菜中钙、铁、硒含量最高，分别为 177、7.00、2.37 μg/100 g，而钙是其他蔬菜的1倍～50倍，铁是其他蔬菜的2倍～50倍。韭菜中锰、碘含量最高，分别为 0.63、18.4μg/100 g，而锰是其他蔬菜的1.5倍～30倍。南瓜中钼含量最高，为18.8μg/100 g。西芹中钠含量最高，为145mg/100g，是其他蔬菜的1.5倍～150倍。深色蔬菜中矿物质含量普遍高于浅色蔬菜。除钠之外，其他矿物质元素均在深色蔬菜中含量最高。此外，大多数含硒蔬菜为深色蔬菜，浅色蔬菜中仅结球甘蓝含硒。

综上所述，深色蔬菜矿物质含量大于浅色蔬菜矿物质含量，而深色蔬菜中又以菠菜最佳，不仅矿物质种类丰富，矿物质含量也高。但元素含量多少并不能全面评价蔬菜的矿物质营养价值，需辅以其他方面的分析。

2.2 矿物质元素营养评价

美国R.G.Hansen等[9]于1979年提出“营养质量指数（INQ）”概念，并认为相对于营养素的绝对含量，用INQ法评价某种食物中的营养质量优劣更直观。INQ法将热量与营养素含量结合起来，通过营养素密度与热量密度的比值，反映一定量某种食物满足人体热量需求的程度和满足人体营养素需求的程度的关系，既当人体从食物中获得的热量足够时，某种营养素是否足够。因此，本文采用INQ法对蔬菜中矿物质元素进行营养评价。

运用公式（1）对20种蔬菜中各矿物质元素的INQ值进行计算，结果见表4。

表4 蔬菜中矿物质元素INQ值Tab le4 The INQ valuesofm ineralelements in vegetables

续表4 蔬菜中矿物质元素INQ值Continue table4 The INQ valuesofm ineralelements in vegetab les

由表4可知，所有蔬菜中钾、镁的INQ值均大于1，表明当蔬菜达到人体热量需求时，钾、镁也满足人体需求，并有所盈余，其中钾在茼蒿中INQ值最高，为28.18，镁在红苋菜中最高，为23.06。除镁以外，红苋菜中钙、铁、锌、硒INQ值最高，分别为25.89、51.29、3.98、4.63，所含其他矿物质元素INQ值均大于1。韭菜中锰、碘、钼 INQ 值最高，分别为 14.88、16.24、13.85，所含其他元素中除了钠，INQ值均大于1。芥菜中铜INQ值最高，为12.36。西芹中钠INQ值最高，为18.09。

菠菜、茼蒿中矿物质种类最齐全，茼蒿中11种矿物质INQ值均大于1，表明食用一定量的茼蒿，可满足人体对11种矿物质的需求，而菠菜除了硒，其他元素INQ值均大于1。其次，红苋菜、韭菜、花椰菜、结球白菜均含有10种矿物质元素，且所含元素INQ值均大于1，其中红苋菜各个矿物质元素的INQ值均比较高，营养价值突出。而芥菜含有9种矿物质，赤甘蓝含有8种矿物质，所含矿物质元素INQ值均大于1。剩余蔬菜中均出现矿物质元素INQ值小于1的情况，表明仅食用该蔬菜不能满足人体对某种矿物质元素的需求。

由此可得，深色蔬菜的矿物质元素种类普遍比浅色蔬菜多，且深色蔬菜所含矿物质元素的INQ值较高，营养价值较浅色蔬菜高，其中以红苋菜营养价值最为突出，而茼蒿营养价值最为全面。

2.3 矿物质元素风险评估

矿物质是食物中可供机体能量、构成机体结构以及具有生理调节功能的化学物质。适量的摄入矿物质是机体健康生长发育所必需的，当摄入量不足或者缺乏时，机体会出现一定程度的营养不良甚至营养缺乏疾病，当摄入量超过某一上限时，机体出现类似其他化学物质毒性作用的风险程度开始提高。因此，在确定某些矿物质元素适宜摄入水平的同时，需要对其进行风险评估，以保障摄入量安全性。营养素安全摄入上限（UL）是指营养素物质对目标人群（包括敏感个体）不产生不良作用的最高日摄入量，在这种摄入水平下，即使每天摄入某种营养素，也不会对目标人群带来疾病风险[5-6]。目前，国际上广泛接受的营养素物质风险评估方法主要是UL法。牛犁天等[10]以2013版DRIs中的微量营养素 UL、RNI（AI）数据为基础，根据营养素安全范围的大小，将营养素风险等级分为A、B、C 3级。其中A级的营养素安全范围最窄，容易发生过量摄入的危险，包括碘、钙、锰、铁、硒、锌元素。因中国尚未制定钾、钠相应的UL值，本文根据牛犁天等[10]人的研究结果，对钙、镁、铁、锌、铜、锰、硒、碘、钼9种矿物质元素加以分析。

运用公式（2）计算蔬菜的矿物质元素风险的平均风险和最大风险，其中蔬菜各年龄段的日均摄入量参考了唐洪磊[11]等的研究结果，矿物质元素风险结果见表5。

由表5可知，来自蔬菜的矿物质元素摄入风险均很低，风险指数远小于100%，表明各年龄段人群从蔬菜中摄入矿物质元素的量是安全的。值得重点关注的是镁元素，其在各年龄段人群中的平均风险指数和最大风险指数均远大于其他元素，在日常饮食选择时，需关注镁元素摄入风险。所有元素的平均风险指数与最大风险指数呈正比例关系，即平均风险指数最大，其对应最大风险指数亦最大。镁、铜、硒、钼元素的最高点均位于在2岁～5岁年龄段人群中，其风险指数范围分别为13.6%～67.0%、3.6%～10.7%、0.4%～2.6%、6.7%～31.5%。钙、铁、锌、锰、碘元素的最高点均位于在60岁以上年龄段人群中，其风险指数范围分别为8.9%～32.5%、6.7%～29.7%、2.7%～6.9%、7.7%～20.2%、1.7%～6.8%。由此可见，本文研究涉及的矿物质元素的风险最高点集中于2岁～5岁、60岁以上两个年龄段人群，这与2岁～5岁年龄段人群UL值最低，以及60岁以上人群蔬菜日均消费量最高有关。

表5 不同人群矿物质元素风险指数Table5 The risk index ofm ineralelem ents in peop leof differentages %

3 结论

通过对20种蔬菜（10种深色蔬菜、10种浅色蔬菜）中矿物质元素的测定，发现蔬菜中矿物质含量存在一定差异，矿物质元素的平均含量依次为：钾＞钙＞钠＞镁＞铁＞锌＞锰＞铜，其中钾、钙、钠、镁4种元素的含量明显高于其他元素。部分蔬菜中含有硒、碘、钼3种矿物质，其中含硒蔬菜种类最少。深色蔬菜矿物质含量大于浅色蔬菜矿物质含量。通过INQ法对蔬菜中矿物质进行营养评价，发现所有蔬菜中钾、镁在达到人体热量需求时，均能满足人体需求，并有所盈余。深色蔬菜的矿物质元素种类普遍比浅色蔬菜多，且深色蔬菜的营养价值比浅色蔬菜高，其中以红苋菜营养价值最为突出，而茼蒿营养价值最为全面。通过UL法对蔬菜中矿物质元素进行风险评估，发现来自蔬菜的矿物质元素摄入风险均很低，风险指数远小于100%，表明各年龄段人群从蔬菜中摄入矿物质元素的量是安全的。因此，在日常膳食选择当中，蔬菜可作为人体获取矿物质元素的丰富的、安全的来源，而深色蔬菜在矿物质营养价值方面普遍比浅色蔬菜高，可为居民的选择提供参考。

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