正交試驗(yàn)優(yōu)化蔬菜中水溶態(tài)陽(yáng)離子的離子色譜法提取工藝

楊樹(shù)科，王紅斌，楊永珠，趙田甜，楊 敏*

(云南民族大學(xué)化學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650031)

正交試驗(yàn)優(yōu)化蔬菜中水溶態(tài)陽(yáng)離子的離子色譜法提取工藝

楊樹(shù)科，王紅斌，楊永珠，趙田甜，楊 敏*

(云南民族大學(xué)化學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650031)

目的：研究蔬菜中的Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽(yáng)離子的最佳提取工藝條件。方法：用正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝條件，并在優(yōu)化條件下利用離子色譜儀同時(shí)測(cè)定蔬菜中Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+離子的含量。結(jié)果：影響5種陽(yáng)離子同時(shí)提取工藝的因素順序?yàn)樘崛r(shí)間、提取功率、溶劑量，提取時(shí)間和提取功率對(duì)試驗(yàn)有顯著性影響；最佳工藝條件為提取時(shí)間20min、提取功率160W、溶劑量25mL。對(duì)Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽(yáng)離子做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，得平均加標(biāo)回收率為89.2%、89.9%、82.7%、87.3%、84.2%。

正交試驗(yàn)；離子色譜；陽(yáng)離子；蔬菜

蔬菜含有人類所需的多種營(yíng)養(yǎng)素，具有養(yǎng)生、防病的功效[1]，Na+、K+、Mg2+、Ca2+等無(wú)機(jī)陽(yáng)離子在人體的新陳代謝中起著重要的作用[2]。蔬菜中陽(yáng)離子的測(cè)定方法除了歐洲標(biāo)準(zhǔn)[3]和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)[4]所用的原子吸收法測(cè)定以外，用離子色譜法測(cè)定的文獻(xiàn)報(bào)道不多。標(biāo)準(zhǔn)中所用的原子吸收法不僅Na+、K+的測(cè)定易受干擾，而且NH4+的測(cè)定不能實(shí)現(xiàn)。離子色譜電導(dǎo)法在食品及樣品形態(tài)分析[5]中已用來(lái)測(cè)定總鉀、鈉[6]及硝酸鹽、亞硝酸鹽，方法的重現(xiàn)性、精密度較好[7]。本研究設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，超聲輔助提取，用離子色譜儀一次進(jìn)樣連續(xù)測(cè)定蔬菜中Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽(yáng)離子的含量，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和評(píng)價(jià)，旨在為蔬菜和其他樣品中水溶態(tài)陽(yáng)離子的測(cè)定提供分析方法參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白菜、青菜、卷心菜、生菜、莖白菜樣品均采集于昆明市呈貢縣吳家營(yíng)菜市場(chǎng)；氯化鈉、氯化銨、氯化鉀、硫酸鎂、碳酸鈣(均為優(yōu)級(jí)純) 天津市化學(xué)試劑三廠；甲烷磺酸 德國(guó)希格瑪化學(xué)試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ICS-1500型離子色譜儀、檢測(cè)器DS6 heated con-ductivity cell、IonPac CS12(250mm×4.0mm)離子交換柱、IonPac CG12(50mm×4.0mm)保護(hù)柱、陽(yáng)離子自動(dòng)再生抑制器(CSRS ULTRA Ⅱ，4mm)、Chromeleon色譜工作站 美國(guó)戴安公司；超聲波清洗機(jī)(功率320W，調(diào)節(jié)量30%～90%) 天津奧特賽恩儀器有限公司；SPEC18柱(250mg/支，填料平均粒度40μm)、尼龍0.22μm微孔濾膜、0.45μm微孔過(guò)濾器 天津市富集科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理[8-9]

取新鮮白菜樣品，自來(lái)水洗凈后用蒸餾水沖洗，再用超純水沖洗，晾去表面水分，剪碎。四分法稱取5.00g樣品于研缽中，研磨至勻漿，然后根據(jù)正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)加入超純水、設(shè)置超聲波提取時(shí)間和功率。提取完成后0.45μm濾膜過(guò)濾，取全部濾液定容于100mL容量瓶中。樣品取主體濃度(中間部分)10mL于50mL容量瓶中稀釋定容，待去除干擾物。

1.3.2 樣品制備

待測(cè)樣品制備：蔬菜樣品中含有許多大分子有機(jī)物、色素和一些影響待測(cè)離子出峰的干擾物，不僅會(huì)污染分離柱，還會(huì)縮短柱的使用壽命，降低靈敏度。SPE-C18固相萃取小柱不含陽(yáng)離子交換位點(diǎn)，能強(qiáng)保留疏水性物質(zhì)。因此，用經(jīng)甲醇活化的SPE-C18小柱凈化樣品，棄去前5mL，收集后2mL樣品溶液，經(jīng)0.22μm過(guò)濾膜過(guò)濾，待測(cè)。

空白樣品制備：取超純水5.00mL，并與正交試驗(yàn)中的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)同時(shí)制備樣品并測(cè)定其空白含量。

1.3.3 樣品測(cè)定

標(biāo)準(zhǔn)貯備液(均為1000mg/L)：將氯化鈉、氯化銨、氯化鉀、硫酸鎂、碳酸鈣等試劑用超純水配制，于4℃條件下保存。使用時(shí)用超純水稀釋至所需質(zhì)量濃度，配制不同質(zhì)量濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

色譜條件：儀器平衡時(shí)間18min、柱溫30℃、流速1.0mL/min、定量進(jìn)樣環(huán)20μL、淋洗液20mmol/L甲烷磺酸、抑制器電流59mA，峰面積定量。

定性、定量方法：配制單一組分的標(biāo)準(zhǔn)溶液得各離子的保留時(shí)間，得5種陽(yáng)離子出峰順序?yàn)镹a+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+，根據(jù)保留時(shí)間做不同梯度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液定性和定量。

1.3.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)選用L16(43)正交試驗(yàn)表，以Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+元素含量為指標(biāo)，連續(xù)性提取，選取提取時(shí)間、溶劑量、提取功率為實(shí)驗(yàn)因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品離子色譜圖及定性分析

圖1 標(biāo)準(zhǔn)品離子色譜圖Fig.1 Chromatogram of the sample with standard ions

圖2 待測(cè)樣品和加標(biāo)樣品離子色譜Fig.2 Chromatogram of the test sample and the spiked sample

從標(biāo)準(zhǔn)離子色譜圖(圖1)和樣品離子色譜(圖2)可以看出，Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽(yáng)離子的峰形尖銳、對(duì)稱，蔬菜樣品中的基體對(duì)色譜峰峰形無(wú)干擾，分離效果好。

2.2 線性范圍、精密度和檢出限

配制一系列不同質(zhì)量濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在上述色譜條件下進(jìn)樣分析，平行測(cè)定6次，待測(cè)離子的回歸方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍、精密度見(jiàn)表1。

表1 5種陽(yáng)離子的線性方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍和精密度Table 1 Regression equations, correlation coefficients, linear ranges and precision of five cations

用濃度稀釋法[10]同時(shí)測(cè)定5種陽(yáng)離子的檢出限，當(dāng)RSN=3時(shí)，Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽(yáng)離子的最小方法檢出限分別為：Na+0.021mg/L、NH4+0.011mg/L、K+0.012mg/L、Mg2+0.020mg/L、Ca2+0.017mg/L。

2.3 超聲波提取條件的優(yōu)化[11-14]

對(duì)提取時(shí)間(A)、溶劑量(B)、提取功率(C)做3因素四水平正交試驗(yàn)，即A：5、10、15、20min；B：10、15、20、25mL；C：96、160、224、288W。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments

由表2極差分析可知：影響各離子提取含量因素的大小順序?yàn)锳＞C＞B，以A4C2B4為最佳水平，即提取時(shí)間20min、提取功率160W、溶劑量25mL。

2.3.1 方差分析

表3 方差分析表Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments

表4 優(yōu)化條件下不同蔬菜樣品的測(cè)定(n=7)Table 4 Determination of cation contents in different vegetable samples under the optimal conditions

從表3可知，提取時(shí)間和提取功率對(duì)蔬菜樣品的提取有顯著性影響，在提取過(guò)程中，此兩項(xiàng)因素是決定超聲提取的關(guān)鍵性變量，溶劑對(duì)超聲提取的影響較小。

2.3.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按最優(yōu)工藝A4C2B4進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，同一份蔬菜樣品同時(shí)制備3個(gè)樣品，用相同的方法測(cè)定，得Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+各離子的含量分別為：0.131、0.164、0.262、0.108、0.138g/kg，RSD分別為4.6%、2.7%、4.5%、4.3%、3.5%。與表2數(shù)據(jù)比對(duì)分析可知，用最優(yōu)工藝測(cè)出各離子含量的平均值均高于表格中所測(cè)含量值。由此該方法穩(wěn)定可行。

2.4 樣品分析及回收率

最優(yōu)工藝樣品和加標(biāo)樣品離子色譜圖見(jiàn)圖2，含有機(jī)物、色素等的蔬菜樣品經(jīng)C18固相萃取小柱純化后，出峰時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)品(圖1)出峰時(shí)間一致。在最優(yōu)工藝條件下，取4份蔬菜樣品，其中1份為對(duì)照，另外3份分別加入含量均為100mg/L的Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+混合標(biāo)準(zhǔn)溶液2、2、3、2、2mL；3、3、5、3、3mL；4、4、7、4、4mL，得平均加標(biāo)回收率分別為89.2%、89.9%、82.7%、87.3%、84.2%。

2.5 不同蔬菜樣品的測(cè)定

根據(jù)農(nóng)業(yè)部無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品抽樣規(guī)范[15]，對(duì)昆明呈貢吳家營(yíng)菜市場(chǎng)不同的蔬菜樣品取樣后用最優(yōu)工藝測(cè)定陽(yáng)離子含量，每個(gè)樣品測(cè)定7次。從表4可知，在優(yōu)化的條件下，5種陽(yáng)離子含量的測(cè)定較穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究了白菜中Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+五種陽(yáng)離子的最優(yōu)提取方法和工藝條件，最佳工藝條件為提取時(shí)間20min、提取功率160W、溶劑量25mL。

本實(shí)驗(yàn)測(cè)定的Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+離子的重現(xiàn)性好，檢出限低，峰形對(duì)稱，分離效果好，加標(biāo)回收率在82.7%～89.9%之間，正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果和方差分析結(jié)果一致。對(duì)不同的蔬菜樣品使用優(yōu)化工藝測(cè)定都有較好的穩(wěn)定性，該方法準(zhǔn)確度好、方案合理、結(jié)論可靠，可為植物樣品中陽(yáng)離子的提取提供方法學(xué)上的參考。

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Extraction and Determination of Water-soluble Cations in Vegetables

YANG Shu-ke，WANG Hong-bin，YANG Yong-zhu，ZHAO Tian-tian，YANG Min*
(School of Chemistry and Biotechnology, Yunnan University of Nationalities, Kunming 650031, China)

Objective: To investigate the optimal extraction processing and determination of Na+, NH4+, K+, Mg2+and Ca2+in vegetables. Methods: Orthogonal experiments were used to explore the optimal processing of Na+, NH4+, K+, Mg2+and Ca2+in vegetables using ultrasonic extraction. Ion chromatography was used to determine the contents of five cations. Results: Extraction time, ultrasonic power and solvent amount exhibited an effect on extraction rates of five cations from strong to weak. The optimal extraction processing parameters of five cations were extraction time of 20 min, ultrasonic power of 160 W and solvent amount of 25 mL. The recovery rates of Na+, NH4+, K+, Mg2+and Ca2+in spiked samples were 89.2%, 89.9%, 82.7%, 87.3% and 84.2%, respectively. Conclusion: This optimal extraction method is feasible, reasonable, pollution-free and reliable.

orthogonal experiments；ion chromatography；cations；vegetables

O611.5

A

1002-6630(2010)24-0074-04

2010-10-03

云南省社會(huì)發(fā)展科技(應(yīng)用基礎(chǔ)研究)項(xiàng)目(2009CD100)

楊樹(shù)科(1985—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榉治龇椒ㄅc技術(shù)。E-mail：kyangsh@126.com

*通信作者：楊敏(1966—)，女，教授，碩士，研究方向?yàn)樯V分離分析。E-mail：yangm4849@tom.com