黃元柴灰成分分析及應用安全性

應康　曹耀

摘要? [目的]以黃元米果原料黃元柴灰為分析對象，探究黃元柴灰的礦物質元素含量及成分組成并對其應用安全性進行分析。[方法]通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）、X射線衍射儀（XRD）對江西省贛州市興國縣、于都縣、贛縣等不同地區(qū)黃元柴灰的元素含量、成分進行分析。[結果]黃元柴灰中含有多種金屬元素，不同地區(qū)灰元素含量有一定的差異，其中含量較多的元素是K、Ca、Mg，還含有一定量的污染物元素Pb、Cr、Cd，灰分主要組成是Na2CO3、CaCO3、K2SO4。[結論]該研究為進一步黃元米果的開發(fā)加工提供試驗依據。

關鍵詞? 黃元柴灰;元素含量;主成分分析;安全性

中圖分類號? TS201.6??? 文獻標識碼? A

文章編號? 0517-6611（2019）24-0196-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.24.059

Composition Analysis and Application Safety of Adinandra millettii Ash

YING Kang1，CAO Yao2

（1.Jiangxi Senior Technical Institute of Chemical Industry， Nanchang，Jiangxi 330077;2.State Key Laboratory of Food Science and Technology， Nanchang University， Nanchang，Jiangxi? 330047）

Abstract? [Objective]Huangyuan rice cake raw material Adinandra millettii ash was taken as the analysis object， the mineral element content and composition of Adinandra millettii ash were studied， and its application safety was analyzed.[Method]Inductively coupled plasma emission spectrometer （ICP-AES） and x-ray diffractometer （XRD） were used to analyze the element content and composition of Adinandra millettii ash in Xingguo County， Yudu County and Ganxian County， Ganzhou City of Jiangxi Province. [Result]The Adinandra millettii ash contained many kinds of metal elements， and the contents of ash elements in different areas were different， among which the contents of K，Ca， Mg were higher and also contains a certain amount of pollutant element Pb，Cr，Cd.The main composition of ash is Na2CO3， CaCO3， K2SO4. [Conclusion]This study provides experimental basis for further development and processing of Huangyuan rice cake.

Key words? Adinandra millettii ash;Element content;Principal component analysis;Safety

作者簡介? 應康（1984—），男，江西南昌人，講師，碩士，從事數(shù)據分析、職業(yè)教育研究。*通信作者，碩士研究生，研究方向：食品工程。

收稿日期? 2019-10-14

贛南是客家人最早的聚集地之一，有著豐富多彩的特色飲食文化[1]。黃元米果出現(xiàn)于南北朝時期，在當時稱為“黃粄”[2]。它是以大米為原料，以槐米、水為輔料，添加由植物黃元柴燒成的灰，經水溶解后過濾除去雜質的濾液加工而成。該方法加工的黃元米果具有獨特的誘人風味及色澤。黃元米果制作的關鍵是添加黃元柴灰，黃元柴植物學名為楊桐，屬山茶科常綠植物，收錄在《贛南草木書》中，為灌木或小喬木[3]。黃元柴灰呈堿性，有防腐殺菌、干燥保鮮食品作用[4]。目前對黃元柴灰的使用已有上千年歷史，但其相關報道較少。

黃元柴灰是植物黃元柴燃燒后的灰燼，成分復雜，全面詳細地了解灰分組成是對其進行應用的基礎。目前測定微量元素的方法主要有原子吸收分光光度法（AAS）、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）、原子熒光光譜法（AFS）等[5]。但是原子分光光度法的局限性都是一次性只能測定一種元素，整個操作步驟繁瑣、耗時長[6]。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法檢出限低、精密度高，可同時測定多種元素[7-10]。物質成分可以采用X射線衍射、電子衍射、紅外光譜、穆斯堡爾譜等分析方法，但是X射線衍射是較方便、應用范圍較廣的方法，具有無損試樣的優(yōu)點[11]。張志堅等[12]用X射線衍射分析浮萍灰分主要組成為KCl、CaCO3和K2SO4，劉力等[13]用X射線衍射儀分析秸稈和廢棄物的灰分主要成分為KCl、K2SO4。筆者采用ICP-AES法測定不同地區(qū)黃元柴灰中多種微量元素的含量，并采用X射線衍射儀對其成分進行分析，從而評價應用到黃元米果中的安全性，為進一步黃元米果的開發(fā)加工提供試驗依據。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 試材。

樣品采自于江西省贛州市興國縣、于都縣、贛縣。將黃元柴置于馬弗爐中，于600 ℃灼燒2 h，收集殘留灰，過80目篩，置于干燥器中用密封袋保存待用。

1.1.2? 試劑。

K、Ca、Mg、Al、P、Mn、Fe、Cd、Pb、Cr元素貯備液（1 000 mg/L），國家標準物質研究中心;硝酸（優(yōu)級純），國藥集團化學試劑有限公司;高氯酸（優(yōu)級純），上海金鹿化工有限公司;試驗用水為超純水。

1.1.3? 儀器與設備。

D8ADVANCE? X射線衍射儀，布魯克公司;Optima 5300DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國PE公司;MARS5型微波消解系統(tǒng)，美國CEM公司;FA2004電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.2? 方法

1.2.1? 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）對灰分元素含量測定。

準確稱取0.500 0 g（精確到0.000 1 g）不同地區(qū)黃元柴灰樣品于聚四氟乙烯消解罐內，加入10 mL 硝酸、1 mL 高氯酸，蓋緊密封蓋。微波消解系統(tǒng)消解30 min，采用程序升溫法，按照表1的步驟消解，消解液至無色透明時，樣品消解完全，趕酸冷卻后定容至25 mL，待上機測定，同時做空白試驗。采用ICP-AES法測定經消化處理后的樣品中元素含量，儀器工作參數(shù)分別為射頻功率1.3 kW、輔助氣流量0.2 L/min、霧化氣流量0.8 L/min、冷卻氣流量15 L/min、觀測模式為雙向、樣品提升量1.5 L/min。K、Ca、Mg、Al、P、Mn、Fe、Cd、Pb、Cr 均為國家標準物質研究中心標準溶液，貯備液質量濃度為1 000 mg/L，標準儲備液用5%的HNO3溶液分別逐級稀釋為工作溶液。在與元素標準溶液完全相同的條件下，以ICP-AES法進行3次平行測定，取平均值。按下式計算試樣中各元素的質量分數(shù)：

X={（ρ-ρ0）×V×f}/m

式中，X為試樣中待測元素含量（mg/kg）;ρ為被測試液中各元素的質量濃度（mg/L）;ρ0為空白溶液中被測元素的質量濃度（mg/L）;V為消化液定容體積（mL）;f為稀釋倍數(shù);m為稱取樣品的質量（g）。

1.2.2? X射線衍射儀（XRD）對灰成分分析。

采用D8ADVANCE型X射線衍射儀對灰分進行測定，衍射參數(shù)如下：所用波長為0.154 2 nm的Cu-Ka射線源，Ni濾波，掃描角度2θ=10°～70°，管壓40 kV，管流40 mA，掃描速度4°/min。

1.3? 數(shù)據分析

試驗數(shù)據采用軟件SPSS 19.0進行方差分析，采用OriginPro 8.0進行作圖。

2? 結果與分析

2.1? ICP-AES法測定元素含量

2.1.1? 元素的分析波長和檢出限。

ICP-AES測定元素含量可以同時選擇多條特征譜線，特征譜線的選擇直接影響分析結果的準確性。該試驗綜合分析強度、干擾情況及穩(wěn)定性，選擇干擾少、精密度好和信噪比高的分析線工作，選定各元素的分析波長和檢出限見表2。

2.1.2? 標準工作曲線。

取K、Ca、Mg、Al、P、Mn、Fe、Cd、Pb、Cr元素貯備液，用5%硝酸稀釋成不同濃度的標準系列。以5%硝酸為空白溶液，在選定的儀器操作條件下對標準溶液進行測定并繪制標準曲線，得到各元素的標準曲線方程及其線性相關系數(shù)r。從表3可看出，各元素線性關系良好，其線性相關系數(shù)為0.999 718～0.999 978。

2.1.3? 方法的準確度及精密度。

為了驗證試驗結果的可靠性，準確稱取已知含量的黃元柴灰樣品0.500 0 g，分別加入一定量的標準溶液，在相同的處理條件下進行測定，平行加標6份，取平均值計算回收率和相對標準偏差（RSD），結果見表4。由表4可知，測定結果的RSD小于4.7%，平均回收率為 94.16%～101.10%，說明用此方法進行黃元柴灰中元素含量的測定簡便、可靠，且具有良好的精密度，可滿足樣品檢測要求。

2.1.4? 樣品元素含量測定及應用安全性分析。

準確稱取贛州市興國縣、于都縣、贛縣的黃元柴灰樣品各0.500 0 g，經“1.2.1”方法處理后，在相同的工作條件下進行測定，對同一樣品平行測定3次，取平均值，計算RSD，結果見表5。

人體健康與微量元素有密切關系，微量元素在人體內還參與許多酶的代謝，對免疫功能具有營養(yǎng)和調節(jié)作用[14-16]。由表5可知，黃元柴灰金屬元素含量豐富，不同地區(qū)的灰分元素含量有一定的差異。這表明隨著地域不同，受環(huán)境、土壤等因素影響，黃元柴灰元素含量也會存在差別，其品質也將不同。從試驗測定結果來看，常量元素K、Mg、Ca、P含量較高，微量元素Mn、Fe、Al含量次之，Cr、Cd、Pb等污染物含量較少，經計算分析出黃元柴灰經水溶解后過濾除去雜質的濾液中添加到黃元米果中金屬元素的含量，其中有害元素含量均低于GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》的限量，表明用黃元柴灰制作黃元米果是符合國標要求的。

2.2? X射線衍射儀（XRD）分析

從圖1可以看出，在不同地區(qū)黃元柴灰X射線衍射圖中主要存在如下結晶相：CaCO3（2θ=23.05，29.40，35.97，39.41，47.50，48.50）、K2SO4（2θ=29.13，29.72，29.78，30.78）、Na2CO3（2θ=23.23，29.53，48.59，50.24，54.89），不同地區(qū)灰分成分存在一定的差異，興國縣的黃元柴灰中存在結晶相K2Ca2Mg（SO4）4（2θ=28.05，39.56，46.80，48.51），于都縣的黃元柴灰中存在結晶相K2CaMg（SO4）3（2θ=28.04，33.32，41.84，44.71，46.82，49.24），贛縣的黃元柴灰中存在結晶相K2Ca5（SO4）6（2θ=20.42，29.69，36.15，43.37，48.68）。從結晶相的強度可以看出灰分中K的物相主要為K2SO4，除此之外K元素還與Ca、S以硫酸鹽的形式存在。

3? 結論

通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）、X射線

衍射儀測定江西省贛州市興國縣、于都縣、贛縣黃元柴灰灰

分的元素含量和成分，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀法測定元素，確定了金屬元素的種類和準確含量，所測元素的加標回收率為94.16%～101.10%，RSD小于4.7%。X射線衍射儀測試結果顯示，黃元柴灰成分主要由K2SO4、CaCO3、Na2CO3等組成。用柴灰溶液加工的黃元米果中污染物含量均低于GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》的限量，因此，黃元柴灰可以作為黃元米果制作的原料。

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