16个燕麦品种中5种金属元素含量的比较
2019-07-02
(吕梁学院生命科学系，山西 吕梁 033000)
燕麦(AvenasativaL.)为禾本科植物，又称为莜麦、油麦、玉麦、雀麦、野麦、铃铛麦，是我国种植历史悠久、种植面积广泛的一种高寒作物，具有抗逆性强、适应能力强的特点[1-2]。燕麦具有较高的经济价值和营养价值，燕麦中各种氨基酸的比例相对均衡，同时，燕麦又是一种功能性食品，所含的β-葡聚糖和膳食纤维，可以预防糖尿病、心血管疾病和大肠癌；燕麦也可以作为畜牧业的饲料[1-9]。随着生活水平提高，对健康饮食的要求越来越高，因此，作为功能性食品的燕麦成为了一种人们喜爱的小杂粮和补品。
对生物体而言，金属元素适量时可以作为金属元素的一种补充，缺乏或过量时会产生不利的影响[10-16]。研究表明，一些金属元素与药效的有效发挥密切相关[17]。已有研究对燕麦中的金属元素含量进行了测定[18-23]，但并未涉及到具体品种，因此，对不同燕麦品种中金属元素含量的了解十分有必要。另外，对燕麦营养价值的进一步研究以及金属元素含量在疾病预防中所起的作用也有十分重要的意义。
1 材料与方法
1.1 材 料
1.1.1主要仪器
AA-7021型原子吸收分光光度计，FA 2104 N型电子天平，DS-T 250型粉碎机，RJX-4-9型高温电阻炉等。
1.1.2试验材料
白燕2号(1)，定燕系列：定燕1号(2)、定燕2号(3)，晋燕系列：晋燕8号(4)、晋燕14号(5)、晋燕17号(6)，冀张莜系列：冀张莜3号(7)、冀张莜5号(8)、冀张莜12号(9)、宁莜1号(10)，坝莜系列：坝莜1号(11)、坝莜3号(12)、坝莜4号(13)、坝莜8号(14)、坝莜12号(15)、农旱2号(16)。将燕麦品种进行编号，括号内的数字为其编号。
1.2 试验方法
1.2.1样品处理
1) 测定K、Ca、Mg的样品处理：称取样品0.200 0 g，放入高温电阻炉300 ℃下灰化1 h，550 ℃下灰化3 h，样品呈白色即可，用1∶5盐酸5 mL将灰分溶解，定容于50 mL容量瓶，待测。
2) 测定Fe、Zn的样品处理：称取样品1.000 0 g，灰分用1∶5盐酸2 mL溶解，并定容至20 mL，其余步骤与测定K、Ca、Mg的样品处理相同。
1.2.2测量时仪器的最佳工作条件
为得到符合实际样品的测定条件，在空气流量不变的条件下(5.5 L·min-1)，采用3因素3水平的正交试验，具体设计见表1。
表1 正交试验设计
元素及标液浓度/(μg·mL-1)水平A:灯电流/mAB:乙炔流量/(L·min-1)C:燃烧器高度/mm181.85Ca(0.5)29263102.27161.55.5Mg(0.5)271.66381.76.5181.15Zn(0.5)291.263101.3711225Fe(1.2)2132.263142.47171.05K(0.5)281.26391.47
1.2.3标准曲线的绘制
在仪器的最佳工作条件下绘制标准曲线，标准溶液购自国家钢铁材料测试中心。标准溶液的浓度见表2。
表2 标准溶液的浓度
元素浓度/(mg·mL-1)Fe0.00000.10000.20000.50001.00002.00003.0000Zn0.00000.10000.50001.0000K0.00000.05001.00002.0000Mg0.00000.05000.20000.50001.0000Ca0.00000.10002.00005.00008.000010.000020.0000
1.2.4加标回收试验
称取样品1.000 0 g(或0.200 0 g)，按1.2.1步骤处理样品，并分别加入各金属元素的标准液，使之成为高、中、低(分别为已知浓度的120%、100%、80%)3个不同浓度的加标样品，每个浓度3次重复，测定其吸光值。
1.3 数据处理
不同品种金属元素含量的方差分析、多重比较(LSD)使用SPSS 17.0软件，绘图使用Origin 8.0软件。
2 结 果
2.1 正交试验结果
结合表3、表4，根据吸光度，确定Ca、Mg、Fe、K、Zn的最佳工作条件(表5)。
2.2 各金属元素的标准曲线
由表6可知，各金属元素的标准曲线具有较好的线性关系(r在0.993 30～0.999 60之间)。
表3 正交试验结果
实验号 影响因素 吸光度 ABCKCaMgZnFe11110.1390.2220.1890.1230.12121220.1360.3150.1310.1400.43231330.1380.1210.2840.2250.32742120.1490.4300.1290.2870.32352230.1310.2250.1450.2510.22162310.1330.2720.2350.1890.25973130.1380.2630.2880.4290.10883210.1330.3580.2410.1240.14793320.1410.3760.1880.3250.129
表4 正交试验结果
类别K的吸光度ABCk10.1380.1420.135k20.1380.1330.142k30.1370.1370.136R0.0010.0090.007类别Ca的吸光度ABCk10.2190.3050.284k20.3090.2990.374k30.3320.2560.203R0.1130.0490.171类别Mg的吸光度ABCk10.2010.2020.222k20.1700.1720.149k30.2390.2360.239R0.0690.0640.090类别Zn的吸光度ABCk10.1630.2800.145k20.2420.1720.251k30.2930.2460.302R0.1300.1080.157类别Fe的吸光度ABCk10.2930.1840.176k20.2680.2670.295k30.1280.2380.219R0.1650.0830.119
表5 火焰原子吸收法的最佳工作条件
元素波长/nm灯电流/mA光谱通带/nm燃烧器高度/mm乙炔流量/(L·min-1)空气流量/(L·min-1)K766.5081.461.05.5Ca422.70100.761.85.5Mg285.2080.76.51.05.5Zn213.90100.771.05.5Fe248.30120.262.25.5
表6 各金属元素的标准曲线
元素波长/nm线性方程相关系数rCa422.70Y=0.02303X0.99910Mg285.20Y=0.76401X0.99960Fe248.30Y=0.10538X0.99960Zn213.90Y=0.35051X0.99330K766.50Y=0.19729X0.99810
2.3 燕麦的Fe含量
由图1可知，坝莜1号的Fe含量显著高于其它燕麦品种的；定燕2号的Fe含量显著高于定燕1号的；晋燕系列品种中的Fe含量差异不显著；冀张莜5号的Fe含量显著低于冀张莜3号和冀张莜12号的；坝莜3号、坝莜4号和坝莜8号的Fe含量差异不显著。
注：不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。下同。图1 燕麦中Fe的含量
2.4 燕麦的Zn含量
由图2可知，定燕1号的Zn含量显著低于定燕2号的；晋燕系列品种的Zn含量差异不显著；坝莜系列品种中中坝莜1号的Zn含量最低；农旱2号在所有的燕麦品种中Zn含量最低。
图2 燕麦中Zn的含量
2.5 燕麦的K含量
由图3可知，定燕1号的K含量显著高于定燕2号的；晋燕14号的K含量显著低于晋燕8号和晋燕17号的；冀张莜5号的K含量显著低于冀张莜3号和12号的；坝莜系列品种的K含量差异不显著。
图3 燕麦中K的含量
2.6 燕麦的Mg含量
由图4可知，定燕1号的Mg含量显著高于定燕2号的；晋燕8号的Mg含量显著高于晋燕14号和晋燕17号的；冀张莜12号的Mg含量显著高于冀张莜5号的；坝莜系列品种的Mg含量差异不显著。
图4 燕麦中Mg的含量
2.7 燕麦的Ca含量
由图5可知，定燕1号的Ca含量显著高于定燕2号的；晋燕系列品种和冀张莜系列品种的Ca含量差异显著；坝莜8号的Ca含量显著低于其它燕麦品种的。
图5 燕麦中Ca的含量
2.8 加标回收试验结果
各金属元素的回收率在94.3%～102.5%之间，RSD<2.5%(表7)，说明结果可靠。
表7 5种元素的回收率试验结果 单位：%
元素回收率低浓度中浓度高浓度均值RSDCa102.6101.298.2100.72.22Mg92.096.094.894.32.17Fe95.294.896.295.40.76K96.599.297.897.81.37Zn102.0103.7101.8102.51.02
3 讨 论
与前人研究相比，16个燕麦品种的Fe含量和Zn含量均高于国家限量标准[24-25]；且已报道的Fe含量均高于本试验中燕麦品种的Fe含量(坝莜1号除外)[18-22]；而Ca含量高于已报道的Ca含量，16个燕麦品种中Ca含量最低的坝莜8号中的Ca含量为吕琳琳等[20]研究中Ca含量最高的辽宁台安燕麦的3.03倍；Mg含量显著低于湖北燕麦、甘肃燕麦、河北燕麦的Mg含量[19]。无论哪一种金属元素，缺乏或摄入过多都不利于身体健康。
对于不同类型的试验样品、不同型号的原子吸收仪，同一元素的测定条件是不一样的[17,26-35]。试验材料相同，不同型号的原子吸收仪测定同一元素的测定条件不同，不同的参数组合代表了不同型号仪器的最佳工作条件[26,32-33]。同一型号的原子吸收仪在测定同一类型的样品时，测试条件有可能会不同[27-28]。另外，同一型号的原子吸收仪在测定不同种类的样品时，测试条件也不同[30-31,33]。因此，应当根据实际样品，优化原子吸收仪的工作条件。
本研究未采用流行的湿法消解和微波消解[27-28]，而是采用了干法消解样品，干法消解操作简单、安全系数高、污染少，加标回收率在94.3%～102.5%之间，RSD<2.5%，较好地达到了实验目的。不同的样品消解方法有各自的优缺点，应当根据实际情况选择合适的方法，同时达到试验要求。
4 结 论
定燕1号的Ca、Mg、K含量显著高于定燕2号的，定燕1号的Fe、Zn含量显著低于定燕2号的；晋燕系列品种的Fe、Zn含量差异不显著；冀张莜系列品种的Ca含量差异显著；坝莜系列品种的Mg、K含量差异不显著，坝莜8号的Ca含量显著低于其它燕麦品种的。已报道的Fe含量均高于本试验中燕麦品种的Fe含量(坝莜1号除外)；而Ca含量高于已有研究中的Ca含量。人体必需的微量金属元素有10种，本试验测定了人体必需的微量金属元素中的铁和锌，剩余的微量金属元素有必要在后续的实验中进行测定。
