微波消解-ICP-AES法測(cè)定葡萄皮渣中生命元素

馬娜娜，張靜，萬(wàn)力，張昂，劉金串，孟江飛，張振文，3，房玉林，3，*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西楊陵712100；2.寧夏葡萄產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，寧夏銀川750000；3.陜西省葡萄與葡萄酒工程技術(shù)研究中心，陜西楊陵712100）

微波消解-ICP-AES法測(cè)定葡萄皮渣中生命元素

馬娜娜1，張靜2，萬(wàn)力1，張昂1，劉金串1，孟江飛1，張振文1，3，房玉林1，3，*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)葡萄酒學(xué)院，陜西楊陵712100；2.寧夏葡萄產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，寧夏銀川750000；3.陜西省葡萄與葡萄酒工程技術(shù)研究中心，陜西楊陵712100）

采用微波消解技術(shù)處理樣品，建立了ICP-AES法測(cè)定釀酒葡萄赤霞珠、霞多麗和野生山葡萄、毛葡萄皮渣中鉀、鈉、鈣、鎂、鉻、銅、鐵、錳、鎳、硒、鋅、鈷、釩、錫、鉬等15種生命元素的方法。對(duì)微波消解程序（包括消解液體系、用量等）和ICP儀器操作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化選擇，并對(duì)分析方法進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：葡萄皮渣中含有種類豐富的生命元素，其中 K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn 的含量較高，Cr、Ni、Se、Co、V、Sn 及 Mo 的含量也不容忽視。在優(yōu)化條件下，該方法的 RSD 為 0.56%～3.21%（n＝10），平均加標(biāo)回收率為 95.1%～110.2%（n＝6）。該方法精密度高、重現(xiàn)性好,完全滿足葡萄皮渣中多種生命元素的測(cè)定的要求。結(jié)合前人研究成果,揭示了葡萄皮渣具有較高的營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值。

微波消解，ICP-AES，葡萄皮渣，生命元素

Abstract:An Inductively Coupled Plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES)for determination of the contents of 15 biological elements(K,Na,Ca,Mg,Cu,Fe,Mn,Zn,Cr,Ni,Se,Co,V,Sn and Mo)in grape pomace after microwave-assisted digestion of the sample had been established.The microwave-assisted digestion procedure (including digestion system)and the techniques for operating ICP instrument were optimized,and the analytical method was validated.The results showed that the biological element species in grape pomace are abundant,among which the contents of K,Na,Ca,Mg,Cu,Fe,Mn and Zn are rather high and others are not ignored.The relative standard deviations were from 0.56%to 3.21% (n=10),and the average recoveries were from 95.1%to 110.2% (n=6)under the optimized conditions.Repeated validations indicated that this method was precise,sensitive and reproducible for the determination of biological elements in various grape pomaces.The comprehensive research results of the authors and previous researchers show that grape pomace has high nutrition and health protection value.

Key words：microwave digestion;ICP-AES;grape pomace;biological element

葡萄皮渣（Grape Pomace,GP）包括葡萄皮、葡萄籽、果梗及果肉殘留，是葡萄酒產(chǎn)業(yè)最主要的副產(chǎn)物之一，其產(chǎn)率約占葡萄重量的20%[1]。目前，國(guó)外對(duì)葡萄皮渣的研究主要集中在4個(gè)方面：1.葡萄皮渣中功能性成分提取回收的研究，如天然色素（Natural Colorants,NC）[2-4]、膳食纖維（Dietary Fibre,DF）[1]、有機(jī)酸（Organic Acid,OA）[5]、以亞油酸為主的多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acids）[6]和具有抗氧化能力的多酚類化合物（Polyphenolic Compounds,PC）[7-12]；2.青貯葡萄皮渣飼喂反芻類動(dòng)物的研究[13-15]；3.利用微生物對(duì)葡萄皮渣進(jìn)行發(fā)酵來(lái)生產(chǎn)酶的研究[16-17]；4.葡萄皮渣作為有益肥料的研究[18]。葡萄皮渣以富含諸如葡萄籽油（Grape Seed Oil,GSO）、花青素（Anthocyanin,AN）以及抗氧化物質(zhì)（Antioxidant）等一系列高附加值產(chǎn)物而越來(lái)越受到人們青睞，這些物質(zhì)在抗癌和防治心血管疾病等方面有著卓越的效果，相信不久會(huì)有以葡萄皮渣為原料的保健品問(wèn)世。但目前對(duì)葡萄皮渣中多種生命元素的測(cè)定方法研究比較少見(jiàn)。

赤霞珠（Cabernet Sauvignon,V.vinifera L）和霞多麗（Chardonnay,V.vinifera L）分別是世界上栽培面積最大的紅色和白色釀酒葡萄品種，山葡萄（Vitis Amurensis Rupr.）和毛葡萄（Vitis quinquangularis.）分別是我國(guó)北方和南方最重要的兩個(gè)野生葡萄品種。隨著我國(guó)葡萄酒產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，每年產(chǎn)生的葡萄皮渣量達(dá)10余萬(wàn)t，然而，葡萄皮渣被丟棄或不經(jīng)任何處理直接當(dāng)成肥料使用的現(xiàn)象仍普遍存在。葡萄皮渣因其pH較低，隨意丟棄會(huì)帶來(lái)一系列的環(huán)境污染問(wèn)題，因此如何有效利用這一副產(chǎn)物對(duì)我國(guó)葡萄酒產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

ICP-AES以其靈敏度高、精密度高、基體效應(yīng)小、線性范圍寬和多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于樣品中無(wú)機(jī)元素的測(cè)定[19]。結(jié)合消解速度快、完全、回收率高的微波消解技術(shù)[20]，應(yīng)用ICP-AES對(duì)上述4種葡 萄 皮 渣 中 K、Na、Ca、Mg、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Se、Zn、Co、V、Sn、Mo等15種生命元素的含量進(jìn)行了測(cè)定，以期為我國(guó)葡萄皮渣的研究利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：赤霞珠和霞多麗葡萄皮渣取自葡萄酒學(xué)院實(shí)習(xí)酒廠；山葡萄取自吉林；毛葡萄取自湖北。

試劑：優(yōu)級(jí)純硝酸、過(guò)氧化氫、高氯酸和鹽酸：德國(guó)Merck 公司；濃度為 1000 μg/mL 的 K、Na、Ca、Mg、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Se、Zn、Co、V、Sn、Mo 等標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)儲(chǔ)備液（購(gòu)自國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心）。所有涉及器皿均用20%的HNO3溶液浸泡一段時(shí)間后再用去離子水反復(fù)沖滌晾干備用。

1.2 儀器

IRIS IntrepidⅡXSP型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：美國(guó)熱電公司；玻璃同心霧化器：Concentric nebulizer；旋流霧化室；MARS 5型微波消解系統(tǒng)：美國(guó)培安公司；BP190S型電子天平：德國(guó)Sartorious公司；Milli-Q型超純水制備系統(tǒng)：美國(guó)Millpore公司。

1.3 樣品處理

各葡萄皮渣在清潔條件下晾干，70℃干燥5 h后研成粉狀備用。

準(zhǔn)確稱取皮渣0.2500 g于PFA消解罐中，加入4 mL HNO3+1 mL H2O2+0.5 mL HF的消解液，置入密封體系中，旋緊密封蓋,再置于微波消解爐中,按照優(yōu)選后程序升溫進(jìn)行消解。結(jié)束后，取出樣品罐，冷卻后于通風(fēng)櫥中打開(kāi)樣品罐，轉(zhuǎn)移消解液，稀HNO3液少量多次沖洗消解罐，最后定容至50 mL容量瓶中搖勻，同時(shí)處理平行樣和空白備測(cè)。

1.4 ICP-AES工作參數(shù)

不同元素的具有不同的激發(fā)特性，對(duì)于電離電位能高的元素適當(dāng)降低霧化器壓力和增加RF功率可以降低元素的檢出限。優(yōu)化后ICP-AES的主要操作參數(shù)：RF frequency為 27.12 MHz，RF power為 980 W～1150 W，Argon coolant為 13 L/min,Argon auxiliary為1.3 L/min,Argon carrier為0.85 L/min,Solution uptake rate為 1.85 mL/min,Nebulizer pressure為 15 psi～20 psi（1 psi=6890 Pa），長(zhǎng)波段積分時(shí)間為5 s，短波段30 s，分析線見(jiàn)表2。工作方式：全譜直讀多元素測(cè)定，蠕動(dòng)泵進(jìn)樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 消解條件的選擇

針對(duì)葡萄皮渣的特點(diǎn)，對(duì)消解體系種類與用量、微波消解程序進(jìn)行考察，選擇HNO3+H2O2+HF組合作為消解體系，可以最大限度地降低試驗(yàn)誤差和減少對(duì)儀器的損傷，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加入適量H2O2可以大大增強(qiáng)HNO3的消解能力并可以在短時(shí)間內(nèi)完全消解葡萄籽中的油脂類物質(zhì)，適量的HF可以消除樣品中硅對(duì)某些元素的影響，最終的微波消解程序見(jiàn)表1，最終的消解液澄清透明，表明已經(jīng)消解完全。

2.2 分析線的選擇及元素檢測(cè)限

ICP-AES具有多元素、同一元素多譜線同時(shí)測(cè)定及同步背景校正的功能。分析線的選擇直接影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，遵循共存元素干擾譜線少、靈敏度高、精密度好的原則，綜合考慮選擇出各元素的最佳分析波長(zhǎng)。在儀器的最佳測(cè)試條件下，測(cè)定消解后的空白溶液10次，其結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差為儀器的檢出限（DL）。分析線和檢出限結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 微波消解條件Table 1 Microwave digestion conditions

表2 分析線及元素檢出限Table 2 Analytical lines and detection limits of the elements

2.3 校準(zhǔn)曲線

根據(jù)各元素在樣品中的不同含量水平，用5%的HNO3逐級(jí)配制15種生命元素的混合標(biāo)樣溶液進(jìn)行ICP-AES測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 回歸方程及相關(guān)系數(shù)Table 3 Regression equations and correlation coefficients of calibration curves of the elements

2.4 樣品中生命元素的測(cè)定及對(duì)分析方法質(zhì)量的評(píng)價(jià)

準(zhǔn)確稱取4種葡萄皮渣各0.2500 g，按照上述所建立的微波消解程序及測(cè)定條件進(jìn)行樣品中生命元素的分析，各樣品平行處理10份，取平均值為測(cè)定結(jié)果，并考察方法的精密度。另取各樣品6份添加適量的混合標(biāo)樣溶液來(lái)分析方法的平均加標(biāo)回收率，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 葡萄皮渣中各元素的平均含量及分析方法的RSD(N=10)和回收率(N=6)Table 4 Average contents of the elements in grape pomace(μg/g)Average RSD(N=10)and recovery(N=6)of the analytical method

從表4中可以看出，所有元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.21%，平均加標(biāo)回收率在95.1%～110.2%之間，表明該分析方法準(zhǔn)確度、精密度皆好。檢測(cè)結(jié)果顯示，葡萄皮渣中含有種類豐富的生命元素，尤以其中的K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn 和 Zn 等含量相對(duì)較高，Cr、Ni、Se、Co、V、Sn 及 Mo的含量也不容忽視。

3 結(jié)論

本文采用ICP-AES法并結(jié)合微波消解技術(shù)對(duì)釀酒葡萄皮渣中的生命元素進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，葡萄皮渣中含有種類豐富的生命元素，其中K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn 和 Zn 等含量相對(duì)較高，Cr、Ni、Se、Co、V、Sn及Mo的含量相對(duì)較低。結(jié)合前人對(duì)于葡萄皮渣中多酚類物質(zhì)、膳食纖維、有機(jī)酸的研究，進(jìn)一步顯示葡萄皮渣具有較高的營(yíng)養(yǎng)、保健和醫(yī)療價(jià)值，因此我們有必要對(duì)這一葡萄酒產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物進(jìn)行科學(xué)開(kāi)發(fā)利用，以期使其變廢為寶，創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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Determination of Biological Elements in Grape Pomace by Microwave Digestion and ICP-AES

MA Na-na1,ZHANG Jing2,WAN Li1,ZHANG Ang1,LIU Jin-chuan1,MENG Jiang-fei1,ZHANG Zhen-wen1,3,FANG Yu-lin1,3,*
（1.College of Enology,Northwest A&F University,Yangling 712100,Shaanxi,China;2.Ningxia Grape Industrial Association,Yinchuan 750000,Ningxia,China;3.Shaanxi Engineering Research Center for Viti-vinicalture,Yangling 712100,Shaanxi,China）

2011-11-13

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金（nycytx-30-2p-04）；國(guó)家林業(yè)局“948”項(xiàng)目（2009-04-09）；西安市科技創(chuàng)新支撐計(jì)劃（NC10003）；榆林市農(nóng)業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目

馬娜娜（1986—），女（漢），碩士，主要從事葡萄資源綜合利用研究。

*通信作者：房玉林（1973—），男（漢），副教授，碩士生導(dǎo)師，博士，主要從事葡萄與葡萄酒工程研究。