粒徑對(duì)小麥麩皮礦物元素含量及其吸附有害元素的影響

王 鑫,黃韜睿,黃麗娟,張定秋

(1.四川省食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)院,四川成都 610097;2.四川旅游學(xué)院,四川成都 610000)

粒徑對(duì)小麥麩皮礦物元素含量及其吸附有害元素的影響

王 鑫1,黃韜睿2,*,黃麗娟1,張定秋1

(1.四川省食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)院,四川成都 610097;2.四川旅游學(xué)院,四川成都 610000)

為探索小麥麩皮吸附有害元素的能力,本實(shí)驗(yàn)對(duì)不同粒徑范圍(<0.074、0.074～0.125、0.125～0.425 mm)的麩皮吸附有害元素(鋁、砷、鉛)的能力進(jìn)行研究,同時(shí)對(duì)不同粒徑范圍麩皮的礦物元素(鉀、鈣、鎂、鐵、鋅、銅)和有害元素(鋁、鉛、砷、鎘、鉻)含量進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明:粒徑對(duì)麩皮中的礦物元素及有害元素的含量有顯著的影響(p<0.05);在粒徑小于0.074 mm的細(xì)麩皮中,被檢測(cè)的礦物元素含量均為最低,宏量元素鉀、鈣、鎂分別為7.222、0.812、2.008 g·kg-1,微量元素鐵、鋅、銅分別為170、82.3、11.9 mg·kg-1,而對(duì)于有害元素鋁、鉛、鉻,該粒徑范圍的麩皮含量是最高的分別為13.7、0.1169、0.3150 mg·kg-1,粒徑為0.125～0.425 mm的粗麩皮含有大量的宏量元素(鉀、鎂分別為15.867、5.984 g·kg-1),且被檢測(cè)的有害元素含量都是最低的,鉛僅有0.0449 mg·kg-1。隨pH變化以及粒徑的變化,麩皮吸附鋁和砷的能力變化是一致的,在pH=2條件下隨粒徑的減小先增強(qiáng)后降低,而在pH=7條件下麩皮吸附能力隨粒徑的減小而顯著增加(p<0.05),且在pH=7條件下的吸附能力遠(yuǎn)小于pH=2;在pH=7條件下麩皮吸附鉛的能力大于pH=2,且在pH=7條件下麩皮吸附鉛的能力隨著粒徑減小而顯著增加(p<0.05),而在pH=2條件下麩皮吸附鉛的能力隨著粒徑減小先增強(qiáng)后降低。綜上可知,粒徑對(duì)麩皮中的礦物元素含量及對(duì)有害元素的吸附能力都有顯著影響。

小麥麩皮,礦物質(zhì),有害元素,吸附

小麥麩皮是小麥磨制面粉過(guò)程中的副產(chǎn)物,我國(guó)每年有超過(guò)0.2億t麩皮產(chǎn)生[1-2]。小麥麩皮主要由小麥果皮、種皮、珠心層和糊粉層組成,這使得麩皮具備了特殊的營(yíng)養(yǎng)成分,即富含45%以上的膳食纖維和豐富的礦物質(zhì)[3],是人體補(bǔ)充膳食纖維理想食物,通過(guò)特殊處理后[4]還是補(bǔ)充礦物質(zhì)的很好的天然食物。

表1 不同粒徑范圍麩皮礦物元素含量Table 1 Different particle size range of bran its mineral content(±s,n=8)

注：同一列中不同字母表示數(shù)據(jù)間有顯著差異,p<0.05,表2相同。

鉛、砷、汞、鉻和鎘等重金屬元素因不易排出體外而在體內(nèi)富集,長(zhǎng)期食用超標(biāo)或富含這些元素的食物會(huì)對(duì)身體造成極大的危害,當(dāng)在體內(nèi)蓄積到一定量時(shí),可導(dǎo)致人體中毒甚至癌癥[5]。目前有大量的關(guān)于膳食纖維吸附重金屬離子的報(bào)道,涂宗財(cái)[6]等對(duì)豆渣膳食纖維吸附重金屬進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)在體外實(shí)驗(yàn)?zāi)M腸道pH條件,膳食纖維對(duì)汞、鉛、鎘有較強(qiáng)的吸附作用,且豆渣膳食纖維對(duì)不同重金屬吸附有差異;陳思思[7]發(fā)現(xiàn)漢麻中的大量活性纖維對(duì)重金屬離子(Pb2+和Cd2+)有很強(qiáng)的吸附作用,孫穎[8]對(duì)小麥麩皮膳食纖維進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),麩皮膳食纖維對(duì)鎘、鉛重金屬有吸附作用,且吸附能力會(huì)因pH及纖維粉碎時(shí)間的不同而不同。麩皮對(duì)重金屬有吸附能力[9-10],但對(duì)有害元素中的非重金屬元素及非金屬元素的吸附能力報(bào)道很少;粒徑對(duì)麩皮口感有顯著的影響[11-13],但目前粒徑對(duì)麩皮吸附有害元素能力的影響報(bào)道很少。本實(shí)驗(yàn)旨在研究不同粒徑范圍的麩皮在不同pH條件下吸附重金屬鉛、非重金屬鋁、非金屬砷等有害元素的能力,為指導(dǎo)麩皮深加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麩皮 市售;鉀、鈣、鎂、鐵、鋅、銅、鋁、鉛、砷、鉻、鎘等標(biāo)準(zhǔn)品(1000 μg/mL) 國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心;高純度硝酸 賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀iCAPQ(ICP-MS) Thermo Fisher Scientific(美國(guó))公司;BHW-09A16趕酸器,PRO 48MF微波消解儀 Anton Paar安東帕(奧地利)公司;CPA225D電子天平 德國(guó)賽多利斯公司;PL1548往復(fù)式水浴恒溫振蕩器 金壇市瑞華儀器有限公司;KQ-250DE超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;HK-02A萬(wàn)能粉碎機(jī) 廈門(mén)旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 小麥麩皮分級(jí)處理 用20目的分樣篩篩除麩皮中雜質(zhì)及較大粒徑的麩皮,再用粉碎機(jī)粉碎處理3 min。最后先用200目分樣篩篩出粒徑<0.074 mm的細(xì)麩皮記為M200,接著將200目分樣篩的篩上物用120目分樣篩篩出粒徑0.074～0.125 mm的較細(xì)麩皮記為M120,最后將120目分樣篩的篩上物用40目分樣篩篩出粒徑0.125～0.425 mm的粗麩皮記為M40,得到M40、M120、M200大中小三種粒徑范圍的麩皮,將其存放于干燥通風(fēng)處。

1.2.2 小麥麩皮的礦物元素及重金屬檢測(cè) 稱(chēng)取0.3 g不同粒徑范圍的麩皮(M40、M120、M200目)于消解管中,加入7 mL硝酸,置于趕酸器中100 ℃預(yù)消解1 h,待冷卻后,轉(zhuǎn)置微波消解儀中進(jìn)行消解,消解條件如下:在10 min之內(nèi)功率由0 W增至750 W,750 W保持5 min;10 min之內(nèi)功率由750 W增至1500 W,1500 W保持25 min。將消解好的樣品轉(zhuǎn)至趕酸器將酸趕至約1 mL,用2%硝酸定容至25 mL搖勻,取部分溶液過(guò)0.22 μm水性濾膜后,供ICP-MS采集,檢測(cè)方法參照SN/T 2208-2008。

1.2.3 小麥麩皮吸附重金屬的能力 分別取25 mL pH=2、pH=7的溶液(含鉛、砷、鋁、鎘、鉻)于100 mL的錐形瓶中,加入0.1 g麩皮,于37 ℃恒溫振蕩器中振蕩3 h,6000 r/min離心8 min,上清液過(guò)0.22 μm水性濾膜后測(cè)定殘留重金屬離子濃度[8],并根據(jù)以下公式計(jì)算麩皮吸附重金屬能力。

麩皮吸附有害元素能力(μg/g)=(吸附前溶液離子濃度-吸附后溶液離子濃度)/稱(chēng)取麩皮質(zhì)量×溶液體積

1.3 數(shù)據(jù)處理

表2 不同粒徑范圍的麩皮有害元素含量Table 2 Different particle size range of bran its harmful elements content(±s,n=8)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒徑麩皮中的礦物元素含量分析

由表1可知,在麩皮中檢測(cè)出大量的鉀、鈣、鎂等宏量元素和鐵、鋅、銅等微量元素。這些元素都是人體必需的元素,在人體生理活動(dòng)中發(fā)揮重要的作用,如鈣、鎂是構(gòu)成骨骼、牙齒的主要原料,鐵是血紅蛋白、甲狀腺的組成成分,鋅是多種酶的組成成分,是生長(zhǎng)發(fā)育的必要物質(zhì)[14]。在我國(guó)人群中比較容易缺乏的礦物元素是鈣、鐵、鋅[15],如果能夠加大經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理的麩皮(去除植酸,微生物作用)食用量[16-17],可以起到輔助補(bǔ)充人體較易缺乏的鈣、鐵、鋅等元素的作用。

由表1可知,不同粒徑范圍的麩皮,其礦物元素含量有顯著差異(p<0.05)。小麥麩皮粒徑達(dá)<0.074 mm時(shí),無(wú)論是宏量元素(鉀、鈣、鎂)還是微量元素(鐵、鋅、銅)的含量都是最低的,這可能是因?yàn)閺脑熎ぶ蟹蛛x得到的較小粒徑麩皮,淀粉含量顯著增加[18],而糊粉層等纖維減少,從而致使<0.074 mm麩皮的礦物元素含量顯著降低。0.125～0.425 mm的麩皮除鉀、鎂含量(15.867、5.984 g·kg-1)最高外,其他元素都顯著低于0.074～0.125 mm的麩皮,這跟麩皮結(jié)構(gòu)以及礦物質(zhì)元素的分布有直接的關(guān)系。由不同粒徑范圍的麩皮礦物元素含量變化,可知選擇食用中等粒徑麩皮是較理想的。

2.2 不同粒徑麩皮中的有害元素含量

通過(guò)ICP-MS檢測(cè)不同粒徑范圍麩皮的有害元素,雖然所有粒徑范圍的麩皮都檢測(cè)出表2中元素,但結(jié)果均未超出GB 2762-2012規(guī)定的限量值,且不同粒徑范圍的麩皮有含元素含量有顯著差異(p<0.05)。從2.1可知小于0.074 mm粒徑麩皮礦物質(zhì)含量是最低的,但由表2,小于0.074 mm粒徑的麩皮中鋁、鉛、鉻含量分別為13.7、0.1169、0.315 mg·kg-1都是最高的;表2中有害元素,0.125～0.425 mm的粗麩皮含量都是最低的,由此可得粒徑越大麩皮中有害元素含量越低,因此綜合口感,選擇食用麩皮或使用麩皮加工產(chǎn)品時(shí)應(yīng)選擇中等粒徑的麩皮。

2.3 不同粒徑麩皮對(duì)有害元素的吸附

2.3.1 不同粒徑麩皮對(duì)重金屬鉛的吸附 鉛是對(duì)人體的危害最大的重金屬,其對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、骨髓造血機(jī)能、消化系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)及人體其他功能都有明顯毒害作用,特別對(duì)孕婦、嬰兒和兒童的健康危害較大[5]。由圖1可知,麩皮對(duì)鉛是有吸附作用的,這與已報(bào)道的結(jié)果是一致的。麩皮因粒徑范圍不同或溶液pH的不同吸附鉛的能力也不同,所有粒徑范圍的麩皮在pH=7條件下吸附鉛的能力明顯大于pH=2時(shí),該結(jié)果與孫穎[8]報(bào)道的小麥膳食纖維吸附重金屬的結(jié)果一致,當(dāng)pH升高時(shí),膳食纖維羧基上的質(zhì)子解離增多,重金屬離子吸附量增大,反之,羧基的解離減少,吸附量下降[8],由此可以說(shuō)明小麥麩皮對(duì)鉛的吸附起主要作用的是膳食纖維。不同粒徑范圍麩皮吸附鉛的能力有顯著性差異(p<0.05),在pH=7條件下麩皮吸附鉛的能力隨著粒徑減小而顯著增加,而當(dāng)pH=2條件下麩皮吸附鉛的能力隨著粒徑減小而先增加后減小。

圖1 不同粒徑范圍的麩皮吸附鉛的能力Fig.1 Different particle size range of bran adsorption ability to lead注:不同字母表示相同pH條件下,不同粒徑范圍的麩皮吸附能力有顯著差異(p<0.05),圖2、圖3同。

圖2 不同粒徑麩皮吸附鋁的能力Fig.2 Different particle size range of bran adsorption ability to aluminum

2.3.3 不同粒徑麩皮對(duì)非金屬元素砷的吸附 砷是一種非金屬元素,其大部分是以無(wú)機(jī)砷和烷基砷存在,砷對(duì)人體的皮膚、肺、肝、腎、神經(jīng)系統(tǒng)等都有很大損害,且砷的毒性取決于其形態(tài),無(wú)機(jī)砷大于有機(jī)砷,三價(jià)砷大于五價(jià)砷化合物,而毒性最大的是砷化氫和三氧化二砷(俗稱(chēng)砒霜)[21]。由圖3可得,麩皮吸附砷的能力隨遠(yuǎn)小于吸附鋁和鉛的能力,由此說(shuō)明麩皮對(duì)非金屬元素吸附能力不強(qiáng);麩皮吸附砷的能力跟吸附鋁的能力一樣,所有在測(cè)粒徑范圍的麩皮都是在pH=7條件下吸附砷能力小于pH=2;在pH=2條件下隨麩皮粒徑增加其吸附砷的能力先增加后減小,即粒徑范圍為0.074～0.125 mm麩皮吸附能力最大為228.25 μg·g-1,粒徑范圍為0.125～0.425 mm麩皮吸附鋁能力最小為109 μg·g-1,而在pH=7條件下麩皮吸附砷的能力隨粒徑的減小而增加,其相關(guān)性數(shù)R=0.979,即在該條件下麩皮吸附砷的能力與粒徑有很強(qiáng)的相關(guān)性。

圖3 不同粒徑麩皮吸附砷的能力Fig.3 Different particle size range of bran adsorption ability to arsenic

綜上可得,通過(guò)研究麩皮吸附三種有代表性的有害元素(重金屬鉛、非重金屬鋁和非金屬砷)可知,麩皮吸附非重金屬鋁的能力最強(qiáng)(>7000 μg·g-1),吸附重金屬鉛的能力次之(>371.75 μg·g-1,<4166.25 μg·g-1),吸附非金屬砷的能力最差(<228.25 μg·g-1);麩皮對(duì)吸附三種有害元素的能力,都會(huì)因pH不同或粒徑范圍的不同而不同,在酸性環(huán)境中麩皮吸附鋁和砷的能力強(qiáng)于中性環(huán)境,而在酸性環(huán)境中麩皮吸附鉛的能力弱于中性環(huán)境;粒徑對(duì)麩皮吸附有害元素有顯著的影響,在同pH條件下,較小粒徑范圍麩皮M100、M200都有較強(qiáng)的吸附有害元素的能力,而粗麩皮M40在相同pH條件下,吸附三種有害元素的能力都低于M100、M200,這可能跟麩皮作用表面積有關(guān)。

3 結(jié)論

對(duì)麩皮礦物元素(鉀、鈣、鎂、鐵、鋅、銅)進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)麩皮中含有大量的礦物元素,特別是鉀、鈣、鋅、鐵等元素;粒徑對(duì)麩皮礦物質(zhì)含量有顯著性影響,在所測(cè)的礦物元素中粒徑<0.074 mm的細(xì)麩皮含量都是最低的,鉀、鈣、鎂、鐵、鋅、銅含量分別為7.222、0.812、2.008、95 g·kg-1、59.2 mg·kg-1、8.7 mg·kg-1。在麩皮中檢測(cè)出鋁、鉛、砷、鎘、鉻等有害元素,且不同粒徑麩皮有害元素含量也有顯著差異,鋁、鉛、鉻在麩皮粒徑小于0.074 mm中的含量是最高的,其余元素都是在0.074～0.125 mm范圍的中等粒徑麩皮中最高,由此說(shuō)明在使用麩皮加工產(chǎn)品時(shí)應(yīng)選擇較大粒徑的麩皮。

通過(guò)對(duì)麩皮吸附鉛、鋁、砷三種代表性有害元素的研究,發(fā)現(xiàn)小麥麩皮對(duì)非重金屬鋁的吸附能力最強(qiáng),其大于達(dá)7000 μg·g-1,對(duì)非金屬砷吸附能力最弱,其小于228.25 μg·g-1,且pH條件和粒徑對(duì)麩皮吸附有害元素顯著的影響,酸性環(huán)境有利于麩皮對(duì)鋁和砷的吸附,而酸性環(huán)境不利于對(duì)鉛的吸附;粗麩皮(0.125～0.425 mm)吸附有害元素能力最弱,中等粒徑麩皮(0.074～0.125 mm)吸附鋁和砷的能力最強(qiáng),細(xì)麩皮(<0.074 mm)吸附鉛的能力最強(qiáng)。

[1]包成龍,許曉燕,劉博文. 小麥麩皮營(yíng)養(yǎng)成分和綜合利用 [J]. 糧食與油脂,2014(8):58-60.

[2]史建芳,胡明麗. 小麥麩皮營(yíng)養(yǎng)組分及利用現(xiàn)狀 [J]. 現(xiàn)代面粉工業(yè),2012,26(2):25-28.

[3]Anson N M,Hemery Y M,Bast A,et al. Optimizing the bioactive potential of wheat bran by processing [J]. Food & Function,2012,3(4):362-375.

[4]Onipe O O,Jideani A I O,Beswa D. Composition and functionality of wheat bran and its application in some cereal food products [J]. International Journal of Food Science & Technology,2015,50(12):2509-2518.

[5]游勇,鞠榮. 重金屬對(duì)食品的污染及其危害[J]. 環(huán)境,2007(2):102-103.

[6]涂宗財(cái),胡月明,陳麗莉,等. 豆渣膳食纖維吸附重金屬的研究 [J]. 食品與機(jī)械,2013,29(1):85-87.

[7]陳思思. 漢麻纖維對(duì)重金屬離子的吸附性能研究[D]. 浙江理工大學(xué),2016.

[8]孫穎. 小麥麩皮膳食纖維的脫色及超微粉碎加工[D]. 江南大學(xué),2008.

[9]鄭慧,王敏,孫新濤. 苦蕎麩皮微粉對(duì)Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附特性研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2008,23(1):44-47.

[10]王瑋. 超微粉碎麩皮的功能特性及應(yīng)用研究[D].河南工業(yè)大學(xué),2016.

[11]王小平,雷激,劉江,等. 麩皮對(duì)掛面品質(zhì)及抗氧化性的影響[J]. 食品科技,2016(2):185-191.

[12]王小平,雷激,孫曼兮. 麩皮酥性餅干制備的工藝優(yōu)化[J]. 食品工業(yè)科技,2015,36(22):277-281.

[13]Pr ckler M,Siebenhandl-ehn S,Apprich S,et al. Wheat bran-based biorefinery 1:Composition of wheat bran and strategies of functionalization [J]. LWT-Food Science and Technology,2014,56(2):211-221.

[14]唐麗. 礦物質(zhì)元素與人體健康[J]. 新疆職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,10(4):94-96.

[15]范軼歐,劉愛(ài)玲,何宇納,等.中國(guó)成年居民營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入狀況的評(píng)價(jià)[J].營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),2012,34(1):15-19.

[16]趙孝先,高玲,吳麗雅,等. 響應(yīng)面法優(yōu)化鹽酸降解小麥麩皮中植酸研究[J]. 食品工業(yè)科技,2016,37(10):311-315.

[17]Coda R,Karki I,Nordlund E,et al. Influence of particle size on bioprocess induced changes on technological functionality of wheat bran [J]. Food Microbiology,2014,37:69-77.

[18]王小平,張廣峰,雷激,等. 粒徑對(duì)麩皮多酚及其抗氧化活性的影響[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2016,42(9):160-164.

[19]王子云,詹秀環(huán). 鋁的污染與危害[J]. 周口師范學(xué)院學(xué)報(bào),2004,21(2):65-67.

[20]李梅,喻敏. 硼對(duì)果膠鋁吸附解吸特性的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(8):1595-1602.

[21]黃秋嬋,韋友歡,吳穎珍. 砷污染對(duì)人體健康的危害效應(yīng)研究[J]. 微量元素與健康研究,2009,36(4):65-67.

Effect of particle size on mineral element content and binding of harmful element of wheat bran

WANG Xin1,HUANG Tao-rui2,*,HUANG Li-juan1,ZHANG Ding-qiu1

(1.Sichuan Institute for Food and Drug Control,Chengdu 610097,China; 2.Sichuan Tourism College,Chengdu 610000,China)

To study the binding ability of wheat bran to harmful elements,the ability of adsorption for wheat bran with different particle sizes(<0.074、0.074～0.125、0.125～0.425 mm)to harmful elements(aluminum,arsenic,lead)was tested. In the meantime,minerals(potassium,calcium,magnesium,iron,zinc,copper)contents and harmful elements(aluminum,lead,arsenic,cadmium,chromium)contained by different-size brans were evaluated respectively in the study. The result showed that the particle size of wheat bran had a significant influence on the amounts of minerals and harmful elements(p<0.05).All the detected contents of minerals were the lowest from 0.074 mm size bran,and the contents of macro element potassium,calcium and magnesium were 7.222,0.812 and 2.008 g·kg-1respectively,and the contents of trace element iron,zinc and copper were 170,82.3 and 11.9 mg·kg-1respectively. However,the contents of harmful elements aluminum,lead,and chromium were the highest that were 13.7,0.1169,and 0.3150 mg·kg-1,respectively in these brans. 0.125 mm to 0.425 mm size bran contained a lot of macro elements(The contents of potassium and magnesium were 15.867 and 5.984 g·kg-1,respectively),and the detection contents of harmful elements were the lowest,and lead content was only 0.0449 mg·kg-1. Under the condition of different pH and different particle sizes,the change was consistent for bran adsorption aluminum and arsenic ability. The adsorption capacity increased firstly and then decreased with the decrease of particle size at pH=2. The adsorption capacity of bran at pH=7 remarkable increased with the decrease of particle size(p<0.05). And the adsorption capacity under pH=7 was much smaller than that at pH=2.The ability of bran for adsorbing lead was greater at pH=7 than that at pH=2. And the capacity significantly increased with the decrease of particle size at pH=7(p<0.05). Whereas,that binding capacity to lead increased first then decreased with the decrease of particle size at pH=2.In conclusion,particle size of wheat bran had remarkable influences on its mineral element content and capacity of binding harmful element.

wheat bran;minerals;harmful elements;adsorption

2017-01-13

王鑫(1983-)，女，碩士研究生，研究方向：食品檢測(cè)，E-mail：stare1314@163.com。

*通訊作者:黃韜睿(1982-)，男，碩士，講師，主要從事食品質(zhì)量與安全及傳統(tǒng)烹飪的工業(yè)化研究，E-mail：183607621@qq.com。

四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(szjj2016-087)。

TS209

A

1002-0306(2017)15-0093-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.15.018