不同品種胡麻籽中礦質(zhì)元素含量測(cè)定方法研究

廖麗萍，肖愛(ài)平，冷鵑，劉亮亮

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410205）

胡麻，又稱油用亞麻（Linum usitatissimum L.），是一種富含營(yíng)養(yǎng)功能成分的油料作物，在中國(guó)已有1000多年的栽培歷史。胡麻籽口感脆而耐嚼，有堅(jiān)果味，在全球范圍內(nèi)均有出產(chǎn)。我國(guó)西北和華北地區(qū)（如甘肅、內(nèi)蒙古、河北、山西、寧夏等省區(qū)）是世界公認(rèn)的胡麻籽黃金產(chǎn)區(qū)［1］，種植品種包括甘肅天亞、隴亞、定亞、內(nèi)蒙古內(nèi)亞、河北壩亞、山西晉亞及寧夏寧亞等。胡麻籽富含ω-3脂肪酸、優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、可溶性膳食纖維、亞麻膠、木酚素及礦物質(zhì)等多種生物活性成分［2-4］，對(duì)糖尿病、肥胖、高血脂、高血壓、心腦血管疾病、癌癥等慢性非傳染性疾病有一定的預(yù)防、緩解和治療作用［5-11］，是一種極具開(kāi)發(fā)前景的功能性食品原料［12-14］。我國(guó)衛(wèi)生計(jì)生委曾委托國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心成立工作組，對(duì)胡麻籽部分主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行調(diào)研。研究［15-16］表明，在甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、云南、新疆等地有將胡麻籽（粉）作為配料用于加工面制品的習(xí)慣，也有將胡麻籽熟制碾碎加鹽后作為佐餐蘸料的習(xí)慣，胡麻籽（粉）可以直接食用。

根據(jù)農(nóng)作物對(duì)元素富集作用的原理［17-18］，胡麻籽中礦質(zhì)元素的含量與種植環(huán)境密切相關(guān)，來(lái)源于不同產(chǎn)地的胡麻籽，元素含量會(huì)存在差異，同時(shí)由于遺傳背景的影響，不同品種的胡麻籽其礦質(zhì)元素含量也可能存在差異。礦質(zhì)元素在人體內(nèi)不能自行合成，必須從飲食中攝取，其生理生化功能非常廣泛，對(duì)維持機(jī)體正常生命活動(dòng)具有重要意義［19-21］。V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn都是人體必需微量元素，但濃度超過(guò)一定閾值也會(huì)對(duì)人體造成危害。As、Cd、Sb、Tl、Pb不是必需微量元素，它們具有顯著的生物毒性，這些重金屬不能被生物降解，不僅影響作物生長(zhǎng)，而且隨食物鏈富集遷移進(jìn)入人體后，嚴(yán)重危害人類生命健康［22-23］。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術(shù)，將電感耦合等離子體的高溫電離特性與質(zhì)譜的靈敏快速掃描的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，可對(duì)痕量、超痕量的無(wú)機(jī)元素和同位素進(jìn)行強(qiáng)有力的分析測(cè)試［24-26］。ICP-MS的檢出限可達(dá)ppt級(jí)，線性范圍可達(dá)7～9個(gè)數(shù)量級(jí)，在幾分鐘內(nèi)可對(duì)多種含量差異較大的元素同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，在食品分析和檢驗(yàn)中應(yīng)用非常廣泛［27-28］。

本文收集了西北和華北5個(gè)省區(qū)的10個(gè)胡麻主栽品種作為試驗(yàn)材料，采用微波消解結(jié)合ICP-MS，建立了同時(shí)測(cè)定胡麻籽中 V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Tl、Pb 11種礦質(zhì)元素的分析方法，從元素角度探討了胡麻籽的食用安全性，為消費(fèi)者提供健康保障的同時(shí)，也為今后深度開(kāi)發(fā)胡麻籽作為功能性食品原料提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

胡麻籽樣品為甘肅、內(nèi)蒙古、河北、山西、寧夏等胡麻籽主產(chǎn)區(qū)具有代表性的品種資源（均為近10年左右通過(guò)審定或登記的胡麻栽培品種），由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所分析測(cè)試中心收藏保存，編號(hào)F1～F10（表1）；硝酸ppb級(jí)，德國(guó)CNW公司；過(guò)氧化氫30%水溶液，優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；超純水，電阻率均達(dá)到18.2 MΩ·cm，自制；Sc、Ge、In、Bi混合內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液，濃度1000 mg/L，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Tl、Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度1000 mg/L，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。

表1 胡麻籽樣品信息Table 1 Samples＇information of flaxseed

iCAPRQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS），美國(guó)賽默飛世爾科技公司；MARS微波消解儀，美國(guó)培安公司；XS205DU電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司。

試驗(yàn)所用的玻璃器皿均在15%優(yōu)級(jí)純的硝酸中浸泡24 h，使用前用超純水洗凈晾干。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理

胡麻籽經(jīng)過(guò)四分法后，挑取對(duì)角兩份放入105℃烘箱中烘干至恒重后高速粉碎，過(guò)100目篩，干燥器內(nèi)保存?zhèn)溆谩?zhǔn)確稱取約0.2 g胡麻籽粉，精確至0.000 1 g，放入微波消解內(nèi)罐中，加入5.0 mL濃硝酸，加蓋放置過(guò)夜，次日再加入1.0 mL 30%過(guò)氧化氫溶液。待樣品反應(yīng)30 min后將消解罐蓋旋緊，放入微波消解儀中分三步進(jìn)行消解，三個(gè)步驟中微波功率均為1000W，第一步升溫至120℃，升溫時(shí)間5 min，恒溫時(shí)間5 min；第二步升溫至150℃，升溫時(shí)間5 min，恒溫時(shí)間10 min；第三步升溫至185℃，升溫時(shí)間5min，恒溫時(shí)間20min。消解結(jié)束后，冷卻至室溫。取出內(nèi)罐并打開(kāi)罐蓋，用少量超純水沖洗罐蓋內(nèi)表面。將罐內(nèi)消解液在120℃下趕酸至近干，放冷后將其轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用超純水少量多次洗滌消解罐內(nèi)壁，洗滌液全部并入容量瓶中，最后用超純水定容至刻度線。將容量瓶放在旋渦混合儀上振蕩，溶液混勻后用0.45μm微孔濾膜過(guò)濾，所得試樣溶液即可上機(jī)待測(cè)。用相同前處理方法做試樣空白進(jìn)行對(duì)照。

1.2.2 ICP-MS工作參數(shù)

用ICP-MS自帶的調(diào)諧液對(duì)其進(jìn)行調(diào)諧，自動(dòng)調(diào)試優(yōu)化工作參數(shù)，使靈敏度、雙電荷、氧化物、質(zhì)量軸及分辨率等各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到最佳測(cè)定要求。優(yōu)化后的工作參數(shù)設(shè)置為：射頻功率1550W，輔助氣流量0.8 L/min，霧化室溫度2.7℃，霧化氣流量1.0 L/min，冷卻氣流量14 L/min，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速 40 r/min，反應(yīng)池氣流量（He）4.9 mL/min，動(dòng)能歧視（KED）模式。

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

標(biāo)準(zhǔn)工作曲線溶液的配制：精密量取單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，用體積分?jǐn)?shù)5%硝酸作為介質(zhì)，逐級(jí)進(jìn)行稀釋，配制成混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，其中 V、Cr、Ni、As、Cd、Sb、Tl、Pb的梯度濃度為 0.5、2.0、5.0、20.0、50.0μg/L，Mn、Cu、Zn的梯度濃度為 20.0、50.0、100.0、200.0、400.0μg/L。

內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：精密量取1000 mg/L含有Sc、Ge、In、Bi的內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液，用體積分?jǐn)?shù)5%硝酸稀釋至1.0 mg/L。

1.2.4 礦質(zhì)元素含量測(cè)定方法

在已優(yōu)化好的ICP-MS工作參數(shù)下，設(shè)置測(cè)定方法，確定各待測(cè)元素選擇的同位素及相應(yīng)的內(nèi)標(biāo)元素（表2）。先測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，再依次對(duì)試樣空白溶液、試樣溶液進(jìn)行測(cè)定，儀器自動(dòng)給出所測(cè)溶液中各元素的質(zhì)量濃度，通過(guò)計(jì)算即可得到胡麻籽樣品中各礦質(zhì)元素的含量，計(jì)算公式見(jiàn)式（1），最終結(jié)果保留3位有效數(shù)字。

表2 待測(cè)元素選擇的同位素和內(nèi)標(biāo)元素Table 2 Selection ofmeasurement isotopes and internal standard elements

式中：x為胡麻籽樣品中被測(cè)元素的含量（mg/kg）；c為胡麻籽試樣溶液中被測(cè)元素的質(zhì)量濃度（μg/L）；c0為試樣空白溶液中被測(cè)元素的質(zhì)量濃度（μg/L）；v為胡麻籽試樣消化液定容體積（v＝50 mL）；m為胡麻籽樣品的質(zhì)量（g）；1000為換算系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波消解液的選擇

為了將分析樣品中各種價(jià)態(tài)的待測(cè)元素氧化成單一的高價(jià)態(tài)，需要對(duì)樣品進(jìn)行消解以破壞樣品中大量共存的有機(jī)物或還原性物質(zhì)。在微波消解的密閉環(huán)境下，濃硝酸可以安全、穩(wěn)定地分解大部分食物樣品，是最常用的一種消解酸。由于胡麻籽基質(zhì)復(fù)雜，其中含有大量脂肪及蛋白質(zhì)等有機(jī)物，若單獨(dú)采用濃硝酸消解樣品，易出現(xiàn)碳化現(xiàn)象。過(guò)氧化氫是一種常用的弱酸性強(qiáng)氧化劑，隨著介質(zhì)酸度的增加，其氧化能力也會(huì)加強(qiáng)。消解時(shí)，過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生的高能態(tài)活性氧對(duì)有機(jī)物質(zhì)有很強(qiáng)的破壞能力。因?yàn)檫^(guò)氧化氫的元素組成與水相同，分解后只產(chǎn)生氫和氧兩種元素，不會(huì)引入額外的鹵素元素，從而能夠減少分析干擾［29］。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)證明，微波消解約0.2 g胡麻籽粉時(shí)，采用5.0 mL濃硝酸及1.0 mL 30%過(guò)氧化氫水溶液作為消解體系，可得到澄清透亮的消解液。

2.2 干擾及校正

ICP-MS在分析過(guò)程中出現(xiàn)的干擾主要有質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾。質(zhì)譜干擾指無(wú)法分辨的相同質(zhì)量的干擾，主要分為同量異位素重疊干擾、多原子離子干擾和雙電荷離子干擾等。同量異位素重疊是試樣中被測(cè)離子的質(zhì)量與其他元素的同位素相同而引起的質(zhì)譜重疊干擾，例如50V和50Cr、64Ni和64Zn就屬于此類干擾，排除干擾的方法是選擇干擾較少、豐度較高的同位素進(jìn)行測(cè)定［30］。多原子離子干擾（包括難熔氧化物干擾）是由兩個(gè)或者更多的原子結(jié)合而成的復(fù)合離子，其產(chǎn)生的干擾通常比同量異位素重疊更為嚴(yán)重，是質(zhì)譜干擾的主要來(lái)源。本文通過(guò)采用ICP-MS中的動(dòng)能歧視（KED）模式，在碰撞/反應(yīng)池中通入氦氣作為碰撞氣，可破壞多原子離子結(jié)構(gòu)，從而有效消除多原子離子干擾。在正常操作條件下，雙電荷離子的產(chǎn)率通常都較低（＜1%），本文不做探討。

非質(zhì)譜干擾主要源于ICP-MS在分析過(guò)程中產(chǎn)生的基體效應(yīng)，比如樣品基體和純標(biāo)準(zhǔn)溶液之間存在差異而引起待測(cè)元素檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)抑制或增強(qiáng)等問(wèn)題，另外儀器檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的漂移也會(huì)引起待測(cè)元素信號(hào)值的波動(dòng)。采用內(nèi)標(biāo)法定量可以監(jiān)測(cè)信號(hào)漂移，消除基體效應(yīng)的影響。內(nèi)標(biāo)元素應(yīng)與待測(cè)元素的質(zhì)量數(shù)接近且化學(xué)性質(zhì)相似，并且在樣品中含量極低。本試驗(yàn)采用1.0 mg/L的Sc、Ge、In、Bi內(nèi)標(biāo)混合溶液，經(jīng)由三通管在線加入，儀器自動(dòng)匹配，校正基體效應(yīng)干擾而產(chǎn)生的信號(hào)漂移，提高定量精度。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

以待測(cè)元素的質(zhì)量濃度（μg/L）為橫坐標(biāo)，以待測(cè)元素與內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)譜響應(yīng)值的強(qiáng)度比為縱坐標(biāo)，內(nèi)標(biāo)法定量，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見(jiàn)表3。本試驗(yàn)中所有被測(cè)元素線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)均在0.999 7～1.000 0，線性關(guān)系良好。測(cè)定11個(gè)試樣空白溶液，計(jì)算試樣空白溶液中各元素測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的濃度值作為各被測(cè)元素的檢出限，經(jīng)計(jì)算該方法的檢出限為0.000 27～0.006 20 mg/kg。

表3 11種元素的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限Table 3 Linearity ranges，equations of linear regression，correlationcoefficientsand detection limits of 11 elememts

續(xù)表3

2.4 方法的回收率和精密度

平行稱取6份F1（張亞3號(hào)）胡麻籽粉樣品，分別加入一定量標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照“1.2.1”樣品前處理及“1.2.2”儀器工作條件進(jìn)行6次獨(dú)立試驗(yàn)，計(jì)算回收率，結(jié)果見(jiàn)表4。經(jīng)計(jì)算各元素的加標(biāo)回收率為90.6%～109.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.60%～7.33%，表明該方法具有良好的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。

表4 方法的回收率及精密度 （n＝6）Table 4 Recovery and precision of themethod（n＝6）

2.5 實(shí)際樣品的測(cè)定

采用本試驗(yàn)方法，對(duì)所收集的10個(gè)不同品種的胡麻籽樣品進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品稱量6份做平行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn都是人體必需微量元素，本次檢測(cè)的胡麻籽中其含量從高到低依次是 Mn＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞V，其中 Mn含量31.2～78.0mg/kg、Zn含量39.4～53.1 mg/kg、Cu含量 12.4～17.7 mg/kg、Ni含量 1.02～2.49 mg/kg、Cr含量 0.487～0.992 mg/kg、V含量 0.067 1～1.310 0 mg/kg。As、Cd、Sb、Tl、Pb不是必需微量元素，其含量從高到低依次為 Cd＞Pb＞As＞Sb＞Tl，其中 Cd含量 0.014 4～0.072 3 mg/kg、Pb含量 0.054 1～0.194 0 mg/kg、As含量 0.011 4～0.245 0 mg/kg、Sb含量 0.007 94～0.026 50 mg/kg、Tl含量 0.002 05～0.017 20 mg/kg。依據(jù) GB 2762—2017《食品中污染物限量》，以谷物作為參考標(biāo)準(zhǔn)，Cr、As、Cd、Pb 4種礦質(zhì)元素的限量要求依次為 Cr≤1.0 mg/kg、As≤0.5 mg/kg、Cd≤0.1 mg/kg和 Pb≤0.2 mg/kg。從表 5可以看出，10個(gè)不同品種的胡麻籽樣品中，這4種元素的含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量。其中，F(xiàn)5樣品（輪選3號(hào)）中的 V、Cr、Mn、Ni、As、Cd、Sb、Pb 8種元素的含量均高于其他 9種胡麻籽樣品，而 Tl元素未被檢出；F7樣品（壩選3號(hào)）中的Mn、Ni、As、Cd、Sb、Pb 6種元素的含量均低于其他9種胡麻籽樣品，該差異可能與胡麻籽品種或產(chǎn)地有關(guān)。

表5 樣品測(cè)定結(jié)果（n＝6）Table 5 Test results of samples（n＝6） mg/kg

3 結(jié)論

本文建立了微波消解結(jié)合 ICP-MS法測(cè)定不同品種胡麻籽中 V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Tl、Pb 11種礦質(zhì)元素的分析方法。采用ICP-MS中的動(dòng)能歧視（KED）模式消除了分析中的質(zhì)譜干擾，采用內(nèi)標(biāo)法定量克服了基體效應(yīng)的影響并補(bǔ)償了信號(hào)漂移，提高了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。在所測(cè)線性范圍內(nèi)，各元素線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)均高于0.999 0，方法檢出限在0.000 27～0.006 20 mg/kg，加標(biāo)回收率在90.6%～109.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD在1.60%～7.33%。該方法準(zhǔn)確可靠，靈敏度高，可用于同時(shí)測(cè)定胡麻籽中的多種礦質(zhì)元素。通過(guò)對(duì)收集的10個(gè)不同品種的胡麻籽中11種礦質(zhì)元素的含量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，胡麻籽含有V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn這6種人體必需微量元素，其含量從高到低為 Mn＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞V，其中 Mn含量 31.2～78.0 mg/kg、Zn含量39.4～53.1 mg/kg、Cu含量 12.4～17.7 mg/kg、Ni含量 1.02～2.49 mg/kg、Cr含量 0.487～0.992 mg/kg、V含量 0.067 1～1.310 0 mg/kg。參照 GB 2762-2017《食品中污染物限量》中谷物的限量標(biāo)準(zhǔn)，Cr、As、Cd、Pb 4種礦質(zhì)元素的含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量。本文所建立的分析方法，有利于掌握胡麻籽中礦質(zhì)元素的含量水平，可為胡麻種植及胡麻籽食品加工提供理論依據(jù)。