不同肉類食品肌肉組織中微量元素的分布研究

劉宏偉，聶西度，謝華林

（1.湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程系，湖南衡陽421002；2.長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶涪陵408100）

肉類食品是指動物的脂肪組織、結(jié)締組織、皮下組織和肌肉，含有豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，可以提供人體所需的全部氨基酸，特別是能提供人體所必需而又不能通過人體自身合成的8種氨基酸，當(dāng)肉類食品被人體攝取后，肉類中的蛋白質(zhì)在人體內(nèi)消化分解產(chǎn)生氨基酸被人體吸收；肉類食品中的脂肪含量較高，主要包括多種脂肪酸、甘油三酯以及少量的膽固醇、游離脂肪酸、卵磷脂和脂溶性色素等，可以為人體提供熱量和必需的脂肪酸；肉類食品中含有較多的維生素B、尼克酸以及維生素A、D等，可以提供人體所必需的各種維生素；肉類中還含有豐富的人體必需的微量元素，因此，肉類食品與谷類、蔬果等食物相比，肉類食品往往被認(rèn)為是營養(yǎng)價值更高的食物。

肉類食品主要包括牲畜、家禽、海鮮等三種，不同肉類食品具有許多相似性，但差異極大，與動物的種類、身體的部位、生長環(huán)境均有關(guān)系，相關(guān)的研究報道較多[1-6]，但對于不同種類肉類食品中微量元素含量的差別研究鮮有報道。本實驗借助微波消解儀提取了豬肉、牛肉和羊肉中的微量元素，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-MS）法測定其中的Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Pb等14種微量元素，為合理調(diào)節(jié)人體的膳食結(jié)構(gòu)、正確認(rèn)識不同肉類食品中微量元素的組成分布均具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000μg/mL），In內(nèi)標(biāo)溶液（1000μg/mL） 購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；HNO3、H2O2均為優(yōu)級純；實驗用水 為超純水（電阻率≥18.2MΩ·cm）。

7500c電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國Agilent公司；Milli-Q超純水機(jī) 美國Millipore公司；MARSX微波消解系統(tǒng) 美國CEM公司。

1.2 樣品處理

取市場購買的新鮮前腿肌肉樣品，剔除可見脂肪和結(jié)蹄組織后置于冰箱冷凍和保存，分析時準(zhǔn)確稱取樣品0.5000g于微波消解罐內(nèi)，然后加入4mL HNO3、1mL H2O2，放置10～15min后放入消解爐內(nèi)，微波消解采用升壓控制模式，消解程序為：壓力1517kPa，爬升時間30min，溫度190℃，保持時間5min。消解結(jié)束后冷卻至常溫，打開消解罐，用超純水轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，定容待測，同時做空白樣品。所有空白、標(biāo)準(zhǔn)、待測液均通過雙蠕動泵進(jìn)樣系統(tǒng)在線加入1.0μg/mL的In內(nèi)標(biāo)溶液。

1.3 質(zhì)譜儀工作參數(shù)

采用儀器調(diào)諧溶液對ORS-ICP-MS儀器條件進(jìn)行最優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化后的儀器工作參數(shù)見表1。

表1 ORS-ICP-MS的儀器操作條件及參數(shù)Table 1 Operation parameters of ORS-ICP-MS

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測模式的選擇

多原子離子干擾是無機(jī)質(zhì)譜分析中最主要也是最常見的干擾，復(fù)雜基體的存在加大了多原子離子的嚴(yán)重性，直接影響了待測同位素的準(zhǔn)確性。采用高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)可消除大量的質(zhì)譜干擾[7-9]，但儀器設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜，同時也會降低待測同位素的靈敏度。采用碰撞/反應(yīng)池技術(shù)是專門為消除質(zhì)譜干擾中的多原子離子干擾而設(shè)計的，帶ORS的ICP-MS通常以三種不同模式中的一種進(jìn)行操作，這三種模式能快速簡單地在一個單獨的數(shù)據(jù)采集過程中轉(zhuǎn)換使用，已廣泛應(yīng)用于食品分析與檢測[10-12]。

2.1.1 Normal模式 又稱標(biāo)準(zhǔn)模式，在ORS中沒有氣體，儀器工作方式與常規(guī)的帶四極桿的ICP-MS一樣，所有元素均可以獲得較高的靈敏度，但由于其分辨率較低，最大分辨率是1000，對于多原子離子干擾和同量異位素不能很好地分開，該模式只能用于一些輕干擾元素或無干擾的元素。本實驗過程中Mo、Cd、Pb等三個待測元素屬于高質(zhì)量元素，所受輕微質(zhì)譜干擾可以忽略，選擇Normal模式進(jìn)行測定。

2.1.2 He碰撞模式 在ORS中通入He氣與多原子離子發(fā)生碰撞降低干擾，適用于受多原子離子干擾的所有元素分析，如多原子離子40Ar12C+對52Cr+、23Na40Ar+對63Cu+、40Ar35Cl+對75As+的干擾。其工作原理是基于物理方法消除干擾，由于多原子離的體積大于受其干擾的待測離子，與He氣發(fā)生碰撞的幾率遠(yuǎn)大于待測離子的幾率，干擾離子由于受到碰撞的機(jī)會多會失出更多的能量而不能進(jìn)入質(zhì)量分析器，待測離子由于受到的碰撞少則具有較高的動能順利進(jìn)入質(zhì)量分析器實現(xiàn)與多原子離子干擾分離，這一過程又稱干擾離子動能歧視（KED）模式。He碰撞模式最大的優(yōu)勢是儀器設(shè)置一次即可消除所有干擾，由于He氣是惰性氣體，因此在碰撞/反應(yīng)池中也不會形成新的干擾物。本研究考察了待測元素Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se在He碰撞模式下背景等效濃度（BEC）濃度的變化情況，研究表明，除K、Ca、Fe、Se等4個元素以外，其他元素在He碰撞模式下BEC濃度均大幅度降低1～3個數(shù)量級，消除了多原子分子離子的干擾，本實驗過程中待測元素Na、Mg、Mn、Ni、Cu、Zn、As選擇He碰撞模式。

2.1.3 H2反應(yīng)模式 在ORS中通入H2，待測元素與H2發(fā)生反應(yīng)從而避開多原子離子的干擾，在H2反應(yīng)模式，干擾離子在進(jìn)入質(zhì)量分析器之前會通過H2發(fā)生反應(yīng)或發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移被除去，本實驗在反應(yīng)過程中詳細(xì)地研究K、Ca、Fe、Se等元素在H2反應(yīng)模式BEC的變化情況，確定了這四個待測元素選擇H2模式。

2.2 方法的檢出限

在優(yōu)化的實驗條件和上述操作條件下，以樣品空白溶液重復(fù)測定11次，計算標(biāo)準(zhǔn)偏差，取3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度為各待測元素的檢出限；用樣品空白溶液重復(fù)測定11的標(biāo)準(zhǔn)偏差的10倍所對應(yīng)的濃度為各待測元素的測定下限，從表2可以看出，除Ca、Fe、Zn以外，其他待測元素的檢出限均小于0.1μg/L，測定下限在0.017～0.634μg/L之間，完全能滿足樣品的分析要求。

表2 方法的檢出限和測定下限Table 2 Detection limit and reliable quantitation limit of the method

2.3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10018的分析

按上述選定的實驗步驟和分析條件對國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)雞肉（GBW10018）重復(fù)測定11次，測定結(jié)果如表3所示，所有待測元素的測定值與標(biāo)準(zhǔn)值一致，所有待測元素的測定值與標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)T檢驗測定無顯著性差異，說明方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。

表3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析結(jié)果（μg/g）Table 3Analytical results of standard material（μg/g）

表4 樣品分析結(jié)果（μg/g）Table 4 Analytical results of samples（μg/g）

2.4 樣品分析

應(yīng)用上述方法對市場購買的豬肉、牛肉和羊肉的前腿肌肉樣品進(jìn)行分析，每個樣品重復(fù)測定5次，取平均值，各樣品的分析結(jié)果見表4。肉類食品中含有豐富的Ca、Fe、Zn、Mn、Cu、Se和Mo等人體所必需的微量元素，不同品種肉類間微量元素差別較大。通過T檢驗方法測定不同品種肉類間微量元素之間存在顯著性差異（p＜0.05），且三種肉類食品中重金屬的含量較低。

三種肉類食品中K含量最高，K是細(xì)胞內(nèi)的主要電解質(zhì)，對協(xié)助維持穩(wěn)定的血壓及神經(jīng)活動的傳導(dǎo)起著非常重要的作用，尤其是維持心肌細(xì)胞的正常功能，K能防止中風(fēng)，維持正常的肌肉收縮和體液酸堿平衡；三種肉類食品中Na的含量僅次于K，Na是細(xì)胞外液中的主要離子，參于水的代謝，保證體內(nèi)水的平衡，調(diào)節(jié)體內(nèi)水分與滲透壓，與K一起維持體內(nèi)的酸堿平衡，對ATP的生產(chǎn)和利用、心血管功能、肌肉運動、能量代謝、維持血壓正常、增強(qiáng)神經(jīng)肌肉興奮性均有重要作用；Mg和Ca在肉類食品中含量也很高，在人體內(nèi)，Mg是僅次于K的第二重要微量元素，在樣品分析中其含量僅次于K和Na，Mg能激活體內(nèi)多種生物酶，維持核酸的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，抑制神經(jīng)的異常興奮，參與體內(nèi)蛋白合成、肌肉收縮及體溫調(diào)節(jié)等，并還具有維持生物膜電位的作用，Ca是構(gòu)成牙齒和骨骼的主要成分，也可以幫助血液凝固，復(fù)活血液中的酵素，平衡人體的內(nèi)分泌系統(tǒng)，維持心臟的正常收縮，以及控制神經(jīng)感應(yīng)性和肌肉的收縮；Fe的含量在三種肉類食品中與Zn含量相當(dāng)，F(xiàn)e是人體內(nèi)含量最多的過渡金屬元素之一，是血紅蛋白的重要組成成分，是血液中輸送氧與交換氧的重要元素，也是許多酶的組成成分和氧化還原反應(yīng)酶的激活劑，F(xiàn)e在人體中主要參與人體的能量代謝、造血功能及免疫功能；而肉類食品中所含對人體有害的生物毒元素Ni、As、Cd、Pb的含量較低。

3 結(jié)論

本實驗采用八極桿碰撞/反應(yīng)池技術(shù)的He碰撞模式和H2反應(yīng)模式，把分析物干擾物與He碰撞形成小質(zhì)量原子或通過與H2反應(yīng)將分析物轉(zhuǎn)移到其他位置，避開了多離子原子的干擾。實驗結(jié)果表明，肉類食品中含有豐富的Ca、Fe、Zn、Mn、Cu、Se和Mo等人體所必需的微量元素，不同品種肉類間微量元素具有顯著性差異（p＜0.05），三種肉類食品豬肉、牛肉和羊肉中重金屬的含量較低。

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