相同生長環(huán)境下3種蔬菜對鉀、鈣、鎂、鉛元素的富集特性研究

孟君 郭全海 陳晨 張峻松

摘要：選取相同生長環(huán)境下的荊芥、藿香和小茴香3種蔬菜，以微波消解法對樣品進行前處理，在優(yōu)化的測定條件下采用原子吸收光譜法測定樣品中鉀（K），鈣（Ca），鎂（Mg），鉛（Pb）4種元素含量.結(jié)果表明：荊芥、藿香和小茴香的莖和葉中均含有較豐富的K，Ca，Mg.同時，3種蔬菜全株中均檢測到一定含量的重金屬元素Pb.4種元素在蔬菜中不同部位的富集特性具有明顯差異.其中，K較易富集在荊芥莖、藿香莖和小茴香葉中，Ca和Mg較易富集在3種蔬菜葉中.在日常生活中，人們可以根據(jù)不同蔬菜所含微量元素、礦物質(zhì)的不同，針對自身的需求選擇蔬菜，保持微量元素在體內(nèi)的平衡，促進身體健康.

關(guān)鍵詞：蔬菜;礦質(zhì)元素;富集;微波消解;原子吸收

中圖分類號：TS201.6文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.3969/j.issn.2096-1553.2019.01.003

文章編號：2096-1553（2019）01-0021-06

0 引言

隨著人們對食品營養(yǎng)安全的日益重視，了解蔬菜礦物質(zhì)元素含量及其種植土壤中是否存在重金屬污染顯得十分重要.

荊芥（Nepeta cataria L.），原名假蘇，土名姜芥，屬唇形科植物，其干燥莖葉和花穗可入藥，具有發(fā)汗、解熱等功效，是中華常用草藥之一.此外，荊芥因含有特殊的芳香氣味，也可作為烹飪原料，是夏季綠葉蔬菜絕佳的調(diào)味品，不僅味道鮮美，還具有防暑、開胃健脾、抗菌抗炎等作用[1-2].

藿香（Agastache rugosa），別名排草香、大葉薄荷、山薄荷等，屬唇形科藿香屬芳香草本植物，是我國傳統(tǒng)的藥食同源植物，在全國各地廣泛分布.藿香具有芳香化濕、祛暑解表、和中止嘔等功效，可全草入藥，食用價值也較高.由于藿香氣味清爽甘甜，用其制作的菜肴風(fēng)味獨特，成為近幾年在烹飪行業(yè)用得較多的中草藥調(diào)味品之一[3-6].

小茴香（Foeniculum vulgare），別名茴香、甜茴香等，屬傘形科茴香屬，多年生草本植物，現(xiàn)在我國各地區(qū)均有栽培.小茴香具有特殊的香味，其種子和揮發(fā)油是重要的調(diào)味香料，可直接用于烹調(diào)和制作調(diào)味品.小茴香的嫩莖葉也是一種芳香性蔬菜，可直接食用，在我國主要用于餡食[7].小茴香是我國衛(wèi)生部于2002年公布的《關(guān)于進一步規(guī)范保健食品原料管理的通知》中規(guī)定的藥食同源植物.作為中藥，小茴香具有明目健腦、消咳止喘、緩解胃病和腎病等重要的藥理作用[8].

以上3種調(diào)味品蔬菜都是藥食同源的常見植物，其中藥作用的發(fā)揮主要依賴于多種活性成分的協(xié)同作用，而礦物質(zhì)元素作為中藥歸經(jīng)和藥性物質(zhì)基礎(chǔ)的組成部分，也是該調(diào)味品蔬菜發(fā)揮藥效的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一[9].

礦物質(zhì)元素與人體健康關(guān)系密切，攝入過量或不足都會使機體產(chǎn)生不同程度的生理異常甚至引發(fā)疾病[10].

在人體內(nèi)，鉀元素（K）能夠維持細(xì)胞的內(nèi)外滲透平衡和神經(jīng)細(xì)胞膜的生物興奮性，具有信息傳遞的作用[11];鈣元素（Ca）除作為骨質(zhì)的主要成分外，還能夠降低毛細(xì)血管壁的通透性，有抗炎消腫、抗組織胺作用;鎂元素（Mg）是體內(nèi)重要的電解質(zhì)，在細(xì)胞外液中的含量僅次于K，廣泛參與蛋白質(zhì)合成和能量代謝，是許多酶的活化因子， 還是神經(jīng)細(xì)胞中含量最多的礦物質(zhì)元素，能保證神經(jīng)機能正常運行[12];而重金屬中污染環(huán)境最普遍的元素之一鉛（Pb）[13]，在人體內(nèi)不能被降解，容易蓄積，從而使蛋白質(zhì)變性，酶失去活性，對組織細(xì)胞造成結(jié)構(gòu)和功能上的損害.

鑒于此，本文選取相同生長環(huán)境條件下的荊芥、藿香和小茴香3種藥食同源的調(diào)味品蔬菜，以微波處理樣品，采用火焰原子吸收光譜法對其莖、葉中的K，Ca，Mg 3種礦物質(zhì)元素含量和重金屬元素Pb含量進行比較分析，以期考察藥食同源蔬菜中礦物質(zhì)和重金屬元素的富集特性，并為安全營養(yǎng)藥食同源蔬菜的篩選和日常生活中合理的膳食選擇提供理論指導(dǎo).

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料與試劑

實驗材料：荊芥、藿香、小茴香，均采自駐馬店市自耕土地.

主要試劑：濃HNO3（GR），煙臺市雙雙化工有限公司產(chǎn);K，Ca，Mg，Pb元素標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（1000 μg/mL），北京中治標(biāo)準(zhǔn)樣品有限公司產(chǎn);La（NO3）3，CsCl，上海阿拉丁生化科技股份有限公司產(chǎn).

1.2 實驗儀器與設(shè)備

DHG-9145A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器公司產(chǎn);CP214型電子天平，奧豪斯儀器（上海）有限公司產(chǎn);Speed Wave MWS-3型微波消解儀，德國Berghof公司產(chǎn);AA240FS型和AA240Z型原子吸收光譜儀，

Pb空心陰極燈，

美國瓦里安公司產(chǎn);K，Ca，Mg空心陰極燈，威格拉斯儀器（北京）有限公司產(chǎn).實驗所用玻璃儀器均用體積分?jǐn)?shù)為10%的HNO3溶液浸泡24 h，并用去離子水清洗干凈后烘干備用.

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

將采集于相同生長環(huán)境條件下的新鮮荊芥、藿香、小茴香，分別用不銹鋼剪刀分成莖、葉兩部分，依次用自來水、蒸餾水和去離子水沖洗干凈，自然晾曬后置于80 ℃烘箱中烘干，再用研缽粉碎，過100目篩子，最后將過篩樣品裝入塑料保鮮袋中備用.

蔬菜中的礦物質(zhì)元素與有害重金屬元素主要以有機物的狀態(tài)存在，為準(zhǔn)確測定其含量，需將有機態(tài)金屬離子消解為無機態(tài)金屬離子.樣品的消解方法通常有干法消解、濕法消解和微波消解[14-15].微波消解法是近年來興起的樣品前處理方法，因其是在封閉環(huán)境下完成消解的，故能同時克服干法消解易造成元素?fù)p失和濕法消解易帶入污染物的缺點.此外，樣品在高溫、高壓同時作用下，消解速度大幅度提高，被廣泛應(yīng)用于生物[16]、食品[15]等領(lǐng)域.因此本實驗選取微波消解法對樣品進行前處理.

1.3.2 微波消解程序的選擇

稱取荊芥葉 0.203 6 g，荊芥莖0.200 2 g，藿香葉0.204 5 g，藿香莖0.200 5 g，小茴香葉0.200 2 g，小茴香莖0.200 8 g，分別置于消解罐中，加入6 mL濃HNO3，過夜.次日將經(jīng)過夜反應(yīng)的消解罐置于微波消解儀中，在優(yōu)化后的消解條件（見表1）下進行樣品消解處理.將得到的澄清透明消解液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度，同時做空白試劑，置于4 ℃冰箱中保存，待測.

1.3.3 蔬菜樣品中的4種元素含量測定的最佳工作條件

采用火焰原子吸收光譜法測定蔬菜樣品中的K，Ca，Mg和Pb含量，4種元素測定的最佳工作條件見表2.

1.3.4 4種元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制

質(zhì)量濃度為100 μg/mL的 K，Ca，Mg，Pb標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制：準(zhǔn)確移取5.0 mL各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 μg/mL）置于50 mL容量瓶中，用體積分?jǐn)?shù)為1%的HNO3定容至刻度線，搖勻，待用.

分別取上述4種元素的標(biāo)準(zhǔn)儲備液（100 μg/mL）配制各元素的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液.其中，Ca和Mg的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中要加入釋放劑La（NO3）3溶液，并使其最終質(zhì)量濃度為6.65 g/L;K的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中要加入抑制K電離的抑制電離劑CsCl，并使其最終質(zhì)量濃度為3 g/L.4種元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的具體配制見表3.

1.4 加標(biāo)回收試驗和精密度考察

選擇將測定過程中干擾因素多、靈敏度低的Ca作為加標(biāo)元素進行實驗，研究所測樣品的加標(biāo)回收情況，以進一步驗證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性.取1.3.2制備的6種消解液各5 mL，分別加入一定質(zhì)量濃度的Ca標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照表2所示的儀器工作條件，測定加標(biāo)后各樣品中Ca的含量，加標(biāo)公式[17]如下：

R=C2V2-C1V1/C0V0

式中，R為回收率/%，C2為加標(biāo)后測得質(zhì)量濃度/（mg·L-1），V2為加標(biāo)后樣品體積/mL，C1為加標(biāo)前（第1次）測得質(zhì)量濃度/（mg·L-1），V1為加標(biāo)前樣品體積/mL，C0為加入Ca標(biāo)準(zhǔn)溶液后的質(zhì)量濃度/（mg·L-1），V0為加入Ca標(biāo)準(zhǔn)溶液后的體積/mL.

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品中4種元素含量的分析

2.1.1 4種元素的線性回歸方程與線性相關(guān)系數(shù)

在最佳的測定條件下，采用火焰原子吸收法對4種元素的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進行測定，得到各元素的線性回歸方程和線性相關(guān)系數(shù)，如表4所示.由表4可知，在4種元素的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度范圍內(nèi)，所得線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)在0.990 4～0.999 5之間，表明此方法穩(wěn)定性較好.

2.1.2 樣品中各元素含量的測定結(jié)果與分析

3種蔬菜全株樣品、莖和葉中4種元素的含量如圖1和圖2所示.

1）由圖1可知，K，Ca，Mg在3種蔬菜中的含量均較為豐富，同時在樣品中也檢測出一定量的重金屬元素Pb.4種元素在測定的3種蔬菜樣品中的含量高低分別為：荊芥中K>Mg>Ca>Pb，藿香中K>Ca>Mg>Pb，小茴香中 K>Ca>Mg>Pb.

2）由圖2可知，3種蔬菜的莖、葉對同種元素的富集特性不同，荊芥和藿香莖中K含量遠(yuǎn)高于其在葉中的含量，約是葉中含量的3倍;而小茴香葉中K元素含量約是其在莖中含量的2倍，這可能是由于土壤中K在不同植物中的遷移速度不同所致.Ca在3種蔬菜葉中的含量均高于其在莖中的含量，荊芥葉中Ca含量是在莖中含量的7倍;藿香葉中的Ca含量是其在莖中含量的1.6倍;小茴香葉中Ca含量是其在莖中含量的2.8倍.

Mg在3種蔬菜葉中的含量均高于其在莖中的含量，

說明Mg元素主要富集在光合作用強的葉部位，由此看出，蔬菜中的Mg不僅來自土壤中Mg元素的遷移，還與植物的光合作用有關(guān).葉中含有大量的葉綠素，而Mg是葉綠素的主要成分.Pb主要富集在荊芥和藿香的莖中，含量分別為0.15 mg·g-1和 0.094 mg·g-1.在小茴香莖中檢測到Pb，而小茴香葉中Pb的含量高達0.482 mg·g-1.參考GB 2762—2005的有關(guān)規(guī)定[18]，球莖和葉類蔬菜中的有害重金屬元素指標(biāo)：Pb含量≤0.3 mg·kg-1.由此看出，在所測的3種蔬菜中，小茴香葉中Pb含量超出了國家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，表明蔬菜的生長已受到土壤和空氣等環(huán)境介質(zhì)的污染.從所測得的3種蔬菜中Pb的含量來看，相同生長環(huán)境條件下，小茴香具有較強的富集Pb的能力，其中葉子是Pb元素的主要富集部位.這可能是小茴香生長過程中，土壤中Pb較易遷移到小茴香葉中，也可能是小茴香葉較容易從污染的空氣中吸收并富集Pb的緣故.

元素進入植物的主要途徑有兩種：一是被植物根部吸收;二是被植物的葉面吸收.蔬菜是最易吸收重金屬元素的農(nóng)作物，蔬菜中的重金屬含量超標(biāo)主要是空氣、土壤污染所致[19].

2.2 加標(biāo)回收實驗和精密度實驗結(jié)果

樣品中Ca元素的加標(biāo)回收率和測定的精密度如表5所示.由表5可知，各樣品的Ca回收率在86%～119%之間，精密度在 0.1%～1.0%之間，表明本實驗方法精密度較好，準(zhǔn)確性較高.

2.3 樣品測定的干擾因素與消除方法

因K在空氣-乙炔火焰中易電離，測定時在K標(biāo)準(zhǔn)溶液與樣品溶液中均需加入比K更易電離的Cs+溶液，以有效抑制K的電離.本實驗結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品中加入3 g/LCsCl溶液可大大提高測定的靈敏度.

Ca，Mg在空氣-乙炔火焰中測定有干擾產(chǎn)生，這種干擾需在溶液中加入釋放劑來消除.該實驗在系列標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品中均加入6.65 g/L硝酸鑭溶液作為釋放劑，以滿足測定的要求.

未見Pb在空氣-乙炔火焰中有關(guān)陽離子干擾的報道，在波長217.0 nm下，非特征吸收較強.本實驗采用扣除背景方法以消除相應(yīng)的干擾.

3 結(jié)論

本文采用火焰原子吸收光譜法對相同生長環(huán)境條件下3種蔬菜荊芥、藿香、小茴香中4種金屬元素K，Ca，Mg，Pb的含量進行測定，比較4種元素分別在3種蔬菜全株、莖和葉中的富集特性.結(jié)果表明，K，Ca，Mg含量在3種蔬菜全株中的含量均較為豐富，但同時也檢測到一定含量的重金屬元素Pb.各種重金屬元素在蔬菜不同生長部位的富集量有一定的差異，反映出這些元素在不同植物體內(nèi)的代謝和遷移能力不同.其中，K較易富集在荊芥莖、藿香莖和小茴香葉中，Ca和Mg較易富集在3種蔬菜葉中.

3種蔬菜中都含有一定量的重金屬元素Pb，其中小茴香葉中的Pb含量已超過了國家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)引起注意.

本文研究結(jié)果顯示，生長環(huán)境條件相同的不同植物，其微量元素種類和含量均有較大差別，這為研究蔬菜中微量元素與生長環(huán)境之間的關(guān)系，進而促進其合理食用和藥用，指導(dǎo)人們健康飲食提供了理論參考.在日常生活中，人們可以根據(jù)不同蔬菜所含微量元素、礦物質(zhì)的不同，針對自身的需求進行選擇，保持微量元素在體內(nèi)的平衡，促進身體健康.

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