鄂蓮5號蓮藕中鐵元素含量周年變化及賦存形態(tài)

范文新，孫艷波，陳眾，黃圣凱，嚴(yán)守雷*

（1.濮陽市食品藥品檢驗檢測中心，河南 濮陽 457000；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

鐵是人體內(nèi)所必需的微量元素，也是人體最重要的礦物質(zhì)元素之一，在人體內(nèi)是運送氧和利用氧的核心物質(zhì)，主要參與氧的轉(zhuǎn)運、交換和組織呼吸過程，同時也會參與人體的代謝和免疫調(diào)節(jié)，對人體的健康起著至關(guān)重要的作用[1-4]。當(dāng)今世界，鐵營養(yǎng)的缺乏仍是人類嚴(yán)重的營養(yǎng)缺乏癥之一[5]，世界衛(wèi)生組織的報告顯示，全世界有10%～30%的人群具有不同程度貧血癥狀，其中大多數(shù)的貧血癥狀是由缺鐵引起的[2]。

我國的膳食結(jié)構(gòu)以谷物、薯類、蔬菜等為主，加以少量肉類[6]，如水稻、馬鈴薯、菠菜、豬肉、牛肉、雞肉等，其中水稻糙米、精米、馬鈴薯、菠菜、豬肉、牛肉、雞肉含鐵量分別為 10 mg/kg～25 mg/kg[7]、2 mg/kg～28 mg/kg、1.50 mg/kg～9.63 mg/kg[8-9]、27.10 mg/kg[10]、8 mg/kg ～30 mg/kg[11]、16 mg/kg～32mg/kg[11]、6 mg/kg[11]，這些食源的含鐵量不高，難以滿足人體對鐵的需求。據(jù)《本草綱目》記載，藕粉具有補鐵功效，《食物成分表（全國代表值）》中曾記錄浙江杭州的藕粉每100 g含41.8 mg的鐵[12]，含量較高；但目前對蓮藕的研究主要集中在營養(yǎng)成分、活性物質(zhì)、保鮮貯藏技術(shù)、加工品開發(fā)方面[13-14]，而對蓮藕中鐵元素的研究涉及甚少，因此開展對蓮藕中鐵元素含量及其賦存形態(tài)的檢測分析十分重要。本試驗以湖北仙桃地區(qū)的鄂蓮5號蓮藕為研究對象，采用濕法消化-火焰原子吸收分光光度法測定不同月份鄂蓮5號蓮藕中總含鐵量，分析該蓮藕的鐵元素含量周年變化，并研究鐵元素的賦存形態(tài)，以期為合理開發(fā)利用鄂蓮5號蓮藕鐵元素提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鄂蓮5號蓮藕：湖北仙桃地區(qū)，采收時間1月、3月、4月、8月、10月、11月。

硝酸（優(yōu)級純）、高氯酸（優(yōu)級純）、氫氧化鈉、冰醋酸、無水乙醚（均為分析純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/mL）：北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

智能數(shù)顯電熱板（DB-2A）：天津工興實驗室儀器有限公司；攪拌機（MX-101SG1）：廈門建松電器有限公司；高速冷凍離心機（Sorvall ST16R）：美國Thermo公司；超純水儀（Direvt-u8*）：貝徠美生物科技有限公司；分析天平（BSA 124S）：德國賽多利斯集團；pH計（FE28-Meter）：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；真空冷凍干燥機（LGJ-30F）：北京松源華興科技發(fā)展有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋（SHJ-A）：江蘇金壇市億通電子有限公司；火焰原子吸收分光光度計（AA-6300CF）：日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

鄂蓮5號鮮藕清洗干凈，切成厚度為1 cm～2 cm的藕片，裝袋，置于-20℃條件下預(yù)凍，之后用真空冷凍干燥機凍干，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。

1.3.2 蓮藕淀粉提取

稱取一定質(zhì)量的蓮藕凍干粉末，過80目篩，超純水浸泡20 h～24 h后，傾去上清液，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行脫脂，再用水洗數(shù)次至上清液清澈透明，將沉淀進行冷凍干燥、攪碎成粉狀，得蓮藕淀粉凍干粉末，進行稱量[15]。

1.3.3 蓮藕蛋白提取

稱取一定質(zhì)量的蓮藕凍干粉末，過80目篩，按1∶20（g/mL）的料液比（按過80目篩之前的蓮藕凍干粉末質(zhì)量計算）加入超純水，調(diào)節(jié)溶液pH值至11，15℃條件下恒溫磁力攪拌提取2 h，9 200 r/min離心15 min，取上清液，棄去殘渣，調(diào)節(jié)上清液pH值為5，再以轉(zhuǎn)速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)沉淀進行冷凍干燥、攪碎，得蓮藕蛋白凍干粉末，進行稱量[16]。

1.3.4 藕渣制備

稱取一定質(zhì)量的蓮藕凍干粉末過80目篩，收集目篩上面的藕渣，并稱量。

1.3.5 鄂蓮5號蓮藕總含鐵量及其淀粉、蛋白、藕渣含鐵量測定

印度屬于多民族國家，而且還受到中東及西洋文化的影響，因此，這里的飲食隨著地區(qū)和宗教的變化而變化。南印度與北印度的飲食習(xí)慣差異很大，所以這些飲食習(xí)慣的形成并不是由于食物味道的好壞，而是因為宗教信仰的原因。不同的城市，不同的家庭，都有自己的飲食特色。印度菜口味較濃，但愈往北口味愈淡。

鐵含量的測定參考文獻[17]以及GB5009.90—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鐵的測定》第一法[18]，采用濕法消化-火焰原子吸收光譜法，硝酸∶高氯酸=4∶1（體積比）。稱取適量不同月份的蓮藕、蓮藕淀粉、蓮藕蛋白凍干粉末及藕渣，分別置于三角瓶中，按照表1的比例加酸，常溫下放置過夜，于數(shù)顯電熱板上加熱消解（及時補加硝酸），當(dāng)溶液變?yōu)榍辶翢o色并伴有白煙時，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[19]，直至消化液剩余體積為1 mL～2 mL時，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，進行火焰原子吸收測定。同時按消解樣品步驟制備試樣空白，待火焰原子吸收測定。

表1 樣品的加酸比例Table 1 Acid addition ratio of samples

1.3.6 測試條件

火焰原子吸收分光光度計儀器參數(shù)：波長248.3nm；狹縫寬0.2 nm；燈電流12 mA；燃燒器高度9 mm；燃?xì)饬髁?.2 L/min；助燃?xì)饬髁?5.0 L/min。

1.3.7 鄂蓮5號蓮藕淀粉、蛋白、藕渣的得率計算

蓮藕淀粉、蛋白、藕渣的得率按照公式（1）計算。

式中：m為提取樣品質(zhì)量，g；M為蓮藕凍干粉末質(zhì)量，g。

1.3.8 鄂蓮5號蓮藕中鐵的賦存形態(tài)計算

按照公式（2）～公式（5）計算鄂蓮5號蓮藕中淀粉、蛋白、藕渣、無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵[20]，分析鐵元素的賦存形態(tài)。

淀粉結(jié)合態(tài)鐵、蛋白結(jié)合態(tài)鐵、藕渣結(jié)合態(tài)鐵簡稱為淀粉鐵、蛋白鐵、藕渣鐵。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線測定和檢出限

取1 000 μg/mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，以0.5%稀硝酸逐級稀釋為系列標(biāo)準(zhǔn)溶液 1、2、3、4、5 μg/mL。按照 1.3.6設(shè)置火焰原子吸收分光光度計的儀器參數(shù)，測定標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程A=0.041 680C-0.003 400 0，相關(guān)系數(shù)（r）=1.000 0，線性關(guān)系良好。

取1.3.5處理過的空白溶液，連續(xù)測定12次，求得標(biāo)準(zhǔn)偏差（standard deviation，SD），按照公式 DL=3SD/K[21]（其中K為標(biāo)準(zhǔn)系列線性關(guān)系斜率）可計算出方法檢出限（detection limit，DL）為 0.115 2 μg/mL，靈敏度高，檢出限低。

2.2 精密度檢驗

取3個采收時間的鄂蓮5號凍干粉末，按照1.3.5的試驗方法進行3次重復(fù)測定，結(jié)果見表2。

表2 精密度試驗結(jié)果Table 2 Precision test results

表2結(jié)果顯示相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）均小于5%，滿足分析測定痕量鐵的準(zhǔn)確度要求。

2.3 鄂蓮5號蓮藕總含鐵量及其淀粉、蛋白、藕渣含鐵量測定結(jié)果

取 1月、3月、4月、8月、10月、11月的鄂蓮 5號蓮藕，凍干后攪碎成粉末，并提取蓮藕淀粉、蛋白凍干粉及藕渣，測定含鐵量。

經(jīng)預(yù)試驗確定試驗樣品的稱樣質(zhì)量（g），使測定濃度落在標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)，按照1.3.5方法測定試驗樣品的含鐵量，同一樣品設(shè)置3個平行，結(jié)果見表3。

表3 不同月份鄂蓮5號蓮藕及其淀粉、蛋白、藕渣含鐵量Table 3 Iron content in the starch，protein，residue and total iron content of Elian No.5 lotus root in different months

由表3可知，在整個蓮藕周年生長期間，鄂蓮5號蓮藕總含鐵量呈先上升后下降趨勢，并在8月達到最大，為（116.40±2.86）mg/kg，1 月最小，為（35.60±1.41）mg/kg。在1月和3月，鄂蓮5號淀粉中含鐵量較穩(wěn)定，基本持平，隨后呈先上升后下降趨勢，其中8月淀粉含鐵量最大，達（126.51±3.13）mg/kg，3 月最小，為（35.19±1.74）mg/kg。鄂蓮5號藕渣含鐵量呈先下降后上升再下降的變化趨勢，在 8 月含鐵量達到峰值，為（170.73±2.35）mg/kg，11月含鐵量最小，為（50.34±1.95）mg/kg。在鄂蓮 5號周年生長期內(nèi)蛋白中含鐵量總體呈波動性下降的變化趨勢。其中，蛋白含鐵量在1月達到全年最高，為（393.31±9.25）mg/kg，之后出現(xiàn)下降-上升-下降-上升-下降的交替變化現(xiàn)象，且增、降幅度較大，并于11月降至全年最低（100.12±7.09）mg/kg。經(jīng) SPSS Statistics 20.0 顯著性分析表明，在 1、3、4、11 月，蛋白中含鐵量均顯著高于淀粉、藕渣中含鐵量（P＜0.05），藕渣中含鐵量均顯著高于淀粉中含鐵量（P＜0.05）；在8月，蛋白、藕渣中含鐵量均顯著高于淀粉中含鐵量（P＜0.05），蛋白中含鐵量和藕渣中含鐵量無顯著性差異（P＞0.05）；在10月，蛋白中含鐵量顯著高于淀粉、藕渣中含鐵量（P＜0.05），淀粉中含鐵量顯著高于藕渣中含鐵量（P＜0.05）。總體上，蓮藕蛋白中含鐵量較高，可能是因為蓮藕屬雙子葉植物，遵循機理Ⅰ[22]植物鐵吸收機制，體內(nèi)部分蛋白質(zhì)承擔(dān)還原、轉(zhuǎn)運鐵的功能，如根部膜聯(lián)的三價鐵氧化還原酶FRO2，鐵調(diào)控轉(zhuǎn)運蛋白1等，其中鐵的結(jié)合位點較多[5，22]。

2.4 鄂蓮5號蓮藕中鐵的賦存形態(tài)

不同月份鄂蓮5號蓮藕淀粉、蛋白、藕渣的得率結(jié)果見表4。

表4 鄂蓮5號蓮藕不同組分得率Table 4 Extraction rate of different components in Elian No.5 lotus root

根據(jù)1.3.8中的公式計算，鐵元素在不同月份鄂蓮5號蓮藕中對應(yīng)的賦存形態(tài)及其占總含鐵量的比例見圖1～圖6。

圖1 1月份不同鐵形態(tài)占總含鐵量的比例Fig.1 Proportion of different iron forms to total iron content in January

圖2 3月份不同鐵形態(tài)占總含鐵量的比例Fig.2 Proportion of different iron forms to total iron content in March

圖3 4月份不同鐵形態(tài)占總含鐵量的比例Fig.3 Proportion of different iron forms to total iron content in April

圖4 8月份不同鐵形態(tài)占總含鐵量的比例Fig.4 Proportion of different iron forms to total iron content in August

圖5 10月份不同鐵形態(tài)占總含鐵量的比例Fig.5 Proportion of different iron forms to total iron content in October

圖6 11月份不同鐵形態(tài)占總含鐵量的比例Fig.6 Proportion of different iron forms to total iron content in November

由圖1可知，在1月的鄂蓮5號蓮藕中，淀粉鐵＞蛋白鐵＞無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵＞藕渣鐵。淀粉中所富集的鐵元素最多，淀粉鐵是蓮藕中鐵的主要賦存形態(tài)，含量為17.78 mg/kg，占蓮藕總含鐵量的49.94%，藕渣鐵含量最少，為2.14 mg/kg，占總含鐵量的6.01%。

由圖2可知，在3月的鄂蓮5號蓮藕中，淀粉鐵＞藕渣鐵＞無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵＞蛋白鐵。淀粉鐵是蓮藕中鐵的主要賦存形態(tài)，含量為20.22 mg/kg，占總含鐵量的36.02%，其次是藕渣鐵，含量為16.59 mg/kg，占總含鐵量的29.55%，而鐵在蛋白中的賦存量最少，含量為8.79 mg/kg，占總含鐵量的15.66%。

由圖3可知，在4月的鄂蓮5號蓮藕中，淀粉鐵＞無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵＞藕渣鐵＞蛋白鐵。淀粉鐵是蓮藕中鐵的主要賦存形態(tài)，含量為26.88 mg/kg，占總含鐵量的38.20%。其次是無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵，含量為21.91 mg/kg，占總含鐵量的31.14%。還有部分鐵與蛋白和藕渣結(jié)合存在。

由圖4可知，在8月的鄂蓮5號蓮藕中，淀粉鐵＞無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵＞藕渣鐵＞蛋白鐵，淀粉鐵是蓮藕中鐵的主要賦存形態(tài)，含量為55.56 mg/kg，占總含鐵量的47.73%，其次是無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵，含量為40.09 mg/kg，占總含鐵量的34.44%，而蛋白中的鐵富集量最少，僅占總含鐵量的3.56%，鐵元素主要賦存在淀粉中。

由圖5可知，在10月的鄂蓮5號蓮藕中，淀粉鐵＞藕渣鐵＞蛋白鐵＞無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵。淀粉鐵含量為38.54 mg/kg，遠(yuǎn)高于其他鐵形態(tài)，占總含鐵量的67.32%，是鐵元素的主要賦存形態(tài)，而無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵含量最少，為2.13mg/kg，僅占總含鐵量的3.72%。

由圖6可知，在11月的鄂蓮5號蓮藕中，淀粉鐵＞藕渣鐵＞無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵＞蛋白鐵。淀粉鐵是蓮藕中鐵的主要賦存形態(tài)，含量為26.11 mg/kg，占總含鐵量的51.58%。其次是藕渣鐵，含量為12.00 mg/kg，占總含鐵量的23.71%。蛋白中的鐵富集量最少，僅占總含鐵量的6.08%。

3 結(jié)論

本研究以鄂蓮5號蓮藕為試材，運用原子吸收光譜分析技術(shù)，研究其周年生長期內(nèi)鐵元素含量動態(tài)變化，并分析了該蓮藕中鐵的賦存形態(tài)。試驗結(jié)果表明：鄂蓮5號蓮藕總含鐵量及其淀粉、藕渣含鐵量在全年生長期內(nèi)總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，并都在8月達到最大。蛋白中含鐵量于1月達到全年最高，隨后波動較大，但總體呈下降趨勢。鄂蓮5號蓮藕全年含鐵量處于較高水平，鐵含量為（35.60±1.41）mg/kg～（116.40±2.86）mg/kg，高于水稻、馬鈴薯、菠菜等膳食。蓮藕淀粉、蛋白、藕渣全年含鐵量范圍分別為（35.19±1.74）mg/kg～（126.51±3.13）mg/kg 、（100.12±7.09）mg/kg～（393.31±9.25）mg/kg、（50.34 ±1.95）mg/kg～（170.73 ±2.35）mg/kg。全年中，淀粉鐵為鄂蓮5號蓮藕的鐵元素主要賦存形態(tài)，占總含鐵量的36.02%～67.32%，高于蛋白鐵、藕渣鐵和無機及其他有機結(jié)合態(tài)鐵。經(jīng)試驗得出鄂蓮5號蓮藕鐵元素豐富，淀粉中富集鐵最多，因此合理利用鄂蓮5號蓮藕，研發(fā)補鐵產(chǎn)品，對于減輕缺鐵性貧血癥狀，促進人體身體健康，發(fā)展鄂蓮5號蓮藕種植地帶特色農(nóng)業(yè)具有重大意義。