湖北省三種蓮藕中鐵元素含量、分布及賦存形態(tài)研究

范文新 嚴(yán)守雷 李潔 江洪 陳紅

柯衛(wèi)東 男，武漢市蔬菜科學(xué)研究所副所長(zhǎng)兼水生蔬菜研究室主任，推廣研究員，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼，水生蔬菜行業(yè)計(jì)劃及“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃首席專家，主持國(guó)家及省、市重大科研項(xiàng)目多項(xiàng)，《植物遺傳資源學(xué)報(bào)》、《長(zhǎng)江蔬菜》編委。長(zhǎng)期從事水生蔬菜種質(zhì)資源及育種研究，在水生蔬菜種質(zhì)資源保護(hù)及創(chuàng)新、新品種選育、微型種苗繁殖技術(shù)研究與應(yīng)用等方面有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，有力推動(dòng)了我國(guó)水生蔬菜學(xué)科建設(shè)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。發(fā)表論文、論著100余篇（部），制定農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)9部，取得國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)，獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、第四屆全國(guó)杰出專業(yè)技術(shù)人才獎(jiǎng)等。

鐵是人體必需的微量元素，是肌紅蛋白、細(xì)胞色素酶的重要組成部分，缺鐵可引發(fā)慢性疲勞、煩躁不安、免疫功能紊亂、記憶力減退等癥狀[1]。蔬菜是人體攝取微量鐵的主要途徑之一，特別是湖北武漢的蓮藕含鐵量較高，其根莖部鐵含量可達(dá) 4 mg/100 g[2]?！侗静菥V目》中記載藕粉可以補(bǔ)鐵。但現(xiàn)階段對(duì)蓮藕的研究主要集中在保鮮貯藏技術(shù)、褐變機(jī)理以及加工品開發(fā)方面，對(duì)蓮藕中鐵元素測(cè)定及鐵元素分布研究較少，故采用濕法消化-火焰原子吸收法對(duì)2017年4月采集自湖北仙桃地區(qū)的蘆林湖、沔城、鄂蓮5號(hào)蓮藕總鐵含量進(jìn)行測(cè)定，并研究鐵元素在蓮藕淀粉、蛋白、藕渣中的分布情況，為人們通過攝食蓮藕來補(bǔ)充鐵元素提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2017年4月的蘆林湖藕、沔城藕、鄂蓮5號(hào)藕購(gòu)自湖北仙桃地區(qū)。

1.2 試驗(yàn)試劑

硝酸優(yōu)級(jí)純、高氯酸優(yōu)級(jí)純、氫氧化鈉分析純、冰醋酸分析純 （國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），乙醚分析純，1 000 μg/L鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液（北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司）。

1.3 試驗(yàn)儀器

智能數(shù)顯電熱板：天津工興實(shí)驗(yàn)室儀器有限公司；MX-101SG1攪拌機(jī)：廈門建松電器有限公司；離心機(jī)：賽默飛世爾科技公司；超純水儀：貝徠美生物科技有限公司；電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；pH計(jì)：梅特勒-托利多；LGJ-30F真空冷凍干燥機(jī)：北京松源華興科技發(fā)展有限公司；AA-6300CF火焰原子吸收分光光度計(jì)：日本島津；SHJA數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇市億通電子有限公司；80目標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩：浙江上虞市五四紗篩廠。

1.4 儀器條件

波長(zhǎng) ：248.3 nm；狹縫寬 ：0.2 nm；燈 電 流 ：12 mA；燃燒器高度：9 mm；燃?xì)猓?.2 L/min；助燃?xì)猓?5.0 L/min。

1.5 試驗(yàn)方法

①樣品處理 將采自湖北仙桃的鮮藕，清洗干凈后，切成厚度約為1 cm的藕片，分別裝袋，置于-20℃冰箱進(jìn)行預(yù)凍，之后用凍干機(jī)凍干，打碎、磨粉制成蓮藕凍干粉末，用于蓮藕淀粉、蛋白、藕渣的提取。

②鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制 將鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成1、2、3、4、5 μg/mL 的濃度梯度，以 0.5%稀硝酸為空白，火焰原子吸收測(cè)定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1），A=0.041 680 C-0.003 400 0，r=1.000 0。

③總鐵含量測(cè)定 根據(jù)劉霞等[3]的方法和GB 5009.90-2016，采用濕法消化-火焰原子吸收法，硝酸∶高氯酸=4∶1。稱取蘆林湖藕凍干粉末0.500 g、沔城藕凍干粉末1.000 g、鄂蓮5號(hào)凍干粉末0.750 g分別置于三角瓶中，按0.1 g蓮藕凍干粉末消耗2.5 mL硝酸和0.625 mL高氯酸的量進(jìn)行加酸，常溫下放置過夜，同時(shí)做空白試驗(yàn)。次日于電熱板上加熱消化，注意及時(shí)補(bǔ)加硝酸，當(dāng)溶液變?yōu)榍辶翢o色并伴有白煙時(shí)，繼續(xù)加熱至近干，再向三角瓶中加入少量超純水繼續(xù)加熱以趕盡多余的高氯酸[4]，直至消化液剩余體積為1~2 mL時(shí)，停止加熱，切不可蒸干。冷卻后，用0.5%稀硝酸洗滌并定容至25 mL容量瓶，雙層濾紙過濾，進(jìn)行火焰原子吸收測(cè)定。

④淀粉提取及其結(jié)合態(tài)鐵含量測(cè)定[5]稱取一定質(zhì)量的蓮藕凍干粉末，過80目篩，超純水浸泡20~24 h后，傾去上清液后，再用0.1%的NaOH溶液浸泡至分層，以除去蛋白質(zhì)、小分子糖類等，靜置后傾去上清液，再加入超純水浸泡到分層，傾去上清液，如此反復(fù)用0.1%NaOH溶液和超純水浸泡至上清液變澄清后，將沉淀用乙醚浸泡進(jìn)行脫脂，再用水洗數(shù)次至上清液清澈透明，將沉淀進(jìn)行冷凍干燥，并進(jìn)行稱量。凍干后的淀粉沉淀，以0.1 g淀粉消耗2.5 mL硝酸和0.625 mL高氯酸的量進(jìn)行加酸，按照1.5③中的方法測(cè)定鐵含量，并分析蓮藕中淀粉結(jié)合態(tài)的鐵含量，及其占總鐵的比例。

圖1 鐵的標(biāo)準(zhǔn)曲線

表1 蓮藕不同組分提取率

⑤蛋白提取及其結(jié)合態(tài)鐵含量測(cè)定[6]稱取一定質(zhì)量的蓮藕凍干粉末，過80目篩，按1∶20的料液比（按過80目篩之前的蓮藕凍干粉末質(zhì)量計(jì)算）加入超純水，用pH計(jì)調(diào)節(jié)溶液pH值至11，15℃條件下恒溫磁力攪拌提取2 h，以9 200 r/min離心15 min，取上清液，棄去殘?jiān){(diào)節(jié)上清液pH值為5，再以9 200 r/min離心15 min后得沉淀，用超純水將沉淀洗滌幾次后，將蛋白質(zhì)沉淀進(jìn)行冷凍干燥，并進(jìn)行稱量。凍干后的蛋白粉末，以0.1 g蛋白消耗10 mL硝酸和2.5 mL高氯酸的量進(jìn)行加酸，按照1.5③中的方法測(cè)定鐵含量，并分析蓮藕中蛋白結(jié)合態(tài)的鐵含量，及其占總鐵的比例。

⑥藕渣提取及其結(jié)合態(tài)鐵含量測(cè)定 稱取一定質(zhì)量的蓮藕凍干粉末過80目篩，留在目篩上面的為藕渣，收集不同蓮藕的藕渣，并稱量，按0.1 g藕渣消耗5 mL硝酸和1.25 mL高氯酸的量進(jìn)行加酸，按照1.5③中的方法測(cè)定鐵含量，并分析蓮藕中藕渣結(jié)合態(tài)的鐵含量，及其占總鐵的比例。

1.6 提取率及各形態(tài)Fe含量的計(jì)算公式

蛋白質(zhì)提取率=蛋白的質(zhì)量/蓮藕凍干粉末的質(zhì)量×100%；淀粉提取率=淀粉的質(zhì)量/蓮藕凍干粉末的質(zhì)量×100%；藕渣提取率=藕渣的質(zhì)量/蓮藕凍干粉末的質(zhì)量×100%。

蓮藕中蛋白結(jié)合態(tài)鐵含量=蛋白質(zhì)中鐵含量×蛋白提取率；蓮藕中淀粉結(jié)合態(tài)鐵含量=淀粉中鐵含量×淀粉提取率；蓮藕中藕渣結(jié)合態(tài)鐵含量=藕渣中鐵含量×藕渣提取率。

表2 蓮藕不同組分的鐵含量（n=3）

2 結(jié)果與分析

2.1 蓮藕不同成分的提取率

在蓮藕加工中蓮藕渣是加工所剩的下腳料，主要包括藕節(jié)、蓮藕皮以及榨汁后的藕渣，富含果膠、膳食纖維等物質(zhì)，是膳食纖維理想的來源[7]。李慧娜等[8]以經(jīng)榨汁后的藕渣為原料，采用堿結(jié)合酶水解法提取不溶性膳食纖維，提取率高達(dá)24%。本試驗(yàn)中藕渣的提取率較低（表1），其原因可能為：一是在進(jìn)行蓮藕切片處理時(shí)，將藕節(jié)直接丟棄；二是凍干藕片在攪拌粉碎過程中，粉碎程度過細(xì)，導(dǎo)致在過80目篩時(shí)，部分藕渣從目篩的空隙中漏出。建議在后續(xù)的試驗(yàn)中，可將凍干藕片攪拌打碎后，不過篩，加入適量的水，用α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶將蓮藕淀粉等物質(zhì)液化，進(jìn)行抽濾，將留在濾紙上的藕渣進(jìn)行烘干稱重，計(jì)算烘干后藕渣的提取率，以此檢驗(yàn)本試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差。

2.2 蓮藕不同組分的鐵含量

經(jīng) DPS 顯著性（P<0.05）分析（表 2），在 4月收獲的不同品種蓮藕中，同一組分的鐵含量差異顯著；在淀粉和蛋白中，都以蘆林湖藕的鐵含量最高，鄂蓮5號(hào)藕鐵含量次之，沔城藕鐵含量最小；在藕渣中蘆林湖藕鐵含量最高，沔城藕鐵含量次之，鄂蓮5號(hào)藕鐵含量最??；在同一種蓮藕中，淀粉、蛋白、藕渣的鐵含量大小依次為：蛋白>藕渣>淀粉，原因可能為：蛋白中鐵的結(jié)合位點(diǎn)較多，如含有亞鐵氧化中心[9]；藕渣中含有較多的藕皮，藕皮表面易形成紅褐色的鐵錳氧化膜，富集鐵元素較多[10]。

2.3 蓮藕中不同組分鐵含量及分布狀態(tài)

由表3和圖2可知，蘆林湖藕總鐵含量為89.40 mg/kg，其中淀粉鐵是蓮藕鐵元素的主要賦存形態(tài)，占總鐵的65.43%；雖然蓮藕蛋白、藕渣中的鐵含量均高于淀粉中的鐵含量，但是由于蛋白、藕渣含量太低，故鐵元素在其中主要以淀粉鐵賦存形態(tài)分布，可見《本草綱目》中提到的藕粉可以補(bǔ)鐵具有科學(xué)依據(jù)。

由表3和圖3可知，沔城藕總鐵含量為52.44 mg/kg，所測(cè)淀粉鐵、蛋白質(zhì)鐵、藕渣鐵的總和占總鐵的比例較小，只有50.27%；同理，雖然蛋白、藕渣中的鐵含量要高于淀粉中的鐵含量，但是由于蛋白、藕渣在蓮藕中的含量太低，故鐵元素在蛋白和藕渣中的分布不高，鐵在淀粉中的賦存量高于在蛋白質(zhì)、藕渣中的賦存量。

由表3和圖4可知，鄂蓮5號(hào)藕總鐵含量為70.36 mg/kg，所測(cè)淀粉鐵、蛋白鐵、藕渣鐵的總和占總鐵的68.86%，其中淀粉鐵賦存量高于蛋白質(zhì)和藕渣鐵賦存量，無機(jī)及其他形態(tài)有機(jī)鐵占總鐵的31.14%。

表3 總鐵、淀粉鐵、蛋白質(zhì)鐵及藕渣鐵含量

圖2 蘆林湖藕中鐵元素分布

圖3 沔城藕中鐵元素分布

圖4 鄂蓮5號(hào)中鐵元素分布

3 結(jié)論

本研究采用濕法消化-火焰原子吸收分光光度法測(cè)定了2017年4月蘆林湖藕、沔城藕、鄂蓮5號(hào)凍干粉末中的總鐵含量，并分析了鐵元素在蓮藕淀粉、蛋白、藕渣中的分布情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，蘆林湖藕、沔城藕、鄂蓮5號(hào)總鐵含量大小依次為：蘆林湖藕>鄂蓮5號(hào)>沔城藕；在不同品種蓮藕中，同一成分的鐵含量差異顯著；在同一種蓮藕中，淀粉、蛋白、藕渣的鐵含量大小依次為：蛋白>藕渣>淀粉，但由于蛋白、藕渣在蓮藕中的含量少，故鐵元素在蛋白和藕渣中的分布不高，淀粉鐵賦存量高于蛋白質(zhì)鐵和藕渣鐵賦存量；在蘆林湖藕中，其淀粉鐵是蓮藕鐵元素的主要賦存形態(tài)，占總鐵的65.43%。

我國(guó)居民的膳食鐵主要來源于谷物和蔬菜，占總攝入來源將近60%[11]；正常人體每天從食物中攝取1~2 mg的鐵即可維持體內(nèi)鐵的平衡 （孕婦和哺乳的婦女鐵的每日需要量為2~4 mg）。通過本試驗(yàn)可知，4月的蘆林湖藕淀粉鐵的賦存量較多，可達(dá)58.49 mg/kg，為人們今后以藕粉為原料生產(chǎn)相關(guān)的補(bǔ)鐵產(chǎn)品提供了理論依據(jù)，擴(kuò)展了藕粉在食品領(lǐng)域的開發(fā)、應(yīng)用；但由于膳食中鐵的吸收率平均為10%，絕大多數(shù)的鐵不能被人體吸收，隨糞便排出，尤其當(dāng)食物中含有植酸鹽、磷酸鹽、草酸鹽時(shí)，易與Fe3+形成不溶性鐵鹽，抑制了鐵的吸收利用[12]，故藕粉的補(bǔ)鐵成效具體如何有待在今后的研究中進(jìn)一步探討。