綠豆、紅小豆和黑豆種皮18 種元素分析

王巧環(huán)，江均平*，傅慧敏，孟 齡，李 虹

（1.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193）

綠豆、紅小豆和黑豆種皮18 種元素分析

王巧環(huán)1，江均平2,*，傅慧敏1，孟 齡1，李 虹1

（1.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193）

為全面了解綠豆皮、紅小豆皮和黑豆皮的18 種元素含量，充分開發(fā)利用豆皮資源，提高豆類加工產(chǎn)品的附加值，用元素分析（elemental analyzer，EA）儀和電感耦合等離子體發(fā)射光譜（inductively coupled plasmaatomic emission spectrometer，ICP-AES）儀測(cè)定了3 種豆皮的N、C、S、Ca、Mg、K、P、Na、B、Ba、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn和Sr元素含量。結(jié)果表明，EA儀測(cè)定豆皮中N、C和S方法檢出限為32～96 μg/g，回收率為97%～115%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn) 偏差為0.20%～2.63%（n=5）；ICP-AES測(cè)定豆皮中Ca、Mg、K、P、Na、B、Ba、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、N i、Zn和S r元素方法檢出限為0.02～152 μg/g，回收率為84%～11 8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.44%～4.46%（n=5）。黃豆標(biāo)準(zhǔn)物N、Mg、P、B、Ba、Co、Cr、Mn、Ni、Zn和Sr元素測(cè)定值在推薦范圍內(nèi)，S、Ca、K、Na、Cu和Fe元素測(cè)定值接近推薦值。分析方法快速、簡(jiǎn)便，達(dá)到了應(yīng)用的要求。

綠豆皮；紅小豆皮；黑豆皮；元素分析儀；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀；元素含量

豆類是我國食物蛋白的重要來源，綠豆、紅小豆和黑豆富含蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)，即可食用又可入藥，有極高的藥用價(jià)值。在豆類加工過程中，豆皮常常被去除，豆皮只作為加工副產(chǎn)物。豆皮最常見的用途是作為飼料[1-4]，而豆皮的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值沒有得到充分的利用。綠豆、紅小豆及黑豆皮含有豐富的膳食纖維[5-6]、色素[7-15]、黃酮類物質(zhì)[8,13-14,16-18]、多糖[14-15,19]、多酚及單寧 [8-9,12-13]等物質(zhì)，正是由于豆皮中含有上述物質(zhì)，才使其具有降血糖、降血脂、保肝、護(hù)腎等功效，因而有著潛在的開發(fā)利用價(jià)值，開發(fā)高附加值的產(chǎn)品有著廣闊的前景。全面了解豆皮的元素組成可為將來豆皮的深加工提供依據(jù)，因此本實(shí)驗(yàn)對(duì)3 種豆皮的18 種元素含量進(jìn)行分析測(cè)試。

元素分析（elemental analyzer，EA）儀常用于有機(jī)元素分析，N、C和S是生命體的基本元素，用EA儀分析N、C和S元素是很成熟的分析項(xiàng)目。EA儀具有不需要復(fù)雜樣品前處理、分析速度快、樣品用量小和無污染物產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)，是有機(jī)元素分析的首選儀器。電感耦合等離子體發(fā)射光譜（inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer，ICP-AES）儀具有線性范圍寬、分析速度快、檢出限低、多元素同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)。2 種儀器都廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品分析等領(lǐng)域，用于豆皮的元素分析具有實(shí)際的應(yīng)用意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠豆、紅小豆和黑豆采用干法機(jī)械脫皮，不銹鋼粉碎機(jī)粉碎成100 目。

苯磺酸標(biāo)準(zhǔn)物、黃豆標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSB-4） 德國Elementar公司；標(biāo)準(zhǔn)溶液均采用國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心的標(biāo)液，分別有鈣、鉀、鎂500.0 μg/mL定制混標(biāo)、GSB 04-1738-2004鈉1 000 μg/mL標(biāo)液、GSB 04-1741-2004磷1 000 μg/mL標(biāo)液、GSB 04-1767-2004多元素100.0 μg/mL標(biāo)液；硝酸（MOS級(jí)）、30%過氧化氫、氫氟酸（均為優(yōu)級(jí)純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；所有實(shí)驗(yàn)用水均使用超純水儀制備的超純水（18.2 MΩ·cm）。

1.2 儀器與設(shè)備

MX5型百萬分之一天平、AL104型分析天平 梅特勒-托利多公司；Vario EL Ⅲ型元素分析儀 德國Elementar公司；MARS5微波消解萃取系統(tǒng) 美國CEM公司；BHW-09C型電加熱器、PRODIGY型全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀 美國利曼公司；Milli-Q A10型超純水儀 美國密理博公司。

1.3 方法

1.3.1 EA儀分析總N、總C和總S含量測(cè)定

以苯磺酸為標(biāo)物，稱?。?5.000±0.001） mg黃豆標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和綠豆皮、紅豆皮、黑豆皮樣品，用EA儀以CNS模式固體進(jìn)樣進(jìn)行總N、總C和總S含量分析。儀器條件參數(shù)為氧化爐溫度1 150 ℃，還原爐溫度850 ℃，通氧90 s。每個(gè)樣品設(shè)置5 個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值。

1.3.2 微波消解ICP-AES分析Ca、Mg、K、P、Na、B、Ba、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn和Sr元素

1.3.2.1 待測(cè)液制備

準(zhǔn)確稱?。?.500 0±0.000 1） g樣品，根據(jù)MARS5微波消解萃取系統(tǒng)的要求，以7 mL硝酸和2 mL過氧化氫作為消解體系，為避免產(chǎn)生泡沫過多，過氧化氫分4 次加入微波消解罐中并浸泡過夜，然后以表1的方法進(jìn)行微波消解。消解后將消解罐置于電加熱器中140 ℃趕酸，消解液剩余大約1 mL時(shí)取出，用超純水定容至10 mL，此溶液為Na、Ba、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn和Sr元素的待測(cè)液；取上述待測(cè)液1 mL定容至10 mL作為測(cè)定Ca、Mg、K和P元素的待測(cè)液。

B的待測(cè)液制備根據(jù)上述方法在消解體系上進(jìn)行了改進(jìn)，以7 mL硝酸和1 mL氫氟酸將樣品浸泡過夜，然后按上述微波條件消解。微波消解后的溶液為深棕色，加入2 mL過氧化氫后同上述方法一樣進(jìn)行趕酸，最后定容至10 mL作為B的待測(cè)液。

以上實(shí)驗(yàn)每個(gè)樣品設(shè)置5 個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值。

表1 微波消解參數(shù)Table1 The parameters for microwave digestion

1.3.2.2 工作曲線配制

為避免部分元素配制重疊，工作曲線分5 組。用標(biāo)準(zhǔn)母液逐級(jí)稀釋成工作曲線，Ca、Mg、K混標(biāo)為5、10、30、60、100 μg/mL，P為10、20、40、60 μg/mL，Na為0.5、1.0、5、10 μg/mL，多元素混標(biāo)為0.1、0.5、1、5、10、15、25 μg/mL。

1.3.2.3 儀器工作參數(shù)

ICP-AES工作參數(shù)見表2。

表2 儀器工作參數(shù)Table2 Operating parameters of the ICP-AES instrument

2 結(jié)果與分析

2.1 EA儀方法選擇

EA儀測(cè)定C、N、S元素含量方法簡(jiǎn)便，常量元素S的測(cè)定可以避免用ICP-AES以復(fù)雜的紫外區(qū)條件測(cè)試S元素。根據(jù)儀器條件要求，參考王巧環(huán)等[20]的方法，以苯磺酸標(biāo)物為校正標(biāo)準(zhǔn)品。方法檢出限：測(cè)定20 次空白實(shí)驗(yàn)的峰面積信號(hào)，以3 倍空白信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為檢出限信號(hào)值，用稱樣量15.000 mg來計(jì)算方法檢出限。

2.2 ICP-AES分析方法選擇

2.2.1 微波消解試劑和微波條件的選擇

經(jīng)過對(duì)諸堃[21]、dos Santos[22]、高向陽[23]等的消解方法進(jìn)行比較，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，稱樣量為0.500 0 g時(shí)，樣品在加入7 mL硝酸時(shí)沒有出現(xiàn)大量氣體的產(chǎn)生，但一次性加入1 mL或2 mL過氧化氫后，樣品發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡導(dǎo)致樣品溢出消解罐。因而過氧化氫以少量多次來加入，并且放置過夜以使有機(jī)物最大限度地分解，然后再將樣品置于微波消解系統(tǒng)中消解。2 mL過氧化氫和1 mL過氧化氫相比，2 mL過氧化氫的加入對(duì)樣品消解更完全。樣品最終的消解試劑為7 mL硝酸和2 mL過氧化氫。但在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)此消解體系對(duì)硼元素的回收率較低，所以硼的消解使用了7 mL硝酸、1 mL氫氟酸和2 mL過氧化氫的消解體系。

微波消解系統(tǒng)對(duì)有機(jī)樣品的臨界分解溫度為：低糖、淀粉和碳水化合物140 ℃，蛋白質(zhì)145～150 ℃，多糖類150 ℃，類脂和脂肪類大于160～165 ℃。綠豆皮、紅小豆皮、黑豆皮和黃豆都含有以上物質(zhì)，微波消解溫度最高設(shè)置為180 ℃即可分解。由于樣品稱樣量大，微波功率用1 600 W可使樣品分解速度快并且完全。微波消解參數(shù)見表1。

2.2.2 分析譜線選擇

每個(gè)元素選取2～3 條儀器推薦的特征譜線，分析每條譜線的發(fā)射強(qiáng)度、譜線干擾情況并進(jìn)行背景校正，選擇信噪比高、譜線干擾少及穩(wěn)定性好的譜線作為元素的工作譜線。在ICP-AES中P元素是靈敏度較低的元素，樣品含量低時(shí)需要用紫外區(qū)的波長(zhǎng)去測(cè)試。諸堃等[21]分析植物樣品時(shí)對(duì)P使用了紫外區(qū)的譜線，但植物樣品中P元素含量比較高，P用波長(zhǎng)214.914 nm譜線即可在非紫外區(qū)測(cè)試。譜線選擇結(jié)果見表3。

表3 待測(cè)元素分析波長(zhǎng)Table3 Analytical wavelengths for determining different elements

2.2.3 方法檢出限

對(duì)樣品空白溶液進(jìn)行20 次測(cè)定，以3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算各元素的檢出限，以0.500 0 g稱樣量來計(jì)算各元素的方法檢出限。微波消解ICP-AES法方法檢出限結(jié)果見表4， 15 種元素的檢出限為0.02～152 μg/g。

表4 黃豆標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSB-4的驗(yàn)證結(jié)果Table4 Validation results of soybeans standard substance GSB-4

2.3 黃豆標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證結(jié)果

對(duì)黃豆標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSB-4以EA儀和微波消解ICP-AES儀用上述方法對(duì)以上18 種元素進(jìn)行分析，精密度為5 次測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD），以分析結(jié)果與推薦值之比作為回收率。黃豆標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證結(jié)果見表4。元素方法回收率在84%～118%之間，除了Fe元素回收率84%以外，其他元素回收率都在90%以上；Fe元素回收率偏低，可能是由于受到樣品基體中其他元素譜線的背景干擾，引起信號(hào)凈強(qiáng)度偏低，導(dǎo)致結(jié)果偏低。RSD在0.20%～4.46%之 間。標(biāo)準(zhǔn)物常量元素N、C、S、Ca、Mg、K、Na、P方法檢出限在2.80～152 μg/g，微量元素B、Ba、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn和Sr方法檢出限在0.02～2.02 μg/g之間。N、Mg、P、B、Ba、Co、Cr、Mn、Ni、Zn和Sr 11 種元素測(cè)定值在推薦值范圍內(nèi)，S、Ca、K、Na、Cu和Fe元素測(cè)定值都 接近 推薦值。

2.4 3 種豆皮元素的含量

沿用以上方法對(duì)綠豆、紅小豆和黑豆皮進(jìn)行18 種元素的分析，樣品測(cè)定結(jié)果見表5。樣品測(cè)定的RSD在0.03%～6.86%之間。豆皮中富含Ca、Mg、K、Na 等人體必需的礦質(zhì)元素，還含有人體必需的微量礦質(zhì)元素B、Ba、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Z n和Sr，具有利用價(jià)值。所分析的豆皮Cr元素含量為7.21～15.8 μg/g，超出食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)[24]1.0 μg/g的限量值，所以在綜合利用時(shí)需要考慮Cr元素超標(biāo)的情況。

表5 3 種豆皮18 種元素含量（Table5 Con tents of eighteen elements in the seed coats of mung bean, adzuki bean and black soybean (x

表5 3 種豆皮18 種元素含量（Table5 Con tents of eighteen elements in the seed coats of mung bean, adzuki bean and black soybean (x

元素項(xiàng)目綠豆皮紅小豆皮黑豆皮N平均值/%1. 81±0.022.82±0.0371.80±0.016 RSD/%1.781.780.80 C平均值/%44.5±0.0244.3±0.01343.9±0.015 RSD/%0.040.034.56 S平均值/%0.115±0.0040.168±0.0030.149±0.010 RSD/%6.091.195.37 Ca平均值/%0.653±0.0210.254±0.0080.430±0.002 RSD/%3.223.150.45 Mg平均值/%0.323±0.0080.247±0.0030.247±0.003 RSD/%2.481.211.44 K平均值/%0.85±0.020.93±0.011.34±0.002 RSD/%2.351.080.15 P平均值/%0.17±0.010.34±0.010.16±0.001 RSD/%5.881.470.63 Na平均值/（μg/g）123±435.2±1169±12 RSD/%2.333.085.27 B平均值/（μg/g）20.7±0.816.1±0.222.3±1.1 RSD/%2.811.013.70 Ba平均值/（μg/g）20.2±0.29.4±0.310.6±0.1 RSD/%1.072.325.34 Co平均值/（μg/g）0.225±0.0180.359±0.0250.301±0.013 RSD/%6.865.343.35 Cr平均值/（μg/g）12.6±0.277.21±0.2015.8±0.15 RSD/%1.572.202.02 Cu平均值/（μg/g）5.4±0.119.4±0.710.9±0.2 RSD/%3.912.712.41 Fe平均值/（μg/g）413±10129±1401±8 RSD/%2.050.901.48 Mn平均值/（μg/g）21±134±116±0.1 RSD/%6.692.561.24 Ni平均值/（μg/g）7.6±0.213±0.28.5±0.1 RSD/%1.781.521.21 Zn平均值/（μg/g）18±0.229±0.633±0.6 RSD/%1.192.921.26 Sr平均值/（μg/g）39.3±0.218.9±0.626.9±0.2 RSD/%0.452.310.81

3 結(jié) 論

利用EA儀和微波消解ICP-AES法分析豆皮中18 種元素，測(cè)定了有機(jī)元素和礦質(zhì)元素，為3 種豆皮的綜合利用提供依據(jù)。該方法快速、簡(jiǎn)便，可同時(shí)進(jìn)行多元素分析，常量元素和微量元素方法檢出限0.02～152 μg/g、RSD在0.20%～4.46%之間，回收率為84%～118%，達(dá)到應(yīng)用的要求。所分析的3 種豆皮C含量基本相當(dāng)；N含量紅小豆皮大于綠豆皮和黑豆皮，而綠豆皮和黑豆皮含量相當(dāng)；Mg含量綠豆皮大于紅小豆皮和黑豆皮，而紅小豆皮和黑豆皮含量相當(dāng)；豆皮元素含量由高到低，P、Mn為紅小豆皮＞綠豆皮＞黑豆皮，S、 Co、Cu、Ni為紅小豆皮＞黑豆皮＞綠豆皮，Ca、Ba、Fe、Sr為綠豆皮＞黑豆皮＞紅小豆皮，K、Zn為黑豆皮＞紅小豆皮＞綠豆皮，Na、B、Cr為黑豆皮＞綠豆皮＞紅小豆皮。其中，3 種豆皮中Cr含量高，其原因是來自于豆皮本身還是在加工工藝中帶入還需進(jìn)一步探討。

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Analysis of 18 Elements in Seed Coats of Mung Bean, Adzuki Bean and Blac k Soybean

WANG Qiaohuan1, JIANG Junping2,*, FU Huimin1, MENG Ling1, LI Hong1
(1. State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China; 2. Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China)

In order to fully develop and utilize bean coat resources and increase the added value of processed bean products, the contents of N, C, S, Ca, Mg, K, P, Na, B, Ba, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn and Sr in the seed coats of mung bean, adzuki bean and black soybean were determined by elemental analyzer (EA) and inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer (ICP-AES). The limits of detection (LODs) for the elemen ts N, C and S with an elemental analyzer were 32-96 μg/g, and recovery rates were 97%-115% with relat ive standard deviations (RSDs) of 0.20%-2.63% (n = 5). The LODs for the elements Ca, Mg, K, P, Na, B, Ba, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn and Sr with ICP-AES were between 0.02 and 152 μg/g, and recover y rates were in the range of 84%-118% with R SDs of 0.44%-4.46% (n = 5). The soybean standard substance was measured using the developed methods, and the results indicated that the contents of N, Mg, P, B, Ba, Co, Cr, Mn, Ni, Zn and Sr were within the recommended range, while the contents of S, Ca, K, Na, Cu and Fe were close to the recommended values. The analytical methods proved to be rapid and simple and can be applied for elemental analysis.

mung bean coat; adzuki bean coat; black soybean coat; elemental analyzer (EA); inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer (ICP-AES); element contents

S529

A

1002-6630（2015）20-0126-04

10.7506/spkx1002-6630-201520023

2015-02-11

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-09-G15）

王巧環(huán)（1969—），女，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)要素綜合分析。E-mail：wangqh@rcees.ac.cn

*通信作者：江均平（1963—），男，副研究員，博士，研究方向?yàn)槊腹こ膛c食品加工。E-mail：1367858907@qq.com