内蒙古荞麦和燕麦矿物质测定与分析

冯利芳，郭军

（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古呼和浩特010018）

甜荞麦（common buckwheat）和裸燕麦（caked oat）是内蒙古优势特色粮食资源[1-2]，不仅含有丰富的碳水化合物、蛋白质和脂肪等，还含有多种矿物质元素，尤其荞麦中的Mg 含量非常高[3]。长时间Mg 摄入不足，可能导致心血管疾病和骨质疏松等慢性疾病，Mg 摄入不足问题普遍存在，但却未引起营养界及社会足够重视[4-6]，荞麦中Mg 含量显著高于其它谷物，可以作为天然Mg 元素的最佳来源。目前对荞麦和燕麦的蛋白质、脂肪和淀粉等营养成分及黄酮类生物活性化合物研究较多[7-10]，但多数研究样本量较少，尤其对矿物质检测分析缺乏系统性，因此较难估计总体参数和特征。本研究以内蒙古甜荞麦和裸燕麦两种优势特色粮食资源为研究对象，在丰收季节系统采集两种粮食主产区两年度的甜荞米和裸燕麦米样品，检测5 种常量和22 种微量元素，进行描述性统计和化学计量学的主成分分析（principal component analysis，PCA），以期为内蒙古优势特色食物资源提供参考价值较高的数据，并试图进一步分析评价内蒙古荞麦和裸燕麦矿物元素谱的特征。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从内蒙古东部科尔沁地区，以及中西部阴山地区和河套平原6 个甜荞和裸燕麦主产旗县共采集甜荞米60 份，裸燕麦米30 份。甜荞在内蒙古的种植区域比较宽泛，东西部都有种植；裸燕麦的种植集中在内蒙古中部和西部个别旗县。为使地区数据更具参考性，每个旗县连续采集2017 年和2018 年两年度当年产样品。荞麦面和裸燕麦面粉（莜面）可能存在掺假小麦粉等造假的情况，采集的样品均为去除外壳，可直接食用的市售型甜荞米和裸燕麦米，实验室粉碎、湿法消化后进行矿物质检测。甜荞除去外壳即荞麦米，与荞麦面成分一致；裸燕麦米为去除外皮和麦芒（绒毛）的裸燕麦仁，基本保留麸皮，与内蒙古当地裸燕麦片和裸燕麦面（莜面）成分基本一致，两者均属于“全谷物”。样品信息见表1。

表1 甜荞米和裸燕麦米信息表Table 1 Information of common buckwheat and naked oat samples

1.2 试剂

盐酸、高氯酸、硫酸、硝酸和磷酸二氢钾：国药集团化学试剂有限公司；钾、镁、钙、钠、铁、锌、铜、锰和硒等矿物质标准物质：国家有色金属及电子材料分析测试中心；国家标准物质奶粉（GBW10017）：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所；硼氢化钾、铁氰化钾（分析纯）：天津市大茂化学试剂厂；钼酸铵（分析纯）：天津市化学试剂四厂；对苯二酚、无水亚硫酸钠（分析纯）：天津市化学试剂三厂。

1.3 仪器设备

C-MAG HS10 电热板：德国 IKA 公司；TAS-990原子吸收分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；AF-610C 原子荧光光谱仪：北京瑞利分析仪器有限公司；UH5300 紫外分光光度计：上海天美科学仪器有限公司；Xseries2 电感耦合等离子质谱仪：赛默飞公司。

1.4 方法

K、Mg、Ca、Na、Fe、Zn、Cu 和 Mn 元素利用原子吸收分光光度计进行测定，P 元素利用紫外分光光度计进行测定，Se 元素利用原子荧光光谱仪进行测定，Co、Cr、Rb、Mo、Ni 和 Sr 等 17 种元素利用电感耦合等离子质谱仪进行测定。

1.5 数据处理

用SPSS 20.0 进行描述性统计和差异检验，用美国Infometrix 公司化学计量学软件Pirouette 4.5 进行主成分分析。

2 结果分析

2.1 内蒙古荞麦和裸燕麦矿物质含量和物种特征

2.1.1 内蒙古荞麦和裸燕麦矿物质含量

内蒙古荞麦和裸燕麦的5 种常量元素和22 种微量元素的描述性统计和差异检验结果分别见表2、表3。

由表2 可知，内蒙古荞麦和裸燕麦均含有非常丰富的常量矿物质元素，且荞麦Mg、K 和P 含量显著高于裸燕麦，分别是裸燕麦的1.6 倍、1.3 倍和1.1 倍。P在谷物中以植酸磷形式存在，与Ca 结合不易被人体吸收[11]。甜荞中 Mg 含量为 174.83 mg/100 g，K 含量为374.51 mg/100 g，我国 18 岁～50 岁成人 Mg 的参考摄入量（recommended nutrient intake，RNI）为 330 mg/d，K的适宜摄入量（adequate intake，AI）为 2 000 mg/d[12]，我国2016 版膳食指南推荐每天摄入250 g～400 g 谷类[13]，若每日摄入200 g 荞麦就完全可以满足Mg 元素的RNI，若每日摄入500 g 荞麦才能达到K 的AI，可见荞麦可以作为日常膳食Mg 的良好来源，尹礼国等也报道荞麦中Mg 含量非常高，远远高于其他谷物[14]。

表2 内蒙古甜荞米和裸燕麦米常量矿物质含量Table 2 Macro mineral of common buckwheat and naked oat from Inner Mongolia mg/100 g

表3 内蒙古甜荞米和裸燕麦米微量矿物质含量Table 3 Micro mineral of common buckwheat and naked oat from Inner Mongolia μg/100 g

由表3 可知，荞麦中Cu 和Co 微量元素显著高于裸燕麦，分别是裸燕麦的1.3 倍和5.8 倍；裸燕麦Fe、Mn 和Mo 显著高于荞麦，分别是荞麦的1.5 倍、2.7 倍和1.8 倍；Zn 和Se 在荞麦和裸燕麦间比较接近。荞麦中Se 元素为5.35 μg/100 g，每天摄入400 g 荞麦就可以满足防止克山病发生的最低Se 摄入量20 μg/d[15]。本研究也检测了重金属 Pb、Cd、Sn、Ni 和 Cr，但含量均远低于GB 2762-2017《食品中污染物限量》中谷物重金属的最高允许残留限量。

中国食物成分表2004[16]提供了荞麦面和莜麦面的9 种人体必需矿物质含量。本研究测定的内蒙古荞麦米和裸燕麦米的结果与其进行单样本T 检验分别见表4 和表5。

表4 内蒙古甜荞米矿物质元素与中国食物成分表2004 荞麦面矿物质元素比较Table 4 Comparison of mineral in common buckwheat from Inner Mongolia and China Food Composition 2004

表5 内蒙古裸燕麦米矿物质元素与中国食物成分表2004 莜麦面矿物质元素比较Table 5 Comparison of mineral in naked oat from Inner Mongolia and China Food Composition 2004

由表4 可知，内蒙古的荞麦米中 P、K、Mg、Mn 和Se 含量显著高于我国食物成分表，Ca、Fe 和 Cu 含量显著低于食物成分表。由表5 可知，内蒙古裸燕麦米中 P、K、Mg、Ca、Mn 和 Se 显著高于食物成分表，Fe、Zn和Cu 显著低于食物成分表。

本研究测定的荞麦和裸燕麦P、K 和Mg 含量与食物成分表中的其它谷物进行了比较，结果见表6。

由表6 可知，Mg 和P 显著高于其它谷物，特别是荞麦中的Mg 含量是小麦面粉和粳米的3.5 倍和7.0 倍。

2.1.2 内蒙古荞麦和裸燕麦矿物质元素的物种特征

以内蒙古荞麦和裸燕麦5 种常量元素和22 种微量元素进行PCA 分析见图1、图2。

表6 内蒙古荞麦和裸燕麦及中国食物成分表2004 其它谷类Mg、K 和 P 元素水平Table 6 The Mg，K and P in common buckwheat，naked oat from Inner Mongolia and other cereal from China Food Composition 2004 mg/100 g

图1 内蒙古甜荞米和裸燕麦米常量矿物质得分向量图Fig.1 Macro mineral profile of common buckwheat and naked oat from Inner Mongolia

图2 内蒙古甜荞米和裸燕麦米微量矿物质得分向量图Fig.2 Micro mineral profile of common buckwheat and naked oat from Inner Mongolia

从图1a 和图2a 可看出，荞麦和裸燕麦有明显的物种聚类特征，从图1b 和图2b 可看出，对物种聚类贡献大的元素与描述性统计结果一致。

2.2 荞麦和裸燕麦矿物质元素的地区特征

2.2.1 荞麦矿物质元素的地区特征

荞麦在内蒙古的种植地域比较宽泛，东部和中西部同纬度地带都有种植。4 个旗县甜荞米5 种常量元素和22 种微量矿物质元素描述性统计和差异检验结果分别见表7、表8。

表7 显示常量元素P、Mg 和Ca 在一些旗县间有统计学显著差异，但绝对差显然无营养学意义。表8显示4 个旗县荞麦22 种微量元素有统计学差异，特别是固阳县的Se 含量是库伦旗的2.3 倍，越往东荞麦Se越低。

PCA 分析荞麦5 种常量元素的地区特征不明显。22 种微量元素谱PCA 分析见图3。

表7 内蒙古4 个旗县甜荞米常量矿物质含量Table 7 Macro mineral of common buckwheat from four banners or counties in Inner Mongolia mg/100 g

表8 内蒙古4 个旗县甜荞米微量矿物质含量Table 8 Micro mineral of common buckwheat from four banners or counties in Inner Mongolia μg/100 g

图3 内蒙古4 个旗县甜荞米微量元素得分向量图Fig.3 Micro mineral profile of common buckwheat from four banners or counties in Inner Mongolia

从图3a 可看出，东部和西部荞麦聚类有明显的分离，东西部以主因子1 轴0 点左右分开，东部库伦旗和敖汉旗分布在左侧相区，西部凉城县与固阳县分布在右侧相区；而东部和西部两个旗县在主因子2 轴上也明显分布在上下两个相区，从图3b 可看出，最东部库伦旗 Li、Cr 和 Pb 较高，最西部固阳县 Se、Ti、Sn、Cd、Cs和Cu 较高，与描述性统计结果一致。

2.2.2 裸燕麦矿物质元素地区特征

裸燕麦产地相对集中在内蒙古中西部。4 个旗县裸燕麦5 种常量元素和22 种微量矿物质元素描述性统计和差异检验结果分别见表9、表10。

表9 显示5 种常量元素在4 个旗县间有统计学显著差异，但绝对差显然无营养学意义。表10 显示凉城县Cr 和Pb 较高，武川县Ni 较高，但含量均远低于GB 2762-2017《食品中污染物限量》中谷物重金属的最高允许残留限量。

表10 内蒙古4 个旗县裸燕麦米微量矿物质含量Table 10 Micro mineral of naked oat from four banners or counties in Inner Mongolia μg/100 g

PCA 分析裸燕麦5 种常量元素的地区特征不明显。22 种微量元素谱PCA 分析见图4。

从图4a 可看出，武川县和凉城县的裸燕麦地区特征明显，从图4b 可看出，凉城县Cr 和Pb 较高，武川县Ni 较高，与描述性统计结果一致。

图4 内蒙古4 个旗县裸燕麦米微量矿物质得分向量图Fig.4 Micro mineral profile of naked oat from four banners or counties in Inner Mongolia

3 讨论与结论

内蒙古荞麦和裸燕麦整体含有丰富的矿物质元素，且多种常量和微量元素显著高于我国食物成分表2004，尤其P 和Mg 显著高于其它谷物，且荞麦显著高于裸燕麦，荞麦可作为日常膳食Mg 元素的最佳来源之一。

荞麦和裸燕麦的矿物质元素谱有明显的物种和地区聚类特征。东部和西部荞麦有明显的分离，最东部库伦旗荞麦 Li、Cr 和 Pb 较高，最西部固阳县 Se、Ti、Sn、Cd、Cs 和 Cu 较高，固阳县的 Se 显著高于库伦旗，越往东荞麦Se 越低。

目前矿物质指纹结合化学计量学方法被广泛应用于农副产品产地聚类研究中[17-19]，在粮食中的应用主要集中在大米和小麦上，Yasui 等对日本27 个不同区域的34 份大米样品19 种元素进行测定，结合多元统计分析发现，K、Mg、Fe 和 Cu 等 13 种元素能够准确将不同地域的大米正确归类[20]。赵海燕等对河北、山东、河南和陕西120 份小麦样品的24 种矿物元素进行测定分析，发现 Ca、Mg、Mn 和 Mo 等 11 种元素能够准确分离小麦产地[21]。

矿物质指纹技术在荞麦和燕麦产地分离中的应用相对较少，仍需要深入研究。张强等分别利用来自中国作物种质资源信息网48 份不同产区的甜荞和39份不同产区的苦荞中7 种矿物质含量，结合多元统计分析发现，Cu、Mn 和Se 可以分离内蒙古与其它产区的甜荞，P、Ca、Mn、Zn 和 Se 可以分离不同产区的苦荞[22-23]。袁丁等对张家口3 个县种植的燕麦Fe、Mg、Mn和Cu 等7 种矿物元素进行分析，Mn 元素在3 个旗县之间有显著差异，其它元素含量比较接近[24]，这可能与燕麦样品的加工程度有关。